三種生態(tài)護(hù)坡形式的水土保持效果研究

孫婷婷，李 柏，劉慧博

(1.國(guó)家林業(yè)局 林產(chǎn)工業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)院，北京 100714； 2.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院 泥沙研究所，北京 100048； 3.水利部 水土保持生態(tài)工程技術(shù)研究中心，北京 100048； 4.北京圣海林生態(tài)環(huán)境科技股份有限公司，北京 100035)

三種生態(tài)護(hù)坡形式的水土保持效果研究

孫婷婷1，李 柏2,3，劉慧博4

(1.國(guó)家林業(yè)局 林產(chǎn)工業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)院，北京 100714； 2.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院 泥沙研究所，北京 100048； 3.水利部 水土保持生態(tài)工程技術(shù)研究中心，北京 100048； 4.北京圣海林生態(tài)環(huán)境科技股份有限公司，北京 100035)

生態(tài)護(hù)坡；生態(tài)植被毯護(hù)坡；椰纖植生毯+客土護(hù)坡；六棱花飾磚護(hù)坡；水土保持效果；產(chǎn)流；產(chǎn)沙

選取北京市昌平區(qū)朱辛莊水土保持示范基地內(nèi)的4個(gè)徑流小區(qū)為研究對(duì)象，其中3個(gè)分別進(jìn)行了生態(tài)植被毯護(hù)坡、椰纖植生毯+客土護(hù)坡、六棱花飾磚護(hù)坡，1個(gè)為空白對(duì)照。在2015年對(duì)4個(gè)徑流小區(qū)的產(chǎn)流和產(chǎn)沙數(shù)據(jù)進(jìn)行了監(jiān)測(cè)分析，結(jié)果顯示：3種生態(tài)護(hù)坡形式均具有一定的水土保持效果，都能夠有效地減少坡面的水土流失；3種生態(tài)護(hù)坡中椰纖植生毯+客土護(hù)坡的保水效果最好，六棱花飾磚護(hù)坡的保土效果最好。綜合3種生態(tài)護(hù)坡的產(chǎn)流、產(chǎn)沙數(shù)據(jù)分析認(rèn)為，椰纖植生毯+客土護(hù)坡的綜合水土保持效果要優(yōu)于其他2種生態(tài)護(hù)坡形式，可以在研究區(qū)附近推廣使用。

近年來，隨著我國(guó)對(duì)水土流失問題的重視，生態(tài)護(hù)坡成為國(guó)內(nèi)學(xué)者研究的熱點(diǎn)[1]。生態(tài)護(hù)坡是綜合工程力學(xué)、土壤學(xué)、生態(tài)學(xué)和植物學(xué)等學(xué)科的基本知識(shí)對(duì)斜坡或邊坡進(jìn)行保護(hù)，形成由植物或工程和植物組成的綜合護(hù)坡系統(tǒng)的護(hù)坡技術(shù)。與傳統(tǒng)的工程護(hù)坡相比，生態(tài)護(hù)坡具有經(jīng)濟(jì)性、可持續(xù)性和生態(tài)性等諸多優(yōu)點(diǎn)[2]。目前，在實(shí)際生產(chǎn)過程中應(yīng)用的生態(tài)護(hù)坡技術(shù)手段較多，但不同生態(tài)護(hù)坡技術(shù)的適用地點(diǎn)、防護(hù)效果等不盡相同。因此，如何確定不同生態(tài)護(hù)坡的防護(hù)效果[3-4]、適用條件和防護(hù)周期等就成為當(dāng)下國(guó)內(nèi)學(xué)者研究的主要課題。

在這種背景下，我們選取北京市昌平區(qū)水土保持示范基地內(nèi)采用3種不同生態(tài)護(hù)坡形式的徑流小區(qū)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)為對(duì)象，在2015年進(jìn)行連續(xù)一整年的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，研究年內(nèi)不同生態(tài)護(hù)坡形式下的產(chǎn)流、產(chǎn)沙狀況，目的是通過對(duì)這些數(shù)據(jù)的綜合分析，明確這3種生態(tài)護(hù)坡形式水土保持效果的優(yōu)劣，為今后生態(tài)護(hù)坡技術(shù)的使用提供指導(dǎo)和借鑒。

1 研究區(qū)概況

北京市昌平區(qū)水土保持示范基地位于昌平區(qū)朱辛莊村。昌平區(qū)屬暖溫帶半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候，春季干旱多風(fēng)，夏季炎熱多雨，秋季涼爽，冬季寒冷干燥，四季分明，年平均日照時(shí)數(shù)2 684 h，年平均氣溫11.8 ℃，年平均降水量550.3 mm。

2 研究?jī)?nèi)容與方法

在示范基地內(nèi)選取4個(gè)徑流小區(qū)，各小區(qū)均建于2010年9月，立地條件一致，小區(qū)水平坡長(zhǎng)10 m、寬5 m，坡度均為26.5°，坡向北。1號(hào)小區(qū)采用生態(tài)植被毯護(hù)坡，設(shè)計(jì)植物種為木槿、迎春、山杏、山桃、鳶尾、萱草、高羊茅、葦狀羊茅、二月蘭、紫花地??；2號(hào)小區(qū)采用椰纖植生毯+客土護(hù)坡，設(shè)計(jì)植物種為沙打旺、無芒雀麥；3號(hào)小區(qū)采用六棱花飾磚護(hù)坡，設(shè)計(jì)植物種為無芒雀麥、紫花苜蓿；4號(hào)小區(qū)為對(duì)照自然恢復(fù)小區(qū)。

通過多年的連續(xù)觀測(cè)，我們認(rèn)為施工5年后徑流小區(qū)的植被狀況基本趨于穩(wěn)定，因此在2015年對(duì)4個(gè)徑流小區(qū)每月的產(chǎn)流、產(chǎn)沙數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)定、分析[5-8]，以研究不同生態(tài)護(hù)坡形式下徑流小區(qū)的產(chǎn)流、產(chǎn)沙特性，并以此推斷不同徑流小區(qū)的水土保持效果[9]。

3 調(diào)查結(jié)果與分析

3.1 產(chǎn)流量分析

3.1.1 月產(chǎn)流量

將4個(gè)徑流小區(qū)的月產(chǎn)流量數(shù)據(jù)整理后，繪制成表1。通過表1可以看出，4個(gè)徑流小區(qū)產(chǎn)流較大的月份為5—10月，這與我國(guó)北方地區(qū)的雨季相吻合，說明研究區(qū)徑流小區(qū)的侵蝕主要發(fā)生在雨季；2015年各小區(qū)月產(chǎn)流量最多的為7月份，其中4號(hào)對(duì)照小區(qū)的月產(chǎn)流量最大，為0.55 m3，2號(hào)椰纖植生毯+客土護(hù)坡徑流小區(qū)月產(chǎn)流量最小，為0.24 m3，1號(hào)生態(tài)植被毯護(hù)坡徑流小區(qū)和3號(hào)六棱花飾磚護(hù)坡徑流小區(qū)相差不大，分別為0.31和0.32 m3。根據(jù)監(jiān)測(cè)，2015年7月份月降雨量最大，可以得出，在降雨強(qiáng)度較大的情況下椰纖植生毯+客土護(hù)坡的保水能力優(yōu)于生態(tài)植被毯護(hù)坡和六棱花飾磚護(hù)坡。

將4個(gè)徑流小區(qū)2015年的月產(chǎn)流量數(shù)據(jù)整理后，通過EXCEL軟件繪制成月產(chǎn)流量統(tǒng)計(jì)圖，見圖1。通過圖1可直觀地看出，2號(hào)椰纖植生毯+客土護(hù)坡徑流小區(qū)各月產(chǎn)流量都低于1號(hào)生態(tài)植被毯護(hù)坡小區(qū)和3號(hào)六棱花飾磚護(hù)坡小區(qū)， 并且這種差別在雨季明顯增大，在旱季差別較小，因此我們可以認(rèn)為椰纖植生毯+客土護(hù)坡的保水效果在降雨強(qiáng)度較大的時(shí)候明顯要優(yōu)于生態(tài)植被毯護(hù)坡和六棱花飾磚護(hù)坡，但在降雨較少的時(shí)候這種優(yōu)勢(shì)并不明顯。此外，3種生態(tài)護(hù)坡形式下的徑流小區(qū)產(chǎn)流量均明顯少于對(duì)照小區(qū)，這說明3種護(hù)坡形式相對(duì)于自然恢復(fù)坡地都具有較好的保水作用。

表1 月產(chǎn)流量調(diào)查

圖1 2015年度4個(gè)徑流小區(qū)月產(chǎn)流量統(tǒng)計(jì)

3.1.2 年產(chǎn)流量

統(tǒng)計(jì)4個(gè)徑流小區(qū)各個(gè)月份的產(chǎn)流量，計(jì)算出2015年各小區(qū)的總產(chǎn)流量分別為：1號(hào)生態(tài)植被毯護(hù)坡小區(qū)1.53 m3，2號(hào)椰纖植生毯+客土護(hù)坡小區(qū)1.08 m3，3號(hào)六棱花飾磚護(hù)坡小區(qū)1.62 m3，4號(hào)對(duì)照小區(qū)2.48 m3。數(shù)據(jù)顯示2015年產(chǎn)流量最大的是4號(hào)小區(qū)，最小的是2號(hào)小區(qū)，1號(hào)和3號(hào)小區(qū)產(chǎn)流量較為接近，介于4號(hào)與2號(hào)小區(qū)之間。因此，我們可以判定3種護(hù)坡形式中椰纖植生毯+客土護(hù)坡的保水效果最好，生態(tài)植被毯護(hù)坡和六棱花飾磚護(hù)坡次之，這與前文月產(chǎn)流量的分析結(jié)論相一致。

3.2 產(chǎn)沙量

3.2.1 月產(chǎn)沙量

將4個(gè)徑流小區(qū)的月產(chǎn)沙量數(shù)據(jù)整理后，繪制成表2。通過表2可以看出：4個(gè)徑流小區(qū)產(chǎn)沙量較大的月份為5—10月，這與產(chǎn)流量大的月份相吻合，因?yàn)槟嗌持饕峭ㄟ^地表徑流搬運(yùn)的[9]，產(chǎn)流量大的時(shí)候產(chǎn)沙量勢(shì)必也會(huì)相應(yīng)增加；1、2和3號(hào)徑流小區(qū)的產(chǎn)沙量明顯低于4號(hào)徑流小區(qū)的產(chǎn)沙量，這說明3種生態(tài)護(hù)坡形式對(duì)于坡面土壤具有較好的保護(hù)作用。

為了更好地對(duì)比4個(gè)徑流小區(qū)產(chǎn)沙量的區(qū)別，將表2內(nèi)容繪制成圖2。通過圖2可以看出，3種生態(tài)護(hù)坡徑流小區(qū)的產(chǎn)沙量明顯少于對(duì)照徑流小區(qū)的產(chǎn)沙量，說明3種形式的生態(tài)護(hù)坡均能有效地防治坡面土壤流失；同時(shí)也可以看出，3種生態(tài)護(hù)坡徑流小區(qū)的月產(chǎn)沙量差別并不明顯，原因是3種生態(tài)護(hù)坡施工5年后植被覆蓋度都達(dá)到最佳狀態(tài)，均能夠有效地減少降水引發(fā)的土壤流失，因此3種生態(tài)護(hù)坡的保土效果在2015年基本持平。

表2 月產(chǎn)沙量調(diào)查

3.2.2 年產(chǎn)沙量

統(tǒng)計(jì)各個(gè)月份的產(chǎn)沙量，計(jì)算2015年的總產(chǎn)沙量，可以看出，2號(hào)和3號(hào)徑流小區(qū)的年產(chǎn)沙量較為接近，分別為5.4和5.3 kg，1號(hào)徑流小區(qū)的年產(chǎn)沙量為6.2 kg，略高于2號(hào)和3號(hào)徑流小區(qū)，4號(hào)對(duì)照徑流小區(qū)的年產(chǎn)沙量達(dá)到了25.4 kg。數(shù)據(jù)顯示，3種生態(tài)護(hù)坡形式都有較好的保土效果，但椰纖植生毯+客土護(hù)坡和六棱花飾磚護(hù)坡的防護(hù)效果要略優(yōu)于生態(tài)植被毯護(hù)坡。分析認(rèn)為，造成這種差別的原因在于徑流小區(qū)內(nèi)的植物種類，2號(hào)和3號(hào)小區(qū)的優(yōu)勢(shì)植物種都包含無芒雀麥，說明這種植物對(duì)于減少土壤流失有著較好的作用。

圖2 2015年4個(gè)徑流小區(qū)的月產(chǎn)沙量統(tǒng)計(jì)

4 結(jié) 論

(1)3種生態(tài)護(hù)坡形式下的產(chǎn)流、產(chǎn)沙量都明顯低于對(duì)照組的產(chǎn)流、產(chǎn)沙量，說明3種生態(tài)護(hù)坡形式均具有一定的水土保持效果，都能夠有效地減少坡面的水土流失。

(2)3種生態(tài)護(hù)坡中椰纖植生毯+客土護(hù)坡的保水效果最好，生態(tài)植被毯護(hù)坡和六棱花飾磚護(hù)坡相對(duì)較差。

(3)3種生態(tài)護(hù)坡中保土效果較好的是六棱花飾磚護(hù)坡和椰纖植生毯+客土護(hù)坡，生態(tài)植被毯護(hù)坡的保土效果略低于其他2種護(hù)坡，說明無芒雀麥可能是較好的保土植物。

(4)綜合3種生態(tài)護(hù)坡的產(chǎn)流、產(chǎn)沙數(shù)據(jù)分析認(rèn)為，椰纖植生毯+客土護(hù)坡的綜合水土保持效果要優(yōu)于其他2種生態(tài)護(hù)坡形式，可以在研究區(qū)附近推廣使用。

[1] 劉世奇,陳靜曦,王吉利.植物護(hù)坡技術(shù)淺析[J].土工基礎(chǔ),2003，17(3):49-51.

[2] 劉黎明,邱衛(wèi)民,許文年,等.傳統(tǒng)護(hù)坡與生態(tài)護(hù)坡比較與分析[J].三峽大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版,2007,29(6):528-532.

[3] 龍鳳,李紹才,孫海龍,等.巖石邊坡生態(tài)護(hù)坡效果評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及應(yīng)用[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2009,28(增刊1):3095-3101.

[4] 孫華,趙雪峰,何茂萍,等.西南地區(qū)幾種典型邊坡植被的護(hù)坡效益分析[J].水土保持研究,2015,22(4):6-11.

[5] 王占禮,靳雪艷,馬春艷,等.黃土坡面降雨產(chǎn)流產(chǎn)沙過程及其響應(yīng)關(guān)系研究[J].水土保持學(xué)報(bào),2008,22(2):24-28.

[6] 張寬地,王光謙,呂宏興,等.模擬降雨條件下坡面流水動(dòng)力學(xué)特性研究[J].水科學(xué)進(jìn)展,2012,23(2):229-235.

[7] 和繼軍,蔡強(qiáng)國(guó),劉松波.次降雨條件下坡度對(duì)坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2012，23(5):1263-1268.

[8] 劉卉芳,朱清科,孫中峰.黃土坡面不同土地利用與覆蓋方式的產(chǎn)流產(chǎn)沙效應(yīng)[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究,2005，23(2):137-141.

[9] 孫鐵軍,劉素軍,武菊英,等.6種禾草坡地水土保持效果的比較研究[J].水土保持學(xué)報(bào),2008,22(3):158-162.

(責(zé)任編輯 徐素霞)

水利部公益性行業(yè)科研專項(xiàng)(201501045)

S157.43

A

1000-0941(2017)02-0010-03

孫婷婷(1987—)，女，吉林通化市人，助理工程師，碩士，主要從事森林規(guī)劃和水土保持工作。

2016-06-19