綿竹市災后生態(tài)修復造林技術(shù)應(yīng)用研究

王雅飛，喻曉鋼，林 琦，唐禮貴，楊 敏，李 偉，鄭 文

(1.綿竹市造林種苗和科學技術(shù)推廣站，四川 綿竹 618200;2.德陽市林業(yè)科學技術(shù)推廣站，四川 德陽 618000;3.劍南春集團公司微生物研究所，四川 綿竹 618200;3.四川九頂山省級自然保護區(qū)綿竹管理站，四川 綿竹 618200)

1 災后生態(tài)修復造林技術(shù)研究的目的意義

四川汶川“5·12”特大地震，使地處龍門山斷裂帶，距震中僅30 km，與汶川一山之隔的綿竹市遭受了毀滅性的打擊。境內(nèi)森林植被、林業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施遭受嚴重破壞，共有27667.10 hm2林地遭受不同程度的損毀，其中有林地12207.30 hm2，疏林地20.50 hm2，灌木林地12207.90 hm2，未成林地1027.90 hm2，苗圃地 5.00 hm2，無立木林地 34.00 hm2，宜林地2164.50 hm2。由于特殊的地質(zhì)構(gòu)造，境內(nèi)山高谷深，溝壑縱橫，河流密布，水資源豐富，是沱江水系的重要發(fā)源地之一，是長江水源的重要組成部分，生態(tài)區(qū)位十分重要，該區(qū)森林植被及生態(tài)環(huán)境的好壞，直接影響下游地區(qū)的發(fā)展。因此，必須加快對受損的森林植被自然和人為恢復。開展災毀林地植被修復工作的首要前提是對災害地進行有效治理，防控地震次生災害發(fā)生幾率，選擇合適的植被和總結(jié)出一套行之有效的造林技術(shù)同樣是關(guān)乎生態(tài)植被修復成敗的關(guān)鍵。本試驗針對適合本地區(qū)災后生態(tài)修復造林技術(shù)進行了初步研究，結(jié)合中日綠化合作四川省綿竹市地震災后重建緊急造林項目，在地震災后的局部治山、喬灌草植被的選擇、災害地不同部位植被恢復方式等造林技術(shù)方面取得創(chuàng)新與突破。

2 項目研究的內(nèi)容和方法

2.1 震后災害地不同部位的有效治理措施

通過采取土袋、木竹柵欄、堡坎、排水溝等局部治山措施對項目區(qū)塌方、泥石流等災害不同部位進行治理，總結(jié)研究出治理局部塌方、泥石流災害地不同部位的有效治理措施。

2.2 震后的塌方、泥石流災害地人為和自然恢復植被的最佳區(qū)域

項目區(qū)山體表面經(jīng)過治理，通過實施人工植苗、人工點播和撒播等人為植被恢復措施，對比不同地段實施人為植被恢復措施后的植被保存情況，總結(jié)研究地震后的塌方、泥石流災害地人為和自然恢復植被的最佳區(qū)域。

2.3 震后的塌方、泥石流災害地不同部位最適植被及區(qū)域

通過選擇本地區(qū)已知的抗逆性較強的刺槐、榿木、酸棗和茅草等植物在治理后的山體表面實施人為森林植被恢復，結(jié)合植被自然修復后的植被種類調(diào)查結(jié)果，總結(jié)研究地震后的塌方、泥石流災害地不同部位最適植被及區(qū)域。

3 技術(shù)措施

3.1 生物埂

以綿竹市林業(yè)局選育的九頂大粉葛兩年生葛苗作為營建生物埂的材料，選擇葛藤直徑粗5 mm～8 mm、葛塊根直徑粗15 mm～20 mm的葛苗進行試驗。試驗應(yīng)用抗旱保水劑處理葛藤根系，栽植坑穴20 cm×20 cm，以株距50 cm、行距100 cm沿塌方區(qū)域下部順行栽植兩行，總長度400 m。

3.2 土袋

適宜在坡度較小、表層土松動的災毀地表層實施，目的是為了防止擋土工程背面回填土的移動，集中地表徑流和減小流水侵蝕，該工程措施適宜與木(竹)柵欄結(jié)合、交錯設(shè)置，即在擋土工程之間斜面長度大約2.0 m的間隔放置土袋，防止砂土下滑，固土定坡，為植被的培育打下基礎(chǔ)。

3.3 木竹柵欄

為了防止崩塌土砂下滑，分散地表徑流，減輕地表徑流對山體表面的侵蝕，穩(wěn)固山體表面松動的土壤，改善植被恢復環(huán)境，在山坡面上相隔3 m～5 m配置木(竹)柵欄工程。木(竹)柵欄工程使用木樁、木材(整竹材)和鐵絲。木樁高度為1m，間隔樁距0.7 m，地上0.5 m，深入地下0.5 m。工程做法是先沿等高線開挖60 cm寬基槽，然后在基槽中部打樁，木材(整竹材)橫向扎排，再回填土砂壓實。

3.4 擋土堡坎

抑制、固定河床內(nèi)不穩(wěn)定的泥沙以及坍塌地產(chǎn)生的大量泥沙，作為山坡工程的基礎(chǔ)，在坍塌地的垂直下部配置漿砌堡坎，防止泥沙流向下游區(qū)域。

3.5 排水溝

應(yīng)用于地表徑流形成的沖刷溝內(nèi)實施，實施渠系工程是為了減輕地表徑流對沖刷溝連續(xù)造成侵蝕，以及過多的地表水滲透使土壤的強度降低而設(shè)置的排水工程。

3.6 栽植工程

栽植工程目的是恢復災毀地植被，是治山的最終目的，其做法是在擋土工程、土袋階梯式工程背面進行植樹、播種等，符合《造林技術(shù)規(guī)程》(GB/T 15776－2006)所述要求。

4 試驗設(shè)計

4.1 試驗地點

項目試驗地位于綿竹市漢旺鎮(zhèn)牛鼻村中封頂，面積為33.34 hm2。為5·12汶川大地震災毀林地。在試驗地內(nèi)分別選擇災毀后泥石流沉積地、滑坡地和垮塌地做為試驗地類，根據(jù)立地條件分別采取人工造林、人工點撒播、封山育林等恢復措施并適地加以輔助治山工程措施，見表1。

表1 調(diào)查樣地概況

4.2 種苗

種苗均來自四川省綿竹市。選取頂芽飽滿、苗干通直、色澤正常、無損傷、無病蟲害的種苗。

4.3 應(yīng)用保水劑造林試驗研究

保水劑采用的是華光實業(yè)公司生產(chǎn)的AS型高效保水劑。造林樹種為1 a生刺槐苗，平均高為80.2 cm，平均地徑為0.8 cm。保水劑不同施量試驗:每穴分別施量為 0.5 g、1.0 g、2.5 g、3.5 g。每個處理660 m2。分別于3月10日、4月10日、5月16日測定土壤含水量。測定時在每小區(qū)上下左右及中部各選1點，每點測定3個樹坑。在距樹干20 cm處用小口徑取土鉆打孔取土，然后封堵取土孔，采用烘干法，測定20 cm深土層的含水量，求平均值。

4.4 造林存活率和保存率調(diào)查

在各樣地內(nèi)隨機選擇10 m×10 m樣方，重復3次。調(diào)查因子包括造林成活率、地徑、高生長量，取其平均值。數(shù)據(jù)的調(diào)查時間除保存率外都為造林后4個月的同一個時間段，保存率的調(diào)查是在造林后的第2年春季進行的。

4.5 植被恢復調(diào)查方法

4.5.1 植被總蓋度和林木郁閉度的觀測

草地用投影法觀察植被總蓋度，林地用目測法觀察郁閉度。植被樣方調(diào)查主要調(diào)查植被的種類、生長狀況和蓋度等，樣方大小草本為2 m×2 m，灌木為5 m×5 m，喬木為10 m×10 m。

4.5.2 生物多樣性測定方法

群落物種多樣性統(tǒng)一應(yīng)用各個物種在該層(喬、灌、草)中的重要值V這一綜合指標來計算，各個物種的重要值計算公式(馬克平等，1995)如下:

(1)重要值

草本層的重要值:IV=(相對密度+相對頻度+相對蓋度)/3

喬木和灌木層物種重要值:IV=(相對密度+相對頻度+相對優(yōu)勢度)/3

相對密度=一個種的密度/所有種的總密度×100%

相對頻度=一個種的頻度/所有種的頻度×100%

相對優(yōu)勢度=一個種的優(yōu)勢度/所有種的優(yōu)勢度×100%。

(2)物種多樣性指數(shù)是以各樣地物種重要值平均數(shù)為基礎(chǔ)，采用目前較為普遍使用的公式計，按生長型(喬木、灌木、草本)計算各物種多樣性指數(shù)。

a.物種豐富度指數(shù)S=出現(xiàn)在樣地中的物種數(shù)。

b.多樣性指數(shù)(Pielou E C，1975):

式中pi=ni/N表明第i個種的相對多度。

c.Shannon-Wiener指數(shù):H= － ∑pilnpi，pi=ni/N表明第i個種的相對多度。Shannon-Weiner指數(shù)來源于信息理論。群落中生物種類增多代表了群落的復雜程度增高，即 H值越大，群落所含的信息量越大。

d.均勻度指數(shù):

式中:S為樣地分布均勻的物種數(shù)目。

4.5.3 地表徑流量的觀測

在試驗區(qū)域內(nèi)有工程措施的坡面堡坎、竹竹木柵欄(土袋)、排水溝和未作處理的區(qū)域設(shè)置4個徑流場。徑流場寬5 m(與等高線平行)，長10 m(水平距)，水平投影面積50 m2，徑流場下部設(shè)1 m×1 m×1 m集水池，用來收集徑流。每次雨停后10 min～30 min觀測，記錄池內(nèi)水深，然后將泥水攪拌均勻，用量杯分層取樣1000 ml，經(jīng)沉淀后，在 105℃條件下烘干，將干物質(zhì)用天平稱重。研究工程措施對水土流失治理的影響。

徑流場一次降雨地表徑流量(m3)=1 m×1 m×水深(m)

徑流場一次降雨侵蝕量 (t)=地表徑流量(m3)×干物質(zhì)(g)/1000

5 結(jié)果分析

5.1 不同恢復模式的生長效果分析

5.1.1 高、徑生長量、存活率的比較

對災后植被的恢復工作，首先考慮生長量、成活率、保存率的大小。不同樹種的生長情況見表2。

表2 不同樹種的生長情況

由表2可以看出，設(shè)計樹種均能有效的在災毀林地生長，都能作為植被恢復用樹種，考慮到在實際應(yīng)用的實際中，植被恢復應(yīng)為防護林，因此樹種首選還是應(yīng)為刺槐、榿木等，調(diào)查顯示刺槐在泥石流沉積地區(qū)平均成活率達到68%，平均保存率可達到49%，可見其在惡劣環(huán)境的適應(yīng)性非常強。桂花和柚的成活率和保存率達到90%以上，分析其原因為桂花和柚屬于經(jīng)濟林木，栽植規(guī)格較大，同時人為管理水平高，導致成活率高，但是管護成本較高，因此在災毀林地的植被恢復實踐中建議還是以適應(yīng)性強，管護成本低的苗木作為選擇對象。酸棗成活率和保存率相對較低，其原因為撒點播地點為坡度較大的滑坡區(qū)，土壤含水量較低，土壤結(jié)構(gòu)性差導致發(fā)芽率低。

5.2 保水劑施量對土壤含水率和生長量影響

從表3中可以看出，穴施2.5 g、3.5 g保水劑與其它處理在各指標上的差異均達極顯著，而這兩種處理之間則差異不大，可以確定在刺槐造林中，穴施2.5 g、3.5 g保水劑，可促進穴內(nèi)土壤水分的保蓄，從而提高造林成活率，其保水持效時間可達3個月，這個時期正是本地干早少雨的時期，也是苗木萌動生長的關(guān)鍵時期。在這個關(guān)鍵時期造林施保水劑對林木成活起到了很大作用。考慮到經(jīng)濟性，穴施2.5 g效果最佳。對當年高、徑進行比較后，各施量之間可看出無顯著差異，說明施用保水劑對土壤水分的改善作用是有限的，僅能維持幼苗基本需水量，保證苗木成活，并不能提高苗木生長量。

表3 保水劑施量對土壤含水率和生長量影響試驗結(jié)果見表

5.3 不同災害地點不同恢復方式植被恢復的調(diào)查

對不同災害類型及不同恢復方式總蓋度調(diào)查，得出不同方式植被恢復的最佳配置方案，見表4。

表4 不同災害地點不同恢復方式植被恢復蓋度調(diào)查表﹪

從表4可以看出，在災毀林地中人工植苗恢復植被適合實施于泥石流沉積區(qū)域，調(diào)查顯示植苗后蓋度達到53.6%，在滑坡區(qū)域的人工恢復手段中，撒播為 3.2%，點播為 7.3%，人工植苗蓋度為8.2%，綜合在施工過程當中安全性和經(jīng)濟性，可見點播是滑坡區(qū)域的最佳植被恢復方式。塌方區(qū)域由于坡度較大，操作困難，危險性高，因此自然恢復是最佳的選擇。在本次試驗的調(diào)查中，塌方區(qū)域的總蓋度為27.4%，主要種類為巴茅、茅草一類先鋒草本植物。同時自然恢復處理中，3種災毀地的總蓋度相差不大。因此，綜合各因素可以認定塌方區(qū)域的最佳恢復方式為自然恢復，滑坡區(qū)域可通過撒點播的方式恢復植被，而可操作性強的泥石流沉積區(qū)域最好用人工植苗的方式將最大限度的提高植被恢復水平。

5.4 不同植被恢復模式的對生物多樣性保護分析

5.4.1 物種組成特性

自然恢復的灌草叢中，傳播能力強且耐旱極強的草本巴茅和馬桑迅速侵入，成為植物群落優(yōu)勢植物，其重要值分別為84.5%和8.2%，占群落總重要值的92.7%，形成了巴茅+馬桑群落，處于破壞山體植被演替的初級階段。

對于人工恢復的4種造林地中，草灌的物種數(shù)量增加，腎蕨、禾本雜草、蒿草、野菊花、野棉花等草本成為草本群落的優(yōu)勢種，草本的物種組成變化較大，初期的一年生草本植物生長逐漸退化，大量多年生草本植物逐漸進入。主要灌木種類有馬桑、懸鉤子。調(diào)查中發(fā)現(xiàn)本土木本植物開始入侵，如樺木、棗樹、楠木等。隨著巖石的風化，環(huán)境條件有所改善，已初步具備耐旱性強的鄉(xiāng)土先鋒植物生長的條件。在桂花+柚子的混交林中，由于是經(jīng)濟林有明顯人為干擾，試驗中不作統(tǒng)計。

表5 不同樣地物種組成及其重要值 ﹪

5.4.2 多樣性分析

物種多樣性是指多種多樣的生物類型及種類，強調(diào)物種的變異性，代表著物種演化的空間范圍和對特定環(huán)境的生態(tài)適應(yīng)性。物種多樣性是物種豐富度和分布均勻性的綜合反映，體現(xiàn)了群落結(jié)構(gòu)類型、組織水平、發(fā)展階段、穩(wěn)定程度和生境差異，反映了生物群落在組成、結(jié)構(gòu)、功能和動態(tài)等方面的異質(zhì)性，了解它的變化掌握群落演替的一般規(guī)律。物種多樣性變化是植被演替的重要標志之一，是分析群落穩(wěn)定性、所屬演替階段的重要依據(jù)，是群落結(jié)構(gòu)和生態(tài)功能復雜性的一個度量，可揭示不同植物群落在結(jié)構(gòu)、組成及其功能動態(tài)方面的變化。

一般情況下，物種多樣性指數(shù)與物種豐富度、均勻度呈正相關(guān)，與生態(tài)優(yōu)勢度呈負相關(guān)。多樣性指數(shù)越高，生態(tài)優(yōu)勢度越小:多樣性指數(shù)越大，豐富度、均勻度愈高。因此可以認為，在表征群落多樣性結(jié)構(gòu)方面，物種均勻度與生態(tài)優(yōu)勢度的變化趨勢是相反的:種群分布集中，群落均勻度指數(shù)低，生態(tài)優(yōu)勢度就較高。反之，群落中種群分布均勻，群落均勻度指數(shù)高，則生態(tài)優(yōu)勢度較低。

表6 不同植被恢復模式的多樣性指數(shù)

由表6可知，不同植被恢復模式的Shannon-Weiner(H)的排序為刺槐+榿木＞撒點播＞刺槐林＞生物埂＞半封;物種豐富度為混交林＞純林＞自然恢復模式;Simpson(D)的排序半封＞生物?。救鳇c播＞刺槐林＞刺槐+榿木;Pielou(J)相差不大，說明在破壞山體初期恢復模式的均勻度相差不是很明顯。

綜合分析后發(fā)現(xiàn):由于植被恢復時間較短，各群落都還處于演替初級階段過程當中，封山育林中巴茅迅速成為優(yōu)勢種，抑制了其他植物的定植，導致其豐富度和均勻度較低，巴茅在整個群落中的生態(tài)優(yōu)勢度較高。生物埂中，由于實施的地點在塌方區(qū)下，整個措施被塌方掩埋，無法對其原來計劃的指標進行調(diào)查分析，因此，此處未做比較。而在其他3種人工造林方式中，其各項指標均差異不大，表明群落中各先鋒植物種群還處于競爭的過程中，需要一定時間的演替，最終才能形成穩(wěn)定的群落。

5.5 工程措施對植被恢復的影響

試驗記錄了2011年8月、9月4次降雨后的地表徑流量和降雨侵蝕量，取平均值。見表7。

表7 不同工程措施處理的徑流量和侵蝕量

通過表7可以看出，在坡度較大的地方采用排水溝，能有效地減少地表徑流量，該實驗設(shè)置排水溝的區(qū)域地表徑流量為0.17 m3，為對照的29.8%。對降雨侵蝕量得控制，每隔3 m～5 m設(shè)置的竹木柵欄或土袋的處理，侵蝕量最小為0.0142 t，為對照的9.8%，能減少土壤的降水侵蝕量的90%。分析其原因，設(shè)置竹木柵欄或土袋降低了山體坡度，降水下泄過程中多次被緩沖，減輕了徑流對地表的沖刷，從而減少了降雨侵蝕量?？梢娫跒臍降刂脖换謴凸ぷ髦?，加以必要的輔助工程措施，能有效的保護好山體，改善植株生長的小環(huán)境，有利于植被恢復。

在試驗觀察過程中發(fā)現(xiàn)，山體松動，坡度＞45°的塌方區(qū)域，植被恢復難度很大，下部實施的生物埂、堡坎等工程還無法有效地控制塌方的繼續(xù)發(fā)生。

6 結(jié)論

在塌方區(qū)域下部坡度介于30°～40°的區(qū)域采用每隔3 m～5 m斜坡距的土袋或木竹柵欄工程，能有效地控制降雨侵蝕量的發(fā)生，侵蝕量比對照減少91.2%;同時在泥石流區(qū)域上部實施排水溝、下部實施擋土堡坎工程等綜合治理措施，能有效的匯集地表徑流，減少侵蝕量，擋土堡坎能阻擋和沉降90%的泥土，從而有效的控制泥石流侵蝕面的擴大。而對于山體表面松動，坡度＞45°的塌方區(qū)域，下部實施的生物埂、堡坎等工程措無法有效遏制塌方發(fā)生，解決辦法尚有待研究。

項目區(qū)山體表面經(jīng)過治理，通過實施人工植苗、人工點播和撒播等人為植被恢復措施，結(jié)果表明:塌方、滑坡、泥石流及其過渡區(qū)域中治理后的泥石流區(qū)域最適合通過人為恢復植被，其平均蓋度可達到33.76%，最佳方式為人工植苗恢復，經(jīng)調(diào)查蓋度達到了53.6%。塌方及滑坡區(qū)域由于立地條件差，操作危險性高，建議植被恢復方式為自然恢復，經(jīng)調(diào)查自然恢復的蓋度達到30%左右，但主要以巴茅和禾草等先鋒草本為主，需要長時間的演替才能形成穩(wěn)定的群落。最差的是塌方區(qū)域，人為恢復的覆蓋度僅為1.3%。

通過選擇本地區(qū)已知的抗逆性較強的刺槐、榿木、酸棗和茅草等植物在治理后的山體表面實施人為森林植被恢復，結(jié)合植被自然修復后的植被種類調(diào)查結(jié)果表明:在泥石流及其沉積區(qū)域，最適的植被修復手段是人為恢復，最適的植被為刺槐，人工植苗刺槐苗木保存率為49%;在塌方至泥石流段的滑坡區(qū)域，自然恢復的效果較好，最適的植被是芭茅、茅草等草本自然恢復的芭茅和茅草等，總覆蓋度達到了30.96%。

通過試驗可以初步判斷出刺槐是適宜災毀林地的優(yōu)秀樹種，而穴施保水劑2.5 g，可有效地提高刺槐的成活率。

災后生態(tài)修復造林技術(shù)研究結(jié)果表明:災后植被恢復的工作中首先要根據(jù)需恢復區(qū)域的實際情況，結(jié)合施工地點的可操作性、經(jīng)濟型和安全因子來綜合考慮所采取的修復措施及輔助措施，以達到綜合受益最大的原則。災毀林地的植被恢復達到穩(wěn)定的演替階段是一個非常漫長的過程，在恢復的過程中很容易受到各個因素的干擾，需要持之以恒的辛勤工作。

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