吹填沙土區(qū)域植被恢復試驗研究

仲 康，湯 瑩，王 苑

(1.長江勘測規(guī)劃設計研究有限責任公司，湖北 武漢 430010； 2.泰興市港口局，江蘇 泰興 225400)

1 項目概況與研究背景

長江揚中河段天星洲汊道段河道綜合整治工程為國家172項節(jié)水供水重大水利工程之一，位于江蘇省泰興市。工程主要由吹填工程和護岸工程等組成，目的是維持天星洲雙汊過流格局，穩(wěn)定天星洲洲體，改善左汊水域條件，開發(fā)可資利用的岸線資源，為泰興市經濟社會發(fā)展創(chuàng)造有利條件。

泰興市地處北亞熱帶季風區(qū)，臨江近海，氣候溫和，四季分明，雨量豐沛，歷年平均降水量1 033.2 mm，多年平均氣溫15.8 ℃，年均無霜期233 d，梅雨、臺風等地區(qū)性氣候明顯。工程區(qū)位于長江河灘地，地貌類型屬三角洲平原中的江心洲，洲體吹填料源為長江泥沙[1]，土壤類型為高沙土[2]。高沙土土壤貧瘠，遭遇暴雨或大風侵蝕劇烈，水土流失嚴重[3]。水土保持措施的實施重點是天星洲洲體固沙和植被恢復。

本工程編制了水土保持方案報告書，報告書中針對工程布置特點分區(qū)布置了相應的水土保持措施，形成了完備的防護措施體系。然而在實施過程中，天星洲洲體頂面采用的草方格[4]防風固沙措施和撒播草種措施存在以下幾方面的問題：①受施工時序限制，風力侵蝕嚴重；②土壤營養(yǎng)基質流失，植被恢復難度大；③外購表土工程量不確定，對工程投資影響大。因此，我們采用試驗方法對以上三個問題作了專門的研究。

2 問題分析與研究方法

2.1 問題分析

針對上述存在的三個問題，進行分析和探討。第一，本項目采用吹填方式將長江河底泥沙吹填至天星洲洲體，達到一定高程后停止吹填，經過一定沉降周期后復核頂高程，如果存在欠高問題，需繼續(xù)吹填直至達到設計高程，因此沉降期內水土保持工程難以實施，需待吹填區(qū)域驗收完成后方可施工。工程區(qū)位于長江下游江心洲，受臺風和江風影響大，而吹填土為高沙土，自然條件下土質結構松散，土壤表層結皮受風力侵蝕作用極易流失，松散高沙土裸露加劇侵蝕作用。第二，吹填沙土保水性差，經過沉降期后，表層土壤結皮已完全被剝蝕，高沙土裸露，經過降雨入滲作用后，其本身營養(yǎng)基質流失，造成植物種子著床困難，且難以獲取生長需要的有機質等養(yǎng)分。第三，采用外購表層耕植土回覆，方式進行植被恢復存在不確定性。一般生產建設項目表土回覆厚度為30～50 cm，表土回覆厚度影響植被恢復效果，確定植被恢復效果需做專門試驗研究，且洲體植被恢復面積達534 hm2，對投資影響很大。另外工程區(qū)位于長江江心洲，外購表層耕植土需進行不斷轉運，程序復雜，造價高。

2.2 研究方法

根據以上分析與探討，決定采用試驗方法研究植被恢復效果[5]。經過調查與研究，提出采用“先固后植”的思路進行試驗。首先，采用草方格沙障固沙，減小風力侵蝕作用。其次，在調查洲體原狀土、新吹填土和外購表層耕植土土壤分布和養(yǎng)分情況的基礎上，組合4種土壤樣本并進行檢測，4種土壤樣本分別為：①洲體原狀土，即現狀洲體裸露的高沙土；②新吹填土，即新近吹填高沙土中營養(yǎng)基質尚未流失的表層土；③外購表層耕植土，即工程區(qū)周邊購得的表層耕植土；④改良土，即新吹填土與外購表土1∶1混合拌制成的改良土。最后，試驗研究不同土壤條件和不同回覆厚度下草種的生長情況。受工程進度和植被恢復季節(jié)限制，本試驗時間設定為25 d，分別觀察和記錄1、3、5、10、15、20和25 d時植被覆蓋情況，通過植被覆蓋度確定植被恢復效果。植被覆蓋度計算公式為

C=M/A

(1)

式中：C為植被覆蓋度；M為植被覆蓋面積；A為撒播草種總面積。

3 試驗內容

3.1 布設草方格沙障

(1)選擇洲體地表裸露、沙化嚴重、操作方便且無灌叢植被影響的區(qū)域作為試驗區(qū)域，整平試驗區(qū)頂面。

(2)根據試驗區(qū)布置方案測量放出試驗區(qū)邊界線，并在試驗區(qū)用石灰打線放出橫對主導風向的1 m×1 m的正方形方格網。

(3)柴草制備。用麥秸草、稻草扎制草方格前需在材料上灑一些水，使之濕潤，以提高材料的柔性，避免扎制時折斷。扎制前將材料切成60 cm長的段，整齊堆放。

(4)鋪放柴草。沿草方格網線平鋪柴草，柴草要沿線垂直擺放，并置中間位置于線上。

(5)用平板锨在草中部用力將其對折壓入沙層內12～15 cm，擁沙扶直，使其出露高度為13～15 cm(偏差為±2 cm)，頂部寬度為5～6 cm，再用腳將草帶兩側的沙踩實，并用鐵锨或刮沙板將中間的沙向草帶下刮一刮，使草方格提前形成碟形凹槽，有利于沙障內地面穩(wěn)定。

(6)試驗期間，保證柴草埋置垂直吹填區(qū)頂面，外露部分表面平整，種植牢固，如有破口應及時修補。

3.2 土壤養(yǎng)分檢測及方案設計

將組合的4種土樣送至實驗室進行土壤養(yǎng)分檢測，結果見表1。檢測結果表明，外購土基本滿足三類土標準，其余土樣均低于三類土標準。

根據土樣檢測結果，本試驗設計了5種土壤條件進行試驗，分別為：方案一，無表土回覆；方案二，改良土(新吹填土和外購表土采用1∶1比例拌制)回覆，回覆厚度3 cm；方案三，改良土回覆，回覆厚度5 cm；方案四，外購表土回覆，回覆厚度3 cm；方案五，外購表土回覆，回覆厚度5 cm。

在試驗區(qū)內選擇5塊相近的樣方，每塊樣方面積20 m2。準備新吹填土0.8 m3，外購表土2.4 m3。將0.3 m3新吹填土與0.3 m3外購表土攪拌均勻，作為方案二單獨存放；將0.5 m3新吹填土與0.5 m3外購表土攪拌均勻，作為方案三單獨存放；將1.6 m3外購表土分成0.6 m3和1 m3作為方案四和方案五單獨存放。

3.3 覆土種草

(1)耕翻選定的試驗區(qū)5塊樣方的土層，清除土層中的碎石等雜物，得到質地疏松、透氣、平整、排水良好、適于草種生長的苗床。

(2)草種選用狗牙根和白茅，混合種植。提前去雜、精選草種，保證種子質量，將精選的草種浸泡24 h。

(3)將已經制備好的土壤和草種充分拌和，按設計方案分別回覆至相應區(qū)域，并在樣方前插上指示牌?；馗残璞ＷC土壤均勻分布，并用鐵耙翻整，卷尺測量，須滿足土壤厚度要求。

(4)草種種植后需及時、定期灑水，直至草種正常發(fā)芽生長；發(fā)生病蟲害時，及時噴灑農藥；植物生長緩慢缺乏養(yǎng)分時需追肥。

4 試驗結果與分析

根據試驗觀察和記錄制作了階段植被覆蓋度情況表和折線變化圖，詳見表2和圖1。

表2 各方案植被覆蓋度

通過對比分析，可以得出：

(1)前10 d為草種萌芽期，10 d左右開始出芽。

(2)方案一植被覆蓋度遠低于其他方案，主要原因在于草種著床困難，雖有日常養(yǎng)護，但難以儲存水分和營養(yǎng)物質，且白天光照條件比較好的情況下，高沙土溫度較高，容易灼傷草種，因此草種不易發(fā)芽成活。

(3)方案四和方案五比方案二和方案三植被覆蓋度高，主要是由于外購表土儲存水分的能力比改良土強，且土壤養(yǎng)分含量也更高。

圖1 植被覆蓋度變化情況

(4)方案五比方案四植被覆蓋度略高，方案三比方案二植被覆蓋度略高，是由于回覆土土層厚，能儲存更多的水分和營養(yǎng)物質，同時可提供更多的有機質，利于草種發(fā)芽生長。

(5)方案四比方案三植被覆蓋度高，說明土質改變的影響比回覆厚度改變的影響要大。

(6)除方案一外，其他方案草種生長趨勢基本一致。

綜合5種方案試驗情況，方案一植被恢復難度最大，相同條件下植被覆蓋度遠遠低于其他4種方案，25 d植被覆蓋度為6%，不能作為植被恢復方案；其余4種方案25 d植被覆蓋度分別為75%、77%、84%和87%，植被恢復方案基本可行。試驗時間為5月底至6月份，光照條件強烈，氣溫較高，水分蒸發(fā)快，在該區(qū)域土壤條件下不利于草種發(fā)芽和生長，建議選擇春末或初秋播種，可以提高草種成活率。

5 結 論

(1)高沙土地區(qū)采用草方格沙障固沙作用明顯，減小了風力侵蝕。草方格可通過增大地表粗糙度，降低地表層氣流的輸沙能力，并可改善土壤水分狀況，腐化的柴草作為有機質保留在土壤中，還可起到改良土壤的作用。

(2)高沙土地區(qū)立地條件差，難以維持植物正常生長，采用新吹填土與外購表層耕植土混合拌制成的改良土或單獨采用外購表層耕植土回覆可顯著提高植被恢復效果。試驗表明，僅靠原狀高沙土恢復植被難度極大，通過改變土質，增強土壤黏性，可保水保肥，有效提高植被恢復效果。

(3)天星洲洲體后期將作為岸線資源進行開發(fā)利用，綜合考慮后期利用、植被恢復效果、投資允許等因素，方案五較方案四更優(yōu)。采用回覆外購表土5 cm方案，一方面可提高洲體植被覆蓋度，增強土壤的抗侵蝕能力，另一方面也可改善洲體土壤條件，為后期景觀打造創(chuàng)造良好的立地條件。