33種植物模擬飄臺(tái)V型槽邊坡修復(fù)越冬試驗(yàn)
——以黃土高原地區(qū)為例

張小剛，秦緒明，白玉珍，閆 勵(lì)，呂佳進(jìn)

(美麗華夏生態(tài)環(huán)境科技有限公司，北京 100176)

1 研究背景

飄臺(tái)V型槽是在高陡巖壁之上，將鋼筋鉆孔錨固在巖壁之上，鋼筋上鋪設(shè)木板，再用水泥混凝土將木板、鋼筋和巖壁澆筑在一起，最后與巖壁形成的具有一定夾角的燕槽狀平面。飄臺(tái)V型槽邊坡修復(fù)技術(shù)主要用在坡度≥70°的高陡裸露巖石邊坡中，并且是此類邊坡水土保持、快速?gòu)?fù)綠的有效方法之一[1]。西北黃土高原地區(qū)的高陡石質(zhì)邊坡在應(yīng)用飄臺(tái)V型槽修復(fù)技術(shù)進(jìn)行生態(tài)修復(fù)時(shí)，V型槽內(nèi)無(wú)土、缺水、少肥等現(xiàn)象比較嚴(yán)重，立地條件更為惡劣，且飄臺(tái)V型槽容積較小，基質(zhì)中能容納的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)有限，因此為了達(dá)到修復(fù)的目的，不僅要考慮V型槽內(nèi)種植基質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)成分，以及是否保水、保肥、透氣和有良好的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，而且還要考慮修復(fù)植物的選擇，以滿足需要。

飄臺(tái)V型槽邊坡修復(fù)技術(shù)從2004年開(kāi)始在廣州南沙、沈陽(yáng)世博園等50多個(gè)采石、采礦場(chǎng)和深圳南坪路陡坡等不同類型和不同地域的邊坡修復(fù)中陸續(xù)應(yīng)用，都達(dá)到了很好的效果，但在西北地區(qū)還處于起步階段，運(yùn)用極少[2]。究其原因主要是西北地區(qū)普遍較為干旱，能供選擇的邊坡修復(fù)植物有限，而且冬季較為寒冷，再加上邊坡土層較薄，因此大多邊坡植物難以越冬，很容易凍死，導(dǎo)致修復(fù)失敗[3]。

此外，在科研領(lǐng)域?qū)τ诟鞣N樹(shù)木包括園林樹(shù)木抗寒研究的報(bào)道雖然很多，但大多數(shù)是關(guān)于低溫脅迫對(duì)樹(shù)木生理特性及指標(biāo)影響的研究，還有多數(shù)是關(guān)于樹(shù)木抗寒措施的研究報(bào)道，而對(duì)于園林樹(shù)木尤其是邊坡修復(fù)苗木的越冬特性及其發(fā)生凍害程度的系統(tǒng)研究很少[4]。研究表明，多數(shù)植物的幼苗抗性較弱而成年苗木抗性較強(qiáng)，這就使得許多成年樹(shù)種可以在某地區(qū)正常生長(zhǎng)、開(kāi)花、結(jié)實(shí)，但其幼苗則可能在該地區(qū)受一些環(huán)境因子的影響而不能正常生長(zhǎng)，特別是受冬天低溫冷凍影響而不能正常越冬。因此，對(duì)植物幼苗進(jìn)行越冬研究具有重要的科學(xué)和生產(chǎn)實(shí)踐意義。

陜西韓城采石場(chǎng)高陡邊坡生態(tài)修復(fù)項(xiàng)目位于關(guān)中平原和黃土高原過(guò)渡地帶。一方面由于黃土高原地區(qū)降雨量不足和巖石風(fēng)化使得土壤大多呈堿性、有機(jī)質(zhì)含量不足，植被種類不夠豐富；另一方面，由于常年在此地采石、采礦導(dǎo)致灰?guī)r邊坡極不穩(wěn)定，坡度大于70°，屬于高陡邊坡[5]。面對(duì)項(xiàng)目地嚴(yán)重的環(huán)境惡化、水土流失、生物多樣性銳減等生態(tài)問(wèn)題，為了保證一次修復(fù)，短時(shí)間見(jiàn)效果，達(dá)到長(zhǎng)期修復(fù)的目的，項(xiàng)目決定采用飄臺(tái)種植槽法生態(tài)修復(fù)工藝，但選擇的植物能否在飄臺(tái)V型槽中順利越冬成為該工藝能否成功的關(guān)鍵[6]。為此，本試驗(yàn)選擇園林植物及現(xiàn)場(chǎng)周圍常見(jiàn)的水土保持、護(hù)坡植物共33種，模擬飄臺(tái)V型槽種植進(jìn)行越冬研究，以期為邊坡V型槽工程苗木選育提供實(shí)用參考。本研究主要是采用花盆盆栽種苗模擬邊坡飄臺(tái)種植槽進(jìn)行試驗(yàn)。

2 試驗(yàn)材料與方法

2.1 試驗(yàn)時(shí)間及地點(diǎn)

模擬飄臺(tái)種植試驗(yàn)于2018年10月至2019年5月進(jìn)行。試驗(yàn)地位于陜西韓城市玉屏山山腳下，土壤為沙壤，中性偏堿。韓城處于暖溫帶半干旱區(qū)域，屬大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，氣候溫和，光照充足，雨量較多，年均氣溫13.5 ℃，年均降水量559.7 mm，但雨量不均，多集中于7、8、9月份，無(wú)霜期208 d，年日照時(shí)數(shù)2 436 h，春夏季易發(fā)生干旱，夏季陣雨多、強(qiáng)度大，水土流失嚴(yán)重。在試驗(yàn)觀察期間，韓城室外最低溫度-7 ℃，有保溫和無(wú)保溫措施溫差約為10 ℃。

2.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)用到33種種苗，包括膠東衛(wèi)矛、大葉黃楊、小葉黃楊、水蠟、紫藤、紅瑞木、女貞、小葉女貞、紅葉石楠、木槿10種常見(jiàn)的園林苗木，紫穗槐、黃刺玫、鈍葉薔薇、繡線菊、連翹、構(gòu)樹(shù)、荊條、酸棗、馬棘、五葉地錦、迎春花、茅莓、杠柳、短尾鐵線蓮、枸杞、沙棘、烏頭葉蛇葡葡、鵝絨藤18種當(dāng)?shù)爻Ｒ?jiàn)鄉(xiāng)土植物，蜀葵、佛甲草、馬藺、甘菊、秋英5種多年生草本植物，具體見(jiàn)表1。

表1 越冬試驗(yàn)苗木信息

試驗(yàn)其他材料包括：花盆(660個(gè))、土壤基質(zhì)、電子天平、pH試紙、卷尺、標(biāo)簽紙、插簽、保水劑、土壤調(diào)節(jié)劑、有機(jī)肥、地溫計(jì)等。

2.3 飄臺(tái)種植槽基質(zhì)組分說(shuō)明

飄臺(tái)V型槽中植物的成活率、長(zhǎng)勢(shì)和后期復(fù)綠效果都與基質(zhì)有關(guān)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)、相關(guān)資料，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，我們對(duì)飄臺(tái)V型槽內(nèi)的種植基質(zhì)進(jìn)行了改良[1]，其各組分配比見(jiàn)表2。

表2 模擬飄臺(tái)V型槽試驗(yàn)土壤基質(zhì)組分

2.4 試驗(yàn)方法

為了保持試驗(yàn)數(shù)據(jù)的實(shí)用性和可借鑒性，本試驗(yàn)主要采用花盆盆栽種苗模擬邊坡飄臺(tái)種植槽進(jìn)行試驗(yàn)。本試驗(yàn)花盆中的土壤基質(zhì)配方和韓城項(xiàng)目飄臺(tái)V型槽中種植土壤配方完全一致，只保留是否有保溫措施一個(gè)變量，來(lái)探究溫度變化對(duì)本試驗(yàn)苗木越冬的影響。根據(jù)需要，試驗(yàn)將每種苗木分為2個(gè)處理組，每組各10盆。第1組，采用園土，加入保水劑、土壤調(diào)節(jié)劑及有機(jī)肥，擱置在項(xiàng)目地搭設(shè)的透明大棚內(nèi)；第2組，采用同樣的土壤基質(zhì)配方，但擱置在項(xiàng)目地搭設(shè)的透明大棚外。

將苗木種植在花盆中之后需要進(jìn)行緩苗處理，一般情況下栽種完成之后需要緩苗1個(gè)月左右。栽好之后由于天氣轉(zhuǎn)冷，所有苗木統(tǒng)一在大棚中緩苗，緩苗期間統(tǒng)一放置、統(tǒng)一管理，每隔3天澆1次水。栽植滿1個(gè)月苗木生長(zhǎng)穩(wěn)定后，進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，將第1組苗木仍放置在大棚中，第2組苗木搬到大棚外，定期統(tǒng)一養(yǎng)護(hù)管理，定期測(cè)量記錄大棚內(nèi)外溫度變化情況。進(jìn)入寒冬后對(duì)苗木進(jìn)行冬灌處理，2019年清明之后觀察苗木越冬發(fā)生凍害情況，綜合評(píng)估不同苗木在模擬飄臺(tái)種植槽生長(zhǎng)的抗寒性。

2.5 苗木凍害指數(shù)的計(jì)算

為比較苗木發(fā)生凍害的程度，首先把苗木凍害程度分級(jí)，然后以凍害指數(shù)(F)大小來(lái)比較不同樹(shù)種苗木發(fā)生凍害的程度[4]。凍害級(jí)別分作5級(jí)：0級(jí)，苗木無(wú)任何凍害表現(xiàn)，萌芽和生長(zhǎng)均正常；1級(jí)，只有苗木頂芽和頂梢凍死，下部側(cè)芽正常萌發(fā)生長(zhǎng)；2級(jí)，苗木莖干1/2左右凍死，下部側(cè)芽萌發(fā)也受到不同程度影響；3級(jí)，地上部分全部?jī)鏊?，從地表根頸處重新萌發(fā)新枝；4級(jí)，苗木地上和地下部分全部?jī)鏊?，再無(wú)新芽萌發(fā)[7]。

苗木凍害指數(shù)計(jì)算公式為

F=[∑IPi/(4×100%)]×100

(1)

式中：F為凍害指數(shù)；I為凍害級(jí)別，分別為0,1,2,3,4；Pi為各凍害級(jí)別中受凍苗木所占百分比；4×100%為凍害最高級(jí)別(第4級(jí))與發(fā)生凍害苗木最高比例(100%)的乘積[7]。

從公式(1)可以看出，F(xiàn)值的波動(dòng)范圍為0～100。當(dāng)所有苗木(100%)的凍害級(jí)別全為0級(jí)(最低級(jí))，即所有苗木沒(méi)有受到任何凍害影響時(shí)，∑IPi=0×100%，則[∑IPi/(4×100%)]=0，F(xiàn)值為0，最??；當(dāng)所有苗木(100%)的凍害級(jí)別都是4級(jí)(最高級(jí))，即所有苗木全部被凍死時(shí)，∑IPi=4×100%，則[∑IPi/(4×100%)]=1，F(xiàn)值為100，最大[8]。

3 試驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 試驗(yàn)結(jié)果

大棚內(nèi)溫度保持在10 ℃左右，最低也不會(huì)低于0 ℃，大棚內(nèi)的苗木等同于有保溫措施的苗木；韓城冬季大棚外溫度基本上在0 ℃以下，最低可達(dá)-10 ℃。所以，大棚內(nèi)外平均溫差在10 ℃左右。根據(jù)苗木的凍害等級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，在清明過(guò)后分別觀測(cè)評(píng)估兩組處理的苗木凍害等級(jí)，并根據(jù)公式(1)計(jì)算出苗木凍害指數(shù)。苗木凍害等級(jí)評(píng)估結(jié)果及凍害指數(shù)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

從表3可以看到，兩組處理凍害指數(shù)有明顯區(qū)別。我們將兩組處理的凍害指數(shù)點(diǎn)繪成圖，見(jiàn)圖1。

表3 苗木凍害等級(jí)及凍害指數(shù)

3.2 討 論

從本試驗(yàn)的研究目的和研究方法可知，大棚外的苗木即為模擬在飄臺(tái)V型槽中生長(zhǎng)的苗木，大棚內(nèi)的苗木作為對(duì)照組，大棚內(nèi)整體溫度比大棚外高10°左右，也就是說(shuō)研究對(duì)象和對(duì)照組在其他因素不變的情況下只改變溫度進(jìn)行研究。從圖1來(lái)看，整體上33種苗木在大棚內(nèi)的凍害指數(shù)低于或等于大棚外的凍害指數(shù)。由此可知，在北方寒冷的冬季，綠化苗木在有條件保溫的情況應(yīng)盡量采取保溫措施，這樣可以有效降低苗木的凍害指數(shù)[9-11]。同時(shí)也得出，北方冬季在采用飄臺(tái)V型槽進(jìn)行邊坡生態(tài)修復(fù)時(shí)，為了讓邊坡植被免受凍害威脅，有條件的可采取保溫措施[12-13]。

圖1 苗木凍害指數(shù)

膠東衛(wèi)矛、大葉黃楊、小葉黃楊、水蠟、紫藤、紅瑞木、女貞、小葉女貞、紅葉石楠、木槿為常見(jiàn)的園林苗木，人為因素干擾明顯，冬季受溫度影響比較大。從圖1可知，在大棚內(nèi)和大棚外凍害指數(shù)變化明顯，且相對(duì)來(lái)說(shuō)，大棚內(nèi)苗木比大棚外苗木的凍害指數(shù)較小。

紫穗槐、黃刺玫、鈍葉薔薇、繡線菊、連翹、構(gòu)樹(shù)、酸棗、馬棘、五葉地錦、迎春花、茅莓、杠柳、枸杞、沙棘、烏頭葉蛇葡萄、荊條、短尾鐵線蓮、鵝絨藤為當(dāng)?shù)爻Ｒ?jiàn)鄉(xiāng)土植物，且大多數(shù)生長(zhǎng)在干旱山坡、荒地等，大多數(shù)耐干旱、耐寒冷、耐鹽堿，是邊坡修復(fù)的首選植被。從圖1中也能看出，除荊條、短尾鐵線蓮、鵝絨藤在大棚內(nèi)外凍害指數(shù)都較高(可能由于試驗(yàn)誤差)外，其他植物在大棚內(nèi)外的凍害指數(shù)都很低，說(shuō)明它們冬季在大棚外很容易越冬，易于成活，這也是盡量選用鄉(xiāng)土植物作為生態(tài)修復(fù)植被的原因所在。

蜀葵、佛甲草、馬藺、甘菊、秋英為多年生草本植物，從圖1中可看出除蜀葵和佛甲草在大棚內(nèi)外凍害指數(shù)都較低外，其他三種草本在大棚內(nèi)外的凍害指數(shù)都很高，可能由于移栽時(shí)傷了根部或者生理原因?qū)е隆?/p>

4 結(jié) 論

(1)在西北黃土高原地區(qū)，有保溫措施的苗木更容易在飄臺(tái)V型槽中越冬。

(2)在韓城項(xiàng)目中，大多數(shù)園林苗木在飄臺(tái)V型槽中不容易越冬，盡量不要用作生態(tài)修復(fù)植被。

(3)幾種當(dāng)?shù)爻Ｒ?jiàn)的灌木和藤本植物在飄臺(tái)V型槽中更容易越冬，因此在韓城項(xiàng)目中可作為邊坡生態(tài)修復(fù)首選的植物。

(4)幾種當(dāng)?shù)爻Ｒ?jiàn)的多年生草本植物雖然適應(yīng)性強(qiáng)，但由于其他原因在飄臺(tái)V型槽中也可能無(wú)法順利越冬，因此在邊坡生態(tài)修復(fù)中也盡量不要選。