我國巖質(zhì)邊坡植被修復(fù)與水土保持應(yīng)用進展

黎曦

摘 要 針對我國巖質(zhì)邊坡植被修復(fù)的植物選擇、植物配置及水土保持的應(yīng)用進行了綜述，并總結(jié)了有關(guān)現(xiàn)狀和發(fā)展。在巖質(zhì)邊坡植被修復(fù)中，需強化巖質(zhì)邊坡植被修復(fù)的景觀異質(zhì)性，深入開展相關(guān)水土保持研究、技術(shù)方法與應(yīng)用體系等。

關(guān)鍵詞 巖質(zhì)邊坡;植被修復(fù);水土保持

中圖分類號：X171.4 文獻標(biāo)志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2021.06.097

由于高速公路、鐵路、采礦、采石及水利等建設(shè)工程的干擾以及自然營力的作用，我國出現(xiàn)了大量裸露程度不同的邊坡，造成較嚴(yán)重的水土流失，進而導(dǎo)致滑坡、崩塌、泥石流或荒漠化等地質(zhì)災(zāi)害，威脅主體建設(shè)工程，對人們的生命財產(chǎn)安全產(chǎn)生較大的隱患，甚至造成巨大的經(jīng)濟損失。邊坡的坡面地形多陡峭，立地環(huán)境惡劣，土層薄，部分近乎裸露，生態(tài)修復(fù)難度很大，其中石壁邊坡的生態(tài)修復(fù)已成為世界性難題。發(fā)達國家如日本、美國等建立了完備技術(shù)理論體系，修復(fù)技術(shù)已成熟，而我國則開展相對較晚，許多研究領(lǐng)域薄弱?；诖耍瑥男迯?fù)植物選擇與配置、水土保持應(yīng)用綜述了我國巖質(zhì)邊坡植被修復(fù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢。

1 巖質(zhì)邊坡主要類型及其特征

根據(jù)坡體地層巖性成分的不同，邊坡可分為巖質(zhì)邊坡和土質(zhì)邊坡。巖質(zhì)邊坡按其巖層結(jié)構(gòu)可分為層狀結(jié)構(gòu)邊坡、塊狀結(jié)構(gòu)邊坡和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)邊坡，依據(jù)其形成成因可分為自然巖質(zhì)邊坡和人工巖質(zhì)邊坡，人工巖質(zhì)邊坡又可分為鐵礦、煤礦、石灰石礦等采礦與采石區(qū)的巖質(zhì)邊坡，公路、鐵路巖質(zhì)邊坡和庫岸巖質(zhì)邊坡等。相對于土質(zhì)邊坡，巖質(zhì)邊坡有很強的異質(zhì)性，特別是邊坡石壁、高陡邊坡。受巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地形地貌、巖體結(jié)構(gòu)空間、巖體質(zhì)量、風(fēng)化程度和人為干擾，以及區(qū)域氣象、水文、微生物等的影響，不同巖質(zhì)邊坡的異質(zhì)性大，造成了恢復(fù)治理技術(shù)的局限性、地域性，同時決定了技術(shù)普適性及大面積實踐應(yīng)用的現(xiàn)實難度[1]。

2 巖質(zhì)邊坡植被修復(fù)及進展

2.1 樹種選擇

科學(xué)選擇植物是成功恢復(fù)巖質(zhì)邊坡生態(tài)系統(tǒng)、保證群落長期穩(wěn)定的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。例如，喀斯特石灰?guī)r高陡邊坡的生態(tài)修復(fù)優(yōu)先考慮爬山虎、葎草、常春藤、扶芳藤、野葛和中華絡(luò)石等鄉(xiāng)土藤本植物;桂西喀斯特石漠化邊坡選擇生長快的任豆、南酸棗、香椿等;滇東地區(qū)則選擇麻櫟、滇石櫟、云南松等先鋒喬木樹種;北方中低緯度裂隙發(fā)育的石灰?guī)r高陡邊坡選擇黃櫨;類蘆、糖蜜草適用于黃石市黃荊山北麓采石場巖質(zhì)邊坡的生態(tài)修復(fù);酸度較高的花崗巖巖質(zhì)邊坡選擇馬尾松、杜鵑，當(dāng)嚴(yán)重缺乏氮素，選擇豆科類和其他固氮物種;花崗巖紅壤邊坡選擇狗尾草、胡枝子等;山西土石山區(qū)邊坡初期種植百喜草，先鋒灌木樹種荊條和酸棗。常用的高速公路護坡植物有紫穗槐、狗牙根、野牛草和紫花苜蓿等，如都汶高速邊坡選擇草木樨、繡球小冠花等草本及銀合歡、多花木藍(lán)、美麗胡枝子等灌木，景觀效果好[2]。

2.2 樹種配置

巖質(zhì)邊坡的植被配置模式，直接關(guān)系到生態(tài)修復(fù)工作的成敗。我國巖質(zhì)邊坡植被修復(fù)主要在公路、礦區(qū)邊坡開展，取得了一些較成功的植被修復(fù)配置模式。例如，雞矢藤草地對大廣高速大名路段邊坡恢復(fù)效果好，杠柳和紫穗槐林地的固土效果較好;山東石灰?guī)r質(zhì)邊坡適應(yīng)營造苦楝、側(cè)柏混交林，濟南石灰?guī)r質(zhì)邊坡建立喬灌草結(jié)合模式，優(yōu)勢樹種分別為側(cè)柏、黃荊、羊胡子草;宜昌頁巖邊坡采用棉網(wǎng)狀生袋技術(shù)，營造刺槐和馬尾松混交林，太行山南麓山區(qū)刺槐林與側(cè)柏林效果較好;廣西平果縣石漠化邊坡采取任豆、南酸棗、蘇木等與青岡櫟、吊絲竹、麻竹等的混交林模式 ;北方土石山區(qū)邊坡荊條與紅豆草、油松與荊條配置及油松與荊條、紅豆草立體配置;華南地區(qū)常見的巖質(zhì)邊坡喬灌草型植物群落類型有小葉相思+銀合歡+狗牙根、桉樹+金合歡+糖蜜草、馬占相思+銀合歡+芒草等，灌草型植物群落類型有金合歡+狗牙根、山毛豆+狗牙根、銀合歡+糖蜜草等，狗牙根+百喜草、狗牙根+紫花苜蓿等草地植物群落類型;深圳市龍崗區(qū)邊坡栽植狗牙根、百喜草禾科草本植被及山毛豆、豬屎豆豆科灌木植被;宜昌市峽州大道快速道高陡路塹邊坡選擇草本植物狗尾草、百喜草、狗牙根、早熟禾和紅蓼，配置灌木植物胡枝子、紫穗槐、馬棘等 。

此外，種植密度、種間關(guān)系、冠層張開度等直接或間接影響邊坡植被的配置[3]。例如，北京土石山的側(cè)柏和胡枝子間會出現(xiàn)水分競爭，荊條和構(gòu)樹對土壤水分的利用關(guān)系中性;在廣西平果縣石漠化裸石率較大的邊坡應(yīng)“見縫插針”密植;廣東石質(zhì)邊坡的草灌混播經(jīng)從最初的草本為主到后來以草灌模式的轉(zhuǎn)化，應(yīng)適當(dāng)降低草本類先鋒植物的播種密度，選擇蓋度增加較慢的草本植物;北方土石山區(qū)邊坡栽種密度要合理，不要盲目追求植被覆蓋度;石灰?guī)r坡地人工林平均樹高、冠幅與林分密度間均呈負(fù)相關(guān)。

3 水土保持應(yīng)用及進展

3.1 土壤水分及其水文效應(yīng)

巖質(zhì)邊坡的水分供應(yīng)約束是修復(fù)植物的生長及其群落穩(wěn)定的主要抑制因子，對干旱、半干旱地區(qū)的巖質(zhì)邊坡尤為重要。因此，護坡植物需有較低的耗水量、抗旱性強和發(fā)達的根系。例如，太行山土石山區(qū)側(cè)柏林地持水性較好;河南省宜陽縣錦屏山采石場巖質(zhì)邊坡，黃櫨和臭椿根系發(fā)生適應(yīng)性變化，增加對土壤中營養(yǎng)物質(zhì)和水分的截獲范圍;路基邊坡草本植物能有效防治降雨對表層土體沖刷，在強降雨時，建議狗牙根的種植配比

0.6 g·m-3;太行山土石山區(qū)中土壤的入滲速度大小刺槐林>側(cè)柏林地>荒草地覆被。

3.2 固土與土壤改良

巖質(zhì)邊坡的土壤極薄，往往由巖體的裂隙充當(dāng)土壤為植被根系的生長提供有限的土壤環(huán)境空間，同時又是水分、熱量的交互通道。植被恢復(fù)的過程中，植物護坡的主要機理是植物根系對巖體表面或其裂隙土壤的固結(jié)和加筋作用，改善土壤質(zhì)量，也提高了土壤穩(wěn)定性和抗蝕性，推動植被恢復(fù)演替進展，它們之間的關(guān)系通常表現(xiàn)為正向協(xié)同效應(yīng)，長期穩(wěn)定的護坡效果需要依靠灌木和喬木植物[4]。例如，百喜草、高羊茅和百慕達草地，結(jié)合土工格室對城市巖質(zhì)邊坡有較好的抗沖刷特性;刺槐耐旱性優(yōu)于胡枝子，其幼根、群根系的固土與護坡能力強;紫花苜蓿、狗牙根根系的巖質(zhì)邊坡根-土復(fù)合體，其抗剪強度隨根系分形維數(shù)的增加呈先增后減的趨勢;河南省宜陽縣錦屏山石場巖質(zhì)邊坡巖壁，臭椿和黃櫨的根系呈不同的空間異質(zhì)性響應(yīng);太行山石灰?guī)r區(qū)邊坡灌木根系的抗拉力隨著根徑的增加而迅速增加，狼牙刺的根抗拉力最大，黃刺梅次之，其余依次是虎棒子、荊條、油松、山杏、山桃和連翹。

3.3 護坡與水土保持功能

良好的水土保持功能是穩(wěn)定恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)的重要標(biāo)志。植被修復(fù)的護坡機理主要表現(xiàn)為植被根系系統(tǒng)的植被深部根系的錨固作用、植被淺部根系的加筋作用、植被根系的水土保持作用以及植被根系的生態(tài)作用。例如，山東臨朐縣石灰?guī)r山地干旱巖質(zhì)邊坡，側(cè)柏林的造林密度1 667～2 500株/hm2為宜，保土保水效果優(yōu)良;山東省石灰?guī)r山地苦楝側(cè)柏混交林的土壤減蝕效益優(yōu)于刺槐側(cè)柏混交林與側(cè)柏純林;晉西干旱半干旱土石山地區(qū)落葉松白樺混交林比純林的土壤抗蝕性能強，輔以水平階整地有效攔蓄降水;丹江口庫區(qū)喀斯特邊坡馬尾松林地和白刺花灌草地的產(chǎn)流產(chǎn)沙較低，地表入滲率高，水土保持效果較好;鄉(xiāng)土灌木是川渝地區(qū)公路邊坡防護的重要生態(tài)模式，廣東省順德區(qū)大睡牛崗石質(zhì)邊坡的枯枝落葉減少土壤侵蝕量;我國南方采石場生態(tài)治理中，三亞市抱坡嶺采取V型槽植生帶法引種矮生百慕達、柱花草、海南含羞草，坡面或微地形平臺區(qū)種植喬灌藤，如簕杜鵑、夾竹桃、小葉榕、臺灣相思、鳳凰木、爬山虎和葛藤等，后經(jīng)馬尾松、鐵芒萁等抗逆性強的本土植物侵入，融入到了周邊山體的自然植被群落，起到了良好固坡和水土保持效果，且重建了生態(tài)景觀;鄱陽湖博陽河西岸高陡邊坡采取水土保持效益良好的喬草模式和草本混合，安慶集賢關(guān)高陡巖質(zhì)邊坡則更適宜生態(tài)需水較少的灌木模式[5]。

4 發(fā)展趨勢

我國巖質(zhì)邊坡植被修復(fù)起步晚，其理論方法與應(yīng)用取得了長足的發(fā)展，通過應(yīng)用植被混凝土防護技術(shù)、三維植被網(wǎng)噴播技術(shù)、飄臺法、植生袋法、厚層基材噴播技術(shù)、爆破燕窩生態(tài)重建技術(shù)等較成熟的技術(shù)，改善巖質(zhì)邊坡環(huán)境條件，選擇先鋒性鄉(xiāng)土樹種，建植形成灌草或喬草模式等的近自然地植被群落。但是，我國巖質(zhì)邊坡植被修復(fù)整體進展相對較緩慢，依巖質(zhì)邊坡再造地境識別、植物選擇、植物配置、結(jié)構(gòu)調(diào)控、恢復(fù)群落演替的研究層級逐步開展，植物選擇及其配置的前期研究相對較多，植被配置后的結(jié)構(gòu)調(diào)控等研究較少，總體呈小尺度規(guī)模分散、較低層次的系統(tǒng)化水平[6]。

巖質(zhì)邊坡修復(fù)是系統(tǒng)性、復(fù)雜的長期工程。我國巖質(zhì)邊坡異質(zhì)性較強，其邊坡失穩(wěn)、受損退化植被和水土流失等依然嚴(yán)重，現(xiàn)今熱點聚焦巖質(zhì)邊坡的結(jié)構(gòu)失穩(wěn)和動力學(xué)、力學(xué)特征及其工程護坡技術(shù)等的研究，傾向工程護坡且發(fā)展速度快于植被修復(fù)。這些可為巖質(zhì)邊坡植被恢復(fù)研究提供了更多的發(fā)展空間，有利于開拓水土保持相關(guān)理論研究及其應(yīng)用層次及其深度，推動了相對薄弱的研究領(lǐng)域。筆者認(rèn)為，重點著眼巖質(zhì)邊坡的異質(zhì)化、異質(zhì)景觀研究及其水土保持效應(yīng)，近期目標(biāo)從水土保持視角完善巖質(zhì)邊坡生態(tài)理論體系建設(shè)，依托現(xiàn)代信息工具豐富巖質(zhì)邊坡修復(fù)復(fù)合技術(shù)，研究宏觀-細(xì)觀-微觀多尺度的不同修復(fù)植被的變化特征、作用機理及其規(guī)律，解決修復(fù)生態(tài)系統(tǒng)的影響約束與修復(fù)質(zhì)量難關(guān)，并針對巖質(zhì)邊坡的區(qū)域性特性，關(guān)注其大尺度研究方法的開發(fā)，培育較大尺度植被修復(fù)的普適性技術(shù)與異質(zhì)性景觀價值。

參考文獻：

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（責(zé)任編輯：劉 昀）