隴東黃土高原取棄土場綜合治理技術(shù)模式探索

田晉華

(甘肅省水土保持科學(xué)研究所，甘肅 蘭州 730030)

1 引言

隴東黃土高原地區(qū)梁峁起伏，溝壑縱橫，降雨量豐富，以中強度水力侵蝕為主，局部存在重力侵蝕和輕度侵蝕，該區(qū)域多年來生產(chǎn)建設(shè)形成了大量取棄土場，水土資源現(xiàn)狀被破壞后不利于控制取棄土場水土流失和生態(tài)修復(fù)。植被護坡的歷史源遠(yuǎn)流長[1]，最早有記載的植被護坡應(yīng)用出現(xiàn)在1591年的中國[1，2]。單獨使用植物或者植物與土木工程和非生命的植物材料相結(jié)合的邊坡生態(tài)防護工程，是擾動邊坡生態(tài)恢復(fù)和水土保持的常用措施[3]。邊坡生態(tài)防護工程在實施時，通常利用土木工程手段在擾動坡面附著一層基材，以利于植物生長和發(fā)育﹐而基材的肥力持續(xù)性往往是邊坡生態(tài)防護工程后期植被生長和演替的重要影響因素[3，4]。取棄土場治理后形成大量邊坡和大面積的有效集流場，非常便于地表徑流的收集，通過構(gòu)建取棄土場治理與水土資源高效利用技術(shù)模式加速取棄土場生態(tài)修復(fù)和可持續(xù)利用，可有效緩解區(qū)域性人與生態(tài)環(huán)境的矛盾。取棄土場水土資源高效利用技術(shù)模式路線詳見圖1。

2 取土場綜合治理利用技術(shù)模式

2.1 取土場邊坡截滲一體生態(tài)防護技術(shù)模式

利用活性植物結(jié)合土工合成材料，在邊坡表面覆蓋一層土工合成材料，按一定的組合與間距種植多種植物，對邊坡進行加固和穩(wěn)固。每級馬道截滲水溝內(nèi)壁鋪筑濾水型土工織物，控制水流入滲速率，補充坡面水分滿足植物需要，坡面植被可有效提高邊坡的穩(wěn)定性和抗沖刷能力[5～7]，提升生態(tài)修復(fù)力度。技術(shù)模式詳見圖2。

圖1 取棄土場水土資源高效利用技術(shù)模式

圖2 取土場邊坡截滲一體生態(tài)防護技術(shù)模式

2.2 取土場平臺集雨+坡面用水一體穩(wěn)定生態(tài)邊坡技術(shù)模式

該技術(shù)模式通過對取土場坡頂(坡上)、坡面(坡中)及坡腳(坡底)，根據(jù)其不同高程位置的特點及需求，建設(shè)不同的集流面及儲水設(shè)施，對有效徑流資源進行收集存儲，通過布設(shè)在坡面的微潤管，均勻補給坡面植被所需水分，坡腳采用漿砌石護腳進一步加固坡面[5，6]。其技術(shù)模式詳見圖3。

圖3 平臺集雨+坡面用水一體穩(wěn)定生態(tài)邊坡技術(shù)模式

3 棄土場(松散堆積體)低成本自然修復(fù)技術(shù)模式

通過人工干預(yù)，使一個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能恢復(fù)到受破壞、干擾之前那種相似或相同的狀態(tài)，最終能夠生成一個可以自我調(diào)節(jié)、自我恢復(fù)，具有一定生產(chǎn)力的生態(tài)系統(tǒng)[8，9]。棄土場剛性擋護措施存在諸多制約性因素，采用柔性擋護措施可克服剛性擋護措施缺陷及成本高昂的因素，加速棄土場后期自然修復(fù)，有效降低棄土場水土流失量[10]。柔性擋土墻可加速棄土場后期自然修復(fù)，快速降低水土流失，同時造價低廉、便于黃土高原區(qū)施工及后期維護，能起到同等的攔擋作用。在遭受高速水流沖刷破壞后，允許擋土墻整體結(jié)構(gòu)形式不破壞的情形下存在局部損壞，攔擋作用不受影響。局部破損區(qū)域修復(fù)后攔擋功能不受影響，在一定程度上彌補了現(xiàn)有剛性擋土墻的一些缺陷。技術(shù)模式圖詳見圖4。

圖4 棄土場(松散堆積體)低成本自然修復(fù)技術(shù)模式

4 取棄土場裸露面植物空間立體結(jié)構(gòu)配置技術(shù)模式

4.1 技術(shù)體系

Carroll C.等[11，12]認(rèn)為植被對防治水土流失有積極作用，植被覆蓋可以減弱雨滴擊濺侵蝕，避免土壤大孔隙堵塞，保護表土不受侵蝕。取棄土場坡面植被體系空間配置，要求植被類型、區(qū)域適應(yīng)性具有生物學(xué)穩(wěn)定性與整體目標(biāo)的一致性，強調(diào)生態(tài)安全效應(yīng)。植被體系的空間配置主要從水平配置和立體配置兩個方面進行優(yōu)化，形成取棄土場裸露面頂部植草中部灌草結(jié)合低部喬灌草交錯的植物空間立體結(jié)構(gòu)配置技術(shù)。

基于取棄土場不同位置與植被配置形式上考慮主體植被類型、坡面分布、植被覆蓋率(30%～50%)、坡位影響的整體目標(biāo)，考慮植物種的選擇、搭配及經(jīng)濟性，注意其適生性和生物多樣性，通過空間優(yōu)化配置，使林農(nóng)、林牧、林草、林藥合理結(jié)合，形成多功能、多系統(tǒng)的防治和開發(fā)利用體系。

4.2 技術(shù)模式與樹草種選擇

根據(jù)邊坡特性和氣候條件而選擇植物種及其栽培方式是邊坡生態(tài)恢復(fù)成功的關(guān)鍵考慮因素[13]。取棄土場生態(tài)修復(fù)是以恢復(fù)裸露區(qū)域植被為目的，以耐干旱、耐貧瘠、根系發(fā)達(dá)的先鋒物種為主，依靠植物的根系與土壤間的附著力以及植物根莖間的相互纏繞來達(dá)到加固邊坡，提高坡面抗沖刷能力。合理選擇正確的坡面植被和植被覆蓋度的高低對邊坡穩(wěn)定性作用顯著，坡面植被覆蓋度越高，越有利于表層風(fēng)化層土壤的固定，抑制坡面的水土流失作用更明顯，邊坡安全性更好。植被覆蓋率低，植被類型以根系發(fā)育較淺的草本或灌木為主時，松軟的土壤表層遭受降雨沖刷時侵蝕更加嚴(yán)重，存在邊坡滑塌的風(fēng)險顯著增加，安全性較差。

基于不同植被群落演替規(guī)律，采用人工坡面建植工程，構(gòu)建一個穩(wěn)定健康、自然演替的人工坡面植被群落，形成邊坡喬灌草混合目標(biāo)植被群落。應(yīng)考慮植物間的合理生態(tài)搭配，同時具有一定的自播能力，邊坡生態(tài)修復(fù)還應(yīng)選擇固氮作用顯著的鄉(xiāng)土植物。隴東黃土高原區(qū)取棄土場植物措施配置技術(shù)要點詳見表1。

4.2.1 坡頂及頂部平臺

在頂部平臺外側(cè)種植灌木一排，內(nèi)側(cè)種植喬木一排。灌木選用紫穗槐、檸條、側(cè)柏、沙棘等，種植間距1 m；喬木選用刺槐、臭椿、紫穗槐、側(cè)柏等，種植間距1.5～2 m；林下撒播草籽，提高植被覆蓋率，主要選用黑麥草等。

4.2.2 坡面

(1)坡比小于1∶1.25的土質(zhì)邊坡。采用不掛網(wǎng)直播植草+種植灌木的模式綠化，直播的草種為紫花苜蓿、紅豆草，并混播少量黑麥草，種植的灌木選用檸條、沙棘等。灌木栽植株行距為1.5 m×1.5 m。

(2)坡比為大于1∶1.25的土質(zhì)高陡邊坡。采用掛網(wǎng)(單層網(wǎng)或者雙層網(wǎng))直播植生的模式恢復(fù)植被，草種選擇紫花苜蓿、紅豆草、黑麥草等。

表1 取棄土場植物措施配置技術(shù)要點

4.2.3 馬道

馬道植被建設(shè)方法為喬灌混交的方式，喬木以小喬木為主，選擇側(cè)柏、紫穗槐等，灌木選擇沙棘、檸條等。

4.2.4 坡腳

坡腳以喬草結(jié)合為主。喬木選擇刺槐、臭椿、紫穗槐、側(cè)柏等，草種選擇紫花苜蓿、紅豆草、紅豆草黑麥草等(圖5)。

圖5 取棄土場裸露面植物空間立體結(jié)構(gòu)配置技術(shù)模式

5 結(jié)語

(1)取土場邊坡截滲一體生態(tài)防護技術(shù)模式與平臺集雨+坡面用水一體穩(wěn)定生態(tài)邊坡技術(shù)模式，可加速坡面生態(tài)快速修復(fù)，提高陡坡面的植被成活率與生態(tài)修復(fù)效果。

(2)針對棄土場(松散堆積體)邊坡提出低成本自然修復(fù)技術(shù)模式，該技術(shù)針對棄土場結(jié)構(gòu)松散、不穩(wěn)定及土體養(yǎng)分缺乏的特殊堆積形態(tài)，提出構(gòu)建安全、穩(wěn)定、植被易于生長的低成本自然修復(fù)技術(shù)體系。

(3)取棄土場裸露面植物空間立體結(jié)構(gòu)配置技術(shù)模式針對特殊的小地形立體結(jié)構(gòu)與植被生長立地條件，提出合理的植被選擇與有效的空間立體結(jié)構(gòu)配置技術(shù)。