我國(guó)巖質(zhì)邊坡植被修復(fù)與水土保持應(yīng)用進(jìn)展

黎 曦

（江西環(huán)境工程職業(yè)學(xué)院，江西贛州 341000）

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(yíng)力的作用，我國(guó)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(jìn)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(duì)人們的生命財(cái)產(chǎn)安全產(chǎn)生較大的隱患，甚至造成巨大的經(jīng)濟(jì)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(dá)國(guó)家如日本、美國(guó)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(guó)則開(kāi)展相對(duì)較晚，許多研究領(lǐng)域薄弱?；诖?，從修復(fù)植物選擇與配置、水土保持應(yīng)用綜述了我國(guó)巖質(zhì)邊坡植被修復(fù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)。

1 巖質(zhì)邊坡主要類(lèi)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(kù)岸巖質(zhì)邊坡等。相對(duì)于土質(zhì)邊坡，巖質(zhì)邊坡有很強(qiáng)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(shí)決定了技術(shù)普適性及大面積實(shí)踐應(yīng)用的現(xiàn)實(shí)難度［1］。

2 巖質(zhì)邊坡植被修復(fù)及進(jìn)展

2.1 樹(shù)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(zhǎng)期穩(wěn)定的一個(gè)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(zhǎng)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(shù)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(lèi)蘆、糖蜜草適用于黃石市黃荊山北麓采石場(chǎng)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(lèi)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(shù)種荊條和酸棗。常用的高速公路護(hù)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(shù)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(guó)巖質(zhì)邊坡植被修復(fù)主要在公路、礦區(qū)邊坡開(kāi)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(duì)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(yíng)造苦楝、側(cè)柏混交林，濟(jì)南石灰?guī)r質(zhì)邊坡建立喬灌草結(jié)合模式，優(yōu)勢(shì)樹(shù)種分別為側(cè)柏、黃荊、羊胡子草；宜昌頁(yè)巖邊坡采用棉網(wǎng)狀生袋技術(shù)，營(yíng)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(jiàn)的巖質(zhì)邊坡喬灌草型植物群落類(lèi)型有小葉相思+銀合歡+狗牙根、桉樹(shù)+金合歡+糖蜜草、馬占相思+銀合歡+芒草等，灌草型植物群落類(lèi)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(lèi)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(kāi)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(huì)出現(xiàn)水分競(jìng)爭(zhēng)，荊條和構(gòu)樹(shù)對(duì)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(jiàn)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(lái)以草灌模式的轉(zhuǎn)化，應(yīng)適當(dāng)降低草本類(lèi)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(shù)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(jìn)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(zhǎng)及其群落穩(wěn)定的主要抑制因子，對(duì)干旱、半干旱地區(qū)的巖質(zhì)邊坡尤為重要。因此，護(hù)坡植物需有較低的耗水量、抗旱性強(qiáng)和發(fā)達(dá)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(yáng)縣錦屏山采石場(chǎng)巖質(zhì)邊坡，黃櫨和臭椿根系發(fā)生適應(yīng)性變化，增加對(duì)土壤中營(yíng)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(duì)表層土體沖刷，在強(qiáng)降雨時(shí)，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(zhǎng)提供有限的土壤環(huán)境空間，同時(shí)又是水分、熱量的交互通道。植被恢復(fù)的過(guò)程中，植物護(hù)坡的主要機(jī)理是植物根系對(duì)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(dòng)植被恢復(fù)演替進(jìn)展，它們之間的關(guān)系通常表現(xiàn)為正向協(xié)同效應(yīng)，長(zhǎng)期穩(wěn)定的護(hù)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(dá)草地，結(jié)合土工格室對(duì)城市巖質(zhì)邊坡有較好的抗沖刷特性；刺槐耐旱性?xún)?yōu)于胡枝子，其幼根、群根系的固土與護(hù)坡能力強(qiáng)；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(qiáng)度隨根系分形維數(shù)的增加呈先增后減的趨勢(shì)；河南省宜陽(yáng)縣錦屏山石場(chǎng)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(hù)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(hù)坡機(jī)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(qiáng)，輔以水平階整地有效攔蓄降水；丹江口庫(kù)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(hù)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(guó)南方采石場(chǎng)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(dá)、柱花草、海南含羞草，坡面或微地形平臺(tái)區(qū)種植喬灌藤，如簕杜鵑、夾竹桃、小葉榕、臺(tái)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(qiáng)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(yáng)湖博陽(yáng)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(shì)

我國(guó)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(zhǎng)足的發(fā)展，通過(guò)應(yīng)用植被混凝土防護(hù)技術(shù)、三維植被網(wǎng)噴播技術(shù)、飄臺(tái)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(shù)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(guó)巖質(zhì)邊坡植被修復(fù)整體進(jìn)展相對(duì)較緩慢，依巖質(zhì)邊坡再造地境識(shí)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(jí)逐步開(kāi)展，植物選擇及其配置的前期研究相對(duì)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(zhǎng)期工程。我國(guó)巖質(zhì)邊坡異質(zhì)性較強(qiáng)，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(diǎn)聚焦巖質(zhì)邊坡的結(jié)構(gòu)失穩(wěn)和動(dòng)力學(xué)、力學(xué)特征及其工程護(hù)坡技術(shù)等的研究，傾向工程護(hù)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(kāi)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(dòng)了相對(duì)薄弱的研究領(lǐng)域。筆者認(rèn)為，重點(diǎn)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(jī)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(duì)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(kāi)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(jià)值。