興隆山礦山巖質(zhì)邊坡生態(tài)修復(fù)技術(shù)研究

劉 娜 任國俊 王 磊

(1.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)環(huán)境學(xué)院,湖北 武漢 430074;2.自然資源部高寒干旱區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境修復(fù)工程技術(shù)創(chuàng)新中心,甘肅 蘭州 730000;3.貴州大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院,貴州 貴陽 550025;4.中鐵西北科學(xué)研究院有限公司,甘肅 蘭州 730000)

中國生態(tài)修復(fù)的研究比較晚,對于此項工作有多種稱呼,并無統(tǒng)一的說法。有的稱之為“復(fù)綠”,顧名思義恢復(fù)原來的綠色植被,完善生態(tài)系統(tǒng)[1];有的稱之為“覆綠”,意為在植被稀少的地方覆蓋綠色植被[2];有的稱之為“生態(tài)治理”,意為重建被破壞的生態(tài)系統(tǒng),除了植被種植之外,主要強(qiáng)調(diào)生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)的建設(shè)[3,4]。對于巖質(zhì)邊坡而言,在其自然或人工形成后,表面無植被生長,也就不存在植被破壞,因此無“復(fù)綠”一說,在邊坡上種植植被以綠化環(huán)境,稱為“覆綠”更為貼切。

早期的邊坡覆綠技術(shù)更多的是直接在邊坡上插桿覆綠,這種技術(shù)在歐洲和日本得到應(yīng)用[5],但是這種技術(shù)無法在巖質(zhì)邊坡上應(yīng)用。近年來混凝土植被覆綠技術(shù)和地境再造技術(shù)成為邊坡覆綠技術(shù)代表性的成果。植被混凝土邊坡綠化技術(shù)由三峽大學(xué)的許文年等開發(fā)[6],主要采用噴射的方式進(jìn)行護(hù)坡綠化,具有噴射層抗侵蝕能力強(qiáng)、施工工藝簡單、節(jié)省種子用量的特點,核心是使噴射層有良好結(jié)構(gòu)的綠化添加劑部分,它不僅可以提供植物生長所需的肥分,還可以將pH 值降至適合植物生長的中性范圍內(nèi)。該技術(shù)在三峽工程中得到應(yīng)用,但不足之處在于植被在巖壁上缺乏生長的環(huán)境,難以實現(xiàn)自然生長。地境再造技術(shù)的核心是在巖質(zhì)邊坡上人為創(chuàng)造植物生長所需環(huán)境,將合適的植物種植在改造后的邊坡上,前期由人工養(yǎng)護(hù),后期實現(xiàn)自然生長[7]。該技術(shù)可以解決石灰?guī)r質(zhì)邊坡的長久覆綠問題,具有回歸自然、操作簡單、成本低的特征。該技術(shù)的不足之處在于無法在完整性較強(qiáng)的巖體上使用。

綜合看來,沒有哪一種覆綠技術(shù)能夠適用所有巖質(zhì)邊坡,需要根據(jù)邊坡所在地區(qū)的氣候和邊坡的巖性、裂隙、坡度等特征,準(zhǔn)確選用合適技術(shù)完美地實現(xiàn)覆綠的效果[8]。本研究以巖質(zhì)邊坡為例,選取符合當(dāng)?shù)厍闆r的一種方式進(jìn)行邊坡覆綠研究,以達(dá)到用研究成果推廣整個相似區(qū)域的目的。

1 巖質(zhì)邊坡修復(fù)技術(shù)路線

結(jié)合調(diào)查資料和調(diào)查結(jié)果進(jìn)行綜合分析,選擇較為典型的巖質(zhì)邊坡進(jìn)行生態(tài)修復(fù)試驗,采取不同的生態(tài)修復(fù)方法和種植物種,對土壤機(jī)制進(jìn)行改良,對修復(fù)效果進(jìn)行定期監(jiān)測,最后確定效果較好的修復(fù)方法,形成一套完整的技術(shù)措施和工藝?yán)碚摗?/p>

本研究以甘肅省興隆山自然保護(hù)區(qū)試驗條件最優(yōu)的一處邊坡進(jìn)行巖質(zhì)邊坡修復(fù)技術(shù)研究試驗。該試驗區(qū)植被稀少,巖性單一,無地下水出露,地質(zhì)構(gòu)造不復(fù)雜,坡面局部破碎,坡腳有零星松散堆積物,其東側(cè)部分斜坡段坡面平整,坡前較為平坦,安全且方便作業(yè),是合適的試驗場所。研究方法主要包括資料收集、土壤基質(zhì)配比、坡面打孔、生長地境再造、植物移栽、定期監(jiān)測。

2020年8月10日～8月21日開展試驗,2020年8月22日～12月31日進(jìn)行試驗效果監(jiān)測。因2020年初新冠病毒影響,試驗種植時間較晚,導(dǎo)致種植生物成活率低,種植植物大面積死亡,造成試驗結(jié)果不理想,取得數(shù)據(jù)少,不利于成果分析總結(jié)。因此,于2021年5月28日重新進(jìn)行修復(fù)技術(shù)試驗,補(bǔ)種設(shè)計植物。

2 地質(zhì)環(huán)境條件

興隆山國家級保護(hù)區(qū)氣候溫和,雨熱同季,光照充足;地貌多樣,以構(gòu)造侵蝕地貌為主;褶皺構(gòu)造和斷層發(fā)育,歷史上因新構(gòu)造運動發(fā)生過多次地震;出露地層巖性主要為震旦系(Z)各類混合巖,白堊系(K)泥巖、頁巖、砂巖互層,新生代第四紀(jì)(Q)由黃土、砂和礫土組成的覆蓋層等;有松散巖類孔隙水、碎屑巖類孔隙裂隙水、基巖裂隙水3種地下水類型,其中基巖裂隙水是最主要且水量最豐富的地下水類型;保護(hù)區(qū)分布的土壤為地帶性土壤,共5個土類,有多種植被類型和低等植物及陰濕的水熱條件、豐富的腐殖質(zhì);人類工程活動主要表現(xiàn)為工程建設(shè)、農(nóng)林活動、礦產(chǎn)資源開發(fā),區(qū)內(nèi)礦業(yè)開采活動強(qiáng)烈,礦業(yè)活動對保護(hù)區(qū)地形地貌景觀的影響嚴(yán)重,土壤植被遭受破壞。

保護(hù)區(qū)內(nèi)共有8 家礦山企業(yè),礦區(qū)分布見圖1,已經(jīng)全部廢棄或關(guān)閉,總共有12個巖質(zhì)邊坡,因施工條件等原因均未進(jìn)行恢復(fù)治理,這12 處巖質(zhì)邊坡均屬于中小型規(guī)模,現(xiàn)狀穩(wěn)定性均較差,預(yù)測穩(wěn)定型差,在震動、降雨等不良條件下,有可能發(fā)生崩塌地質(zhì)災(zāi)害。邊坡形態(tài)及邊坡巖土體組成是影響斜坡穩(wěn)定的內(nèi)因,人類活動、地震等是影響斜坡穩(wěn)定的外因,強(qiáng)降雨是引起災(zāi)害發(fā)生的主要因素。

圖1 興隆山國家級自然保護(hù)區(qū)8 處礦山分布圖Fig.1 Distribution map of 8 mines in Xinglongshan National Nature Reserve

3 邊坡生態(tài)修復(fù)方案設(shè)計

3.1 試驗邊坡選取

試驗邊坡的選取要充分考慮試驗安全,試驗開展條件、試驗效果等因素。綜合考慮,選取位于陳溝峽西南側(cè)支溝溝口處的榆中奧森建材有限公司龕谷石灰?guī)r礦礦區(qū)巖質(zhì)邊坡東側(cè)部分斜坡段20 m×25 m 坡面作為試驗區(qū)域,見圖2。該段巖質(zhì)邊坡為采礦活動露天開挖形成的掌子面,總體呈東西向展布,平面呈“圈椅型”,剖面形態(tài)呈“直線形”。坡頂為原始山體,坡腳為已有工程治理后平臺。坡寬約40 m,坡高一般35～45 m。坡體坡度一般70～80°,局部直立。斜坡體坡面裸露且臨空,坡體主要由灰?guī)r組成。組成坡體的基巖較為穩(wěn)定,節(jié)理裂隙不發(fā)育。

圖2 栽種試驗邊坡Fig.2 Planting test slope

3.2 坡面布置

3.2.1 坡面打孔

試驗區(qū)巖質(zhì)邊坡上布設(shè)植生孔208個,搭建腳手架作業(yè),采用YT28 型風(fēng)鉆進(jìn)行成孔。植生孔角度為與巖質(zhì)邊坡坡面成45°,植生孔斷面為圓形,直徑為20 cm,垂直深度70 cm。各孔橫間距1.5 m,縱間距1.0 m,見圖3、圖4。

圖3 坡面打孔示意圖Fig.3 Schematic diagram of slope drilling

圖4 巖壁打孔Fig.4 Drilling of the rock wall

3.2.2 鉆孔分區(qū)

以控制變量法進(jìn)行試驗區(qū)塊布置,試驗區(qū)共分為4個試驗區(qū)塊,分別命名為試驗區(qū)Ⅰ號、試驗區(qū)Ⅱ號、試驗區(qū)Ⅲ號和試驗區(qū)Ⅳ號,每個區(qū)塊54個孔,地塊布置見試驗立面布置圖5所示。

圖5 試驗立面布置圖Fig.5 Elevation layout of the test area

3.3 主要試驗內(nèi)容

3.3.1 植物培養(yǎng)

查閱文獻(xiàn)[9]結(jié)合陜西榆林相同緯度地區(qū)種植經(jīng)驗,確定試驗植物物種為小葉扶芳藤,圖6所示。小葉扶芳藤原產(chǎn)黃河流域以南各省區(qū),現(xiàn)甘肅、陜西、遼寧等省都有栽培。

圖6 小葉扶芳藤Fig.6 Euonymus fortune

小葉扶芳藤常生長在陰涼之處,也可以正常生長在陽光充足之處;適合在溫暖的地方種植,而且具有耐寒的特性,在蘭州冬天的時候無需防護(hù);植株生長健壯需要滿足水分充足、土壤和空氣濕度大的條件。小葉扶芳藤耐酸堿性,耐干旱、瘠薄,可在砂土地、石灰?guī)r山地栽培,適于疏松、肥沃的砂壤土生長[9]。

委托試驗實施部門進(jìn)行購買及養(yǎng)護(hù),培育營養(yǎng)缽大小應(yīng)與試驗植生孔規(guī)格相適應(yīng),營養(yǎng)缽中的土壤肥分應(yīng)充分滿足植物生長初期的需要。

3.3.2 土壤基質(zhì)配比

通過查閱文獻(xiàn)[10],結(jié)合當(dāng)?shù)厍闆r確定基質(zhì)土各成分配比。巖質(zhì)邊坡生態(tài)防護(hù)綠化基質(zhì)由復(fù)合基質(zhì)和調(diào)節(jié)劑組成,復(fù)合基質(zhì)由多個成分組成:食用菌廢渣15%～65%、牛糞10%～52%、秸稈末10%～50%、污泥10%～45%,各成分均以干基計算。調(diào)節(jié)劑各成分為土壤保水劑0.5%、聚乙烯醇0.6%～2%、凹凸棒粉0.5%～17.5%、控釋有機(jī)無機(jī)復(fù)合肥0.5%～4.5%、土壤消毒劑0.8%～1.5%、pH 調(diào)節(jié)劑0.5%～2.3%、有機(jī)肥0.7%～8.2%,調(diào)節(jié)劑各成分質(zhì)量百分?jǐn)?shù)以復(fù)合基質(zhì)總重為基準(zhǔn)。pH 調(diào)節(jié)劑為熟石灰或過磷酸鈣。

基質(zhì)土準(zhǔn)備充分后將其充填至目標(biāo)地塊內(nèi),各區(qū)塊孔內(nèi)土壤搭配具體如下:Ⅰ號試驗區(qū)塊,共52 孔,為常規(guī)種植孔+本地植生土;Ⅱ號試驗區(qū)塊,共52孔,為底部填充20 cm 砂礫卵石+本地植生土;Ⅲ號試驗區(qū)塊,共52 孔,為常規(guī)種植孔+基質(zhì)土;Ⅳ號試驗區(qū)塊,共52 孔,為底部填充20 cm 砂礫卵石+基質(zhì)土。

3.3.3 植物移栽

對孔穴慢慢澆水,緊接著進(jìn)行移栽,移栽前將耕植土與水混合攪拌,涂抹在孔壁周圍,按照各地塊要求進(jìn)行種植,將培植好的葉莖不小于30 cm 的小葉扶芳藤栽種到各試驗植生孔內(nèi),圖7所示。

圖7 栽植小葉扶芳藤Fig.7 Planting of Euonymus fortune

3.3.4 植物養(yǎng)護(hù)

現(xiàn)場植被稀少,巖質(zhì)邊坡裸露,夏季太陽照射時,會使得巖體表面溫度上升,進(jìn)而導(dǎo)致孔內(nèi)水分過快蒸發(fā),對植物的生長不利,如果不采取養(yǎng)護(hù)措施,植物會很快枯萎,可見水分是影響植物成活的關(guān)鍵因素。

養(yǎng)護(hù)采用噴灌方式進(jìn)行養(yǎng)護(hù),斜坡坡頂設(shè)置2個2 m3的圓柱形水箱進(jìn)行蓄水,水管與試驗區(qū)南側(cè)陳溝峽常年流水相連,通過水泵進(jìn)行蓄水,蓄水后通過鋪設(shè)的噴灌設(shè)施對每個植生孔進(jìn)行澆水養(yǎng)護(hù),見圖8、圖9。

圖8 養(yǎng)護(hù)用水箱Fig.8 Water tank for maintenance

圖9 噴灌設(shè)施布設(shè)Fig.9 Layout of sprinkler irrigation facilities

3.3.5 監(jiān)測

巖體內(nèi)植生孔的溫度一般在夏季達(dá)到最高,冬季達(dá)到最低,且夏季植物蒸騰量最大,冬季巖體內(nèi)植生孔結(jié)冰可能會導(dǎo)致植物凍死或凍傷[11]。選取巖體內(nèi)植生孔溫度和濕度的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行研究。本次在研究區(qū)設(shè)計了12個溫濕度監(jiān)測孔,Ⅰ號～Ⅳ號每個試驗區(qū)各布設(shè)3個溫濕度監(jiān)測孔,每個監(jiān)測孔深度為根系生長的中間區(qū)段,為20 cm。巖體內(nèi)的溫濕度監(jiān)測儀器選用DS-1923 溫濕度紐扣式記錄儀,其可以監(jiān)測的溫度范圍為-20～+85 ℃,相對濕度監(jiān)測范圍為0%～100%RH,溫度精度為0.062 5 ℃,濕度精度為0.04%RH。本次監(jiān)測試驗自溫濕度監(jiān)測儀布設(shè)開始進(jìn)行監(jiān)測,得到溫度、濕度監(jiān)測數(shù)據(jù)。

4 試驗成果

植物適合在一定的環(huán)境中生長,一些生態(tài)因子對植物的生長有顯著的影響。試驗區(qū)邊坡為大于60°的裸露巖壁,巖體的儲水能力遠(yuǎn)不及土壤,由于巖體與土體具有顯著的區(qū)別,一般在土體中對植物的成活影響有限的生態(tài)因子在巖質(zhì)邊坡條件下變得極其重要。根據(jù)研究區(qū)情況,將影響植物成活的主要生態(tài)因子確定為:巖體內(nèi)植生孔內(nèi)的溫度因子、巖體內(nèi)植生孔內(nèi)的濕度因子。

4.1 巖體內(nèi)植生孔溫度因子

為了探究植生孔內(nèi)的溫度分布能否滿足植物的生長及成活要求,對研究區(qū)各監(jiān)測孔溫濕度進(jìn)行監(jiān)測,監(jiān)測深度為20 cm,監(jiān)測頻率為1 次/h,對數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選后,選取每月10、20、30日的數(shù)據(jù)求其均值,根據(jù)2021年4月18日觀測數(shù)據(jù)顯示,本次生態(tài)修復(fù)技術(shù)研究種植的小葉扶芳藤成活率僅為13.46%,首次種植溫度監(jiān)測結(jié)果見圖10。并于2021年6月8日進(jìn)行植株補(bǔ)種,見圖11。

圖10 植生孔各月平均溫度變化(首次種植)Fig.10 Monthly average temperature changes in boreholes (first planting)

圖11 植株補(bǔ)種Fig.11 Plant replanting

由圖10、圖12 可見,監(jiān)測時間范圍為8月20日～次年4月10日、6月10日～12月10日。從圖12分析可知,Ⅰ號試驗區(qū)植生孔內(nèi)填充本地植生土溫度在夏季高于Ⅱ號試驗區(qū)塊20 cm 砂礫卵石+本地植生土內(nèi)溫度,Ⅰ號試驗區(qū)植生孔內(nèi)填充本地植生土溫度在冬季低于Ⅱ號試驗區(qū)塊20 cm 砂礫卵石+本地植生土內(nèi)溫度。這是因為夏季外界氣溫高,巖體外部溫度上升快,Ⅱ號試驗區(qū)塊內(nèi)填充有20 cm 砂礫卵石,其縫隙見存儲有噴灌及降雨入滲的水分,這些水分有調(diào)節(jié)孔內(nèi)溫度的作用,使得Ⅱ號試驗區(qū)塊內(nèi)的植生孔在夏季外界溫度過高時植生孔內(nèi)的溫度較未填充卵石的植生孔溫度低,冬季外界氣溫低,巖體外部溫度下降快,巖體通過裂隙向外界進(jìn)行傳遞,Ⅱ號試驗區(qū)塊內(nèi)填充20 cm 砂礫卵石縫隙間的水分的調(diào)節(jié)作用使得其在冬季外界溫度較低時植生孔內(nèi)的溫度較未填充卵石的植生孔溫度高。Ⅲ號試驗區(qū)植生孔內(nèi)填充基質(zhì)土溫度在夏季高于Ⅰ號試驗區(qū)塊本地植生土內(nèi)溫度,Ⅲ號試驗區(qū)植生孔內(nèi)填充基質(zhì)土溫度在冬季低于Ⅰ號試驗區(qū)塊本地植生土內(nèi)溫度,這是因為Ⅲ號試驗區(qū)塊內(nèi)填充的基質(zhì)土含有凹凸棒等材質(zhì),使得基質(zhì)土孔隙較大,溫度傳導(dǎo)能力較強(qiáng)。Ⅳ號試驗區(qū)植生孔內(nèi)填充20 cm 砂礫卵石+基質(zhì)土溫度在夏季低于Ⅲ號試驗區(qū)塊內(nèi)基質(zhì)土溫度,這是因為Ⅳ號試驗區(qū)塊內(nèi)填充有20 cm 砂礫卵石,其縫隙見存儲有噴灌及降雨入滲的水分,這些水分有調(diào)節(jié)孔內(nèi)溫度的作用,使得Ⅳ號試驗區(qū)塊內(nèi)的植生孔在夏季外界溫度過高時植生孔內(nèi)的溫度較未填充卵石的植生孔溫度低,在冬季外界溫度較低時植生孔內(nèi)的溫度較未填充卵石的植生孔溫度高。

圖12 植生孔各月平均溫度變化(補(bǔ)種后)Fig.12 Monthly average temperature change in borehole (after reseeding)

經(jīng)統(tǒng)計分析,Ⅰ號～Ⅳ號區(qū)塊夏季巖體內(nèi)植生孔溫度變化范圍為13.0～21.6 ℃,冬季溫度變化范圍為-0.7～10.6 ℃。在溫帶地區(qū),冬季植被根系對溫度的要求不低于0～4 ℃,夏季植物根系對溫度的要求則不超過30 ℃[12]。一般情況下,植物的最適生長溫度為0～35 ℃之間[13]。因此,孔內(nèi)的溫度基本能夠達(dá)到植物的成活條件。

4.2 巖體內(nèi)植生孔濕度因子

首次試驗種植后,開始進(jìn)行噴灌養(yǎng)護(hù),通過溫濕度監(jiān)測數(shù)據(jù)得出,12個監(jiān)測孔相對濕度監(jiān)測數(shù)據(jù)均為100%,說明各植生孔內(nèi)含水量大,對種植的小葉扶芳藤根系產(chǎn)生不利影響,是造成首次種植的小葉扶芳藤大面積死亡的原因之一。

經(jīng)過2021年5月補(bǔ)種之后,改進(jìn)了噴灌的灌溉方式,減少了養(yǎng)護(hù)次數(shù),對各監(jiān)測孔內(nèi)相對濕度監(jiān)測數(shù)據(jù)篩選后求其均值,并繪制出研究區(qū)巖體內(nèi)植生孔相對濕度隨日期的變化,見圖13。

圖13 植生孔各月相對濕度變化(補(bǔ)種后)Fig.13 Monthly relative humidity change in the borehole (after reseeding)

Ⅱ號試驗區(qū)塊、Ⅳ號試驗區(qū)塊內(nèi)均填充有20 cm砂礫卵石,其縫隙間存儲有噴灌及降雨入滲的水分,這些水分有調(diào)節(jié)孔內(nèi)水分的作用,使得Ⅱ號試驗區(qū)塊、Ⅳ號試驗區(qū)塊內(nèi)植生孔土壤含水率有所增加。Ⅰ號試驗區(qū)植生孔內(nèi)填充本地植生土濕度最低,Ⅲ號試驗區(qū)植生孔內(nèi)填充基質(zhì)土濕度其次。經(jīng)統(tǒng)計分析,Ⅰ號～Ⅳ號區(qū)塊巖體內(nèi)植生孔相對濕度變化范圍為63%～93%。根據(jù)土壤相對濕潤度(R)的干旱等級指標(biāo)(表1),植生孔相對濕度等級屬于無旱等級。通過試驗監(jiān)測數(shù)據(jù)可知,在興隆山自然保護(hù)區(qū)范圍內(nèi),天然降雨于植生孔內(nèi)儲存水分,可實現(xiàn)后期人工養(yǎng)護(hù)少甚至無人養(yǎng)護(hù)。

表1 土壤相對濕潤度(R)的干旱等級指標(biāo)Table 1 Drought grade indicators of soil relative humidity (R)

4.3 土壤養(yǎng)分分析

試驗區(qū)采石場巖壁裸露,無土壤層。為了了解植生孔內(nèi)的土壤能否滿足植物生長的需求,本研究采集了4個試驗區(qū)塊植生孔土壤進(jìn)行了土壤肥力測試,結(jié)果見表2。土壤肥力是指土壤為植物生長提供和協(xié)調(diào)營養(yǎng)條件及環(huán)境條件的能力,是土壤各種基本性質(zhì)的綜合表現(xiàn),是土壤區(qū)別于成土母質(zhì)和其他自然體的最本質(zhì)的特征[14]。對植生孔中土壤樣品進(jìn)行室內(nèi)分析試驗,最后獲取的土壤肥力指標(biāo)主要包括土壤堿解氮、有效磷、有機(jī)質(zhì)等。

表2 2020～2021年試驗區(qū)土壤理化性質(zhì)Table 2 Physicochemical properties of soil in the test area from 2020 to 2021

結(jié)果表明基質(zhì)土內(nèi)的土壤肥力普遍偏高,從表2中結(jié)果可知:區(qū)塊Ⅲ、區(qū)塊Ⅳ、區(qū)塊Ⅱ、區(qū)塊Ⅰ中有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷含量均依次遞減;區(qū)塊Ⅲ全氮含量最高;區(qū)塊Ⅲ速效鉀含量低于區(qū)塊Ⅱ,但屬于同一級別且均高于區(qū)塊Ⅳ、區(qū)塊Ⅰ。

綜上所述,在植物地境肥分方面,區(qū)塊Ⅲ最好,區(qū)塊Ⅳ、區(qū)塊Ⅱ次之,區(qū)塊Ⅰ較差。

4.4 植物生長狀況

為了監(jiān)測植物生長情況,判斷各試驗區(qū)塊植株長勢,于2021年6月25日及9月20日對植株成活率以及高度、胸徑、蓋度、新枝長出率進(jìn)行了測量,見圖14,測量結(jié)果見表3。

圖14 植株成活情況Fig.14 Plant survival status

表3 試驗區(qū)植物平均長勢狀況Table 3 Average plant growth in the test area

與區(qū)塊Ⅰ相比,區(qū)塊Ⅱ、區(qū)塊Ⅲ、區(qū)塊Ⅳ植物的成活率分別提高2、7、4個百分點,區(qū)塊Ⅲ植物成活率最高。

與區(qū)塊Ⅰ相比,區(qū)塊Ⅱ、區(qū)塊Ⅲ、區(qū)塊Ⅳ植物的高度分別提高15%、37%、20%,植物的胸徑分別提高8%、36%、28%,植物的新枝長出率分別增加0.71、1.85、1.02個百分點。與區(qū)塊Ⅰ相比,區(qū)塊Ⅱ、區(qū)塊Ⅳ植物的蓋度降低0.32、0.27個百分點,而區(qū)塊Ⅲ植物的蓋度提高0.45個百分點。

綜上所述,常規(guī)種植孔+基質(zhì)土的區(qū)塊Ⅲ處理及底部填充20 cm 砂礫卵石+基質(zhì)土的區(qū)塊Ⅳ植被恢復(fù)效果最佳,常規(guī)種植孔+本地植生土的區(qū)塊Ⅰ及底部填充20 cm 砂礫卵石+本地植生土的區(qū)塊Ⅱ植被恢復(fù)效果次之。

5 結(jié) 論

基于對礦山巖質(zhì)邊坡生態(tài)修復(fù)的研究,首先梳理了邊坡覆綠的概念,闡述了2種近年來邊坡覆綠技術(shù)代表性的成果并指出不足之處?？偨Y(jié)出覆綠技術(shù)需要根據(jù)邊坡所在地區(qū)的氣候和邊坡的巖性、裂隙、坡度等特征,準(zhǔn)確選用何種技術(shù)完美地實現(xiàn)覆綠的效果。在以上成果及結(jié)論的基礎(chǔ)上,以興隆山國家級自然保護(hù)區(qū)一處礦山巖質(zhì)邊坡為例進(jìn)行生態(tài)修復(fù)研究,本研究的結(jié)果如下:

(1)試驗邊坡的選取要充分考慮試驗安全、試驗開展條件、試驗效果等因素。邊坡坡面平整和坡前平坦才便于試驗分區(qū)和鉆孔施工作業(yè),所選場地較為合理,推動了本項目的試驗研究。

(2)受新冠疫情影響,首次試驗種植成活率僅為13.46%。植株補(bǔ)種后,經(jīng)統(tǒng)計分析,Ⅰ號～Ⅳ號區(qū)塊夏季巖體內(nèi)植生孔溫度變化范圍為13.0～21.6 ℃,冬季巖體內(nèi)植生孔溫度變化范圍為-0.7～10.6 ℃。一般情況下,植物的最適生長溫度為0～35 ℃之間。因此,孔內(nèi)的溫度基本能夠達(dá)到植物的成活條件。

(3)首次試驗種植后,12個監(jiān)測孔相對濕度監(jiān)測數(shù)據(jù)均為100%,是造成首次種植的小葉扶芳藤大面積死亡的原因之一。補(bǔ)種之后,改進(jìn)了噴灌的灌溉方式,減少了養(yǎng)護(hù)次數(shù),最終統(tǒng)計分析,Ⅰ號～Ⅳ號區(qū)塊巖體內(nèi)植生孔相對濕度變化范圍為63%～93%,屬于無旱等級。通過試驗監(jiān)測數(shù)據(jù)可知,在興隆山自然保護(hù)區(qū)范圍內(nèi),天然降雨于植生孔內(nèi)儲存水分,可實現(xiàn)后期人工養(yǎng)護(hù)少甚至無人養(yǎng)護(hù)。

(4)本研究采集了4個試驗區(qū)塊植生孔土壤進(jìn)行土壤肥力測試。通過對植生孔中土壤樣品進(jìn)行室內(nèi)分析試驗,最后獲取土壤肥力指標(biāo)。結(jié)果表明基質(zhì)土內(nèi)的土壤肥力普遍偏高,在植物地境肥分方面,區(qū)塊Ⅲ最好,區(qū)塊Ⅳ、區(qū)塊Ⅱ次之,區(qū)塊Ⅰ較差。

(5)最終通過各試驗區(qū)塊植株長勢判定,常規(guī)種植孔+基質(zhì)土的區(qū)塊Ⅲ及底部填充20 cm 砂礫卵石+基質(zhì)土的區(qū)塊Ⅳ植被恢復(fù)效果最佳,常規(guī)種植孔+本地植生土的區(qū)塊Ⅰ及底部填充20 cm 砂礫卵石+本地植生土的區(qū)塊Ⅱ植被恢復(fù)效果次之。