生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目土質(zhì)高陡坡面護(hù)坡技術(shù)研究

林桂芳,曲富榮,劉宏斌,劉文峰

(定西市水土保持科學(xué)研究所,甘肅 定西 743000)

定西市位于甘肅省中部,地處黃土高原、甘南高原、隴南山地交會地帶,屬黃土高原丘陵溝壑區(qū),水資源量較少、水土流失嚴(yán)重。隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展,定西市生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目數(shù)量逐年增加,人為擾動地表活動加劇,近年監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示,生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目開挖或填筑形成的土質(zhì)高陡坡面引起的水土流失量呈遞增趨勢。本研究以定西市生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目為對象,于2016—2019年開展了分類型、分規(guī)模的調(diào)查,以全面掌握現(xiàn)狀生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目土質(zhì)高陡(坡度45°～80°)坡面水土流失的特點(diǎn)、區(qū)域分布規(guī)律及現(xiàn)狀治理情況等,研究適合該區(qū)域長效科學(xué)的水土流失防治措施。基于此,2020—2022年選擇渭源縣北寨磚瓦廠土料場土質(zhì)高陡坡面為試驗(yàn)對象,開展微型孔植生護(hù)坡技術(shù)試驗(yàn),以期為半干旱區(qū)生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目土質(zhì)高陡坡面提供科學(xué)、合理、可操作、可持續(xù)的水土流失治理措施。

1 定西市生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目土質(zhì)高陡坡面水土流失概況

2016—2019年,以系統(tǒng)抽樣的方法,共調(diào)查了全市涉及土質(zhì)高陡坡面水土流失的生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目327項(xiàng),其中:城鎮(zhèn)建設(shè)類項(xiàng)目81項(xiàng),占總數(shù)的24.77%;農(nóng)林開發(fā)類項(xiàng)目66項(xiàng),占20.18%;公路建設(shè)類項(xiàng)目58項(xiàng),占17.74%;冶金化工類項(xiàng)目57項(xiàng),占17.43%;其他行業(yè)項(xiàng)目數(shù)量所占比例均小于10%。327項(xiàng)生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目總占地面積22 740.19 hm2,開挖(填筑)形成的土質(zhì)高陡坡面面積5 230.24 hm2,高陡坡面治理面積3 397.85 hm2,動用土石方總量93 321.65 m3,開挖土石方總量51 427.83萬m3,棄土石渣總量12 863.15萬m3,水土流失總量227萬t,其中土質(zhì)高陡坡面水土流失量78萬t。

在全面調(diào)查的基礎(chǔ)上選取典型項(xiàng)目,提取影響土質(zhì)高陡坡面水土流失的主要技術(shù)指標(biāo),分析其水土流失情況,見表1。由表1可知,水電建設(shè)類項(xiàng)目棄土棄渣場區(qū)、露天采礦類項(xiàng)目開采區(qū)、公路建設(shè)類項(xiàng)目路基工程區(qū)或填筑區(qū)、城鎮(zhèn)建設(shè)類項(xiàng)目開挖或填筑擾動區(qū)的土質(zhì)高陡坡面,為土壤侵蝕模數(shù)大、侵蝕強(qiáng)度極強(qiáng)烈區(qū)域,其侵蝕模數(shù)12 000～17 500 t/(km2·a),是人為水土流失綜合防治的“難題”“頑癥”“死角”。經(jīng)綜合分析,發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目土質(zhì)高陡邊坡引起的水土流失呈遞增趨勢,破壞范圍廣、危害大,且其造成的危害具有漸進(jìn)性、突發(fā)性和災(zāi)難性,其成因、侵蝕方式、侵蝕規(guī)律等較為復(fù)雜,治理難度較大。

表1 生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目典型土質(zhì)高陡坡面狀況及水土流失情況

2 土質(zhì)高陡坡面護(hù)坡技術(shù)

2020年,圍繞定西市土質(zhì)高陡坡面防護(hù)存在的難點(diǎn),選擇渭源縣北寨磚瓦廠土料場土質(zhì)高陡坡面為試驗(yàn)對象,采用微型孔植生護(hù)坡技術(shù),在土質(zhì)高陡坡面栽植適生植物,監(jiān)測其存活、生長情況及土壤水分、產(chǎn)流情況,以期為定西市生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目土質(zhì)高陡坡面植物護(hù)坡提供科學(xué)依據(jù)。

2.1 試驗(yàn)區(qū)概況

渭源縣北寨磚瓦廠土料場地處渭河發(fā)源地,北部為黃土梁峁溝壑干旱區(qū),中部為淺山河谷地帶。屬中溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū),年均氣溫8.4 ℃,無霜期135 d;年均降水量525.7 mm,雨季多集中在7—9月;最大凍土深91 cm;風(fēng)向多為東南風(fēng),平均風(fēng)速2.37 m/s。土料場內(nèi)無地下水源,以大氣降水為主;場內(nèi)土壤主要有黑土、黑麻土;植被主要有白樺、山楊、云杉、華山柏、油松、沙棘、枸杞等喬灌木樹種,寬葉薹草、細(xì)葉薹草、紫花針茅、鐵桿蒿等草本植物。土料場土質(zhì)高陡坡面面積約3 000 m2,取土開挖形成的不規(guī)則坡面已進(jìn)行了削坡處理,達(dá)到穩(wěn)定坡比,其中對局部高度大于8 m的坡面進(jìn)行了削坡開級,并撒播草籽進(jìn)行了綠化。

2.2 微型孔植生護(hù)坡試驗(yàn)

微型孔植生護(hù)坡占地面積小,施工工藝簡單,造價低,可在不規(guī)則的高陡坡面施工,建成不同形狀的綠化坡面,增添坡面的綠化層次感,同時可固土保水,防止坡面發(fā)生凍融、滑塌等災(zāi)害。

2.2.1 樣地設(shè)置

采用固定樣地,即在坡面上選取3 m×3 m的4塊樣地,標(biāo)號分別為1#、2#、3#、4#,利用鉆機(jī)向下與坡面呈60°夾角鉆微型孔,有利于降水進(jìn)入孔內(nèi)[1］。微型孔在坡面的布置形狀一般采取“品”字形或正方形(見圖1)。此次試驗(yàn)中各布設(shè)2塊樣地,“品”字形微型孔行列間距1 m×1 m、孔徑5～12 cm、孔深50～80 cm,布設(shè)在1#、3#樣地;正方形微型孔行列間距1.5 m×1.5 m、孔徑10～15 cm、孔深60～90 cm,布設(shè)在2#、4#樣地。

圖1 微型孔布置示意

2.2.2 適生樹種選取及種植

定西市生產(chǎn)建設(shè)活動形成的土質(zhì)高陡邊坡是水土流失和地質(zhì)災(zāi)害的易發(fā)區(qū),需采取恢復(fù)植被措施,但其干表土層限制了植被自然恢復(fù)。研究表明[2］,在西北黃土區(qū)垂直坡面流水型布設(shè)深度約40 cm、直徑約12 cm、行列間距50 cm×50 cm種植孔位種植檸條、檉柳效果較好,但從植物的觀賞性,對氣候和土壤環(huán)境的適應(yīng)性和病蟲害防治等方面綜合分析,檉柳更優(yōu)于檸條[3-5］。根據(jù)上述研究成果,土料場氣象、水文及土壤特性,依據(jù)“適地適樹、對位配置”的原則,結(jié)合現(xiàn)有自然及人工植被的生長情況,兼顧護(hù)坡的美觀效應(yīng),確定備選的主要樹種為檉柳和檸條。其中檉柳種植在1#、2#樣地,檸條種植在3#、4#樣地。在進(jìn)行孔內(nèi)栽植的前一兩天,給孔內(nèi)灌水1次,以改善孔內(nèi)水分條件,再將育好的壯苗與育苗袋一起放入孔內(nèi),育苗袋的上沿距孔口2～5 cm,育苗袋與鉆孔如有空隙,用土壤填充。栽植完后,立即對坡面澆水,讓育苗袋與鉆孔密實(shí)結(jié)合,以利于苗木生長。完工后1個月,視天氣及植物生長情況對坡面適當(dāng)澆水,以便保苗,待定苗后基本無需其他管護(hù)。

2.2.3 監(jiān)測時間

種植后的第1年監(jiān)測頻率為每月1次,第2年至第3年監(jiān)測頻率為每年1～2次(夏、秋季)。為便于縱向比較,每次采樣均安排在連續(xù)出現(xiàn)晴天之后。

2.3 試驗(yàn)成效

2.3.1 植物的生長特征

監(jiān)測并記錄4個樣地植物第1年、第2年的成活率、郁閉度及生長高度等指標(biāo),結(jié)果見表2。由表2可知,“品”字形微型孔種植檉柳、檸條的成活率、郁閉度、生長高度均高于正方形微型孔種植的檉柳、檸條,其中1#樣地“品”字形微型孔種植的檉柳成活率最高,郁閉度最大,苗木的長勢也最好,說明1#樣地的種植方式更有利于檉柳根系的下扎和生長,檉柳的各項(xiàng)生長指標(biāo)均優(yōu)于正方形微型孔種植的檉柳及兩種種植方式下的檸條,因此向下60°角“品”字形微型孔種植的檉柳在黃土區(qū)土質(zhì)高陡坡面適應(yīng)性更強(qiáng)。

表2 樣地護(hù)坡植被生長特征(平均值)

2.3.2 土壤含水率

2020—2022年每年秋季,對4個樣地取表層土至30 cm,測試坡面表層土壤含水率,結(jié)果見表3。由表3可知,“品”字形微型孔植檉柳、檸條的坡面土壤含水量均高于正方形微型孔植檉柳、檸條的,其中1#樣地向下60°角“品”字形微型孔植檉柳的坡面土壤含水量最高,說明向下60°角“品”字形微型孔植檉柳能有效地截留雨水,蓄水效果更好。

表3 樣地坡面土壤含水率(平均值)

2.3.3 水土保持能力測定

產(chǎn)流系數(shù)、土壤侵蝕模數(shù)是衡量植被保持水土、涵養(yǎng)水分等護(hù)坡性能的重要生態(tài)指標(biāo)。2020—2022年每年汛期(7—9月)監(jiān)測并記錄了4塊樣地的產(chǎn)流特征(平均值),見表4。由表4可知,向下60°角微型孔植檉柳的1#、2#樣地土壤侵蝕模數(shù)均低于相同年份向下60°角微型孔植檸條的3#、4#樣地,3 a最大土壤侵蝕模數(shù)為4 543.00 t/(km2·a),表明土料場汛期產(chǎn)流量高,區(qū)域水土流失嚴(yán)重,向下60°角微型孔植檉柳護(hù)坡表現(xiàn)出更強(qiáng)的保水、保土性能。

表4 2020—2022年每年汛期樣地產(chǎn)流特征(平均值)

3 結(jié)論

1)定西市生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目土質(zhì)高陡坡面引起的水土流失呈遞增趨勢,破壞范圍廣、危害大,且其造成的危害具有漸進(jìn)性、突發(fā)性和災(zāi)難性的特點(diǎn),其成因、侵蝕方式、侵蝕規(guī)律等較為復(fù)雜,治理難度較大,嚴(yán)重影響了自然生態(tài)環(huán)境結(jié)構(gòu)的平衡、區(qū)域小氣候的良性發(fā)展,制約著區(qū)域鄉(xiāng)村振興和當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展。

2)試驗(yàn)所選取的檉柳樹種具有耐旱耐寒、萌芽力強(qiáng)、生長快、主側(cè)根極發(fā)達(dá)等特性,向下60°角“品”字形微型孔栽植檉柳時,其苗木的成活率最高、生長最快、郁閉度最大,長期固坡攔蓄效果好,既能防止土質(zhì)高陡坡面水土流失,又能美化坡面,可在西北黃土區(qū)推廣應(yīng)用。