云南省高速公路棄渣場(chǎng)植被恢復(fù)對(duì)水土流失的影響研究

摘" 要： 高速公路是我國(guó)重要的基礎(chǔ)設(shè)施，而棄渣場(chǎng)土壤侵蝕量占高速公路建設(shè)過(guò)程中產(chǎn)生的土壤侵蝕總量的60%以上，實(shí)施棄渣場(chǎng)水土流失綜合防治是高速公路水土保持工作的核心。以位于云南省滇西高原的臨鳳高速公路為研究對(duì)象，采用實(shí)地調(diào)查和小區(qū)試驗(yàn)相結(jié)合的方法，對(duì)植被恢復(fù)年限分別為0、1、3 a的隧道棄渣場(chǎng)進(jìn)行實(shí)地調(diào)研和試驗(yàn)分析，得到不同植被恢復(fù)年限的棄渣場(chǎng)植被生長(zhǎng)情況和水土流失情況。結(jié)果表明：①棄渣場(chǎng)共有植被46種，分屬16科42屬，且菊科和禾本科植物所占比例大，分別占總量的30.43%和23.91%；②棄渣場(chǎng)植被以耐旱、耐貧瘠、適應(yīng)性強(qiáng)的草本植物為主，隨著植被恢復(fù)年限的增加，棄渣場(chǎng)植被由一年生草本向多年生草本及小灌木轉(zhuǎn)化，香農(nóng)多樣性指數(shù)、物種豐富度指數(shù)和植被蓋度明顯增加；③棄渣初期土壤侵蝕模數(shù)和土壤侵蝕厚度較大，隨著植被恢復(fù)年限增加呈下降趨勢(shì)，土壤侵蝕模數(shù)與香農(nóng)多樣性指數(shù)、優(yōu)勢(shì)度指數(shù)、物種豐富度指數(shù)、均勻度指數(shù)均呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，與植被蓋度呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。植被恢復(fù)是解決棄渣場(chǎng)水土流失問(wèn)題的根本措施，隨著植被恢復(fù)年限的增加，植物群落逐漸豐富，有利于保持土壤結(jié)構(gòu)和渣體邊坡的穩(wěn)定，控制水土流失。

關(guān)鍵詞： 棄渣場(chǎng)；水土流失；植被恢復(fù)；高速公路；云南省

中圖分類(lèi)號(hào)： S157" 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A" DOI：10.3969/j.issn.1000-0941.2025.02.018

引用格式： 陳敏全，馬聰，朱云波，等.云南省高速公路棄渣場(chǎng)植被恢復(fù)對(duì)水土流失的影響研究［J］.中國(guó)水土保持，2025（2）：61-64，71.

收稿日期：2024-02-01

基金項(xiàng)目：云南省交通科學(xué)研究院有限公司科技項(xiàng)目（JKYZLX-2021-34）

第一作者：陳敏全（1988—），男，河北張家口人，高級(jí)工程師，碩士，主要從事交通行業(yè)環(huán)境保護(hù)和水土保持工作。

通信作者：馬聰（1981—），男（彝族），云南元陽(yáng)人，正高級(jí)工程師，博士，主要從事交通行業(yè)環(huán)境保護(hù)和水土保持工作。

E-mail： 417903816@qq.com

高速公路是我國(guó)重要的基礎(chǔ)設(shè)施，在高速公路施工過(guò)程中，大規(guī)模挖填會(huì)導(dǎo)致原地貌嚴(yán)重?cái)_動(dòng)、植被破壞。棄渣場(chǎng)土壤侵蝕量占高速公路建設(shè)過(guò)程中產(chǎn)生的土壤侵蝕總量的60%以上，且大量棄土棄渣的堆放導(dǎo)致棄渣場(chǎng)成為高速公路建設(shè)中水土流失的主要源地，尤其是在云貴高原地區(qū)，地形多樣復(fù)雜，且以山地為主，水土流失問(wèn)題愈發(fā)嚴(yán)重。為改善高速公路永久占地比例高、臨時(shí)用地恢復(fù)困難等問(wèn)題，越來(lái)越多的高速公路采用隧道形式，然而隧道棄渣量可達(dá)數(shù)十萬(wàn)方甚至數(shù)百萬(wàn)方，堆渣高度可從幾十米至上百米，若棄渣得不到妥善處理，則會(huì)引發(fā)嚴(yán)重水土流失，毀壞農(nóng)田、掩埋植被、抬高河床，甚至造成滑坡、泥石流等多種環(huán)境問(wèn)題。因此，實(shí)施棄渣場(chǎng)水土流失綜合防治、減少生態(tài)環(huán)境破壞和地表擾動(dòng)是高速公路水土保持工作的核心。

植被恢復(fù)可增加植物有機(jī)殘?bào)w的數(shù)量，對(duì)渣體產(chǎn)生影響，并通過(guò)改變下墊面的物質(zhì)組成和能量循環(huán)過(guò)程，進(jìn)一步加速渣體的風(fēng)化成土過(guò)程，提升棄渣場(chǎng)防沖固土能力。此外，植被恢復(fù)可提高土壤有機(jī)質(zhì)含量、美化環(huán)境、改善局部小氣候，對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)具有重要作用。許多研究均表明植被恢復(fù)是當(dāng)前有效防治高速公路棄渣場(chǎng)邊坡失穩(wěn)、控制水土流失的重要手段，是高速公路水土保持的重要措施［1-2］。本研究以位于云南省滇西高原的臨鳳高速公路為研究對(duì)象，采用實(shí)地調(diào)查和小區(qū)試驗(yàn)相結(jié)合的方法，研究不同植被恢復(fù)年限、不同群落組成的植被恢復(fù)措施對(duì)隧道棄渣場(chǎng)水土流失的影響，提出棄渣場(chǎng)水土流失防治最適宜的物種選擇及其配置模式，旨在為云南省及同類(lèi)型山區(qū)高速公路棄渣場(chǎng)水土流失防治提供科學(xué)依據(jù)，提高植被自然恢復(fù)和人工誘導(dǎo)恢復(fù)成效。

1" 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于云南省滇西高原的臨滄市，受瀾滄江水系及其支流的影響，土地切割深度較大，斷裂發(fā)育，地表起伏較大，地形地貌復(fù)雜多樣。以亞熱帶季風(fēng)氣候?yàn)橹鳎瑲夂虼怪弊兓@著，干濕季分明，年均降水量約1 200 mm，降水主要集中在雨季（5—10月），占全年降水量的80%～90%，年均氣溫為18.0 ℃。植被類(lèi)型以亞熱帶半濕潤(rùn)常綠闊葉林為主，主要代表樹(shù)種有云南松、華山松、青岡、箭竹、黃竹等，草本植物有狗牙根、白車(chē)軸草、旱茅、山姜、金茅、黃背草及各種蕨類(lèi)等。土壤類(lèi)型以紅壤為主，水稻土、黃棕壤零星分布，土壤分散系數(shù)較大，土壤厚度不一，耕層較厚，土層厚度大于0.5 m，且土壤有機(jī)質(zhì)含量較高。

2 "研究方法

2.1" 試驗(yàn)小區(qū)設(shè)置和實(shí)地調(diào)查

本研究選取植被恢復(fù)年限分別為0、1、3 a的隧道棄渣場(chǎng)各2座，棄渣場(chǎng)的基本情況見(jiàn)表1。在各棄渣場(chǎng)內(nèi)隨機(jī)設(shè)置3個(gè)1 m×1 m的樣方，進(jìn)行實(shí)地調(diào)查，調(diào)查內(nèi)容包括物種名稱(chēng)、數(shù)量、高度和植被蓋度等，并基于調(diào)查信息計(jì)算香農(nóng)多樣性指數(shù)（H）、優(yōu)勢(shì)度指數(shù)（D）、物種豐富度指數(shù)（M）和均勻度指數(shù)（E）。計(jì)算公式分別為

Pi=Ni/N（1）

H=－∑Si=1Piln Pi（2）

D=1－∑Si=1Pi（3）

M=（S－1）/ln N（4）

E=H/Hmax（5）

Hmax=ln S（6）

式中：Pi為物種i的個(gè)體數(shù)占全部個(gè)體數(shù)的比例；N為樣方內(nèi)全部物種的個(gè)體數(shù)；Ni為物種i的個(gè)體數(shù)；S為樣方內(nèi)的物種數(shù)量；Hmax為最大多樣性指數(shù)。

2.2" 土壤侵蝕監(jiān)測(cè)

棄渣場(chǎng)土壤侵蝕量監(jiān)測(cè)采用侵蝕針?lè)?，主要在?jiǎn)易水土流失觀測(cè)場(chǎng)進(jìn)行。在坡面上垂直打入鋼釬（或木樁等），在水土流失監(jiān)測(cè)期內(nèi)，定期觀測(cè)鋼釬頂出露地面的高度值的變化情況，可計(jì)算土壤侵蝕厚度和土壤侵蝕模數(shù)。根據(jù)棄渣場(chǎng)實(shí)際情況，在5 m×5 m的簡(jiǎn)易水土流失觀測(cè)場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)樣地內(nèi)以2.5 m×2.5 m 的間距分別于縱橫方向垂直打入9支長(zhǎng)100 cm的鋼釬，使鋼釬頂部與坡面留有約30 cm的距離，

間隔一定時(shí)間用卷尺量測(cè)并記錄其距離，并在坡面以上的鋼釬上涂上油漆，樣地面積可根據(jù)渣場(chǎng)坡面實(shí)際情況調(diào)整。簡(jiǎn)易水土流失觀測(cè)場(chǎng)布設(shè)見(jiàn)圖1。

3" 結(jié)果與分析

3.1" 棄渣場(chǎng)植物群落物種組成和主要物種更替過(guò)程

通過(guò)對(duì)6座棄渣場(chǎng)進(jìn)行實(shí)地調(diào)查發(fā)現(xiàn)（見(jiàn)表2），臨鳳高速公路隧道棄渣場(chǎng)的植被組成共46種，分屬16科42屬，其中以菊科植物數(shù)量占植物總量的比例最大，達(dá)30.43 %，禾本科植物次之，占植物總量的23.91%?？梢?jiàn)，菊科和禾本科植物是該研究區(qū)次生演替初期的優(yōu)勢(shì)科。菊科的飛蓬是當(dāng)?shù)爻Ｒ?jiàn)的先鋒物種，具有耐貧瘠、耐旱的特征，且種子隨風(fēng)可傳播較遠(yuǎn)距離，因此各恢復(fù)年限的棄渣場(chǎng)均有飛蓬出現(xiàn)，且數(shù)量維持在較穩(wěn)定的水平。

由表2可知，隨著植被恢復(fù)年限的增加，物種數(shù)量和植被蓋度呈增加趨勢(shì)，且植被蓋度與物種數(shù)量、種類(lèi)、長(zhǎng)勢(shì)等有關(guān)。植被恢復(fù)年限為0 a的棄渣場(chǎng)植被優(yōu)勢(shì)種是菊科的飛蓬，屬一年生草本，其伴生物種主要以一年生草本為主，或有少量?jī)赡晟荼??；謴?fù)年限為1 a的棄渣場(chǎng)植被優(yōu)勢(shì)種為一年生禾本科植物馬唐和早熟禾，主要伴生物種為一年生的草本，多年生草本植物開(kāi)始出現(xiàn)，但所占數(shù)量比例較小。當(dāng)植被恢復(fù)達(dá)3 a時(shí)，多年生豆科植物豬屎豆為棄渣場(chǎng)植被優(yōu)勢(shì)種，一年生草本和多年生草本為主要伴生物種，多年生草本所占比例較恢復(fù)年限為1 a的棄渣場(chǎng)有所上升，且棄渣場(chǎng)出現(xiàn)了一定數(shù)量的屬于灌木的白背楓、戟葉酸模、車(chē)桑子、杜鵑等和屬于喬木的刺楸。由此可見(jiàn)，棄渣場(chǎng)群落演替整體趨勢(shì)為：一年生草本→一年生或兩年生草本→多年生草本→灌木或小喬木。

試驗(yàn)中的每個(gè)樣地均具有較高群集度的植被，表明棄渣場(chǎng)植被群落是經(jīng)歷了先鋒種入侵、定居、群集、競(jìng)爭(zhēng)而形成的。優(yōu)勢(shì)種大部分屬于對(duì)土壤要求不高的先鋒植物，具有耐貧瘠、耐旱、適應(yīng)性強(qiáng)的特征，這類(lèi)植物通?？梢栽趷毫迎h(huán)境中成為群落的優(yōu)勢(shì)物種 ，同時(shí)多數(shù)伴生物種也具備上述特點(diǎn)。在所有的調(diào)查樣地中，有4個(gè)棄渣場(chǎng)分布有戟葉酸模，戟葉酸模對(duì)土壤的適應(yīng)范圍較廣、繁殖能力極強(qiáng)，可生長(zhǎng)于石質(zhì)土壤，能適應(yīng)溫暖、半干旱至潮濕的各類(lèi)氣候環(huán)境。戟葉酸模的耐旱、耐貧瘠特征，是它成為棄渣場(chǎng)植物群落次生演替的先鋒樹(shù)種的主要原因。

3.2" 棄渣場(chǎng)植物群落物種多樣性

6處棄渣場(chǎng)的香農(nóng)多樣性指數(shù)、優(yōu)勢(shì)度指數(shù)、物種豐富度指數(shù)、均勻度指數(shù)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖2。優(yōu)勢(shì)度指數(shù)范圍為0.76～0.91，均勻度指數(shù)范圍為0.66～0.99，隨著植被恢復(fù)年限的增加，優(yōu)勢(shì)度指數(shù)和均勻度指數(shù)呈增加趨勢(shì)，但整體變化較小。香農(nóng)多樣性指數(shù)和物種豐富度指數(shù)的最小值均出現(xiàn)在植被恢復(fù)年限為0 a的2號(hào)棄渣場(chǎng)，最大值均出現(xiàn)在植被恢復(fù)年限為3 a的5號(hào)棄渣場(chǎng)，隨著植被恢復(fù)年限的增加，香農(nóng)多樣性指數(shù)和物種豐富度指數(shù)增加明顯。

3.3" 棄渣場(chǎng)土壤侵蝕量

基于侵蝕針?lè)y(cè)定6座棄渣場(chǎng)的土壤侵蝕模數(shù)和土壤侵蝕厚度（見(jiàn)圖3），土壤侵蝕模數(shù)為510～2 780 t/（km2·a），土壤侵蝕厚度為0.32～1.70 mm。隨著植被恢復(fù)年限的增加，土壤侵蝕模數(shù)和土壤侵蝕厚度呈下降趨勢(shì)，土壤侵蝕模數(shù)和土壤侵蝕厚度的最大值

均出現(xiàn)在1號(hào)棄渣場(chǎng)。1號(hào)棄渣場(chǎng)正處于堆渣期，雖然已在棄渣場(chǎng)下游布設(shè)擋墻，但是截排水措施不完善，導(dǎo)致其水土流失比較嚴(yán)重；而其余棄渣場(chǎng)均已完成棄渣的堆放，各項(xiàng)水土保持措施相對(duì)完善，植被正?；謴?fù)，水土流失得到有效控制。

3.4" 棄渣場(chǎng)植被恢復(fù)對(duì)土壤流失量的影響

通過(guò)對(duì)6座棄渣場(chǎng)的香農(nóng)多樣性指數(shù)、優(yōu)勢(shì)度指數(shù)、物種豐富度指數(shù)、均勻度指數(shù)、植被蓋度與土壤侵蝕模數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)：土壤侵蝕模數(shù)與香農(nóng)多樣性指數(shù)、優(yōu)勢(shì)度指數(shù)、物種豐富度指數(shù)、均勻度指數(shù)均呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為-0.891～-0.813（plt;0.05）;土壤侵蝕模數(shù)與植被蓋度呈極顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為-0.922（plt;0.01）。

4" 討論

高速公路隧道棄渣場(chǎng)內(nèi)主要是人為堆積的土石混合體，以石渣和心土為主，渣體的粗粒含量高，再加上受人類(lèi)活動(dòng)影響較大，導(dǎo)致棄渣場(chǎng)的土壤保水保肥能力差。在棄渣初期，渣體堆積松散、渣體間空隙較大，土壤的持水能力較差，因此植被恢復(fù)初期棄渣場(chǎng)的先鋒物種以耐旱、耐貧瘠的植物為主，一年生的耐旱草本成為恢復(fù)期的優(yōu)勢(shì)種和伴生種，且灌木較少。由于棄渣過(guò)程中棄渣場(chǎng)受到人類(lèi)活動(dòng)的影響較大，因此植被恢復(fù)初期物種多樣性、物種豐富度等指標(biāo)較低，這與趙晶［3］的研究結(jié)果一致。蔡華興等［4］以重慶市主要的大型礦山渣場(chǎng)為研究對(duì)象，通過(guò)對(duì)植被恢復(fù)情況進(jìn)行調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，草本植物形成了渣場(chǎng)植被恢復(fù)初期的主要群落，且礦山渣場(chǎng)不同植被恢復(fù)階段的植被類(lèi)型差異較大。本研究中棄渣場(chǎng)植物群落演替隨著植被恢復(fù)年限增加呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性，群落演替趨勢(shì)為一年生草本→一年生或兩年生草本→多年生草本→灌木或小喬木，且棄渣場(chǎng)的香農(nóng)多樣性指數(shù)、優(yōu)勢(shì)度指數(shù)、物種豐富度指數(shù)、均勻度指數(shù)和植被蓋度均隨著植被恢復(fù)年限增加而增加，這可能與植被對(duì)土壤的改良作用增加了土壤養(yǎng)分含量有關(guān)［5］。屈曉婉［6］通過(guò)分析棄渣場(chǎng)土壤養(yǎng)分的變化情況，發(fā)現(xiàn)棄渣場(chǎng)土壤養(yǎng)分含量與植被恢復(fù)年限呈正相關(guān)關(guān)系。謝錦升等［7］研究發(fā)現(xiàn)，植被恢復(fù)在提高土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性方面作用顯著，而土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性是提升土壤肥力和土壤抗蝕性的關(guān)鍵因素。

雖然水土保持工程措施在水土流失防治中起到立竿見(jiàn)影的效果，但是植物措施在保持水土方面發(fā)揮著長(zhǎng)久作用。研究發(fā)現(xiàn)土壤侵蝕模數(shù)、土壤侵蝕厚度均隨著植被恢復(fù)年限增加呈下降趨勢(shì)，且土壤侵蝕模數(shù)與物種多樣性指數(shù)、優(yōu)勢(shì)度指數(shù)、物種豐富度指數(shù)、均勻度指數(shù)均呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，與植被蓋度呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，表明植被恢復(fù)是控制棄渣場(chǎng)土壤侵蝕的關(guān)鍵因素。棄渣初期渣體中超大粒徑和超小粒徑的土體較多，土壤粒徑不穩(wěn)定，而棄渣場(chǎng)植被恢復(fù)可增加地表植被覆蓋度，這對(duì)調(diào)節(jié)地表徑流和土壤水分、攔截泥沙等具有重要作用。同時(shí)，植物殘?bào)w及植物根系分泌物對(duì)棄渣場(chǎng)巖土體的風(fēng)化作用，可促進(jìn)渣體成土、生土變熟土［8］，植物根系可通過(guò)錯(cuò)落交叉的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)增加土體的防沖能力［9］，進(jìn)而改善土壤侵蝕情況。呂釗［10］通過(guò)對(duì)風(fēng)蝕區(qū)棄渣場(chǎng)的研究發(fā)現(xiàn)，機(jī)械的壓實(shí)作用可提升渣體結(jié)構(gòu)的緊實(shí)度，提高渣體抗蝕性，減少降雨過(guò)程中的土壤顆粒分散和水土流失，但在無(wú)植物措施保護(hù)的條件下，降雨量的增加對(duì)渣場(chǎng)土壤顆粒的流失量有明顯的促進(jìn)作用，進(jìn)一步證明了植物措施的重要性。

5" 結(jié)論

本研究以位于云南省滇西高原的臨鳳高速公路為研究對(duì)象，采用實(shí)地調(diào)查和小區(qū)試驗(yàn)相結(jié)合的方法，對(duì)植被恢復(fù)年限分別為0、1、3 a的隧道棄渣場(chǎng)進(jìn)行實(shí)地調(diào)研和試驗(yàn)分析，得到不同植被恢復(fù)年限的棄渣場(chǎng)植被生長(zhǎng)情況和水土流失情況。研究表明，棄渣場(chǎng)共有植被46種，分屬16科42屬，且以菊科和禾本科植物所占比例大，分別占總量的30.43%和23.91%；棄渣場(chǎng)植被以耐旱、耐貧瘠、適應(yīng)性強(qiáng)的草本植物為主，隨著植被恢復(fù)年限的增加，棄渣場(chǎng)植被由一年生草本向多年生草本及小灌木轉(zhuǎn)化，香農(nóng)多樣性指數(shù)、物種豐富度指數(shù)和植被蓋度明顯增加；棄渣初期土壤侵蝕模數(shù)和土壤侵蝕厚度較大，隨著植被恢復(fù)年限增加呈下降趨勢(shì)；土壤侵蝕模數(shù)與香農(nóng)多樣性指數(shù)、優(yōu)勢(shì)度指數(shù)、物種豐富度指數(shù)、均勻度指數(shù)均呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，與植被蓋度呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。植被恢復(fù)是解決棄渣場(chǎng)水土流失問(wèn)題的根本措施，隨著植被恢復(fù)年限的增加，植物群落逐漸豐富，有利于保持土壤結(jié)構(gòu)和渣體邊坡的穩(wěn)定，控制水土流失。

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（責(zé)任編輯" 李佳星）