川西南公路工程废弃地植被恢复与重建研究

川西南公路工程废弃地植被恢复与重建研究

边坡、废弃地随着四川西南部经济发展的全面发展，各种工程（公路、铁路、水资源保护、采矿、工业和民用建筑）的大规模建设造成了环境问题，其中最突出的是破坏现有的当地植被，并形成了不同大小的边缘和废弃区域。这些边坡和废弃区域的存在，进一步增加了水土流失、滑坡和泥石流的发生频率和强度，以及局部小气候的恶化和生物链的破坏。虽然人们非常重视公路工程废弃地的植被恢复与重建,但常出现植物类型单一、外来物种入侵,维护费用过大、后期效果不佳等众多问题。如何按照生态规律恢复破坏的生态系统是近年来研究与关注的重点,我们针对锦屏水电站对外交通公路工程废弃地采用的生态恢复模式,从立地类型的确定以及先锋植物和不同立地类型的植被恢复模式等方面做了系统研究,对川西南公路工程废弃地植被恢复具有重要的指导作用。1调节季节变化试验地选择为二滩水电开发有限责任公司开发建设的锦屏一级、二级水电站对外交通专用公路,该公路东起冕宁县漫水湾镇,西至磨房沟乡,全长56km。海拔高程范围在1380m～2500m之间,高差为1120m。区域气候属亚热带季风气候,雨热同季,干湿分明,从11月到次年4月为干季,干季晴朗少雨,风力大、蒸发强,每月平均相对湿度60%左右,半年降水量只占全年的10%,5月至10月为雨季,尤以6月～9月更为集中,降水量占全年的79%,这种季节分配过度的不均衡,往往会导致冬春干旱和秋涝。沿线土壤种类由低到高分别为冲积土、红壤和红棕壤,由于公路施工对原生土壤破坏严重,土壤石砾、混凝土和废弃物等含量较高,部分地段基岩裸露,土壤贫瘠,土壤质地多为砂质,水土流失严重。2对外交通水利工程废弃地分类施策为便于对废弃地实施生态治理和植被恢复,有必要对现有废弃地进行立地类型划分,以便做到因地制宜、分类施策。对公路工程废弃地现状进行了分析,采用“地表破坏类型+废弃地类型”的方法,将锦屏水电站对外交通公路工程废弃地共划分为9种类型,各类型的成因、结构、稳定性、形态、复垦条件和立地状况差异较大,植被恢复难易程度和采用措施方法各不相同。类型划分结果及各类型特征见表1。3植被恢复和重建模式3.1不同种草种的选择试验安排在3个不同的海拔段(分别为1500m,2000m,2500m)进行,试图找出适宜不同海拔的乔、灌木和草种。由于渣料场立地条件差,没有植物生长的基本条件,必须对渣料场表面进行客土铺填,采用3个不同的覆土厚度(分别为10cm,20cm,30cm)进行试验。在植物品种选择上,尽量选择乡土树种或草种,同时要方便采种,易繁殖。乔木选用了蒙自桤木、云南松、高山栎、油桐,灌木选用了马桑、火棘、车桑子、火炬树、新银合欢,草本选用了山蓼、酸模、艾蒿、香薷、洋金花。于2007年5月3日～15日进行种植或点播。种植方式采取营养袋植苗、点播和撒播,蒙自桤木和云南松采用1a生营养袋苗,火棘为1a生实生苗,其它乔木和灌木采用点播,草本采用撒播,草种的播种量为20g·m2007年9月10日～15日对各试验进行调查测定,其结果见表2,表中数据为3次重复的平均值。受山地气候的影响,水热状况在地貌上的垂直差异直接影响和制约着植被的分布和生长,从表2中可以看出,乔木树种在各海拔段生长较好,仅油桐在海拔2500m以上时生长指标较差。所有灌木的发芽率都较高,马桑在海拔2000m以下的生长量可达20cm,而火棘的生长量仅有2.1cm～3cm,车桑子、火炬树和新银合欢虽然发芽率高,但到冬季时全部死亡。草本的盖度大多在50%以上,其中山蓼和艾蒿在海拔2500m以上时,其盖度小于50%,洋金花在海拔2000m以上时,其盖度小于50%。其余草种都生长较好。因此,对渣料场进行植被恢复与重建时,在不同的海拔段应选择不同的乔、灌、草种进行组合。在海拔1500m左右,乔木可以选择蒙自桤木、云南松、高山栎和油桐,灌木可选择马桑、火棘,草本可选择山蓼、酸模、艾蒿、香薷、洋金花。在海拔2000m左右,乔木可选择蒙自桤木、云南松、高山栎,灌木可选择马桑和火棘,草本可选择山蓼、酸模、艾蒿、香薷。在海拔2500m左右,乔木选择蒙自桤木、云南松、高山栎,灌木可选择火棘,草本选择酸模、香薷。3.2不同立地条件对植被生长的影响2008年春季实施试验,共设两个试验段。选择较为规整的台地两块,总面积为0.20hm试验1a后,2009年5月1日～10日对其试验段进行了调查,观测其恢复效果(表3)。调查结果表明1号、2号实验地乔木、灌木长势较好,其根系在50cm的土壤层呈伞形广泛分布,植株平均高度从移栽时的5cm生长到目前的10cm,植被覆盖度逐年提高;野生乡土草种植被覆盖度较高,且根系分布较深,植被恢复效果最好;而3号地块早熟禾、高羊茅混播地块植被生长状况较差,根系主要分布在土层10cm以内;且根系不发达,地上植株单一,拦蓄降水能力相对差一些,植被覆盖度增加较慢;对照地块1号、2号乡土草种分布生长较快,须根系普遍位于30cm土壤层内,植被覆盖增加速度相对较慢,在有大的降水过程中,蓄水保土能力相对较强。综合来看,人工种植的野生草本植物生长速度、根系分布和群落覆盖度方面明显优于其他试验处理地块,台地植被的恢复效果较好。根据川西南公路工程废弃地台地土壤结构特点,确定以下恢复模式:乔木可以选择蒙自桤木、女贞、油桐,灌木可选择马桑、火棘,草本可选择山蓼、酸模、艾蒿、香薷。3.33.3.1边坡植物配置方式我们于2006年10月～2007年10月在锦屏水电站对外交通专用公路K34+K57路堑石质边坡进行了为期一年的植被恢复与重建野外试验。结合沿线原有植被的调查结果,本试验植被恢复所选的植物种类如下:灌木选用了马桑、火棘、火炬树、新银合欢,草本选用了早熟禾、高羊茅、山蓼、酸模、艾蒿、香薷、洋金花、孔雀草、波斯菊,藤本选用了地锦、油麻藤、葛藤。根据不同海拔高度、边坡坡比、坡向以及周边背景植被类型和景观要求的差异,设置了不同的植物配置方式。以K42+42～126为例,该边坡面积1131.4m根据该坡面结构特点,首先对边坡进行客土人工回填,以保证植被恢复需要。植物种植安排:火炬树、马桑、新银合欢等大灌木单排种植间距0.8m～1.0m,杜鹃等小灌木栽植密度0.2m×0.2m～0.4m×0.4m。植苗或插条栽植时将苗木置于种植穴中心,用泥土分层覆土压实。植苗完成后立即浇定根水,定根水必须浇足浇透,最后用秸秆等物进行覆盖。点播的播种量因植物种类而异,一般为3粒～5粒·穴试验1a后,2008年10月5日～20日对其试验段进行了调查,观测其恢复效果(表4)。根据野外试验结果,可以得出以下3个结论:(1)石质边坡土壤结构差,十分不利于植物的生长,在进行植被生态恢复与重建之前,必须对基质进行处理。(2)乡土灌木、草本、藤本植物均能正常生长,说明乡土植物更能适应该地气候。新银合欢、地锦由于海拔较高,积温低,生长极差。(3)在含泥土很少的石质边坡上进行植被恢复与重建,最关键的是能找到合适的植物种类。从试验结果来看,乡土灌木、草本、藤本植物可作为石质边坡上植被恢复与重建的先锋植物。根据试验结果,确定了石质边坡两种植被恢复模式:马桑+艾蒿+香薷+山蓼+高羊茅,火棘+艾蒿+香薷+山蓼+高羊茅+葛藤为基本模式。3.3.2泥夹石边坡的基本模式考虑到锦屏水电站对外交通专用公路泥夹石边坡的土壤特性,在植物选择上,选用一些优良的乡土植物,灌木选用了马桑、火棘、火炬树、新银合欢,草本选用了早熟禾、高羊茅、山蓼、酸模、艾蒿、香薷、波斯菊、孔雀草。试验安排在K43+50-100段泥夹石边坡,其海拔在1900m的3个不同坡度(分别为0°-15°,15°-35°,35°-45°)的边坡,试图找出不同坡度最适宜的种植模式。实验原则是生物措施与工程措施相结合,生物措施为主,并以乡土植物为先锋植物(表5)。2008年10月,对其实验段进行了观测,其情况如下:(1)0°～15°泥夹石边坡:火炬树的成活率为6%,新银合欢为85.6%,火棘为84%。年均树高增长量新银合欢为0.7m,火棘则较低,为0.13m。年均胸径增长量新银合欢最高,为0.7cm,而火棘为0.1cm。山蓼、酸模、高羊茅的混播草坪的覆盖率达到95%,酸模生长较好,其次为艾蒿、香薷、山蓼。(2)15°～35°泥夹石边坡:火炬树的成活率为4%,新银合欢为87.6%,马桑为89%。年均树高增长量新银合欢为0.6m和马桑为0.7m;年均胸径增长量新银合欢为0.5cm,马桑为0.4cm。山蓼、酸模、高羊茅的混播草坪的覆盖率达到97%,酸模生长较好,其次为为艾蒿、香薷、山蓼。(3)35°～45°泥夹石边坡:火炬树的成活率为4.4%,马桑为85%,火棘为88%。年均树高增长量马桑为0.5m;火棘为0.15m。年均胸径增长量马桑0.4cm,火棘为0.15cm。山蓼、酸模、高羊茅的混播草坪的覆盖率达到95%,山蓼生长较好,其次为为艾蒿、香薷、山蓼。在海拔1900m坡度45°以下,风化页岩平均占90%,风化页岩、泥岩土壤有机质含量甚微,干旱期达186d和日降雨达92.4mm的极端环境条件下所选择植物基本能正常生长,除火炬树外,其他植物都能正常生长,并形成了自然生态景观。由于植物根系的抗拉强度,增强了该风化边坡土岩的固持能力,恢复松散堆积物的内聚力,稳固了该病害边坡,从根本上解决了水土流失的诱因。应用生态防护技术这一软性生物措施,对川西南地区强风化岩质边坡的病害防护与稳固是非常有效的,与传统的土石方工程对比经济效益是非常显著的。根据泥夹石边坡土壤结构特点,确定以下3种恢复模式:(1)0°～15°采用新银合欢+火棘+草本为基本模式;(2)15°～35°采用新银合欢+马桑+草本;(3)35°～45°采用火棘+马桑+草本为基本模式。4废弃地类型划分工程废弃地植被恢复与重建工作是工程建设生态环境恢复与重建的主体,受到世界各国的广泛重视。通过川西南山地公路工程废弃地植被恢复与重建研究取得以下结论:(1)对公路工程废弃地现状进行了分析,采用“地表破坏类