北京山区公路边坡植被恢复试验研究

北京山区公路边坡植被恢复试验研究

道路施工过程中经常会形成裸露的山坡。另一方面，边坡不稳定，容易发生新的水土流失。在严重的情况下，山坡上的风险仍然存在。另一方面，它破坏了现有的自然和生态环境，削弱了生态服务的功能。因此，对道路沿线植被的恢复和重建做出了重大支持。20世纪90年代以前一般多采用撒草种、穴播或沟播、铺草皮、框格架类植草等护坡方法,近年边坡植被恢复重建技术发展很快,多是从国外引进,经过消化吸收,结合各地具体情况,也有所创新。如从国外逐渐引进了客土喷播技术以及在其基础上发展起来的厚层基质喷附技术、连续纤维加固喷附技术、三维植被网技术、高次团粒喷播技术等,并应用于我国华南、华中、华东等温暖湿润地区,植被恢复效果较好。但在我国北方的一些石质边坡,由于冬季低温,风大,年降水量低,干旱缺水,立地条件差,使得植被恢复重建十分困难,近年施工单位不断试验新的技术,但有关植被恢复效果的研究并不多见,因此,对一些常见技术的应用效果进行分析是十分必要的,可为北方地区石质边坡的植被恢复重建提供理论基础和指导。1气候变化条件试验地设在北京百花山自然保护区公路边坡,海拔1000m,坡度50°~80°,石质或土石混合边坡。百花山位于北纬39°48′~40°4′,东经115°15′~115°40′,年均气温10.2℃,最高气温37.6℃,最低气温-22.9℃,年降水量近年呈下降趋势,不足600mm,石质山地,植被为暖温带落叶阔叶林区域,植物种类丰富,仅野生草本植物就有28科,75属,107种。低山和中山阳坡土壤瘠薄,主要为次生落叶灌丛,植物种类主要有荆条、山杏、绣线菊、大花溲疏、胡枝子、蒿类、矮苔草等。2材料和方法2.1样地与植物种种2006年6月初,在公路碎石和土石混合边坡进行植被恢复重建试验,第2年8月对植被恢复情况进行调查。试验地植物种类主要为草本、部分为灌木,种类和频度近一致,因此,每块试验地设置小样方3块,样方面积2mⅹ2m,调查植物种类、高度、盖度、土层厚度、植物生长、水土流失情况等,同时采土样,测定土壤机械组成、含水量、容重以及养分含量。样地1:对照样地,为自然恢复的次生灌丛,坡度50°,坡向东南。样地2:与样地1相临,原为修公路形成的碎石坡,碎石厚10~50cm,坡度45°~60°,南坡,采用厚层基质喷附技术,基层厚约10~13cm,喷附材料主要为当地黄土,添加草炭、肥料、粘合剂、水泥等,将草本植物种子混入,直接喷附于碎石坡上,不定期浇水,保证种子萌发。以1.5m×1.5m株行距栽种容器树苗,苗木高度低于15cm。植物种均为先锋种类,草本主要是紫苜蓿,以及蒿类、灰藜、反枝苋等,木本有臭椿、黄栌、山杏、山桃、榆、火炬树等。样地3:为土石混合边坡,坡度60°~80°,南坡,采用高次团粒喷播改进技术,先整理坡面,锚钉挂网,植生基材喷附,遮荫覆盖,不定期浇水。植生基材主要成分为草炭、植物纤维、土壤、有机肥、无机肥、粘合剂、保水剂等,基层厚约9~13cm。草本和木本植物种子混入植生基质喷播,覆盖秸秆保墒。植物种均为先锋种类,草本主要是马齿苋、灰藜、反枝苋以及狗尾草、稗子草、波斯菊等,灌木为紫穗槐、胡枝子。2.2全氮、慢速养分、h值的计算试验地土壤剖面采样、处理及分析采用常规分析方法。有机质用重铬酸钾硫酸氧化法。全氮、速效氮用凯氏法(前处理不同)。全磷、速效磷用钼兰比色法。全钾、速效钾用火焰光度计法。pH值用pH计法。土壤粒度用粒度分析仪,0.1mm以上用筛分法。含水量采用称重法,容重采用体积称重法。3结果分析3.1土壤有机碳及理化指标试验地含水量均不高,土壤较干旱,采土样前有近半个月未降雨,且均属阳坡,蒸发较强烈。样地2的容重与对照相近,但有机质含量不足对照的一半,对照样地植物生长多年,有腐殖质层,有机质含量较高,土壤灰褐色,而样地2的土壤多采自当地贫瘠的黄土,土层紧实,氮含量显著低于对照,速效氮含量仅相当于对照的1/6,但全钾、速效钾与速效磷含量显著高于对照。样地3有机质含量最高为6.54%,容重最低为0.51g/cm3,其土样颜色偏黑,紧实度低,全氮含量高出对照1倍,速效氮高出近5倍,全磷含量比对照高4倍,但速效磷含量为对照组的一半多,全钾显著高于对照组,速效钾差异不显著。样地3的机械组成与对照组较接近,但样地2不存在粒径大于200.0μm的,从机械组成分析属粉沙壤土,土层紧实,样地3土壤颗粒粒径分布与对照组相近,属于沙壤土。样地3的土壤理化性状明显优于样地2,其有机质与氮含量显著高于对照,且容重低,作为植生基质,更适宜植物的生长。对照样地植被自然恢复有近20年时间,表层土有机质含量较多,腐殖层约厚1cm,其土壤养分多来自枯枝落叶的腐烂分解,而样地2与样地3的N、P、K多为人为添加。3.2根系分布情况:自然条件下,2试验结果见(表1)。该样地为自然恢复的次生灌丛,以山杏、胡枝子、荆条等耐干旱瘠薄的灌木为主,灌木盖度达61.8%,灌丛未覆盖处与灌木下光线较强处主要分布矮苔草,其盖度最大,达32%,人工干扰程度较低,土层厚度平均为13cm,低层为活动岩石,经过多年植物生长后,植物完全覆盖,表层土壤稳定,有机质含量增加,根系分布深度可达50cm,已形成落叶灌丛群落,景观较好,由于干旱和土层薄,植物生长量不大。3.3苗木生长状况试验结果见(表2)。样地2喷播植物当年生长良好,到8月份覆盖度达100%,生长茂密,第2年6月份变绿,比当地草本种慢,到8月份生长良好,但生长量与盖度低于第1年,盖度为82%,紫苜蓿根系深入土层20cm,部分草本植物种为采种时无意混入;栽种苗木成活率约60%,盖度仅为6%,生长量低,株高低于紫苜蓿等优势草本植物,多被草本植物覆盖,主要是土壤干旱瘠薄,养护不到位所致;有轻微水土流失现象。3.4不同坡位的草本植物生长情况试验结果见(表3)。样地3木本植物萌发率低,到第2年仅有少数存活生长,盖度为4%,草本植物当年生长良好,到8月份覆盖度达100%,生长茂密,第2年草本植物复绿比本地种约晚1个月,由于坡陡,部分上年形成的种子不易保存在根部土壤中,第2年植物盖度显著低于第1年,但在坡底和较平缓地带,由于保存种子较多,土壤水分条件相对较好,则植物覆盖度高,盖度达90%以上,生长茂盛,样地第2年总盖度为82%。此样地土壤有机质含量高,容重仅0.51g/cm3,比对照土样低1倍,团粒结构好,坡陡处有轻微水土流失现象。4植被恢复的作用试验地段是干旱石质山地,公路碎石边坡,无土壤或土石混合,因此,如果依赖植被自然恢复,由于缺乏生长基质和种子库,次生植被完全覆盖至少需要几十年,因此,采用客土喷播技术是可行的,由于提供了植物生长所需基质和种子或苗木,可以快速重建植被和景观。在配置植生基质时,添加水泥、粘合剂可增强植生基质的稳定性,在坡度较陡地段是必要的,但基质紧实度大,对植物生长是不利的,根系伸展受到限制,且自重大,更易受到雨水冲击,在样地3中,采用高次团粒喷播改进技术,使用高有机质的轻型植生基质,在坡度60°以上,基质固着效果仍较好,理化性状优良,有利于植物生长,这与在日本的试验结果是一致的。在本试验中,植被重建主要采用一年生先锋草本植物,以外来种为主,从2年植物重建效果看,这些先锋植物生长良好,但第2年植物生长不如第一年,盖度降低,数量减少,特别是以种子繁殖为主的一年生草本植物,由于坡度陡,种子不易保存在土壤中,因此,在陡坡地段应以多年生宿根植物为主,此外,未发现当地的入侵种。试验样地灌木生长明显不如草本,样地3几乎见不到灌木,仅有紫穗槐和胡枝子2种实生苗,种类少,盖度低,由于是混播种子,可能多未萌发,样地2以移栽容器苗为主,有5种木本植物,均为较耐干旱瘠薄的先锋种,但由于立地条件差,养护水平低,成活率与生长量均不高,而且,草本植物普遍比木本植物生长旺盛,株高更高,这也限制了木本植物的生长,形成了草本植物占绝对优势的群落;江源等在植被恢复试验中也指出,草本植物前期生长迅速,导致灌木种类处于草本植物的严重遮蔽之下,乃至于在群落中的保存数量极少。样地1是自然恢复群落,经过多年恢复,形成了以胡枝子、山杏、荆条为优势种的灌丛,草本植物优势种是矮苔草,群落结构合理,景观效果好,Rentchd等认为,路边的自然植物群落对植被重建具有指导意义,因此,植被恢复重建应以乡土植物为主,按照宫胁昭的潜在植物群落方法恢复重建地带性植被,百花山阳坡的地带性植被是灌丛