贵州草海北岸集雨区植被恢复工程施工技术探索

贵州草海北岸集雨区植被恢复工程施工技术探索摘要：贵州省草海国家级自然保护区是中国重要的一级湿地，素有“高原明珠”之称，为贵州省最大的天然淡水湖，与青海湖、滇池齐名。草海北岸集雨区属于草海国家级自然保护区的缓冲区，是典型的喀斯特地貌区域，山高坡陡、沟壑纵横、土壤贫瘠、植被条件差，但是作为一个完整、典型的高原湿地生态系统，草海国家级自然保护区也是黑颈鹤等246种鸟类的重要迁徙中转站和越冬地。因此，研究该区域复杂条件下植被恢复的施工技术措施，对恢复草海北岸集雨区面山植被、营造良好的生态环境具有重大意义。

关键词：植被恢复；喀斯特地貌；施工技术；水土保持

贵州省草海国家级自然保护区是中国重要的一级湿地，素有“高原明珠”之称，为贵州省最大的天然淡水湖，与青海湖、滇池齐名。众所周知，贵州是南方喀斯特地区喀斯特石漠化问题最严重地区之一，山区面积较大，可溶岩成土速率极慢，土层薄，加之降雨对土壤的侵蚀加剧了土壤的流失。草海北岸面山集雨区位于草海盆地的北坡，属于典型的喀斯特地貌，当地岩层石漠化非常严重，导致出现生态系统稳定性差、抗逆性弱、脆弱性强等一系列问题。该区域属于亚热带季风气候，北方南下的强大冷空气与西南暖湿气流在这里交会，太平洋东南季风与印度洋西南季风东西两坡吹拂，每年5至9月雨热同季，形成强降水，但其地表岩石裸露、保水能力差、蒸发快，而之后近半年时间干旱少雨。强降雨与脆弱基底岩性使得当地生境类型、植被演替方式、进程的多样性和岩溶生态系统迅速发生深化，加之碳酸盐类岩石的风化、脱落和剥离，造成草海北岸集雨区山坡呈现出局部山高坡陡、沟壑纵横、土壤贫瘠、植被条件差的现状。

作为一个完整、典型的高原湿地生态系统，草海国家级自然保护区也是黑颈鹤等246种鸟类的重要迁徙中转站和越冬地。因此，研究提高该区域复杂条件下苗木种植成活率的技术措施，对恢复草海北岸集雨区面山植被、营造良好的生态环境具有重大意义。

1.区域概况

1.1地理位置

草海位于贵州省威宁县，东经104°00′～104°30′，北纬26°40′～27°01′。草海，又名南海子、八仙海，位于贵州省西部威宁县县城西南面，水域面积46.5平方公里。草海自然保护区分为核心区和缓冲区，其中核心区主要包括簸箕湾、胡叶林、朱家湾、西海、吴家岩头和阳关山等地集中分布有浅水沼泽、莎草湿地、草甸、草地等珍稀濒危水禽栖息地、觅食区，缓冲区范围以核心区外围100～500米的陆地和水域来界定，面积为539.51平方公里，占保护区面积的5.62%。保护区内缓冲区以外的其余区域，面积为6898.44平方公里，占保护区面积的71.86%。草海北岸集雨区属于缓冲区，主要为环海路以北，银龙村以东，环海路与半山路交汇处以西，城市用地范围以南区域。

1.2地形地貌

草海地处云贵高原中部乌蒙山脉山丛的腹心部位，属滇东高原向贵州高原过渡的顶点区域。从地质构造来说，草海位于黔西山字型西翼反射弧，威宁-六盘水大背斜向北弯曲的顶端部位。草海发育在由中、下石炭系灰岩为主构成的威（威宁）—水（六盘水）背斜上，湖盆的形成受北东和北西两组断裂构造的控制。草海四周出露主要地层岩石是石炭系碳酸盐岩，东面少量的二叠系碳酸盐岩及碎屑岩，南面有少量的二叠系碳酸盐岩及碎屑岩、三叠系碳酸盐岩及碎屑岩和侏罗系碎屑岩。从地貌上看，草海国家级自然保护区为起伏急剧的高原中山狭谷，且成阶梯状的高原山原地貌，草海盆地的地形趋势，西、南、东三面较高。自盆地中心向北逐渐降低，成为草海湖盆的泄水方向，草海湖盆周围属高原缓丘（溶丘），地形平缓开阔，地面起伏极小。由湖盆向外，地貌为高原丘陵盆地，地面起伏较大。

草海盆地的土壤大部分为黄棕壤，是亚热带高原暖温带落叶阔叶林混生常绿阔叶林的生物气候条件下发育而成的。一般分布在海拔2000-2500m，因地势髙，温度低，相对湿度大，土壤淋溶作用较强，pH值为5-6，酸性土。土层中黏粒下移作用明显，具黏化现象，土壤质地黏重，通透性较差，有机质含量较高，有一定肥力。

总体而言，草海北岸集雨区地势北高南底，局部区域为高陡坡，地层岩石以石炭系碳酸盐岩为主，局部区域土层薄，土壤偏酸性、质地粘重、透气性较差。

1.3气候特征

草海地区的气候属亚热带半湿润季风气候。由于地处低纬度、高海拔，光能较为丰富，夏无酷暑，冬无严寒。光能资源略小于昆明，而优于贵州全省，也大于长江以南同纬度地区。全年平均日照时数1805.4小时。年平均气温10.6度，最热月（7月份）平均气温17.7度，最冷月（1月份）平均气温1.9度，≥10度的积温22751度，无霜期204天；年平均降水量950.9毫米，最多年降水量1436.5毫米（1954年），最少年为655.9毫米（1975年），80%的年份降水量为900毫米左右。年降水量的季节差异明显，冬半年（11月份至翌年4月份）总降水量仅占全年的12%。夏半年（5-10月份）降水量占年总量的88%，表现出明显的旱季和雨季。7-9月份，雨量适中，9月下旬至10月份则多为连阴雨天气。草海地区水面蒸发量700mn，陆地蒸发量550毫米，年平均相对湿度80%，1-5月份为低湿期，平均相对湿度为74%；6-11月份为高湿期，平均为84%。草海地区多大风，为高原特色之一。年平均大风日数为31天，以1-4月份最多，平均24天，占全年的79%。春季多西南干暖大风，加剧土壤水分蒸发；夏季大风多发生在雷雨天气，多为偏北风。

图1-1威宁气候情况统计表（根据1971-2000年资料统计）

图1-2威宁月平均气温与极端气温

可见，草海北岸集雨区降水丰富，年均总降雨量约为950毫米，年内分布不均匀，主要集中在5-9月，约占全年总降水量的80%以上，且单次降雨雨量大，降雨强度大。同时地处高原，且纬度较低，太阳辐射较强，湖岸水热交换强烈，大风日数多，风速较大，北岸山脊线处的风速更甚。

2.现状问题与原因分析

2.1苗木成活率低、长势差

草海北岸集雨区现状人工栽植苗木主要为滇杨、银杏、广玉兰、国槐、紫花槐、雪松、华山松、红叶石楠、日本晚樱、紫叶李等。通过现场苗木清点排查，发现滇杨、紫花槐、红叶石楠等苗木死亡率高，银杏、广玉兰、雪松、华山松等长势差。

图2-1栽植的苗木因透气性差、

种植穴积水导致根系腐烂甚至苗木死亡

经中国林业科学研究院林业研究所专家组现场调查及取样化验发现，草海北坡土壤质地以粘土为主，土壤的孔隙度以毛管孔隙为主，占总孔隙度的90%，缺少大孔隙，粘粒含量高，土壤通透性非常差，这是造成目前本区域大苗造林成活率较低主要原因。

2.2降雨强度大、易引起坡面水土流失

草海北岸集雨区在往年雨季期间发生过小规模的因强降雨导致的局部水土滑坡情况，半山道路、环海路路面大量淤积泥土，造成一定的经济损失。同时强降雨对坡面土壤的冲刷，也引起草海北岸集雨区表层土壤的流失，原本稀少的表层土壤日益稀薄。

图2-2历史上因强降雨导致环海路泥土淤积、影响车辆通行

经中国林业科学研究院林业研究所专家组现场调查及资料分析发现，草海北岸集雨区地势北高南底，局部区域为高陡坡，加之降水丰富，年内分布不均匀，且单次降雨雨量大，降雨强度大，对坡面土壤冲刷力非常强，这些都是容易引起坡面水土流失的重要因素。

3.施工改进策略

针对草海北岸集雨区植被修复的特点，我们与中国林业科学研究院林业研究所专家组一同开展了必要的规划设计策略的制定工作，它是进行植被修复的基础工作，目的是查清草海北岸集雨区的自然条件即立地条件，主要改进策略为立地类型及土壤分析、树种选择、水投保持分析三个方面。

3.1立地类型及土壤分析策略

立地类型是植被恢复规划设计的重要依据。立地分类就是把立地条件相近，具有相同生产力而不相连的地段组合起来，划为一类，按类型选用造林树种，设计营林措施。进行立地分类应该坚持生态学的观点，掌握自然条件的地域分异规律，研究各立地因子与造林和林木生长的关系，正确地划分适合当地自然规律又符合生产实际的立地类型。立地类型是立地分类的基本单元，立地类型划分的主要依据为地形因素和土壤因素，多因素综合对该地区进行立地类型，结果见下图。

图3-1草海北岸集雨区立地类型划分指标体系

土壤分析是指利用生物、化学等测试手段，分析研究影响植物正常生长发育的土壤营养元素丰缺协调与否、土壤障碍因子以及土壤物理变化。简言之，土壤分析主要包括两个方面：一是障碍分析；二是营养分析。障碍分析指影响植物生长的物理障碍，包括土壤通透性、土壤颗粒组成；另外还可包括土壤酸碱度及盐分含量；营养分析多针对土壤养分，如氮、磷、钾等营养元素的丰缺情况，以指导和制定精准施肥方案。

按不同地类划分，共布设了50个剖面，其空间分布如图3-2所示：

图3-2剖面分析图

与剖面设置原则相似，共布设300个表土样点，实际数量308个，空间分布如图3-2所示：

图3-3表土样点分析图

通过对剖面和表土样点的取样分析，我们制定了改良土壤结构的策略，以增加土壤通透性为主的处理措施。

3.2树种选择策略

草海北岸集雨区植被恢复的树种选择不仅关系到苗木的成活率，同时也关系到草海周边的生态环境安全。规划时应遵循典型的自然生态系统原则，中国林业科学研究院林业研究所专家组与当地林业部门专家在共同研讨的基础上制定了树种选择的四个基本原则：一、生态安全原则，考虑到草海国家级自然保护区的生态敏感性，树种的各项性状必须定向地符合既定的生态安全目标的要求；二、适地适树原则，苗木成活率与当地气候环境息息相关，树种的生态习性必须与草海当地的立地条件相适应；三、稳定性原则，苗木要求，选树种形成的应该保持长期稳定的生长状态；四、可行性原则，综合考虑苗源、经济性及生态要求，正确选择造林树种都要考虑可行性的原则，使之经济有利，现实可行。

实践证明，这四条原则是相辅相成、缺一不可的。

3.3水土保持策略

水土保持是草海北岸集雨区植被恢复的重要组成部分，特别是土层薄、地形陡、强降雨这三个不利因素的作用下，水土保持事关生态安全必须慎重对待。通过现场的实地调查、走访及资料分析，按坡度分为大于10度坡面与10度以下平缓区域进行不同策略的水保及种植措施，同时根据坡面岩层分布与土壤厚度情况进行区别处理，采取多种措施、多种手段的水土保持策略，从而保证草海北岸集雨区水土保持措施的有效性。

4.施工技术与方法

通过对草海北岸集雨区的区域概况分析、施工改进策略分析，我们在普通绿化种植施工的基础上进行了有针对性的施工技术方法的改进与探索，主要从以下三个为切入点：第一点，做好土壤改良措施，提高土壤通透性、有效排除根部积水及增加土壤养分含量；第二点，做好树种优选与配置措施，合理规划树种以满足生态需求、成活率需求、经济需求及长期稳定需求；第三点，做好水土保持措施，采取有效的技术手段保证水土不流失与景观的安全性要求。

根据以上三点的指导要求，我们选取了五个方面进行施工技术方法的改进与探索，以期最大限度的保证苗木栽植的成活率以及整体植被恢复效果。

4.1扩大种植穴与开挖种植沟

通常情况下土球苗木种植穴应比土球大30-60厘米，穴的深度一般比土球高度稍深10-20厘米。考虑到草海北岸集雨区的特点，在粘土区域人工开挖种植穴难度大、效率低，同时结合施工区域内苗木数量多的情况，在种植穴开挖中均采用机械挖掘，并在通常的种植穴大小的基础上按苗木的规格及习性分为四种不同规格的倒梯形种植穴，种植穴类型一：下底宽1.2米，上口宽1.8米；种植穴类型二：下底宽1.5米，上口宽2.3米；种植穴类型三：下底宽2米，上口宽3米；种植穴类型四：下底宽2.5米，上口宽3.8米。

图4-1种植穴分类剖面图

一般而言在遇土质不好情况下，加大种植穴规格更有利于苗木的根系生长及后期整体苗木的生长，在草海北岸集雨区我们施工工程中便采用了这种办法。

除此之外，我们还根据地形坡度的大小探索性的采取了种植沟替代种植穴的施工方法，种植沟主要分布于坡度小于10度的区域，采用与等高线呈3-5度开挖种植沟替代种植穴进行苗木栽植，水平沟底水力坡降为1%，铺设30厘米碎石排水层，利于剖面排水。种植密度为5*5米，因此种植沟中心间距为10米，种植沟之间采用种植穴栽植。一般而言，草海北岸集雨区设计的苗木土球规格主要集中在80-120厘米区间。我们在施工中开挖沟宽为2米，沟深为1.8米，对挖出的土壤进行改良处理，主要是改善土壤质地，提高土壤透气性，并适当添加有机质，改善土壤肥力。

4.2种植穴改良处理

种植穴的改良处理主要是解决草海北岸集雨区土壤通透性特别差的问题，首先要利用地形做好地表排水系统，改善土壤排水条件，其次采取如深翻、添加有机肥（如秸秆等）/河沙煤渣等措施改良土壤质地。

从土壤剖面孔隙度及颗粒的组成分析以及耕作层的分析结果，可以看出草海北岸集雨区土壤结构存在一定的空间变异，单整体上土壤毛管空隙占总孔隙度的绝大部分，其比例在90%以上；土壤颗粒组成中，粘粒量在40%以上（通常粘粒比例>5%即可称为粘土）。根据土壤毛管空隙占比空间分布图为标准，对不同区域的土壤结构进行改良：

A类区域：原表土：有机质混合物=3：2

B类区域：原表土：有机质混合物=3：1

其中，有机质混合物为秸秆：草炭（腐殖质或绿肥）：煤矸石/粉煤灰/河沙=6：3：1。

依据上面的分析结果，在种植穴开挖后进行土壤的改良处理，在种植穴附近区域统一进行土壤的拌和，统一进行种植穴内种植土的换填处理，为苗木的种植做好准备工作。同时为了使种植穴内有一定的蓄排水能力，保证苗木主要根系分布的土层不积水，在种植穴底部铺设了30厘米厚粒径为3-5厘米的碎石子，并在碎石蓄排水层上方、种植穴四周铺设无纺布一道，以保证其孔隙度。

4.3苗木配置与种植

由于贵州喀斯特自然森林群落组成物种丰富、生态类型多样、自然选择的压力，塑造了喀斯特树种以不同的方式、途径来适应喀斯特生境。草海北岸集雨区苗木配置与种植也是以适应喀斯特生境来进行布局，在山地顶部建设乔木防护林，选用深根性树种，发挥其防风、挡板、固土的功能。在山地中部建设水土保护林为主，搭配景观效果的中山部生态林带；山地下部缓坡及道路两侧构建乔灌草景观带。在建设布局中采用“线、点、面”相结合的方法，以环海路、慢行道为主线，将重点景观标志物（及保留居住点）等突出点，以不同地形的面山为面，通过不同的景观林带进行串联，重点建设山地植被，构建立体、复合的生态景观林体系带。

云南松、元宝枫、五角枫、银杏、广玉兰、池杉、水杉、国槐等属于深根性树种，种植穴的宽度与深度都要求尽量做大，同时根据土壤分析图谱，在排水不良地段，我们采取了相应的排水工程措施，例如在种植穴中埋入透气排水管、在地势低洼区域碎石蓄排水层中加设排水盲管。而对于华山松、龙柏、雪松、美国红枫、法桐、侧柏、女贞、红叶樱、高山杜鹃等浅根性树种，在苗木配置及种植是都避免栽植在山脊等风大地区，同时种植后的采取了加设地脚桩的方式进行支撑加固措施，并根据苗木生长情况确定支撑时间，保证根系生长满足其抗风要求。

4.4坡面稳定处理

保持坡面稳定性的重要技术手段是雨水的截流与分流处理，针对草海北岸集雨区不同的边坡情况，我们将陡边坡区域进行了分类处理。

一、高家岩陡坡区域、江家湾西坡区域

该区域坡顶到坡低高差平均值为30m，平均坡度为37度左右。坡面土层砾石含量高，比较松散，原生植被主要为草本，间有小灌木分布。

我们在施工中采取的处理措施为在坡顶部，距沟缘线3-5m设排水沟，以拦截坡面径流，引导其沿纵向排水沟下坡，避免坡面受下坡径流集中冲刷。坡面中部开挖排水沟，起到截短坡长，拦截上部坡面的径流，使其按规划路径排水的目的。并引导其沿纵向排水沟下坡。纵向排水沟按50-60m间隔设置，纵向排水沟沟底为阶梯状，使坡面径流下坡时形成分级跌水，减少冲刷力。排水沟剖面为梯形，上底为50厘米，下底为30-40厘米，深30-50厘米。坡底砌筑挡土坝，挡土坝的排水系统要充分考虑当地雨量及岩石、土壤特点进行加密设计，同时在挡土坝上部进行生态袋护坡。

二、江家湾裸岩区域

江家湾裸岩陡坡平均坡度为60度以上。坡顶到坡底高差为10m，坡长约为12m。坡面为碳酸盐岩与煤层互层，其中，煤层为软弱层，碳酸盐岩较为坚固。为新开挖剖面，无原生植被分布。由于坡面坡度较大，非常陡峭，坡面无植物生长所需土壤，绿化非常困难。

鉴于碳酸盐岩比较坚固，我们在施工中对坡面的软弱煤层进行清理达到稳定后，进行坡面喷播，并采用锚杆固定，挂毯绿化。

三、管家院子松散边坡区域

管家院子松散边坡区域边坡松散坡面平均坡度为35度左右，平均坡长为35m，坡顶到坡底高差为20m。坡面为松散砂砾层，未被破坏坡面上部为原生植被主要为草本，间有小灌木，坡脚开挖处，碎屑层向下散落堆积，坡面稳定性极差。由于坡面组成物质极为松散，稳定性差，且当地降雨期较为集中，易发生垮塌。

考虑到工程安全性，我们在施工中对整个坡面进行了整体削坡，坡度控制在10-15度之间，并进行小地形重塑，坡面采用柔性排水沟进行排水规划，便于景观再造。同时在沟头及沟底铺大块碎石进行沟头和沟底防护，以消减集中径流冲刷力，达到预防沟头溯源侵蚀及沟底侵蚀的目的，最后在坡底采用生态挡土墙以保障坡脚稳定性。

4.5生态草毯应用

生态草毯的使用，如同铺地毯一样，将草毯覆盖于经过处理的土壤表层上并浇水养护，预先喷播或草毯自带的草种发芽生长，即能形成生态植被。生态草毯可铺敷于地面、山坡、甚至裸露的岩石上，能抗御水和风的侵蚀，固化地表、防治水土流失、涵养地表水分、形成植物生长所需的局部小环境，有利于各种草本、藤本和灌木种子的发芽生长。

在植被恢复施工过程中，必然会对施工区域的山体表土层产生一定的扰动，特别是地被建植作业时需对30厘米的表面土壤进行深翻处理，为草种提供良好的生长环境，从而保证喷播生态草毯的建植效果。草海北岸集雨区主要以山地为主，坡度普遍较陡，加之雨季阶段强降雨，加剧表层土壤的冲刷情况，可以预见的是如不采取有效措施进行处理，水土流失情况将非常严重。生态草毯的物理结构可以使雨水在纤维层内的流动，减小了对土壤地表的冲刷力，阻止了土壤颗粒随水流的移动，具有很强的抗雨水冲刷能力。为了避免植被恢复施工造成的大量水土流失，我们在设计施工中采用了生态草毯对表层土壤裸露区域全覆盖的处理措施。

通过对草海北岸集雨区的工程特点，我们选取了在当地环境适应性强、生长良好的广布野豌豆、白三叶、蛇莓、婆婆纳、紫花地丁等植物作为主要的喷播品种，同时根据喷播植物种子的规格，分别选取规格为2.5m×30m，呈圆筒状包装，草毯厚度为8-200mm，草毯密度为300g/m2—2000g