鐵路工程綠色通道建設(shè)(二)

鐵路工程綠色通道建設(shè)（二）3S-OER植被生態(tài)修復(fù)技術(shù)及其應(yīng)用一、 技術(shù)研發(fā)背景生態(tài)系統(tǒng)是一種永遠(yuǎn)處于不斷運(yùn)動(dòng)和變化的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，正常的生態(tài)系統(tǒng)是生物群落與自然環(huán)境取得平衡的自我維持系統(tǒng)，各組分按照一定規(guī)律發(fā)展變化并在某一平衡位置作一定范圍的波動(dòng)，從而達(dá)到一種動(dòng)態(tài)平衡。退化生態(tài)系統(tǒng)是生態(tài)系統(tǒng)演替的一個(gè)類型，其形成原因可能是自然干擾，也可能是人為干擾，具體表現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和固有功能的破壞或喪失、生物多樣性下降、穩(wěn)定性和抗逆能力減弱、系統(tǒng)生產(chǎn)力下降，也就是系統(tǒng)提供生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的能力下降或喪失，這樣的生態(tài)系統(tǒng)被稱為退化或受損生態(tài)系統(tǒng)。造成退化生態(tài)系統(tǒng)的原因有很多，干擾作用是主要的成因。干擾可分為自然干擾和人為干擾，人為干擾主要指人類生產(chǎn)、生活和其他社會(huì)活動(dòng)形成的干擾體對(duì)自然環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)施加的各種影響，包括有毒化學(xué)釋放與污染、森林砍伐、植被過度利用、露天開采、大型建設(shè)工程等人為活動(dòng)因素對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響。我國(guó)自然條件較差，脆弱生態(tài)系統(tǒng)分布范圍廣、面積大、較易出現(xiàn)生態(tài)環(huán)境問題。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)脆弱生態(tài)系統(tǒng)總面積達(dá)194km2，超過國(guó)土面積的五分之一，主要分布在北方半干旱、半濕潤(rùn)地區(qū)、西北干旱脆弱區(qū)、華北平原區(qū)、南方丘陵區(qū)、西南石灰?guī)r山地區(qū)、西南山地和青藏高原寒旱區(qū)等。全國(guó)生態(tài)示范區(qū)建設(shè)規(guī)劃綱要（1996-2050年）報(bào)告指出，我國(guó)的自然資源和生態(tài)環(huán)境破壞十分嚴(yán)重，全國(guó)水土流失面積為367104km2，占國(guó)土面積的38.2%；沙漠化土地面積為33.4104km2；全國(guó)需整治和恢復(fù)的廢棄礦地200104km2以上。且每年還在遞增。由于人類破壞植被與環(huán)境的速度遠(yuǎn)超過自然恢復(fù)的能力，自然生態(tài)恢復(fù)的時(shí)間尺度與人為活動(dòng)(利用、需求或破壞)的尺度有數(shù)量級(jí)上的差異，因此必須盡可能地人工促進(jìn)生態(tài)重建,加強(qiáng)生態(tài)建設(shè),不能曠日持久地消極等待自然恢復(fù)。然而，人工重建生態(tài)系統(tǒng)常常遇到生態(tài)系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)遭到破壞，原生自然系統(tǒng)平衡失調(diào)，生態(tài)環(huán)境恢復(fù)困難等問題，導(dǎo)致植被修復(fù)過程中“一年綠，兩年荒，三年死光光”的現(xiàn)象不同程度存在。為解決該現(xiàn)象，依據(jù)生態(tài)學(xué)和恢復(fù)生態(tài)學(xué)理論知識(shí)，經(jīng)過長(zhǎng)期的實(shí)踐，形成了3S-OER（Three System - Original ecological Restoration）植被生態(tài)修復(fù)技術(shù)（簡(jiǎn)稱“3S-OER”）。 二、 3S-OER植被生態(tài)修復(fù)技術(shù)簡(jiǎn)介3S-OER植被生態(tài)修復(fù)技術(shù)是指采用人工手段重建土壤生境系統(tǒng)（Soil Habitat System）、植被群落系統(tǒng)（Plant Community System）和物質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)（Substance Cycle System）三個(gè)系統(tǒng)對(duì)受損植被進(jìn)行修復(fù)的技術(shù)。其內(nèi)涵包括三大技術(shù)體系，即土壤生境重建技術(shù)體系（HIR）、群落配置及植被重建技術(shù)體系（CBP）和功能菌篩選與循環(huán)系統(tǒng)重建技術(shù)體系（CSR）。其中，每個(gè)技術(shù)體系包含關(guān)于材料、施工工藝及生物產(chǎn)品等方面的核心技術(shù)。三、 技術(shù)原理3.1土壤生境重建土壤生境系統(tǒng)重建示意圖土壤是陸地表面能夠生長(zhǎng)植物的疏松多孔物質(zhì)層，也是植物生長(zhǎng)的介質(zhì)和養(yǎng)分的直接供給者。健康的土壤生境系統(tǒng)具備以下作用：營(yíng)養(yǎng)庫、養(yǎng)分轉(zhuǎn)換與循環(huán)、雨水涵養(yǎng)、生物的支撐、穩(wěn)定和緩沖環(huán)境變化。生態(tài)系統(tǒng)破壞后土壤生境存在以下問題：植物、腐殖層、表土、底土，甚至破碎巖石層都被鏟除，導(dǎo)致生態(tài)破壞。土壤生境重建是生態(tài)修復(fù)的關(guān)鍵，土壤生境重建基材是由多種功能材料組成的植物生長(zhǎng)基質(zhì)，是植物出苗的載體，也是植物生長(zhǎng)發(fā)育的肥源和水分的直接供體。把膠結(jié)材料、土壤生境重建基材、添加劑與植物種子均勻混合噴射到作業(yè)面，形成植物生長(zhǎng)的基層，發(fā)揮防護(hù)與綠化功能。重建的土壤生境需要有一定強(qiáng)度、不龜裂、抗沖刷、能穩(wěn)定附著作業(yè)面上。據(jù)此，土壤生境重建基材至少應(yīng)具有以下五個(gè)方面的功能：結(jié)構(gòu)性、肥力、吸保水能力、酸堿緩沖能力、抗沖刷性。土壤生境重建一般步驟為：土壤背景調(diào)查、植生層基材配置、土壤生境重建。首先根據(jù)土壤生境參數(shù)及其檢測(cè)方法獲取土壤的背景資料，如土壤類型、土壤理化性質(zhì)等；第二步，根據(jù)第一步的結(jié)構(gòu)，使用相應(yīng)的材料對(duì)土壤進(jìn)行改良，使得植生層既與周邊自然土壤環(huán)境一致，同時(shí)也具有一定的工程力學(xué)性質(zhì)；第三步，配比后的植生層材料通過機(jī)械等手段以及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)氖┕すに嚇?gòu)筑在需要生態(tài)恢復(fù)的表面。3.2植被群落系統(tǒng)重建植被群落系統(tǒng)重建示意圖自然條件下的植被具有物種多樣、特定的季相特征、地帶性、處于動(dòng)態(tài)演替的特點(diǎn)。同時(shí)自然條件下的群落，具有垂直的結(jié)構(gòu)、水平結(jié)構(gòu)和時(shí)間結(jié)構(gòu)等特征，且每個(gè)物種占據(jù)不同的生態(tài)位。3S-OER從重建生態(tài)系統(tǒng)角度出發(fā)，模擬自然群落結(jié)構(gòu)，在工程創(chuàng)面上人工建植木本植被，實(shí)現(xiàn)工程創(chuàng)面草本化灌木化森林化自然化，在最大限度上恢復(fù)自然的原貌，把工程對(duì)生態(tài)環(huán)境的擾動(dòng)減少到最小，體現(xiàn)“尊重自然、關(guān)愛自然、保護(hù)自然、恢復(fù)自然”的理念。植物的分布和生長(zhǎng)與氣候和土壤等自然條件密切相關(guān)。我國(guó)疆域廣袤，自然條件復(fù)雜多變，植被類型具有明顯的地帶性分布。3S-OER針對(duì)全國(guó)生態(tài)道路建設(shè)的植物選用問題，基于中國(guó)種子植物區(qū)系地理理論，綜合運(yùn)用植物生態(tài)學(xué)、景觀生態(tài)學(xué)和文化生態(tài)學(xué)等學(xué)科知識(shí)，結(jié)合生態(tài)效益與經(jīng)濟(jì)效益，篩選鄉(xiāng)土植物種類、合理配置群落組成，并擴(kuò)繁所需的物種。植物群落系統(tǒng)重建分三步進(jìn)行：第一步：植被群落調(diào)查，即調(diào)查相同區(qū)域，自然狀態(tài)下植物群落的組成和分布特征；第二步：篩選適合當(dāng)?shù)氐泥l(xiāng)土植物，按照生態(tài)位的原則進(jìn)行配置，以達(dá)到快速建植喬灌草或灌草的穩(wěn)定群落。第三步：將配置好的種子比例按照每平米期望株數(shù)的重量混入植生層，通過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)氖┕すに囎罱K達(dá)到建植的目的。3.3物質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)重建營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)重建示意圖微生物是土壤有機(jī)物的分解者和轉(zhuǎn)化者，各種微生物以動(dòng)植物殘?bào)w（比如枯落物）提供的有機(jī)質(zhì)作為主要的能量來源，通過對(duì)有機(jī)質(zhì)的取食和分解實(shí)現(xiàn)有機(jī)質(zhì)中養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化，推進(jìn)植被群落系統(tǒng)和土壤生境系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)。同時(shí)微生物通過自身的生理活動(dòng)，影響土壤形成和發(fā)育，改善土壤理化性質(zhì)，參與、促進(jìn)疏松多孔的土壤結(jié)構(gòu)的形成。比如，土壤微生物通過自身繁殖促進(jìn)食菌性土壤動(dòng)物的生長(zhǎng)，與土壤中腐生性無脊椎動(dòng)物（如蚯蚓）等一同促進(jìn)土壤通透性增大、團(tuán)粒結(jié)構(gòu)形成，改善土壤結(jié)構(gòu)。微生物還有固氮作用，氮?dú)庹即髿饪偭康?8.12%（體積分?jǐn)?shù)），是空氣的主要成份，但植物不能直接利用，微生物可借助其固氮作用將空氣中的氮?dú)廪D(zhuǎn)化為植物能夠利用的固定態(tài)氮化物。3S-OER以當(dāng)?shù)赝寥牢⑸锶郝錇槟０?，通過人工施加相應(yīng)的功能菌群來重建營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)。功能菌群能夠靶向激活目標(biāo)區(qū)域功能微生物，提高土壤酶活性，不斷提供促進(jìn)植物生長(zhǎng)的速效氮、速效磷、速效鉀和有機(jī)質(zhì)，增