北京山區(qū)公路邊坡植被恢復試驗研究

北京山區(qū)公路邊坡植被恢復試驗研究

道路施工過程中經常會形成裸露的山坡。另一方面，邊坡不穩(wěn)定，容易發(fā)生新的水土流失。在嚴重的情況下，山坡上的風險仍然存在。另一方面，它破壞了現(xiàn)有的自然和生態(tài)環(huán)境，削弱了生態(tài)服務的功能。因此，對道路沿線植被的恢復和重建做出了重大支持。20世紀90年代以前一般多采用撒草種、穴播或溝播、鋪草皮、框格架類植草等護坡方法,近年邊坡植被恢復重建技術發(fā)展很快,多是從國外引進,經過消化吸收,結合各地具體情況,也有所創(chuàng)新。如從國外逐漸引進了客土噴播技術以及在其基礎上發(fā)展起來的厚層基質噴附技術、連續(xù)纖維加固噴附技術、三維植被網技術、高次團粒噴播技術等,并應用于我國華南、華中、華東等溫暖濕潤地區(qū),植被恢復效果較好。但在我國北方的一些石質邊坡,由于冬季低溫,風大,年降水量低,干旱缺水,立地條件差,使得植被恢復重建十分困難,近年施工單位不斷試驗新的技術,但有關植被恢復效果的研究并不多見,因此,對一些常見技術的應用效果進行分析是十分必要的,可為北方地區(qū)石質邊坡的植被恢復重建提供理論基礎和指導。1氣候變化條件試驗地設在北京百花山自然保護區(qū)公路邊坡,海拔1000m,坡度50°~80°,石質或土石混合邊坡。百花山位于北緯39°48′~40°4′,東經115°15′~115°40′,年均氣溫10.2℃,最高氣溫37.6℃,最低氣溫-22.9℃,年降水量近年呈下降趨勢,不足600mm,石質山地,植被為暖溫帶落葉闊葉林區(qū)域,植物種類豐富,僅野生草本植物就有28科,75屬,107種。低山和中山陽坡土壤瘠薄,主要為次生落葉灌叢,植物種類主要有荊條、山杏、繡線菊、大花溲疏、胡枝子、蒿類、矮苔草等。2材料和方法2.1樣地與植物種種2006年6月初,在公路碎石和土石混合邊坡進行植被恢復重建試驗,第2年8月對植被恢復情況進行調查。試驗地植物種類主要為草本、部分為灌木,種類和頻度近一致,因此,每塊試驗地設置小樣方3塊,樣方面積2mⅹ2m,調查植物種類、高度、蓋度、土層厚度、植物生長、水土流失情況等,同時采土樣,測定土壤機械組成、含水量、容重以及養(yǎng)分含量。樣地1:對照樣地,為自然恢復的次生灌叢,坡度50°,坡向東南。樣地2:與樣地1相臨,原為修公路形成的碎石坡,碎石厚10~50cm,坡度45°~60°,南坡,采用厚層基質噴附技術,基層厚約10~13cm,噴附材料主要為當?shù)攸S土,添加草炭、肥料、粘合劑、水泥等,將草本植物種子混入,直接噴附于碎石坡上,不定期澆水,保證種子萌發(fā)。以1.5m×1.5m株行距栽種容器樹苗,苗木高度低于15cm。植物種均為先鋒種類,草本主要是紫苜蓿,以及蒿類、灰藜、反枝莧等,木本有臭椿、黃櫨、山杏、山桃、榆、火炬樹等。樣地3:為土石混合邊坡,坡度60°~80°,南坡,采用高次團粒噴播改進技術,先整理坡面,錨釘掛網,植生基材噴附,遮蔭覆蓋,不定期澆水。植生基材主要成分為草炭、植物纖維、土壤、有機肥、無機肥、粘合劑、保水劑等,基層厚約9~13cm。草本和木本植物種子混入植生基質噴播,覆蓋秸稈保墑。植物種均為先鋒種類,草本主要是馬齒莧、灰藜、反枝莧以及狗尾草、稗子草、波斯菊等,灌木為紫穗槐、胡枝子。2.2全氮、慢速養(yǎng)分、h值的計算試驗地土壤剖面采樣、處理及分析采用常規(guī)分析方法。有機質用重鉻酸鉀硫酸氧化法。全氮、速效氮用凱氏法(前處理不同)。全磷、速效磷用鉬蘭比色法。全鉀、速效鉀用火焰光度計法。pH值用pH計法。土壤粒度用粒度分析儀,0.1mm以上用篩分法。含水量采用稱重法,容重采用體積稱重法。3結果分析3.1土壤有機碳及理化指標試驗地含水量均不高,土壤較干旱,采土樣前有近半個月未降雨,且均屬陽坡,蒸發(fā)較強烈。樣地2的容重與對照相近,但有機質含量不足對照的一半,對照樣地植物生長多年,有腐殖質層,有機質含量較高,土壤灰褐色,而樣地2的土壤多采自當?shù)刎汃さ狞S土,土層緊實,氮含量顯著低于對照,速效氮含量僅相當于對照的1/6,但全鉀、速效鉀與速效磷含量顯著高于對照。樣地3有機質含量最高為6.54%,容重最低為0.51g/cm3,其土樣顏色偏黑,緊實度低,全氮含量高出對照1倍,速效氮高出近5倍,全磷含量比對照高4倍,但速效磷含量為對照組的一半多,全鉀顯著高于對照組,速效鉀差異不顯著。樣地3的機械組成與對照組較接近,但樣地2不存在粒徑大于200.0μm的,從機械組成分析屬粉沙壤土,土層緊實,樣地3土壤顆粒粒徑分布與對照組相近,屬于沙壤土。樣地3的土壤理化性狀明顯優(yōu)于樣地2,其有機質與氮含量顯著高于對照,且容重低,作為植生基質,更適宜植物的生長。對照樣地植被自然恢復有近20年時間,表層土有機質含量較多,腐殖層約厚1cm,其土壤養(yǎng)分多來自枯枝落葉的腐爛分解,而樣地2與樣地3的N、P、K多為人為添加。3.2根系分布情況:自然條件下,2試驗結果見(表1)。該樣地為自然恢復的次生灌叢,以山杏、胡枝子、荊條等耐干旱瘠薄的灌木為主,灌木蓋度達61.8%,灌叢未覆蓋處與灌木下光線較強處主要分布矮苔草,其蓋度最大,達32%,人工干擾程度較低,土層厚度平均為13cm,低層為活動巖石,經過多年植物生長后,植物完全覆蓋,表層土壤穩(wěn)定,有機質含量增加,根系分布深度可達50cm,已形成落葉灌叢群落,景觀較好,由于干旱和土層薄,植物生長量不大。3.3苗木生長狀況試驗結果見(表2)。樣地2噴播植物當年生長良好,到8月份覆蓋度達100%,生長茂密,第2年6月份變綠,比當?shù)夭荼痉N慢,到8月份生長良好,但生長量與蓋度低于第1年,蓋度為82%,紫苜蓿根系深入土層20cm,部分草本植物種為采種時無意混入;栽種苗木成活率約60%,蓋度僅為6%,生長量低,株高低于紫苜蓿等優(yōu)勢草本植物,多被草本植物覆蓋,主要是土壤干旱瘠薄,養(yǎng)護不到位所致;有輕微水土流失現(xiàn)象。3.4不同坡位的草本植物生長情況試驗結果見(表3)。樣地3木本植物萌發(fā)率低,到第2年僅有少數(shù)存活生長,蓋度為4%,草本植物當年生長良好,到8月份覆蓋度達100%,生長茂密,第2年草本植物復綠比本地種約晚1個月,由于坡陡,部分上年形成的種子不易保存在根部土壤中,第2年植物蓋度顯著低于第1年,但在坡底和較平緩地帶,由于保存種子較多,土壤水分條件相對較好,則植物覆蓋度高,蓋度達90%以上,生長茂盛,樣地第2年總蓋度為82%。此樣地土壤有機質含量高,容重僅0.51g/cm3,比對照土樣低1倍,團粒結構好,坡陡處有輕微水土流失現(xiàn)象。4植被恢復的作用試驗地段是干旱石質山地,公路碎石邊坡,無土壤或土石混合,因此,如果依賴植被自然恢復,由于缺乏生長基質和種子庫,次生植被完全覆蓋至少需要幾十年,因此,采用客土噴播技術是可行的,由于提供了植物生長所需基質和種子或苗木,可以快速重建植被和景觀。在配置植生基質時,添加水泥、粘合劑可增強植生基質的穩(wěn)定性,在坡度較陡地段是必要的,但基質緊實度大,對植物生長是不利的,根系伸展受到限制,且自重大,更易受到雨水沖擊,在樣地3中,采用高次團粒噴播改進技術,使用高有機質的輕型植生基質,在坡度60°以上,基質固著效果仍較好,理化性狀優(yōu)良,有利于植物生長,這與在日本的試驗結果是一致的。在本試驗中,植被重建主要采用一年生先鋒草本植物,以外來種為主,從2年植物重建效果看,這些先鋒植物生長良好,但第2年植物生長不如第一年,蓋度降低,數(shù)量減少,特別是以種子繁殖為主的一年生草本植物,由于坡度陡,種子不易保存在土壤中,因此,在陡坡地段應以多年生宿根植物為主,此外,未發(fā)現(xiàn)當?shù)氐娜肭址N。試驗樣地灌木生長明顯不如草本,樣地3幾乎見不到灌木,僅有紫穗槐和胡枝子2種實生苗,種類少,蓋度低,由于是混播種子,可能多未萌發(fā),樣地2以移栽容器苗為主,有5種木本植物,均為較耐干旱瘠薄的先鋒種,但由于立地條件差,養(yǎng)護水平低,成活率與生長量均不高,而且,草本植物普遍比木本植物生長旺盛,株高更高,這也限制了木本植物的生長,形成了草本植物占絕對優(yōu)勢的群落;江源等在植被恢復試驗中也指出,草本植物前期生長迅速,導致灌木種類處于草本植物的嚴重遮蔽之下,乃至于在群落中的保存數(shù)量極少。樣地1是自然恢復群落,經過多年恢復,形成了以胡枝子、山杏、荊條為優(yōu)勢種的灌叢,草本植物優(yōu)勢種是矮苔草,群落結構合理,景觀效果好,Rentchd等認為,路邊的自然植物群落對植被重建具有指導意義,因此,植被恢復重建應以鄉(xiāng)土植物為主,按照宮脅昭的潛在植物群落方法恢復重建地帶性植被,百花山陽坡的地帶性植被是灌叢