張繼強(qiáng),孟少童,薛 睿,趙亞萍,張亞軍,王子婷,孟秋菊
(1.甘肅省林業(yè)科學(xué)研究院,甘肅 蘭州 730020;2.隴南市武都區(qū)林業(yè)局,甘肅 武都 746000)
生態(tài)修復(fù)是指遵循生態(tài)學(xué)規(guī)律,主要依靠生態(tài)系統(tǒng)的自我組織和自我調(diào)節(jié)能力,輔以科學(xué)的人工措施,對(duì)環(huán)境或生態(tài)系統(tǒng)本身進(jìn)行修復(fù),遏止生態(tài)系統(tǒng)的進(jìn)一步退化[1],使退化的生態(tài)系統(tǒng)盡快恢復(fù)到原有的結(jié)構(gòu)和功能[2]。目前國(guó)內(nèi)對(duì)生態(tài)修復(fù)技術(shù)和理論的研究主要集中在環(huán)境污染修復(fù)方面[3],特別是對(duì)于濕地、湖泊及海水養(yǎng)殖等受損環(huán)境的生態(tài)修復(fù)技術(shù)研究較多[4-5],而對(duì)地質(zhì)災(zāi)害環(huán)境的生態(tài)修復(fù)研究則相對(duì)較少。
白龍江位于長(zhǎng)江上游地區(qū),屬嘉陵江的一級(jí)支流,是長(zhǎng)江上游重要的水源補(bǔ)給區(qū),也是長(zhǎng)江上游生態(tài)屏障建設(shè)的重要組成部分。在“5·12”汶川大地震中,白龍江流域的生態(tài)環(huán)境遭到了嚴(yán)重破壞,受災(zāi)程度僅次于四川汶川,受災(zāi)面積達(dá)6.5萬(wàn)km2,影響面積超過(guò)10萬(wàn)km2。地震導(dǎo)致區(qū)內(nèi)滑坡、泥石流等山地自然災(zāi)害頻發(fā),水土流失加劇,生態(tài)環(huán)境變得更為脆弱,對(duì)當(dāng)?shù)厝嗣裆?cái)產(chǎn)、國(guó)家重要基礎(chǔ)設(shè)施等構(gòu)成嚴(yán)重危害,也威脅到長(zhǎng)江上游地區(qū)的生態(tài)安全。災(zāi)后生態(tài)恢復(fù)與重建是擺在國(guó)家和受災(zāi)地區(qū)各級(jí)政府面前的最緊迫任務(wù)之一,通過(guò)對(duì)滑坡體生態(tài)修復(fù)技術(shù)的研究,可以為該區(qū)災(zāi)后生態(tài)修復(fù)與重建提供理論依據(jù)。
研究區(qū)位于甘肅省東南部的隴南市武都區(qū)段河壩流域,距隴南市城區(qū)12 km,地理坐標(biāo)為東經(jīng)104°48′—104°49′、北緯33°23′—33°24′,流域面積2.68 km2;屬亞熱帶半濕潤(rùn)氣候,年均氣溫14.7 ℃,極端最高氣溫40 ℃(1951年),極端最低氣溫-9 ℃(1991年),年日照時(shí)數(shù)1 911.3 h,年降水量474.6 mm,年蒸發(fā)量1 740 mm,無(wú)霜期210~240 d,海拔在1 000~1 500 m 之間,氣候呈立體分布,生態(tài)差異明顯;土壤類型主要為黃棕壤,成土母質(zhì)多為千枚巖、片麻巖、花崗巖和各種沉積巖的殘積物和坡積物[6]。
研究區(qū)內(nèi)滑坡體植被覆蓋率很低,絕大部分地區(qū)植被覆蓋率低于30%,植被類型主要為灌草叢,常見(jiàn)植物有馬桑(Coriarianepalensis)、酸棗(Ziziphusjujuba)、胡枝子(Lespedezabicolor)、蘆葦(Phragmitesaustralis)、馬唐(Digitariasanguinalis)、萎陵菜(Potentillaaiscolor)等。
研究區(qū)屬亞熱帶半干旱區(qū),年降水量偏少且年內(nèi)分配不均,冬春兩季干旱少雨,降水主要集中在5—9月份,占全年降水量的75.8%[7],且多以暴雨形式出現(xiàn)。由于研究區(qū)降水分配不均,水熱矛盾突出,植被恢復(fù)極為困難,因此選擇生態(tài)修復(fù)植物時(shí)要堅(jiān)持適地適樹(shù)原則,以鄉(xiāng)土樹(shù)種為主,引進(jìn)外來(lái)樹(shù)種為輔。所選樹(shù)種應(yīng)具備以下特征:
(1)樹(shù)種要具有較強(qiáng)的固持松散土體的功能,要求深根且根系發(fā)達(dá),最好能夠穿透風(fēng)化層深達(dá)基巖,以達(dá)到能初步穩(wěn)定滑坡體的目的。
(2)松散巖土體表層土壤發(fā)育不良,有機(jī)質(zhì)匱乏,保水保肥性能差,因此要求生態(tài)修復(fù)樹(shù)種耐干旱瘠薄,能夠自然更新,有利于其他植物定居。
(3)生態(tài)修復(fù)樹(shù)種是先鋒樹(shù)種,也是植被演替的驅(qū)動(dòng)物種,演替后期能夠自然退出群落,對(duì)植被演替具有最佳的驅(qū)動(dòng)效能。
武都區(qū)地處秦巴山系結(jié)合部,境內(nèi)山高溝深、溝壑縱橫、地形復(fù)雜,氣候垂直差異明顯,具有亞熱帶、暖溫帶、冷溫帶3種氣候特征。特殊的地理位置和氣候條件造就了豐富的植物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)多樣性,著名地質(zhì)學(xué)家李四光譽(yù)之為“寶貝的復(fù)雜地帶”[8]。據(jù)統(tǒng)計(jì),白龍江上游種子植物有115科519屬1 528種[9],是我國(guó)物種多樣性最為豐富的溫帶森林植物區(qū)系之一,這為災(zāi)后生態(tài)修復(fù)物種的選擇提供了較充足的種質(zhì)資源基礎(chǔ)。
根據(jù)生態(tài)學(xué)原理,生態(tài)修復(fù)物種的選擇應(yīng)遵循植物種選擇的基本原則,除以區(qū)內(nèi)鄉(xiāng)土植物為主、引進(jìn)外來(lái)植物為輔外,還要兼顧植物種子、苗木來(lái)源和人工栽培性等實(shí)際因素。研究篩選出適宜本區(qū)滑坡體生態(tài)修復(fù)的植物種共29種,隸屬于12科27屬,其中喬木7種、灌木10種、草本10種、藤本2種,詳見(jiàn)表1。
表1 白龍江流域滑坡體生態(tài)修復(fù)主要適宜植物種類
圖1為研究區(qū)歷年各月平均降水量及氣溫變化情況。從圖1可知,研究區(qū)氣溫和降水具有明顯的季節(jié)性規(guī)律,都呈現(xiàn)先增加后降低的單峰趨勢(shì):降水主要集中在5—9月份,占全年降水量的75.8%;冬春兩季降水量稀少。由于冬春兩季干旱少雨、蒸發(fā)量大,所以一般選擇在春季造林。從4月開(kāi)始隨著雨季的來(lái)臨,降水逐漸增加,因此造林時(shí)間宜選擇在3月下旬或4月上旬。
圖1 研究區(qū)歷年各月平均降水量及氣溫變化
研究區(qū)地形復(fù)雜、山高坡陡、溝壑縱橫,巖石裸露、風(fēng)化嚴(yán)重,地勢(shì)高差大,根據(jù)立地條件和生態(tài)修復(fù)物種的生物學(xué)特性及生態(tài)功能,將生態(tài)修復(fù)技術(shù)措施概括為以下幾種。
(1)撒播或條播。在坡度<15°、水分條件較好、土層較厚的滑坡體上進(jìn)行撒播或條播種草。在雨季來(lái)臨之際將草種混合好,然后擇機(jī)撒播或條播。選用的草種主要是禾本科和豆科的狗牙根(Cynodondactylon)、紅豆草(Onobrychisviciaefolia)等,詳見(jiàn)表1。
(2)水平臺(tái)造林。在坡度>30°、坡面較完整的滑坡體上進(jìn)行水平臺(tái)造林。修筑水平臺(tái)可以縮短坡長(zhǎng)、延長(zhǎng)雨水匯流時(shí)間、減緩徑流流速、減輕雨洪徑流的沖刷,具有明顯的減水減沙作用[10]。要求沿等高線將坡面修筑成狹窄的臺(tái)階狀臺(tái)面,呈反坡?tīng)睢E_(tái)面寬因坡度而異,一般0.8~1.0 m,臺(tái)間距2~2.5 m。在水平臺(tái)上定植喬木或灌木,同時(shí)在水平臺(tái)上撒播草種,喬木株距2 m,灌木株距1 m。
(3)魚鱗坑造林。在坡度20°~30°、地形破碎、難以開(kāi)挖水平臺(tái)的滑坡體上進(jìn)行魚鱗坑造林。魚鱗坑攔蓄雨水效果雖較差,但在地形破碎的滑坡體上容易施工,是立地條件較差情況下造林選擇的主要措施之一[11]。魚鱗坑一般寬(橫)0.8~1.5 m,長(zhǎng)(縱)0.6~1.0 m,坑距2.0~3.0 m,呈品字形排列。挖坑時(shí)先把表土堆放在坑的上方,把底層生土堆放在坑的下方,按要求規(guī)格挖好坑后,再把熟土回填至坑內(nèi),在坑下沿用生土圍成高20~25 cm的半環(huán)狀土埂,在坑的上方左右兩角各斜開(kāi)一道小溝,以便引蓄更多的雨水。在坑內(nèi)定植喬木或灌木,在坡面及坑內(nèi)撒播草種,喬木的株行距為2 m×3 m,灌木的株行距為1 m×2 m。
(4)帶狀穴植植物籬。在滑坡體、溝頭、道路及農(nóng)田帶狀穴植植物籬。植物籬對(duì)于位于小型滑坡體、溝頭及道路沿線等的不穩(wěn)定坡積物具有攔擋和穩(wěn)固的作用[12],特別是在農(nóng)田地埂帶狀穴植植物籬,能有效攔截坡面徑流、減少水土流失,實(shí)現(xiàn)雨洪資源的就地利用,解決農(nóng)田作物缺水的問(wèn)題,提高作物產(chǎn)量。研究區(qū)植物籬植物以紫穗槐、薔薇、山柳和香根草為主,實(shí)行帶狀穴植:紫穗槐帶、薔薇帶和山柳帶為2~3行,株行距為40 cm×30 cm,帶間距為2~3 m;香根草帶為4~5行,株行距為20 cm×30 cm,帶間距為1m。帶間種植紅三葉、黑麥草等覆蓋性能好、固氮改土能力強(qiáng)的抗旱性草種。一般在滑坡體及道路沿線種植紫穗槐,溝頭和坡積物荒坡地上種植香根草,在農(nóng)田地埂種植薔薇和山柳。
(1)在武都區(qū)段河壩流域滑坡體生態(tài)修復(fù)中,所選擇的生態(tài)修復(fù)物種既要符合適地適樹(shù)原則,又要發(fā)揮其固持土體和促進(jìn)群落正向演替的功能,要具有發(fā)達(dá)的根系和促進(jìn)其他植物定居的作用。
(2)生態(tài)修復(fù)植物的選擇是災(zāi)后生態(tài)修復(fù)的基礎(chǔ),根據(jù)生態(tài)修復(fù)物種選擇原則,遵從生態(tài)學(xué)原理,篩選出適宜生態(tài)修復(fù)的植物29種,隸屬于12科27屬,其中喬木7種、灌木10種、草本10種、藤本2種,在所篩選的物種中以禾本科植物和豆科植物居多。
(3)根據(jù)立地條件和生態(tài)修復(fù)物種的生物學(xué)特性及生態(tài)功能,總結(jié)出了撒播或條播、水平臺(tái)造林、魚鱗坑造林和帶狀穴植植物籬等4種生態(tài)修復(fù)技術(shù)措施,應(yīng)用中要因地制宜地選用。
[參考文獻(xiàn)]
[1] 王治國(guó).關(guān)于生態(tài)修復(fù)若干概念與問(wèn)題的討論[J].中國(guó)水土保持,2003(10):4-5.
[2] 王越,范北林,丁艷榮,等.長(zhǎng)江中下游濕地生態(tài)修復(fù)現(xiàn)狀與探討[J].中國(guó)水利,2011(13):4-6.
[3] 焦士興.關(guān)于生態(tài)修復(fù)幾個(gè)相關(guān)問(wèn)題的探討[J].水土保持研究,2006,13(4):127-129.
[4] 周松濤.北川縣地震災(zāi)區(qū)生態(tài)修復(fù)研究[D].成都:成都理工大學(xué),2012:2-10.
[5] 戴小琳,傅鐵.湖泊濕地修復(fù)工程應(yīng)注意的問(wèn)題及對(duì)策措施[J].人民長(zhǎng)江,2011,42(15):69-72.
[6] 賈高仁,羅世華,杜景周.白龍江、洮河林區(qū)生態(tài)環(huán)境惡化現(xiàn)狀及治理對(duì)策[J].甘肅林業(yè)科技,1999,24(2):62-64.
[7] 袁斌,和法國(guó),李軍鵬,等. 甘肅武都區(qū)泥石流活動(dòng)與降雨特征關(guān)系[J].蘭州大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2012,48(6):15-17.
[8] 陳蕊.嘉陵江上游歷史經(jīng)濟(jì)地理研究[D].重慶:西南大學(xué),2012:31-32.
[9] 丁磊.白龍江中上游種子植物區(qū)系地理研究[D].楊凌:西北農(nóng)林科技大學(xué),2006:10-32.
[10] 韓玉峰,趙力毅,李新疆.微型溝臺(tái)階化整治技術(shù)研究[J].水土保持通報(bào),1997,17(4):26-28.
[11] 崔鵬,王道杰,韋方強(qiáng).干熱河谷生態(tài)修復(fù)模式及其效應(yīng)——以中國(guó)科學(xué)院東川泥石流觀測(cè)研究站為例[J].中國(guó)水土保持科學(xué),2005,3(3):60-64.
[12] 陳務(wù)豪,曾念輝,王壽林,等.香根草植物籬護(hù)坡反季節(jié)施工技術(shù)[J].中國(guó)水土保持科學(xué),2004,2(3):130-131.