賈志軍, 李 娟, 甄寶艷, 王 富

(1.河北省水利技術試驗推廣中心， 河北 石家莊 050061; 2.河北環(huán)京工程咨詢有限公司， 河北 石家莊 050011)

由于傳統(tǒng)的發(fā)電方式不僅面臨不可替代資源短缺的威脅，而且難以使區(qū)域資源—環(huán)境—經濟—生態(tài)和諧發(fā)展，促使眾多國家都積極發(fā)展新型能源[1-2]。風能作為一種無污染可再生的清潔能源越來越受到國家的重視而得以迅猛發(fā)展[1,3-4]。但在風電場的建設過程中，由于風機基礎開挖、安裝場地平整、施工道路施工、臨時堆土等施工活動，必然導致植被和地表嚴重破壞，地表裸露，水土流失加劇[1,5]。壩上地區(qū)屬內蒙古風源區(qū)，風能資源十分豐富[6]，但壩上地區(qū)屬于典型的農牧交錯帶生態(tài)脆弱區(qū)，區(qū)內風蝕與水蝕并存，為典型的風蝕水蝕混合侵蝕區(qū)[7]。風電場的建設既有點狀工程又有線性工程，對地表造成了強烈的擾動，大部分把原有的植被和土壤破壞殆盡，使地面形成再塑的、幾乎沒有種源的土壤生土層[1]。在風電場現(xiàn)有水土流失防治措施中，植被恢復均以覆土植樹、種草為主[8-10]，而對于表土剝離的使用，董智等[1]的研究認為，表土中的種子庫可以作為一種資源進行利用，從而加快其植被恢復。但因對表土清理、堆放、回覆要求較嚴格，使表土回覆自然恢復未能作為一種資源或植物措施推廣使用。事實上，表土中含有大量的原生植被種子，形成較為豐富的土壤種子庫。如果合理清理并使用表土，將有助于土壤種子庫種子萌發(fā)成苗，從而加快原生植被的恢復，利于水土流失的防治。土壤種子庫是指存在于土壤表面和土壤中全部存活種子的總和，具有特定生態(tài)系統(tǒng)的潛在植物種群，是種群定居、生存、繁衍和擴散的基礎，對群落演替和植被恢復具有重要作用[11-12]。然而，在生產建設項目方面，土壤種子庫的研究主要集中于礦區(qū)[11-13]，而對風電場區(qū)的土壤種子庫研究甚少。鑒于此，本文擬以壩上風電場建設過程中的表土為研究對象，選擇滿井風電場的施工生產生活區(qū)、棄土棄渣區(qū)及5個風機的吊裝平臺，利用分層清理的表土覆蓋各試驗區(qū)，研究自然恢復條件下利用表土中的土壤種子庫進行植被恢復的效果，從而揭示表土分層不同處理措施對植被恢復的影響，以期為生產建設項目中分層清理的表土進一步資源化利用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于河北壩上張家口市的張北縣單晶河鄉(xiāng)中節(jié)能滿井風電場，海拔高度為1 200 m以上，地貌類型屬于內蒙古高原南緣壩緣山地低山丘陵區(qū)，上覆薄層殘坡積物和風成沉積物。項目區(qū)屬半干旱大陸季風性氣候，年平均氣溫約0.8 ℃，最冷月(1月)平均氣溫-18.6 ℃，最熱月(7月)平均氣溫17.6 ℃，極端最高氣溫32.8 ℃，最低氣溫-37.4 ℃，≥10 ℃積溫1 513 ℃，太陽總輻射量543.4 kJ/cm2，無霜期約75 d左右。年降水量350 mm，降雨季節(jié)分布格局很不均勻，降水年變率大，降水主要集中在7，8，9這3個月內，占全年降水量的79%左右。蒸發(fā)量是降水量的4倍，干旱狀況十分嚴重。全年盛行西風、西北風，年平均風速4.3 m/s，最大瞬時風速34 m/s，年平均大風日數(shù)49 d，且與干旱季節(jié)同步。

1.2 研究方法

1.2.1 試驗設計與調查

(1) 表層土覆蓋土壤種子庫萌發(fā)狀況的測定。施工前，對施工生產生活區(qū)、棄土棄渣區(qū)區(qū)進行表土利用人工分別按0—10和10—30 cm分層清理、分層堆放，用密目防塵網或土工布覆蓋防止水土流失。等施工生產生活區(qū)拆除后和棄土棄渣區(qū)封閉后，先在2個試驗區(qū)覆蓋10—30 cm層的土壤，最后再將0—10 cm的表土覆蓋在最上面，鎮(zhèn)壓后澆水。

待有種子萌發(fā)時，在2個試驗區(qū)域隨機布設1 m×1 m的小樣方30個，調查樣方內的種子萌發(fā)數(shù)量，并鑒定其種類，分別統(tǒng)計其科、屬特性、生活型等特征，探討表土土壤種子庫及其萌發(fā)狀況。

(2) 表土覆蓋與客土覆蓋植被恢復效果的測定。在風電場33個風機位內隨機選取5個相鄰風機位做定位試驗監(jiān)測點，5個風機位土壤的處理方式分別為清表并分層處理、土地平整、購買客土，植被恢復方式主要為利用土壤種子庫自然恢復植被和人工種植恢復植被方式，5種組合方式分別用風機號來表示(表1)。以上試驗從2010年5月5開始，至2011年8月結束。在試驗期內，所有的試驗風機全部做封禁處理，避免任何人畜干擾，在春季最干旱的時候人工澆水1次。各風機位土壤處理與植被恢復方式見表1。自然恢復指利用土壤種子庫的恢復，人工種植植物種則選擇條播披堿草+苜蓿，播幅20 cm。

表1 5個風機位表土處理與植被恢復方式

在5個風機位平臺試驗區(qū)內，隨機設置30個面積1 m×1 m的草本樣方，按生態(tài)學方法調查樣方內的種類、數(shù)量、高度、蓋度等內容，計算其Shannon-Winner多樣性指數(shù)、Simpson多樣性指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)。

1.2.2 數(shù)據處理與分析 生物多樣性指數(shù)采用以下公式計算：

Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H)

H=∑PilgPi

(1)

Simpson多樣性指數(shù)(D)

(2)

Pielou均勻度指數(shù)(Jsw)

Jsw=(-∑PilgPi)/lgS

(3)

式中：Pi——第i個物種的相對密度；S——物種數(shù)目。

數(shù)據采用SPSS 17.0軟件分析，采用單因素方差分析(one-way ANOVA)和Duncan’s新復極差法比較不同數(shù)據組間差異，圖形采用Excel軟件制作。

2 結果與分析

2.1 兩個試驗區(qū)種子庫萌發(fā)狀況

分層覆蓋清理的表土經鎮(zhèn)壓、澆水后，土壤種子庫中的植物萌發(fā)、成苗。調查結果顯示，2個試驗區(qū)的植物中均為草本植物，未出現(xiàn)木本植物。

施工生產生活區(qū)共計有16種植物，分別屬于9科，其中藜科3種，其數(shù)量占全部幼苗總數(shù)的42.25%；菊科2種，占全部幼苗總數(shù)的27.09%；禾本科3種，占全部幼苗總數(shù)的15.38%；其余包括罌粟科1種，十字花科2種，薔薇科2種，蓼科1種，豆科1種、傘形科1種。棄土棄渣區(qū)共計有植物17種，分屬9個科，其中，藜科3種，占全部幼苗總數(shù)的45.08%；禾本科3種，占全部幼苗總數(shù)的15.16%；菊科3種，占全部幼苗總數(shù)27.85%；其余包括茜草科1種，十字花科1種，薔薇科2種，蓼科1種，傘形科1種和豆科2種。植物發(fā)芽情況見表2。

表2 表土清理分層處理植物發(fā)芽情況

注：AH一年生草本植物；PH多年生草本植物。

對2個表土覆蓋區(qū)的植物種的生活型進行分析，結果表明：施工生產生活區(qū)1年生植物的數(shù)量占總數(shù)的62.08%，其中藜科占了42.25%；數(shù)量最多的4種1年生植物為藜、獨行菜、狗尾草和豬毛菜。棄土棄渣區(qū)1年生植物的數(shù)量占總數(shù)的60.88%，其中藜科占了45.08%，數(shù)量最多的4種植物為藜、狗尾草、獨行菜和豬毛菜。多年生植物在施工生產生活區(qū)和棄土棄渣區(qū)所占的比例分別為37.92%和39.12%，其中均以菊科的苣荬菜占的比例最大，其次為迷果芹、針茅、冰草。野外測定結果表明，2個區(qū)域的表土集中覆蓋自然植被恢復后，施工生活生產區(qū)的覆蓋度可達到55%，平均高度達到24.8 cm；棄土棄渣區(qū)的覆蓋度可達到45%，平均高度達到21.2 cm。

由此可見，通過分層堆放和回覆表土，可使表土中有活力的土壤種子萌發(fā)并生長，且2個試驗區(qū)種子庫的植物種類、數(shù)量及其幼苗所占比例相近。按種子庫密度換算，施工生產生活區(qū)與棄土渣場區(qū)的土壤種子庫密度平均為30.77，25.67株/m2。恢復植物種既有1年生植物也有多年生植物，不僅可有效覆蓋地表，而且1年生植物種子成熟后又可落于地表形成新的種子庫，多年生植物也可繼續(xù)存續(xù)，從而保障了2個區(qū)域的植被恢復。

上述試驗說明，土壤中的種子庫較為豐富，只要進行適當?shù)娜藶楦蓴_，如分層清理、分層覆蓋，在覆土后鎮(zhèn)壓、澆水，并嚴禁人畜的破壞，土壤中的種子均能正常發(fā)芽，并形成一定數(shù)量和覆蓋度的植物群落，從而使受損的植物群落達到恢復的效果。因此，在實踐中如果來不及進行人工植樹種草措施的建設，一定要在施工過程中，注意分層清理表土和分層堆放，在完工后進行分層集中覆蓋，以此達到利用自然力恢復地面植被的目的。

2.2 風機試驗區(qū)植被恢復效果

由表3可知，5個風機試驗區(qū)在不同的恢復方式下，經過第1 a的治理與第2 a的撫育管理，植被恢復效果有較大的差異。對于表土分層堆放分層回覆+自然恢復方式(96#)，即使利用土壤種子庫自然恢復植被的方式，該方式下第1 a植被蓋度為50%，第2 a提高至65%；植株的平均高度由54 cm降低為34.8 cm，植物種類由13種增大為14種，Simpson指數(shù)由0.885 2增大為0.903 4，Shannon指數(shù)由2.352 6增大為2.475 1，均勻度指數(shù)由0.810 3增大為0.859 1。這表明生物多樣性增大，物種數(shù)更走向于均勻分布。從群落組成來看，第2 a一年生植物數(shù)量有所減少，禾本科植物的數(shù)量逐漸增加，群落中糙隱子草、羊草、克氏針茅等數(shù)量明顯增大，這也使得整個群落的高度有所下降。

表3 風機試驗區(qū)植被恢復效果及治理費用

對于土地平整+自然恢復組合(98#)來說，因土地平整，表土未得到分層回覆而使得土壤相互摻混在一起，土壤種子庫內的種子可能因覆土太厚而不能獲得萌發(fā)機會，因而無論物種數(shù)還是各多樣性指數(shù)均較分層覆土自然恢復處理明顯下降，而且群落蓋度低，第1，2 a群落蓋度分別為25%和35%，平均高度為35和40 cm，植物種僅6～7種，且仍以1年生植物為主。當采取土地平整+人工種植的方式時(82#)，因人工種植增加了土壤的擾動與翻耕，加之種植了苜蓿和披堿草2種草本植物，使得物種多樣性等各項指標均超過土地平整與自然恢復組合。這說明在同等的處理方式下，人工種植可以加快植被恢復的速度，增加物種的多樣性和地表覆蓋度。從群落組成上看，人工種植直接增加了群落的多年生草本比例，使得群落演替進程加快。

對于客土+自然恢復(81#)而言，其群落組成物種數(shù)更少，僅有5種植物，說明購買的客土中土壤種子庫較為缺乏，加之客土時的土壤整治，萌發(fā)種子數(shù)也少，因而植物多樣性指數(shù)還是蓋度較低，物種組成上主要也是以1年生的藜、豬毛菜、狗尾草等為主。而客土+人工種植的組合(79#)，由于人工植物種的種植，群落組成物種數(shù)由5種增加為8種，由于種植密度加大，植被蓋度明顯大于其他各個處理，使得地表的有效覆蓋增加；而且植物多樣性指數(shù)均較購買客土自然恢復有所增大。

對比5種不同組合方式的植被恢復效果發(fā)現(xiàn)，5種不同組合方式間存在顯著差異，且第1,2 a效果基本相同。以植被恢復的第2 a為例，群落蓋度在各處理間表現(xiàn)為79#>96#>82#>81#>98#，且客土+人工種植方式、土地平整+自然恢復方式均與其他處理間差異顯著；物種數(shù)表現(xiàn)為96#>(79#=82#)>98#>81#，且分層處理+自然恢復方式與其他處理間差異顯著；Simpson指數(shù)和Shannon指數(shù)均表現(xiàn)為96#>79#>82#>81#>98#，對于Simpson指數(shù)，分層處理+自然恢復、客土+人工種植、土地整治+人工恢復與其他兩種恢復方式有顯著差異，Shannon指數(shù)則呈現(xiàn)出分層回覆+自然恢復處理與其他處理間差異顯著，客土+人工恢復與土地整治+人工恢復處理與其他處理間差異顯著；Pielou指數(shù)的大小順序與群落蓋度變化相同，且分層處理+自然恢復、客土+人工種植、土地整治+人工恢復與其他2種恢復方式有顯著差異。綜合來看，分層回覆+自然恢復效果最佳，其次是客土+人工恢復與土地平整+人工恢復，土地平整+自然恢復效果最差。

2.3 風機試驗區(qū)植被恢復投入費用

由表3可知，第二年的撫育管理費用相同，即在春季最干旱時人工灌水1次，采用全面封禁管理；但5種植被恢復方式組合第一年的投入費用差異明顯，投資由高到低的順序為79#>81#>96#>82#>98#。而植被恢復效果由高到低表現(xiàn)為96#>79#>82#>81#>98#。結合費用與恢復效果來分析，以土地平整+人工恢復的方式費用較省，恢復效果較好。因而，在各風電場，可以根據具體施工條件，在經濟條件允許的條件下，盡可能采用分層回覆+自然恢復的方式，至少應該采用土地平整+人工恢復方式；不建議采用客土+人工恢復方式，除非風電場區(qū)無表土可清理使用或清理的表土數(shù)量不足；而且為了加快風電場區(qū)的植被恢復進度與效果，不建議僅進行土地平整+自然恢復的方式，盡管其費用最少，但因植被恢復效果差而使水土流失控制效果減弱。

3 結 論

(1) 風電場項目的植被可以通過土壤中的種子庫進行恢復，關鍵是要做好表土的分層清理、分層回覆工作，回填時應將0—10 cm的土層覆在最上面，并在覆土后澆水以保證植物種子順利萌發(fā)，且時間控制在4月中下旬至8月中下旬之間為宜。

(2) 不同植被恢復組合方式間在群落蓋度、植被平均高度、物種數(shù)、多樣性指數(shù)間均存在顯著差異，各處理組合方式的恢復效果大小順序在各指標間排列不一致，綜合來看，各處理間以分層回覆+自然恢復效果最好，土地平整+自然恢復效果最差。

(3) 不同植被恢復組合方式間的投入差異明顯，由高到低表現(xiàn)為79#>81#>96#>82#>98#。各風電場在選用植被恢復方式時，建議根據施工條件、經濟條件及植被恢復效果進行綜合評價，以選擇適宜的恢復方式。盡可能采用分層回覆+自然恢復的方式，至少應該采用土地平整+人工恢復方式；不建議直接進行土地平整+自然恢復的方式。

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