周 楊，徐學(xué)存，張 磊，陳澤昊，韓麗源，王玉民，趙騫鋒

（1.中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 節(jié)能環(huán)保勞衛(wèi)研究所，北京 100081；2. 中國(guó)鐵路太原局集團(tuán)有限公司 計(jì)劃統(tǒng)計(jì)處，山西 太原 030013；3.中國(guó)鐵道科學(xué)研究院 研究生部，北京 100081；4.中鐵十九局集團(tuán)有限公司 第六工程有限公司，江蘇 無(wú)錫 214028；5.蒙西華中鐵路股份有限公司 工程技術(shù)部，北京 100073）

1 概述

在鐵路建設(shè)項(xiàng)目的臨時(shí)用地中，棄渣場(chǎng)占地面積較大，從幾十公頃到幾百公頃不等，大量的隧道廢棄渣土通過(guò)設(shè)置棄渣場(chǎng)進(jìn)行渣土堆積、填埋，不可避免地對(duì)原生地表及植被產(chǎn)生較大影響，進(jìn)而可能造成局部水土流失，甚至對(duì)生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生不同程度的擾動(dòng)等。為了防止水土流失及次生生態(tài)破壞，對(duì)鐵路工程項(xiàng)目棄渣場(chǎng)實(shí)施了生態(tài)恢復(fù)，主要包括播撒草種等綠化措施。一般不同地區(qū)棄渣場(chǎng)的生態(tài)恢復(fù)措施不同、恢復(fù)效果也不同，主要取決于不同棄渣場(chǎng)的基礎(chǔ)特性。

學(xué)者從棄渣場(chǎng)特性、環(huán)境限制因子、植被適應(yīng)性、土壤改良等方面進(jìn)行了研究。于泳等[1]總結(jié)了棄渣場(chǎng)的特性，即棄渣場(chǎng)地面組成物質(zhì)復(fù)雜，變化大；棄渣物理結(jié)構(gòu)和粒徑不均勻；棄渣土壤肥力貧瘠，養(yǎng)分不平衡；棄渣pH 值不穩(wěn)定，當(dāng)棄渣呈堿性時(shí)會(huì)使植物枯萎，若呈酸性時(shí)則抑制植物生長(zhǎng)。魏黎等[2]以錦屏二級(jí)水電站巖土渣場(chǎng)為對(duì)象，研究了巖土渣場(chǎng)人工恢復(fù)群落物種多樣性動(dòng)態(tài)特征，結(jié)果表明初期選取的植物普遍表現(xiàn)出對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性，并且豆科植物在群落中占據(jù)著主要優(yōu)勢(shì)。張仕艷[3]通過(guò)對(duì)金安橋水電站棄渣場(chǎng)植被恢復(fù)過(guò)程的研究，從土壤理化性質(zhì)方面探索植被恢復(fù)的限制因子，提出土壤粒徑大和有機(jī)質(zhì)、氮素低是植被恢復(fù)的主要限制因子。陳述悅等[4]通過(guò)對(duì)粒徑小于2 mm 的工程棄渣和自然土壤進(jìn)行不同體積配比生長(zhǎng)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)粒徑小于2 mm的工程棄渣與自然土壤混合后可以用作植物生長(zhǎng)基質(zhì)，工程棄渣的使用體積比例以50% ～ 70%為宜，但工程棄渣的養(yǎng)分含量一般比較貧乏，需額外添加肥料才能滿足植物生長(zhǎng)對(duì)養(yǎng)分的需求。董秋艷[5]選擇水庫(kù)輸水工程沿線棄渣場(chǎng)樣地，采用紫穗槐等灌木層和草本層結(jié)構(gòu)，對(duì)渣場(chǎng)早期水土保持發(fā)揮了重要作用，但喬木層長(zhǎng)勢(shì)緩慢，作用受限。

在此，以西藏脆弱生態(tài)區(qū)內(nèi)某鐵路棄渣場(chǎng)為例，采取施加稻草墊保水及施用保水劑、化肥等，并在此基礎(chǔ)上，選擇抗旱、抗寒等相對(duì)適宜的植被進(jìn)行不同植被搭配試驗(yàn)研究，分析不同措施下植被恢復(fù)效果。

2 生態(tài)恢復(fù)試驗(yàn)

研究樣區(qū)選擇西藏山南地區(qū)某鐵路建設(shè)項(xiàng)目棄渣場(chǎng)，該樣地屬高原溫帶半干旱季風(fēng)型氣候區(qū)，光照充足，輻射強(qiáng)，日溫差大，雨季集中，冬春季干燥多風(fēng)。年均氣溫8.9℃，年均降水492 mm，集中在5 ～ 9月，占全年降水量的93%，無(wú)霜期149 d。

2.1 試驗(yàn)材料

（1）植被選擇。結(jié)合西藏地區(qū)海拔高、氣溫低，降水量不充足且日照充分、輻射強(qiáng)，建設(shè)工程臨時(shí)場(chǎng)地原土瘠薄且風(fēng)化程度較高等特征，試驗(yàn)選擇具有耐寒、抗旱、耐貧瘠、灌溉條件不佳時(shí)也能生長(zhǎng)旺盛的優(yōu)良耐抗性植被，即選擇垂穗披堿草和草木犀草本植被、胡枝子和沙棘灌木植被。

（2）養(yǎng)料。土壤肥料采用常見(jiàn)的復(fù)合肥和微量元素肥料，并按使用說(shuō)明書(shū)進(jìn)行播撒。

（3）保水劑。保水劑選用高倍吸水樹(shù)脂(SAP)農(nóng)用土壤保水劑。為了提高保水效果，保水劑采用大小顆粒混用的方式，播撒于土地下10 cm的土層，按照說(shuō)明書(shū)施用，試驗(yàn)用量為15 g/m2。

（4）草墊。試驗(yàn)選擇常見(jiàn)的雙層干水稻秸稈編織稻草墊，每片規(guī)格為1 m×2 m，厚度約為5 cm，重量約為3 kg。

2.2 試驗(yàn)方案

2.2.1 方案設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)在方便工程單位施工、減少成本的情況下，結(jié)合生態(tài)袋技術(shù)，將土壤、營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)、保水劑、植被種混合并播撒于樣方內(nèi)，然后按要求進(jìn)行覆土。草墊由稻草和秸稈編織而成，具有一定的保溫保水作用，其腐蝕分解后可作為土壤有機(jī)養(yǎng)料。

樣地試驗(yàn)方案如表1所示。試驗(yàn)在有/無(wú)草墊的條件下，設(shè)計(jì)3種限制因子(分別為無(wú)措施、施加化肥+保水劑及施加化肥）。在每個(gè)限制因子及條件下，進(jìn)行相同的植物類型搭配試驗(yàn)(植被搭配見(jiàn)表1 )。

表1 樣地試驗(yàn)方案表

2.2.2 樣方設(shè)置

按照試驗(yàn)方案要求，在樣地一半面積地下40 cm左右的深度鋪設(shè)草墊，每個(gè)草墊間隔20 cm，標(biāo)記草墊位置，然后進(jìn)行覆土，樣地另一半部分保持不變。覆土完成，將樣地劃分為若干個(gè)1 m×2 m的樣方，將限制因子及植被類型搭配作為一個(gè)處理，每個(gè)處理重復(fù)3次。

2.2.3 數(shù)據(jù)采集及分析

試驗(yàn)以植被蓋度為評(píng)價(jià)指標(biāo)。植被蓋度利用傳統(tǒng)樣本框和圖像的方法，使用GIS軟件進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)處理。對(duì)植被蓋度的數(shù)據(jù)利用SPSS進(jìn)行數(shù)據(jù)分析 。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 樣地整體植被蓋度分析

該樣地植被主要是草木樨和垂穗披堿草，整個(gè)樣地植被蓋度為39.99%。有草墊條件下，植被總蓋度為49.93%，高于無(wú)草墊條件下植被總蓋度(30.04%)，整體趨勢(shì)是有草墊植被蓋度明顯高于未布設(shè)草墊的植被蓋度，樣地植被蓋度情況如表2、圖1所示。

表2 樣地植被蓋度情況

圖1 樣地不同處理?xiàng)l件下的植被蓋度情況

根據(jù)表2，無(wú)草墊條件下，植被平均蓋度最高為無(wú)措施33.12%，其次為施加化肥30.20%，最小為化肥+保水劑28.71%。分析在施加化肥和保水劑的條件下，可能部分不均勻施用對(duì)種子萌發(fā)有一定抑制作用，甚至致死，導(dǎo)致植被蓋度低。

由圖1可知，有草墊的植被蓋度均大于無(wú)草墊的植被蓋度，從植被搭配分析，3種限制因子下的植被蓋度均呈現(xiàn)草灌搭配高于單一草本。

3.2 樣地植被蓋度相關(guān)性分析

利用SPSS19.0軟件，將有無(wú)草墊條件、不同限制因子及不同植被搭配對(duì)蓋度的影響進(jìn)行分析，分析結(jié)果如表3所示。

表3 樣地植被蓋度多因素分析結(jié)果

由表3可以看出，草墊和植被搭配的顯著性都小于0.01，可見(jiàn)有無(wú)草墊和不同植被搭配對(duì)植被蓋度的影響達(dá)到極顯著水平，再次驗(yàn)證草墊對(duì)增加植被蓋度有較大的作用；而不同的限制因子對(duì)植被蓋度的影響較小。

3.2.1 有草墊條件的相關(guān)性分析

在有草墊的條件下，對(duì)植被搭配和不同限制因子進(jìn)行相關(guān)分析，分析結(jié)果如表4所示。從表4可以看出，在有草墊的條件下，植被搭配對(duì)植被蓋度的顯著性小于0.01，達(dá)到極顯著水平，而限制因子的顯著性不高。通過(guò)分析可知，植被蓋度的影響多數(shù)依賴于不同植被間的配搭，而用保水劑、化肥等不同處理對(duì)植被蓋度增加的影響不大。

表4 有草墊條件下樣地植被蓋度分析結(jié)果

3.2.2 植被搭配的相關(guān)性分析

對(duì)每種植被搭配間的交互作用進(jìn)行分析，結(jié)果如表5所示。從表5數(shù)值可以看出，植被搭配1-2、1-3、1-4、1-5、3-4的顯著性達(dá)到極顯著，而1-5與3-4搭配相同(見(jiàn)表1)，而4種搭配中，1-2、1-4、1-5優(yōu)于1-3的搭配。分析可知，垂穗披堿草-草木犀、垂穗披堿草-草木犀-胡枝子、垂穗披堿草-草木犀-沙棘-胡枝子3種植被搭配比較適宜。

由試驗(yàn)看，不同樣地中沙棘成活情況不同、成活數(shù)量也有差異，而胡枝子實(shí)際死亡，未有存活。因此，在不同樣地中，實(shí)際植被搭配以垂穗披堿草-草木犀、垂穗披堿草-草木犀-沙棘為最優(yōu)搭配。

4 結(jié)論與建議

4.1 試驗(yàn)結(jié)論

該樣地位于西藏南部山區(qū)，2018年全年降雨約559 mm，降雨多集中在夏季，但日照時(shí)長(zhǎng)使地表及植被的蒸發(fā)較快，再加上棄渣場(chǎng)內(nèi)多為碎石堆砌，表層土壤稀薄，土壤的含水量及保水能力較差，不利于植被生長(zhǎng)和區(qū)域的生態(tài)恢復(fù)。通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，施加稻草墊有利于表層土壤的保水，對(duì)種子萌發(fā)及植被初期的生長(zhǎng)起到了積極作用，再施以化肥措施，植被的恢復(fù)狀況較良好。從植被搭配看，初期種植草木犀或草木犀加抗旱灌木有利于生態(tài)恢復(fù)。整體而言，草墊+化肥、草灌植被搭配是此類生態(tài)環(huán)境恢復(fù)的最優(yōu)方案。

表5 不同植被搭配對(duì)比分析

4.2 相關(guān)建議

調(diào)研發(fā)現(xiàn)，水分對(duì)高原降雨稀少地區(qū)的植被恢復(fù)是更為關(guān)鍵的制約因素，因此項(xiàng)目設(shè)計(jì)以布設(shè)草墊的方式緩解水分流失，后期稻草腐敗后提供一定養(yǎng)分。在棄渣場(chǎng)實(shí)際生態(tài)恢復(fù)過(guò)程中，棄渣顆粒較大，植被生長(zhǎng)的土質(zhì)基礎(chǔ)較差，雖然鋪設(shè)30 cm的表土，但土層保水、蓄水能力有限，大部分水分快速流失，在前期人為澆水管理下可以較好生長(zhǎng)，但后期缺水又會(huì)導(dǎo)致植被死亡，使生態(tài)恢復(fù)程度有所降低。在土層以下布設(shè)草墊，目的是為了保存一部分降雨，用于植被水分需求，對(duì)于高原低溫地區(qū)，針對(duì)植被根系和土壤微生物來(lái)說(shuō)，還可以起到保溫作用。此外，草墊腐爛后可以提供部分養(yǎng)分為植被生長(zhǎng)所需。

從1年期的植被生長(zhǎng)恢復(fù)試驗(yàn)看，草墊措施確實(shí)可以在減少人為澆水次數(shù)的情況下提高植被蓋度，對(duì)提高草灌植被蓋度有較好效果，建議針對(duì)該地區(qū)鐵路棄渣場(chǎng)生態(tài)恢復(fù)以草灌恢復(fù)為主，在植被恢復(fù)后期，如果恢復(fù)效果較好，則可以根據(jù)情況逐漸增加灌木數(shù)量。

5 結(jié)束語(yǔ)

生態(tài)恢復(fù)是一項(xiàng)涉及整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)平衡穩(wěn)定的龐大工程，針對(duì)不同的地區(qū)，不同的氣候類型、土壤類型及適宜生長(zhǎng)的植被類型，生態(tài)修復(fù)的方式有所不同。根據(jù)鐵路建設(shè)特點(diǎn)，鐵路棄渣場(chǎng)的生態(tài)修復(fù)更需要“因地制宜”，將人為干擾的生態(tài)環(huán)境以最為經(jīng)濟(jì)、科學(xué)的方式歸還給大自然是今后科研繼續(xù)探索的方向。