开发建设项目水土保持工程中的植物措施分析
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作者: 李学伟
[摘要]植物措施具有显著的水土保持功能，是防治土壤侵蚀和控制水土流失的一项有效而长远的根本措施，是融生态效益经济和社会效益于一体的协调入与自然关系的生态工程。
[关键词]开发建设；植物措施
开发建设项目在实施过程中对地面植被的破坏性大，对土壤及岩层扰动严重，同时产生大量的松散堆积物，水土流失严重，对项目区及周围的生态环境产生较大的影响。应该采取切实的水土保持措施，包括水土保持工程措施、水土保持林草植被措施和水土保持农业技术措施。植物措施在开发建设项目水土保持工程中起着非常重要且其他措施无法替代的作用，是通过林草植被对地面的覆盖保护作用、对降雨的再分配作用、对土壤的改良作用以及植被根系对土壤的强大固结作用来防治水土流失，且兼顾生物资源合理开发利用的生态工程措施。
1 植被的水土保持功能
植被是土壤的绿色保护伞，具有防止水土流失，调节水文循环的重要作用，主要体现在对降雨的截留和对土壤水文性质的调节作用、固结土体，增强土壤坑侵蚀能力以及消减洪峰，涵养水源的作用。除此以外，从环境角度来说，林草植被的功能还包括改善小气候、吸二氧化碳、制造氧气；吸收大气中的有害气体，净化空气；减弱噪声和放射性污染，调节光照，保护和提高生物的多样性。
1.1 植被对降雨的截留和对土壤水文的调节作用
植被防治水土流失的一个重要环节就是冠层和枯落叶层对降雨的截留作用，这种截留在水土保持中的作用主要体现在以下三个方面。
(1)消灭降雨动能，减少雨滴击溅侵蚀，进行雨水的再分配
林草植被及地被物层通过对降雨的拦截作用能够完全消灭降雨动能，有效地减弱雨滴对地面的打击力，从而消减降雨能量对地表土的>中击侵蚀作用和对土壤结构的破坏。研究表明，树冠截留作用消减的降雨动能约占降雨总动能的17％～40％，灌木草本层为44.4％，枯枝落叶层为9％左右；另外，植被覆盖率对土壤溅蚀量有很大影响，当覆盖率达40％时溅蚀量可减少90％～95％。
在开发建设项目实施过程及建成后会形成大面积的裸露地面，如不及时地恢复植被会造成严重的水土流失。
(2)增加地表粗糙度，分散、滞缓和过滤地表径流
地表林草植被有效地增加了地表粗糙度，尤其是近地表的草本植物及枯枝落叶对径流产生分散、阻挡作用，延缓了地表径流的汇集，减少了径流流速，降低对径流对泥沙的携带能力，可明显减弱地表径流流速，降低径流对泥沙的携带能力，可明显减弱地表径流的侵蚀能力。
(3)吸收降雨
森林及茂密的植被一年中截留的水量可达年降水量的25％～30％，这些截留的水量供给雨期蒸发及雨后蒸发，对改善区域小气候和阻滞暴雨洪水有很好的作用。
1.2 林草植被提高土壤抗侵蚀能力的作用
水土保持林草植被在其生长过程中形成了强大的根系网络，它们在土体中穿插、缠绕，将土壤固结在根系网络中，增强了土壤的抗剪强度和抗拉强度，也就是增强了土体抵抗水流冲刷、风力吹蚀及其他外营力对土体的破坏作用，从而增强了土壤的抗冲性和抗蚀性。
乔木根系相对草本和灌木来说根系比较粗大且分布较深，对稳定边坡及防止崩塌和小型滑坡有一定作用，但是草本植物根系一般比较细小且分布较浅，其主要作用是防止地表水流冲刷，而对崩塌及小型滑坡则显得无能为力，而灌木则一般介于前面二者之间。因此在营造水土保持林草植被时必须乔灌草草相互结合，才能达到最好的防治水土流失的效果。
1.3 林草植被涵养水源的作用
开发建设项目区具有水土流失强度大、形式多、危害严重的特点，因而开发建设项目水土保持植物措施必须具备以下作用。
(1)利用不同种类的人工植物群落的整体结构，增加植被覆盖度，减缓地表径流，拦截泥沙，调蓄土壤水分，防止风蚀及粉尘污染。
(2)利用植物的有机残体和根系的穿透力以及分泌物的物理、化学作用，改变扰动区下垫面的物质和能量循环，促进岩石渣的成土过程，造成生境的多样性。
(3)利用植物群落根系错落交叉的整体网络结构，增加固土防冲能力，保障工程项目建设的顺利进行以及工程建设结束后退化生态系统的迅速恢复和重建，造就一个稳定、良好的生境。
2 植被恢复技术
林草植被的水土保持功效能否良好发挥，关键在于植被生长的旺盛状况、植被覆盖度的大小以及植被生态群落的稳定性。而在水土流失严重地区，植被破坏比较严重，土壤和水份条件较差，需要通过人工种植或人工抚育，植被才能够恢复，特别是在开发建设项目区由于工程建设几乎完全破坏了原有地貌条件和植被，很验证恢复原来的植被群落，因而开发建设项目植被恢复基本上是人为建造新的植物群落。
2.1 立地条件的分析评价与改良
立地条件是指待恢复和重建植物场所所有与植被生长发育有关的环境因子的综合，包括气候条件、地形条件和封条件，立地条件的分析、评价和改良对于克服植物生长限制性因子，有效快速地恢复植被具有重要作用，是开发建设项目植被恢复过程中的重要环节。
(1)立地条件分析评价
开发建设项目水土保持植被恢复要比原地貌的水土保持植物工程要求更高、技术性更强，这就要求对立地条件的分析要比原地貌更具体和更具针对性。
①气候因子：一般情况下，开发建设项目所在地区气候不会受工程建设的影响而发生变化，除了一些大型的跨气候带来跨流域的建设项目外，一般项目区内气候条件的空间变异性也比较小，植被种类的选择可根据项目区内目前的气候条件决定，但是随着工程规模的扩大，其对局部微气候条件的影响也愈加明显，在进行植被类型的选择时应充分考虑局部气候条件的变化以及水文状况的变化对植被生长的影响。
②地形因子：开发建设项目不可避免地要对面进行破坏，地形的变动影响到光照条件、风速、风向、水分状况、温度以及物质的迁移和转化等，进而对植被的重新分布产生较大的影响。因此，无论是工程建设过程中还是工程建成后的所有对地形有影响的建设活动都应充分考虑新造地貌如何在保证工程质量的前提下为植被恢复提供更好的条件。
③地表组成物质：土壤不仅为植物生长提供机械支撑，而且为其上生长的植物提供养分和水分，因而地表组成物质的性质在很大程度上决定了立地条件的好坏。
(2)立地条件存在的问题和改良方法
①弃渣场：弃渣场是指将地表岩石、土层剥离后作为废弃物堆置在某一场所形成的土石堆积体。应该说这些工程建设对弃渣采取了集中堆放是一种进步，有的在堆放完毕后还采取了植被恢复措施。但由于对渣体特征与植物生长需求没有给予充分的考虑，使得植被覆盖非常缓慢。因此，土壤培肥、熟化和种植首先应解决排土场土壤容重过大的问题。
②火力发电粉煤灰堆场：粉煤灰作为煤在高温燃烧发电后剩余的一种残灰，大小不等、形状不规则，物理性砂粒约占数量的87％，粉煤灰的pH值为7.5～10.5，有的高达12；粉煤灰中缺少氮、磷，没有有机质。为满足植被生长需求，一般的处理
措施是：一是在灰面上盖20～30cm厚的土壤或泥炭土，如果不能覆土和增加有机质，那么需用大量的水进行淋洗，使可溶性盐和硼洗脱后才能种植；二是有的粉煤灰经过凝硬性的胶结作用，使植物的根不易穿透，要将这些硬块打碎后才好种植；三是要重视氮、磷、钾肥的施用，最好多施用有机肥，因粉煤灰常呈碱性，施化肥以施生理酸性肥料为宜，如硫酸铵、氯化铵等。
③含金属废弃物的堆置场：包括来自铜矿、铅矿、锡矿、锌矿等金属矿渣或尾矿的废弃物。由于金属有毒性和缺乏营养，这些堆置物不但不易生长植物，而且会造成多年的缓慢释放污染物。目前最佳的技术是增加土壤有机质含量并在底土中施入石灰石粉：一般选用饼肥、绿肥、塘泥、泥炭土、农家肥、蚕沙等。
④建筑场地：这类立地条件土壤层次紊乱，侵入体多，地下管道设施多，土壤物理性状差、易受污染。其改良方法主要是：一是换土，好改地适树；二是建立围栏，免遭人踩；三是规范化挖坑；四是植物残落体归还土壤、熟化土层。
⑤开挖边坡：边坡可分为土质边坡和石质边坡。石质边坡相对来讲比较稳定，而土质边坡则有很大的不稳定性。石质边坡表土存在水边侵蚀的隐患，还有可能会发生滑塌。
2.2 植物种的筛选与引种
开发建设项目由于对原有植被破坏严重，对地面扰动较大，因而其立地条件往往比较差，由于条件的改变，即使当地原生植被生长也会受到限制，因而开发建设项目区植被恢复与重建的植物选择必须遵循“适地适种”的原则，“适地适种”可以由以下两条途径实现：
(1)改地适种，即有目的地人为改善立地条件，使期适合植物生长，各类开发建设项目中大部分土地理化性质较差，基本上都需要进行立地条件的改良。
(2)选树(草)适地或改树(草)适地，即根据待恢复植被场地的立地条件选择或引进对各种限制因子有抗性的先锋植物种首先定居，随着先锋植物的生长和系列，生境逐渐得以改善，同时其他植物种也会逐渐入分洪，如植物种选择合理，种植和养护技术较好，最终会形成稳定群落。植物种的选择应遵循以下原则：
①适应当地的气候条件，尤其要适应当地的灾害性天气(高温、低温等)；
②适应当地的土壤条件(水分、pH值、土壤性质以及贫瘠、盐碱、毒害等)，成活率高；
③具有较强的抗逆性(包括抗旱性、抗热性、抗寒性、抗贫瘠性、抗病虫害性等)；
④尽量选择有固氮能力植物，以缓解土壤养分的不足；
⑤根系发达，根蘖性强，能网络固持土壤，地上部分生长迅速，枝叶繁茂，能在短期内覆盖地面：
⑥种子或种苗容易获得，或容易繁殖，且适应粗放管理。
天然生长的乡土植物通过不同种间的竞争已适应了当地的生存环境，它们比外来的植物种对当地气候的适应能力更强。因此，植物种的选择应首选乡土植物，但同时应该注意到经工程建设影响后的种植条件与原生境条件的不同。具体选择时还应进行不同植物种的选择和配合方案的对比分析研究。
2.3 植被的布局与配置模式
开发建设项目水土保持植物措施的布局与配置模式要根据各类再塑地貌或废弃场地的特点及土地利用方向而定，在保证其稳定性及保持水土的前提下可考虑其他用途。
(1)以林业利用为主的煤矸石山的植物配置模式
煤矸石是煤炭开采和加工过程中排放的固体废弃物，是煤矿生产的必然产物，包括巷道掘进过程中的掘进矸石、采煤过程中从顶板、底板及夹层里采出的矸石以及洗煤过程中的洗矸石，是矿区主要的污染源之一。
植被恢复的方案主要有“自然恢复”和“人工恢复”两种方法。矸石山的自然恢复是指在没有人为干扰，完全靠自然界的作用使矸石山恢复植被的过程。这个过程是极其缓慢的，往往需要50～100年甚至数百年，很明显这样速度是不符合我们的要求。人工恢复是指在人为干扰的形式下，通过人工整地、覆土、栽种适宜植被等强干扰作用下恢复矸石山植被的过程。这一过程需要很大的人力、物力和投资等，其工程量特别大。
(2)以农林复合生态系统为主的露天植物布局与配置模式
露天矿排土场边坡和平台相间分布，平台一般坡度小(<3°～5°)，宽阔平坦，若有条件覆土，要考虑用于农业，种植作物、蔬菜、果树等：边坡多陡峭(30°～40°)，遇降雨极易产生强烈的水土流失，只能用于林业。
如果土源缺乏，无覆土条件，则可全部作为林牧业用地，其中边坡部位应根据斜坡水土流失规律，植被沿等高线布置，一般在坡体中上部以灌木与豆科、禾木科牧草混播的灌草结构，中下部以乔木、灌木为主的乔灌草混交林结构。
(3)以防护为目的的道路边坡及周围地带植物布局与配置模式
道路边坡包括路堑和路基，分别属于挖损地形和堆垫地形，坡度较陡，极易产生的细沟状面蚀、浅沟侵蚀以及崩塌和滑坡等策略侵蚀，配置植物应以防止坡面水土流失，增加坡面的稳定性为主要目的，兼具美化路容、协调环境，形成特定景观的作用。可植树、种草或铺草皮，配置上应根据立地条件合理选择乔灌草种类及混交形式。
①全部种草：这类护坡模式适合于边坡比不大于1：1的坡面上。若土壤结构坚实，最好多种混播，如不宜播种，可铺5～10cm土层进行种植。
②铺草皮：对于边坡较陡，坡面径流流速快(0.6～1.8m／s)。冲刷严重的坡面，可采用铺草皮的方法进行坡面绿化，根据具体条件其铺设方式有平铺(草皮平行于坡)、水平叠置、垂直坡面或与坡面成一半坡角的倾斜叠置草皮，还可采用片石铺砌成方格、拱式边框或混凝土框架，在方格或框内铺草皮。
③植树：当道路边坡为堤岸、河岸或滩岸时，可根据条件配置边坡护岸、护滩林；在路堑滑体上可先筑天沟排水，然后在滑体上营造乔灌树种，局部或全部造林均可。
植被虽然具有很好的保护水土，固持河岸的功能，但其能力是有限的，当水流的冲淘作用很大时，护岸措施应转向水土保持工程措施为主，修筑永久性的水利工程，如防堤、护岸、丁坝等水土保持工程措施，但同时要配以护堤林。
④植物工程：当道路边坡需要稳坡固表时，植物配置宜乔灌草结合，并采取相应的工程措施，主要的方式有草灌结合。
2.4 水土保持林草植被的营造与管理
水土保持林草植被的营造与管理主要工作包括种植前的整地措施、种(栽)植技术和种植过程中及种植后的维护和管理措施。
(1)整地措施
由于开发建设项目形成的待恢复地立条件差，在植被恢复前应进行必要的整地，以改善植被生长环境条件，利用于植被的恢复重建，整地的方式可分为全面整地和局部整地，但在开发建设项目中以局部整地为主，很少用到全面整地，除非有大面积的平缓地形需求恢复植被。开发建设项目一般对表层土壤的破坏很在在，有些矿渣、石块等粗质物质与土壤混为一体，有些甚至没有土壤，此时整地措施可以说是造地。
造地包括地形再造塑和土体再塑。地形的塑造往往在考虑恢复工程稳定性的基础上，根据建设区景观要求和其他特殊要求进行设计，而土体的再塑则要重点考虑土壤的形成及其肥
力状况，从植被恢复和重建的角度来讲，再塑土体应遵循上土下岩、粗下细上，酸碱在下、中性在上，不易风化的在下、易风化的在上，不肥沃的在下，肥沃的在上的原则。
常见的造林整地措施有反坡梯田整地、水平阶整地、水平沟整地、穴状整地、块状整地、鱼鳞坑整地等，这些拮施在开发建设项目植被恢复过程中也比较适用，可根据具体条件合理选择应用。
(2)种(栽)植技术
开发建设项目植被恢复的类型可根据立地条件和利用方向分为农作物种植、果树或经济林草植被建设，但在生产实践中应用较多的清寒是水土保持林草植被的建设。开发建设项目水土保持林草植被的人工营造方法有直播、移植和营养繁殖三种。
①直播；直播是用种子直接播种培育苗木和灌草的一种比较简便、省工的方法，适合于一些发芽迅速或发芽时需水较少的种子，多用于草灌种植，乔木少用。播种方法除了常规的条播、点播和撒播外，在开发建设项目中由于存在很多无覆土的砾质土、石质土，有时甚至为裸岩，有些边坡陡峭，立地条件非常恶劣，植物生长难，此时需采取特殊的播种方法。
②移植：是将已经培育好的苗木栽植到造林种草地上继续培育的方法，所采用的苗木可以是大田育苗、容器育苗、塑料大棚育苗和组织培养育苗等，在一些特殊地段(如公路边坡、河堤等)也可以用已育好的草皮进行覆盖，苗木移植通常在春季或秋季进行，草皮或移栽草本植物可不受季节限制。开发建设项目形成的废弃地立地条件恶劣，播种对树木来说速度慢、效果差，幼苗抗逆能力差，极易因旱、酸、碱和盐等限制因子的影响而死亡，不易成林，故乔木和大部分灌木的种植以移植为主。
③营养繁殖：是将植株的某一部分培育成苗木的方法，营养繁殖法根据所用的育苗材料和具体方法分为插条、埋条、插根、根蘖、嫁接及压条等，在开发建设项目植被恢复与重建过程中可以采用容易生根发芽的树木枝条、树干和易产生根蘖的苗木进行，这类种植技术具有投资小、苗木成活后适应性强等特点。
3 林草措施与工程措施结合
水土保持综合治理，其形式有工程措施与林草措施结合、工程措施与农业技术相结合、林草措施与农业技术措施结合。水土流失的复杂性和广泛性决定了水土保持三大措施没有任何一项措施能够单独完成治理水土流失的艰巨任务，各项水土保持措施必须合理分工、互相促进，形成一个完整的体系，发挥其群体防护效果，才能全面有效地控制不同地形部位和不同形式的水土流失。同时，必须合理地选择治理措施，充分发挥各类措施的优势，达到种类措施优势互补、短期和长期兼顾，这样才能达到有效防治水土流失的目的。
工程措施具有改变地形，拦蓄径流，固定坡面和沟壁等容易发生崩塌和滑坡侵蚀的地形部位，为植被生长提供良好的水土条件。林草措施对防止坡面径流冲刷侵蚀，调节坡面径流特征，增加降水入渗具有很好的作用，配置合理的林草措施可以大大减少工程措施的负担。
3.1 开发建设项目中单一工程措施的不足
长期以来，由于指导思想的念头和专业技术人员生态意识的淡薄，开发建设项目的水土保持措施大多采取单一的工程措施，从而形成“稳固的”、与周边自然环境格格不入的硬性防护构筑物。这类构筑物虽然在短期内能够发挥防止水土流失的作用，但是从可持续发展的角度、生态学的角度以及景观效果来看，这类把土壤密封、不顾生物生存和生态功能的水保设施，在很多方面都存在局限性。
(1)对生态环境的影响
开发建设项目中的开挖斜坡在形态和结构上都有别于天然山坡。开挖斜坡是为满足工程的力学稳定和排水的要求，坡面笔直单一，土壤缺乏层次。经过混凝土或砌石护坡处理的坡而既不透水，也不生长植物，就像绝缘体一样将斜坡的土层隔绝于外面世界，中断了物质和能量流动。即使有个别的人工斜坡铺设表层固土植被，但也只限于以草或灌丛的植物为主，生态结构极其简单。而天然山坡，坡面崎岖起伏有变化，物质和能量能在斜坡系统内自由流动转化。毫无疑问，将天然山坡改造成为人工斜坡，从生态学的角度来说是一种生态的退化。
(2)对水文水分条件的影响
开挖坡面的工程护坡措施是刻意使用不透水的地面硬化材料来防止水土流失的，虽然能有效防止雨滴击溅侵蚀和地表径流侵蚀，但这样亦改变了斜坡内外的水量收支平衡。首先，因为雨水下渗量减少，可能会影响局部地下水量的补充。其次，在人工坡面上产生的大量地面径流，若处理不善，会造成坡面及坡脚处严重的水土流失。此外，因为人工斜坡坡面笔直，坡面入渗很少，径流集中迅速，因而面积较大或分布密集的人工坡面会增加河流洪峰流量，减小了河道的行洪能力，加大洪水爆发的概率，给洪水防治增加负担。
(3)对景观效果的影响
混凝土、浆砌石、干砌石以及其他硬性护坡措施在目前大部分开发建设项目中仍然占有很大比例，但是这些形式单调，颜色暗淡，缺乏层次感和生气的硬性工程措施，其景观效果很差，与周围天然景观极不协调，尤其公路两边的边坡防护工程往往带来美中不足和不悦的感觉，因此开挖坡面治理中如何将有效防护和创造美好景观结合起来成为这一领域值得研究的课题。
3.2 工程措施与林草措施的结合
(1)坡面治理中的工程措施与林草措施的结合
一般情况下，坡面水土流失治理主要以林草措施为主，但是开发建设项目形成的弃土弃渣堆坡面、采挖坡面等基本上都是裸露坡面，坡面稳定性及土壤的水、肥、气、热等条件较差。因此，为了林草植被的快速恢复与良好生长，防止植被郁闭之前滑坡及坡面径流冲刷的产生，则需要辅以相应的工程措施，如防止滑坡的削头减载、抗滑桩、抗滑挡墙、压浆锚柱、格栅梁和排水固结等、防止弃土、弃石、弃渣等堆置物滑塌的挡渣墙以及鱼鳞坑、水平阶、水平沟及种植穴等坡面整地工程。一方面维持坡面的稳定，拦蓄径流，减少冲刷；另一方面增加土壤水分，改善植被局部生长条件。
(2)沟头及开挖剖面边缘治理中的工程措施与林草措施的结合
沟道边缘尤其是沟头部位经常受下泄水流的冲刷及沟道内水流对沟壁下的冲淘而产生崩塌，不仅危及上部农田、道路及村庄，而且为沟道水土流失提供大量的物质来源。各类建设项目的开挖剖面上部也是崩塌和滑坡经常发生的地段。这类地形部位的水土流失防治，必须是完全拦截坡面径流，一般是在离边缘3～5m处开挖山坡截流沟或设挡水墙。若地形条件容许可就地拦蓄起来，就地利用，否则与排水沟或泄水式沟头防护工程相连接，将水流安全排走，同时在沟道边缘与截流沟之间破碎地带种植灌木或草类植物，截流沟内侧保留原有植被或种植乔灌混交林带，由林草植被与截流沟或排水沟相互结合，起到保护沟道或草类植物。
(3)沟道治理中工程措施与林草措施的结合
沟道内径流比较集中，径流冲刷力强，再加上项目建设形成大量的松散物质，极易产生冲刷，对河道的淤泥也非常严重，特别是在石质及土石质及土石山区的沟道，常常有泥石流发生，因而当开发建设项目紧靠沟道或与沟道交叉等对原有沟道洪水特征有影响的，必须根据洪水特征、地形特点、水土流失强度等修建沟道治理工程，防止沟道底部下切和侧向淘蚀，减缓沟道纵坡，减小山洪流速，拦截泥沙，稳定边坡及山坡，同时在沟坡上种植乔灌草进一步固定沟波，或在沟底种植耐水淹的灌木起到拦泥落淤的目的。
结语
植被是生态系统的初级生产者，是生态系统结构与功能协调和谐的基础，也是开发建设项目发挥良好的经济效益、生态效益和社会效益的生条件，也是防治土壤侵蚀和控制水土流失的一项有效而长远根本措施，必须引起重视。
参考文献
[1]黎华寿、蔡庆，水土保持工程植物运用图解，化学工业出版社，2009.4
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