CN109056757B - 一种河湖沉积相边坡生态稳固治理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种河湖沉积相边坡生态稳固治理方法，包括以下步骤：目标治理边坡土层识别划分及乡土物种筛选；乡土物种栽培及速生植被的形成；田间管理；边坡植物群落物种多样性及水土保持功能的恢复；种群更新及植被的稳定性和可持续性。本稳固治理方法不需要水泥、砖块等工程措施投入，治理成本大大降低，历时1.5‑2年可建成以乡土物种为主的群落，目标治理边坡植被覆盖度达60％‑90％，边坡土壤侵蚀量降低为原来的20％‑50％；建成的群落适应区域环境，是具有物种多样性好、群落稳定性和可持续性高、土壤侵蚀调控能力强的功能性群落。

Description

一种河湖沉积相边坡生态稳固治理方法

技术领域

本发明属于区域水土保持及环境治理技术领域，具体地说，涉及一种河湖沉积相边坡生态稳固治理方法。

背景技术

浦庆余等指出：云贵高原北缘金沙江流域的干热河谷区地质构造属康滇背斜中段、新生代断陷堆积的元谋盆地，元谋组地层在元谋盆地内广泛分布，地层厚695.4m，分为4段28层，形成河流相、湖泊相或河湖交替相的沉积物，具有砂砾层、粉砂层、亚粘土层及砂砾层互层，岩性松散，易被侵蚀的特征(浦庆余，钱方.对元谋人化石地层－元谋组的研究[J].地质学报，1977(1):89-100.)。张素等在干热河谷土壤崩解性试验过程中人工开挖的边坡剖面，高23.4m，土壤分层明显，包含剖面发育的燥红土、变性土和新积土层。(张素，郑学用，熊东红，张宝军，杨丹，郭敏，校亮.干湿交替对干热河谷冲沟发育区不同土壤崩解性的影响,水土保持学报,2016，30(2)：111-121.)。张素等在元谋干热河谷人工开挖的公路边坡边坡剖面样本，该剖面高23.4m，分层明显，具备干热河谷冲沟土层发育特征，采样前将冲沟剖面土层从上至下依次划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ层。其中，Ⅰ层为燥红土，裂缝表面积百分比为2.1％，厚5.6m；Ⅱ层为燥红土与新积土接壤过渡区域，为变质燥红土，裂缝表面积百分比为1.5％，厚4m；Ⅲ层为新积土，无裂隙，厚2.8m。Ⅳ层与Ⅴ层均为变性土，土质粘重，裂缝表面积百分比分别为6.1％和5.2％，厚约4.6m，其中Ⅳ层颜色呈浊红棕，Ⅴ层呈亮黄棕。Ⅵ层与Ⅲ层土壤基本特征相近，但由于其所处层位不同，故将Ⅲ层土体划为新积土Ⅰ，Ⅵ层为新积土Ⅱ。(张素，熊东红，张宝军，杨丹，校亮，方海东.干湿交替下干热河谷冲沟不同土层的抗侵蚀性研究,农业机械学报，2016，47(12)：152-150，212)。

实用新型专利一种用于边坡治理的稳土系统(申请号：CN201720120526.2，申请日：2017-02-09)提供了一种用于边坡治理的稳土系统,其主要技术措施包括多个所述护坡砖依次铺设在边坡上,形成一个边坡稳土系统,所述护坡砖包括砖体,所述砖体内部设置有抗压机构,且抗压机构为砖体内部的一个框架,所述砖体一侧与其相邻一侧的两端均设置有卡接块,且砖体的另外两侧的两端均设置有与卡接块相配合的凹槽,所述砖体的上表面均匀的设置有多个凸起,砖体上表面还设置有防滑纹,且防滑纹的高度小于凸起的高度,所述砖体下表面设置有多个用于紧固砖体的固定座。本实用新型能够有效的对边坡上的土壤进行稳固,从而防止泥土的流失,抗压能力得到有效的提高,从而提高了稳土系统的使用寿命。但是，该装置主要依赖混凝土构建抗压砖体结构。

发明专利一种边坡生态防护结构(申请号：CN201710202073.2，申请日：2017-03-30)公开了一种边坡生态防护结构,包括铺设在边坡斜坡面上的防护架,所述防护架铺设呈网格状,所述防护架内置有装有营养土的植生袋,所述防护架上方设有植被层,所述植被层由若干块植生砼板块拼接而成,所述植生砼板块上设有若干种植穴,所述种植穴内植被的根系扎根在植生袋上,所述植生砼板块由轻质颗粒骨料制成,具有轻质和内部贯通孔隙的作用,起着提供植被根系生长空间,以及透气透水的作用,且所述植生砼板块的内部嵌有连接件,所述连接件的两端设有与所述防护架连接的挂钩,所述植生砼板块方便省力安装在边坡上,提高边坡的结构稳定度与安全性,防止雨水的直接冲刷。整个结构既对边坡土壤进行了防护,又起到了绿化生态的作用。

然而，实用新型专利一种用于边坡治理的稳土系统(申请号：CN201720120526.2，申请日：2017-02-09)是依赖混凝土构建抗压砖体结构的框架结构。发明专利一种边坡生态防护结构(申请号：CN201710202073.2，申请日：2017-03-30)是依赖蜂窝状网格形成框架结构；两者均是将培育的植物带土装填；其主要优势是相对稳固，治理速度快，植物覆盖效果直观；缺点是不考虑目标治理区土壤背景情况，主要依靠外来物种及土体对原生环境进行改造，物种单一，更新困难，建成的植被易退化，可持续性低，后期运行管护成本高，造成生物入侵隐患等问题。

发明内容

有鉴于此，本发明针对上述的问题，提供了一种河湖沉积相边坡生态稳固治理方法。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种河湖沉积相边坡生态稳固治理方法，包括以下步骤：

步骤1、目标治理边坡土层识别划分及乡土物种筛选；

步骤2、乡土物种栽培及速生植被的形成；

步骤3、田间管理；

步骤4、边坡植物群落物种多样性及水土保持功能的恢复；

步骤5、种群更新及植被的稳定性和可持续性。

可选地，所述的步骤1的目标治理边坡土层识别划分及乡土物种筛选中，边坡土层分为以下6个不同的土层：变性土层、燥红土层、新积土层或砂砾土层、变性土和燥红土交界区、变性土和新积土交界区、燥红土和新积土交界区，每个土层种植不同的植物物种，分别为：在变性土层为孔颖草Bothriochloa pertusa；燥红土层种植黄茅Heteropogoncontortus；在新积土层或砂砾土层种植刺芒野谷草Arundinella setosa或四脉金茅Eulalia quadrinervis；在变性土和燥红土交界区种植橘草Cymbopogon goeringii或拟金茅Eulaliopsis binata；在变性土和新积土交界区种植蔓草虫豆Cajanus scarabaeoides；在燥红土和新积土交界区种植双花草Dichanthium annulatum或扁穗白莎草Dichostylispygmaea。

可选地，所述步骤2中的乡土物种栽培及速生植被的形成具体按照以下步骤操作：选择干热区旱雨交替期，行距30-40cm，宽度15-20cm，深度10cm挖等高水平沟，以株距20cm，深度5-10cm等高水平沟移植步骤1中相应的植物幼苗，幼苗移植后500ml/株浇定根水，非降雨日阴坡3-5日、阳坡5-7日内每日按100ml/株补灌；或，深度3-5cm等高水平沟播撒步骤1中相应的植物种子，散播后回覆1-2cm浮土覆盖种子，散播种子不需灌溉。

可选地，所述步骤3中的田间管理具体为：种苗移栽成活后10日及15日，种子萌发后15日及20日，按照尿素1g/株，磷酸二氢钾0.1g/株，水200ml/株；或按地形表面每平方米尿素25g，磷酸二氢钾2.5g，水5000ml增施化肥，加速植物生长及地表覆盖。

可选地，所述步骤4中的边坡植物群落物种多样性及水土保持功能的恢复具体为：经过雨季生长，边坡植被覆盖达60％-80％，于雨季末期至旱季初期在边坡治理区域散播丁癸草、蔓草虫豆乡土牧草物种种子，依靠已有植被的庇护和后期较少的冬春降雨促进多个乡土物种共生聚集，形成具有物种多样性结构和相应水土保持作用的功能型植被。

可选地，所述步骤5中的种群更新及植被的稳定性和可持续性具体为：历时1至1.5年建成适应于区域气候及局域条件的功能性群落，群落中物种以多年生草本为主，形成种子及构件进行繁殖，实现种群更新；于第2个雨季来临时，散播大叶千斤拔、马鞍叶羊蹄甲、假杜鹃和小石积这些灌木种子，促进群落物种多样性恢复及稳定性增强。

与现有技术相比，本发明可以获得包括以下技术效果：

1)本发明的目的是对自然降雨侵蚀或人工改造地形过程中形成的陡立边坡，特别是以干热河谷区域为代表的，地质条件脆弱复杂、土层分层明显、不同土层土质差异大、土壤养分相对缺乏地区自然或人为因素造成的陡立边坡，利用筛选的强抗逆性乡土植物与河湖沉积相边坡不同土层间强适应性或依赖性关系，迅速恢复植被覆盖有效减少土壤侵蚀的同时形成具有自我更新能力的长效覆盖性植被，实现河湖沉积相边坡的稳固及生态治理，较少工程措施的负面效应，大量节约成本的基础上提高边坡治理的可持续性。

2)本发明所采用的技术方案是：以干热河谷河湖沉积相边坡治理目标区域的地质、不同土层土质及养分特征为基础选择乡土物种制定治理方案，乡土物种栽培及速生植被的形成，物种多样性的形成及功能型群落构建为关键技术环节，依据相关区域环境治理或开发目标，逐步恢复原生植被的同时，依靠乡土物种的水土保持作用及人工辅助管理的效益，对干热区河湖沉积相边坡进行生态稳固治理。

3)本发明在实施过程中多种强适应性的乡土植物聚集形成恢复性植被，能可持续实现自我更新，进而有效促进治理区边坡植物群落物种多样性及水土保持功能的恢复，形成高效节省的边坡生态稳固治理技术。

4)本稳固治理方法不需要水泥、砖块等工程措施投入，治理成本大大降低，历时1.5-2年可建成以乡土物种为主的群落，目标治理边坡植被覆盖度达60％-90％，边坡土壤侵蚀量降低为原来的20％-50％；建成的群落适应区域环境，是具有物种多样性好、群落稳定性和可持续性高、土壤侵蚀调控能力强的功能性群落。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。

具体实施方式

以下将配合实施例来详细说明本发明的实施方式，藉此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。

本发明公开了一种河湖沉积相边坡生态稳固治理方法，主要应用于自然降雨侵蚀或人工改造地形过程中形成的陡立边坡，特别是以干热河谷区域为代表的，地质条件脆弱复杂、土层分层明显、不同土层土质差异大、土壤养分相对缺乏地区自然或人为因素造成的陡立边坡的生态稳固治理，或是以燥红土、变性土及新成土(新积土)为目标治理区主要土层的地段。包括以下步骤：

步骤1、目标治理边坡土层识别划分及乡土物种筛选：

了解目标治理区基本情况，明确待治理边坡土层土壤类型及其断面面积，按下表1核对土壤类型信息及选择主要植物物种：

表1土壤类型信息及选择主要植物物种

步骤2、乡土物种栽培及速生植被的形成：选择干热区旱雨交替期，行距30-40cm，宽度15-20cm，深度10cm挖等高水平沟，以株距20cm，深度5-10cm等高水平沟移植步骤1中相应的植物幼苗，幼苗移植后500ml/株浇定根水，非降雨日阴坡3-5日、阳坡5-7日内每日按100ml/株补灌；或，深度3-5cm等高水平沟播撒步骤1中相应的植物种子，散播后回覆1-2cm浮土覆盖种子，散播种子不需灌溉。

步骤3、田间管理：种苗移栽成活后10日及15日，种子萌发后15日及20日，按照尿素1g/株，磷酸二氢钾0.1g/株，水200ml/株；或按地形表面每平方米尿素25g，磷酸二氢钾2.5g，水5000ml增施化肥，加速植物生长及地表覆盖。

步骤4、边坡植物群落物种多样性及水土保持功能的恢复：经过雨季(90-120天)生长，边坡植被覆盖达60％-80％，于雨季末期至旱季初期在边坡治理区域散播丁癸草、蔓草虫豆等其他乡土牧草物种种子，依靠已有植被的庇护和后期较少的冬春降雨促进多个乡土物种共生聚集，形成具有物种多样性结构和相应水土保持作用的功能型植被。

步骤5、种群更新及植被的稳定性和可持续性：经过步骤4，历时1至1.5年基本建成适应于区域气候及局域条件的功能性群落，群落中物种以多年生草本为主，可形成种子及构件进行繁殖，实现种群更新。于第2个雨季来临时，散播大叶千斤拔、马鞍叶羊蹄甲、假杜鹃和小石积等灌木种子，进一步提升群落稳定性和可持续性，后期不需持续维护和管理，运行成本低。

通过以上步骤，历时2年建成具有物种多样性好、覆盖率高、群落稳定性和可持续性高、土壤侵蚀调控能力强的功能性群落，完成沉积相边坡的生态稳固治理。

实施例1

实例项目区位于云南省元谋县元马镇沙地村，由于修建道路，于2013年3月使用挖掘机作业形成近似矩形的边坡剖面，剖面垂直高度27.6m，剖面斜长31.2m，坡度62.4度，长度76.1m，因道路建成后该边坡无工程措施保护，亦无人工管护，造成坡面侵蚀，年土壤侵蚀量达20.4t/km²。于2016年5月按以下步骤进行稳固治理：

步骤1、目标治理边坡土层识别划分及乡土物种筛选：

实地勘察发现：坡面土层分层明显、不同土层土质差异大，可明显区分为4层，Ⅰ层为燥红土，厚7.2m，待治理面积；Ⅱ层为燥红土及变性土交界区的新积土(变质燥红土)，厚8.9m；Ⅲ层为变性土，土质粘重，厚约6.4m；Ⅳ层为新积沙砾土，厚5.1m。Ⅱ层与Ⅳ层土壤特征相近，但Ⅳ层土壤含沙量显著高于Ⅱ层。

了解目标治理区基本情况后，明确待治理边坡土层土壤类型及其断面面积，按下表2配置主要植物物种：

表2植物物种配置

步骤2、乡土物种栽培及速生植被的形成：

于2015年9月至12月野外收集所需乡土牧草种子，2016年5月11至5月17日(干热区旱雨交替期)，行距30-40cm，宽度15-20cm，深度10cm挖等高水平沟，深度3-5cm等高水平沟播撒步骤1中相应的植物种子，散播后回覆1-2cm浮土覆盖种子，无灌溉措施。

2016年5月21日-5月24日，距离该坡面直线距离约4km气象站记录区域降雨59.8mm，5月25日对小部分损毁的水平播种沟进行修复和补播相应草种，至5月30日可见部分草种发芽。由于治理区域气候干燥缺水，为保证幼苗成活，于6月6日傍晚人工喷灌给水约2L/m²一次。

步骤3、田间管理：

种子萌发后，于6月15日按地形表面每平方米尿素25g，磷酸二氢钾2.5g，水5000ml增施化肥，加速植物生长，促进地表覆盖。

步骤4、边坡植物群落物种多样性及水土保持功能的恢复：

于2016年10月25日(雨季末期至旱季初期)在边坡治理区域散播三芒草、蔓草虫豆等乡土物种种子，使该群落尽可能达到不少于4个物种/m²边坡，促进剖面物种多样性结构和相应水土保持作用的恢复。

经过雨季和雨旱交替季节生长，2016年12月植被调查数据显示：该边坡Ⅰ层燥红土区平均植被盖度86.5％；Ⅱ层燥红土及变性土交界区的新积土(变质燥红土)区平均植被盖度76.0％；Ⅲ层变性土区平均植被盖度53.5％；Ⅳ层新积土沙砾土区平均植被盖度74.0％。整体植被覆盖达60％-80％。

步骤5、种群更新及植被的稳定性和可持续性：

经过步骤4，至2016年12月，目标治理边坡基本形成多物种聚集的群落覆盖地表，群落中物种以多年生草本为主，可见黄茅、三芒草、蔓草虫豆、孔颖草等物种形成种子或构件，实现种群更新；至2017年4月，可见边坡植物出现返青现象。于2017年6月雨季来临时，散播马鞍叶羊蹄甲和小石积等灌木种子，进一步提升群落稳定性和可持续性。2017年度，该剖面年土壤侵蚀量降低为8.4t/km²。

盖度(coverage):指植物地上部分垂直投影面积占样方面积的百分比，又称投影盖度，其取值为0％-100％。研究表明，植被盖度与群落的减水减沙功能具有紧密联系，一般采用样方法获得(1.方精云，王襄平，沈泽昊，唐志尧，贺金生，于丹，江源，王志恒，郑成洋，朱江玲，郭兆.植物群落清查的主要内容、方法和技术规范，生物多样性，2009,17(6):533–548)；2.刘斌,罗全华,常文哲,许小梅.不同林草植被覆盖度的水土保持效益及适宜植被覆盖度,中国水土保持科学，2008，6(6)68-73；3.焦菊英，王万忠.人工草地在黄土高原水土保持中的减水减沙效益与有效盖度，草地学报，2001，9(3)：176-182；4.焦菊英，王万忠，李靖.黄土高原林草水土保持有效盖度分析，植物生态学报，2000，24(5)608-612)。本例中使用样方法对治理区进行植被盖度调查。操作方法为：制作1m×1m样方框，中间用钢丝分隔为10cm×10cm网格，共100网格；群落调查时，在治理区内随机获取投掷样方框获取1m×1m样方，按样方中植被是否占10cm×10cm网格一半以上面积记录为1或0；统计时加和1m×1m样方内网格取值作为该样方盖度，取值为0％-100％。

表3 2017年9月(植被生长旺盛期)治理区植被盖度监测情况表

治理分区	植被平均盖度(％)
		Ⅰ层燥红土区	86.5±5.3
Ⅱ层燥红土及变性土交界区的新积土(变质燥红土)区	76±6.7
		Ⅲ层变性土区	53.5±4.6
Ⅳ层新积土沙砾土区	74±6.9
		破面整体平均值	72.5±12.0

年土壤侵蚀量为年内逐次土壤流失量之和(水利部水土保持监测中心.径流小区和小流域水土保持监测手册，2015年1月，北京：中国水利水电出版社)。本例中采用原位径流小区监测法测定年内逐次土壤流失量，并在治理区周边相同地质背景及坡度边坡设置裸地原位径流小区为对照，对治理技术的固土能力进行评价。其中：

年降雨量＝年度内1月1日-次年1月1日间降雨量之和；

年径流量＝小区年内降雨后逐次径流量之和；

年径流深＝小区年度总径流量深度除于小区面积；

径流系数＝年径流深除于年降雨量；

平均泥沙含量＝逐次径流中泥沙含量的平均值；

年土壤侵蚀量＝监测小区泥沙总量(t)÷小区面积(km²)。

表4 2017年治理区土壤侵蚀监测情况表

通过以上步骤，历时2年建成具有物种多样性好、群落稳定性和可持续性高、土壤侵蚀调控能力强的功能性群落覆盖边坡，由表3和表4可知，边坡整体植被盖度达60％-80％，年度土壤侵蚀量降低为8.4t/km²，边坡植物可以生成种子或分蘖构件(主要是孔颖草等)完成种群更新，该沉积相边坡获得植被修复型生态稳固治理。

上述说明示出并描述了发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离发明的精神和范围，则都应在发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (1)

1.一种河湖沉积相边坡生态稳固治理方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、目标治理边坡土层识别划分及乡土物种筛选：坡面土层分层明显、不同土层土质差异大，区分为4层，Ⅰ层为燥红土，厚7.2m；Ⅱ层为燥红土及变性土交界区的新积土，厚8.9m；Ⅲ层为变性土，土质粘重，厚约6.4m；Ⅳ层为新积沙砾土，厚5.1m；Ⅱ层与Ⅳ层土壤特征相近，但Ⅳ层土壤含沙量显著高于Ⅱ层；每个土层种植不同的植物物种，分别为：在燥红土层种植黄茅Heteropogon contortus；在变性土和燥红土交界区种植橘草Cymbopogongoeringii、拟金茅Eulaliopsis binata；在变性土层种植孔颖草Bothriochloa pertusa；

步骤2、乡土物种栽培及速生植被的形成；具体按照以下步骤操作：选择干热区旱雨交替期，行距30-40cm，宽度15-20cm，深度10cm挖等高水平沟，以株距20cm，深度5-10cm等高水平沟移植步骤1中相应的植物幼苗，幼苗移植后500ml/株浇定根水，非降雨日阴坡3-5日、阳坡5-7日内每日按100ml/株补灌；或，深度3-5cm等高水平沟播撒步骤1中相应的植物种子，散播后回覆1-2cm浮土覆盖种子，散播种子不需灌溉；

步骤3、田间管理；具体为：种苗移栽成活后10日及15日，种子萌发后15日及20日，按地形表面每平方米尿素25g，磷酸二氢钾2.5g，水5000ml增施化肥，加速植物生长及地表覆盖；

步骤4、边坡植物群落物种多样性及水土保持功能的恢复；具体为：经过雨季生长，边坡植被覆盖达60％-80％，于雨季末期至旱季初期在边坡治理区域散播三芒草、蔓草虫豆乡土牧草物种种子，使该群落达到不少于4个物种/m²边坡，促进剖面物种多样性结构和相应水土保持作用的恢复；

步骤5、种群更新及植被的稳定性和可持续性；具体为：历时1至1.5年建成适应于区域气候及局域条件的功能性群落，群落中物种以多年生草本为主，形成种子及构件进行繁殖，实现种群更新；于第2个雨季来临时，散播马鞍叶羊蹄甲和小石积这些灌木种子。