隴東黃土高原取棄土場綜合治理技術模式探索

田晉華

(甘肅省水土保持科學研究所，甘肅 蘭州 730030)

1 引言

隴東黃土高原地區梁峁起伏，溝壑縱橫，降雨量豐富，以中強度水力侵蝕為主，局部存在重力侵蝕和輕度侵蝕，該區域多年來生產建設形成了大量取棄土場，水土資源現狀被破壞后不利于控制取棄土場水土流失和生態修復。植被護坡的歷史源遠流長[1]，最早有記載的植被護坡應用出現在1591年的中國[1，2]。單獨使用植物或者植物與土木工程和非生命的植物材料相結合的邊坡生態防護工程，是擾動邊坡生態恢復和水土保持的常用措施[3]。邊坡生態防護工程在實施時，通常利用土木工程手段在擾動坡面附著一層基材，以利于植物生長和發育﹐而基材的肥力持續性往往是邊坡生態防護工程后期植被生長和演替的重要影響因素[3，4]。取棄土場治理后形成大量邊坡和大面積的有效集流場，非常便于地表徑流的收集，通過構建取棄土場治理與水土資源高效利用技術模式加速取棄土場生態修復和可持續利用，可有效緩解區域性人與生態環境的矛盾。取棄土場水土資源高效利用技術模式路線詳見圖1。

2 取土場綜合治理利用技術模式

2.1 取土場邊坡截滲一體生態防護技術模式

利用活性植物結合土工合成材料，在邊坡表面覆蓋一層土工合成材料，按一定的組合與間距種植多種植物，對邊坡進行加固和穩固。每級馬道截滲水溝內壁鋪筑濾水型土工織物，控制水流入滲速率，補充坡面水分滿足植物需要，坡面植被可有效提高邊坡的穩定性和抗沖刷能力[5～7]，提升生態修復力度。技術模式詳見圖2。

圖1 取棄土場水土資源高效利用技術模式

圖2 取土場邊坡截滲一體生態防護技術模式

2.2 取土場平臺集雨+坡面用水一體穩定生態邊坡技術模式

該技術模式通過對取土場坡頂(坡上)、坡面(坡中)及坡腳(坡底)，根據其不同高程位置的特點及需求，建設不同的集流面及儲水設施，對有效徑流資源進行收集存儲，通過布設在坡面的微潤管，均勻補給坡面植被所需水分，坡腳采用漿砌石護腳進一步加固坡面[5，6]。其技術模式詳見圖3。

圖3 平臺集雨+坡面用水一體穩定生態邊坡技術模式

3 棄土場(松散堆積體)低成本自然修復技術模式

通過人工干預，使一個系統的結構與功能恢復到受破壞、干擾之前那種相似或相同的狀態，最終能夠生成一個可以自我調節、自我恢復，具有一定生產力的生態系統[8，9]。棄土場剛性擋護措施存在諸多制約性因素，采用柔性擋護措施可克服剛性擋護措施缺陷及成本高昂的因素，加速棄土場后期自然修復，有效降低棄土場水土流失量[10]。柔性擋土墻可加速棄土場后期自然修復，快速降低水土流失，同時造價低廉、便于黃土高原區施工及后期維護，能起到同等的攔擋作用。在遭受高速水流沖刷破壞后，允許擋土墻整體結構形式不破壞的情形下存在局部損壞，攔擋作用不受影響。局部破損區域修復后攔擋功能不受影響，在一定程度上彌補了現有剛性擋土墻的一些缺陷。技術模式圖詳見圖4。

圖4 棄土場(松散堆積體)低成本自然修復技術模式

4 取棄土場裸露面植物空間立體結構配置技術模式

4.1 技術體系

Carroll C.等[11，12]認為植被對防治水土流失有積極作用，植被覆蓋可以減弱雨滴擊濺侵蝕，避免土壤大孔隙堵塞，保護表土不受侵蝕。取棄土場坡面植被體系空間配置，要求植被類型、區域適應性具有生物學穩定性與整體目標的一致性，強調生態安全效應。植被體系的空間配置主要從水平配置和立體配置兩個方面進行優化，形成取棄土場裸露面頂部植草中部灌草結合低部喬灌草交錯的植物空間立體結構配置技術。

基于取棄土場不同位置與植被配置形式上考慮主體植被類型、坡面分布、植被覆蓋率(30%～50%)、坡位影響的整體目標，考慮植物種的選擇、搭配及經濟性，注意其適生性和生物多樣性，通過空間優化配置，使林農、林牧、林草、林藥合理結合，形成多功能、多系統的防治和開發利用體系。

4.2 技術模式與樹草種選擇

根據邊坡特性和氣候條件而選擇植物種及其栽培方式是邊坡生態恢復成功的關鍵考慮因素[13]。取棄土場生態修復是以恢復裸露區域植被為目的，以耐干旱、耐貧瘠、根系發達的先鋒物種為主，依靠植物的根系與土壤間的附著力以及植物根莖間的相互纏繞來達到加固邊坡，提高坡面抗沖刷能力。合理選擇正確的坡面植被和植被覆蓋度的高低對邊坡穩定性作用顯著，坡面植被覆蓋度越高，越有利于表層風化層土壤的固定，抑制坡面的水土流失作用更明顯，邊坡安全性更好。植被覆蓋率低，植被類型以根系發育較淺的草本或灌木為主時，松軟的土壤表層遭受降雨沖刷時侵蝕更加嚴重，存在邊坡滑塌的風險顯著增加，安全性較差。

基于不同植被群落演替規律，采用人工坡面建植工程，構建一個穩定健康、自然演替的人工坡面植被群落，形成邊坡喬灌草混合目標植被群落。應考慮植物間的合理生態搭配，同時具有一定的自播能力，邊坡生態修復還應選擇固氮作用顯著的鄉土植物。隴東黃土高原區取棄土場植物措施配置技術要點詳見表1。

4.2.1 坡頂及頂部平臺

在頂部平臺外側種植灌木一排，內側種植喬木一排。灌木選用紫穗槐、檸條、側柏、沙棘等，種植間距1 m；喬木選用刺槐、臭椿、紫穗槐、側柏等，種植間距1.5～2 m；林下撒播草籽，提高植被覆蓋率，主要選用黑麥草等。

4.2.2 坡面

(1)坡比小于1∶1.25的土質邊坡。采用不掛網直播植草+種植灌木的模式綠化，直播的草種為紫花苜蓿、紅豆草，并混播少量黑麥草，種植的灌木選用檸條、沙棘等。灌木栽植株行距為1.5 m×1.5 m。

(2)坡比為大于1∶1.25的土質高陡邊坡。采用掛網(單層網或者雙層網)直播植生的模式恢復植被，草種選擇紫花苜蓿、紅豆草、黑麥草等。

表1 取棄土場植物措施配置技術要點

4.2.3 馬道

馬道植被建設方法為喬灌混交的方式，喬木以小喬木為主，選擇側柏、紫穗槐等，灌木選擇沙棘、檸條等。

4.2.4 坡腳

坡腳以喬草結合為主。喬木選擇刺槐、臭椿、紫穗槐、側柏等，草種選擇紫花苜蓿、紅豆草、紅豆草黑麥草等(圖5)。

圖5 取棄土場裸露面植物空間立體結構配置技術模式

5 結語

(1)取土場邊坡截滲一體生態防護技術模式與平臺集雨+坡面用水一體穩定生態邊坡技術模式，可加速坡面生態快速修復，提高陡坡面的植被成活率與生態修復效果。

(2)針對棄土場(松散堆積體)邊坡提出低成本自然修復技術模式，該技術針對棄土場結構松散、不穩定及土體養分缺乏的特殊堆積形態，提出構建安全、穩定、植被易于生長的低成本自然修復技術體系。

(3)取棄土場裸露面植物空間立體結構配置技術模式針對特殊的小地形立體結構與植被生長立地條件，提出合理的植被選擇與有效的空間立體結構配置技術。