兩河口水電站高陡邊坡植被恢復節(jié)水技術研究

孫 源，吳文佑，吳 軍

（中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川 成都 610072）

0 前 言

水分是植物體的重要組成部分，水是植物生存的物質條件，也是影響植物形態(tài)結構，生長發(fā)育、繁殖及種子傳播等重要的生物因子［1］。當下，在大多高陡邊坡植被恢復中，因人工灌溉極為困難，而又存在水資源缺乏、水源點較遠、后期無人管理或較難管理的境況，直接影響到植物生長發(fā)育及后期區(qū)域景觀生態(tài)效果［2］。以兩河口水電站工程形成的高陡邊坡為研究對象，在分析國內外已有節(jié)水技術優(yōu)缺點的基礎上進行創(chuàng)新，選擇無人或低維護的管灌方式，其成本較低且行之有效，提高了植被成活率。

1 現有節(jié)水技術分析

植被恢復中常用節(jié)水技術主要包括農藝節(jié)水技術及非常規(guī)水源利用等。

1.1 農藝節(jié)水技術

生態(tài)修復可利用的農藝節(jié)水技術主要包括選種及配置結構措施、納雨續(xù)墑松土技術，覆蓋技術，化學制劑調控水分技術，增施有機肥、水肥耦合平衡施肥技術［3］。

1.2 非常規(guī)水源利用

植被恢復中的非常規(guī)水源利用主要指雨水集蓄利用。充分利用雨水資源，降低了常規(guī)水源的消耗，有效補充土壤水分，滿足植被生長需求。雨水資源的利用對干旱、半干旱及干熱河谷地區(qū)生態(tài)修復具有重要意義。雨水集蓄利用技術目前主要有就地攔蓄入滲技術、保水技術、富集疊加高效集約利用技術［4］。

針對兩河口水電站工程高陡邊坡植被恢復，在分析以上節(jié)水技術優(yōu)缺點的基礎上進行了創(chuàng)新，采用較為可行和節(jié)約成本的雨水集蓄利用技術，增加入滲，緩慢補給，實現了無人或低維護的水分補給方式。

2 實驗方案設計

根據本區(qū)域的氣候特征分析，在滿足節(jié)水措施實施條件的實驗樣地內共設4個單元，為4種處理，其中3個單元布設節(jié)水措施，另外1個單元作為空白對照，不設節(jié)水措施。

2.1 樣地1——馬道種植槽結合坡面植生槽

各處理分別為：單元1，在馬道種植槽內采用蓄水型排水溝與馬道種植槽形成集蓄和利用雨水的機構（以下簡稱“雨水利用措施1”），并采用樹皮覆蓋措施；單元2，僅布設雨水利用措施1；單元3，樹皮覆蓋措施；單元4，無覆蓋。

2.2 樣地2——馬道種植槽結合坡面植生穴

各處理分別為：單元1，布設集水池蓄集雨水，在馬道種植槽內布設滲透型補水管，蓄集雨水與滲透型補水管相連接，并與馬道種植槽形成集蓄和利用雨水的機構（以下“簡稱雨水利用措施2”），并采用樹皮覆蓋措施；單元2，僅布設雨水利用措施2；單元3，樹皮覆蓋措施；單元4，無覆蓋。

2.3 樣地3——生態(tài)磚結合土工格室

分為兩個處理，在生態(tài)磚內分別采用樹皮覆蓋單元和無覆蓋單元。

2.4 樣地4——生態(tài)磚結合散鋪生態(tài)袋

分為兩個處理，主要在生態(tài)磚內分別為采用樹皮覆蓋單元和無覆蓋單元。

3 節(jié)水措施實驗觀測效果分析

3.1 雨水收集及蓄集雨水水源保持情況分析

1號樣地的蓄水型排水溝和2號樣地的集水池均設有蓋板，并做有防滲處理，可以有效地減少蒸發(fā)和滲漏，延長雨水的利用時間。本實驗對集水池和蓄水型排水溝均做水深觀測。觀測均在降雨后進行，選擇時段為夏季的8月和冬季的11月，作為蒸發(fā)量較大和較小時段的代表。

研究中得出，8月水位下降速率較快，11月水位下降速率較慢，根據觀測值得出，兩個集蓄設施內水位下降速率基本相當，同時下降規(guī)律也符合該地區(qū)8月植物蒸騰量和土壤蒸發(fā)量較大、11月植物蒸騰量和土壤蒸發(fā)量較小的規(guī)律。按照這樣的下降規(guī)律，蓄集的雨水量在8月可滿足約40d的水分供給，11月可滿足約90d的水分供給。一定程度上延長了一次降雨的使用時間，有效地改善了時間上雨量分配不均帶來的影響。

3.2 年內土壤水分變化動態(tài)

土壤水分觀測于研究第一年和研究第二年年內分別取樣進行分析。研究第二年，無人為灌溉，數據更具有代表性，因此分析年度為研究第二年。

試驗分析得出，全年內土壤水分整體趨勢是先上升再逐漸下降。土壤平均含水率規(guī)律為：樣地1，雨水利用措施1＋覆蓋單元＞雨水利用措施1單元＞覆蓋單元＞無覆蓋單元；樣地2，雨水利用措施2＋覆蓋單元＞雨水利用措施2單元＞覆蓋單元＞無覆蓋單元；樣地3，覆蓋單元＞無覆蓋單元；樣地4，覆蓋單元＞無覆蓋單元。

3.3 不同植被恢復措施類型對土壤水分的影響分析

植被恢復措施主要包括了馬道種植槽結合坡面植生槽措施、馬道種植槽結合坡面植生穴措施、生態(tài)磚結合土工格室措施、生態(tài)磚結合坡面生態(tài)袋措施。其中，能夠觀測土壤水分的區(qū)域主要是馬道種植槽、生態(tài)磚、坡面植生槽3個部位。由于3個措施所在區(qū)域不同、土壤厚度不同，因此水分條件也有差異。以下對3個措施下的土壤水分進行分析，分析條件為無雨水利用措施、無覆蓋的情況。研究第二年，無人為灌溉，數據更具有代表性，因此分析年度為研究第二年。不同措施下土壤水分統(tǒng)計分析見表1，不同措施下土壤水分下降速率分析見表2。

表2 不同措施下土壤水分下降速率分析

從表1可以看出，3種措施全年內土壤含水率差異不大。從表2可以看出，10月份坡面植生槽土壤水分下降速率略高于馬道種植槽和生態(tài)磚的措施；由于11月大氣蒸發(fā)速率減少，土壤水分的降低速率也減緩，坡面植生槽土壤水分下降速率略高于馬道種植槽和生態(tài)磚的措施；同時從表3方差值也可分析出，較馬道種植槽及生態(tài)磚的措施，坡面植生槽的土壤含水率波動較大，也可一定程度上說明其水分降低速率較快。

3.4 不同節(jié)水措施對土壤水分的影響

實驗采用了兩種雨水利用措施及一種覆蓋措施。雨水利用措施1為蓄水型排水溝與種植槽內礫石儲水層通過排水管構成水分聯(lián)通體，礫石儲水層中的水分在外界環(huán)境蒸發(fā)和植物蒸騰的作用下，通過土壤毛細管作用向植被根系層提供水分；雨水利用措施2為雨水集水池連接種植槽內雨水滲透管及礫石儲水層，形成自流灌溉系統(tǒng)，向植被根系層供給水分。覆蓋措施主要采用樹皮覆蓋。

3.4.1 馬道種植槽結合坡面植生槽——馬道種植槽

該區(qū)域內共設4個單元，為4種處理，布設形式分別為雨水利用措施1＋覆蓋單元、雨水利用措施1單元、覆蓋單元、無覆蓋單元。

經過對降雨后的土壤水分降低速率分析發(fā)現，土壤水分下降速率情況是雨水利用措施1＋覆蓋單元＜雨水利用措施1單元＜覆蓋單元＜無覆蓋單元（見表3）。

表3 馬道種植槽土壤水分下降速率分析（第一年）

研究第二年，土壤水分曲線波動變幅減小，這與取消人工灌溉有關，土壤水分補給主要來源于大氣降水。在非降雨時段內，土壤含水率大部分符合雨水利用措施1＋覆蓋單元＞雨水利用措施1單元＞覆蓋單元＞無覆蓋單元的規(guī)律。針對符合完整實驗設計取樣過程的10月和11月進行水分下降速率分析（見表4），其水分下降速率呈現雨水利用措施1＋覆蓋單元＜雨水利用措施1單元＜覆蓋單元＜無覆蓋單元的規(guī)律。

表4 馬道種植槽土壤水分下降速率分析（第二年）

3.4.2 馬道種植槽結合坡面植生槽——坡面植生槽

該區(qū)域內共設4個單元，為有覆蓋和無覆蓋兩種處理。

與上一措施分析情況一致。研究第一年，為植被撫育期，受人為灌溉頻次及不均勻性的影響，土壤水分較研究第二年土壤水分峰值大。對降雨后的土壤水分降低速率的分析發(fā)現，土壤水分下降速率情況是有覆蓋單元＜無覆蓋單元（見表5）。

表5 坡面植生槽土壤水分下降速率分析（第一年）

研究第二年，與上一措施分析情況一致，這與取消人工灌溉有關。在非降雨時段內，土壤含水率基本符合有覆蓋單元＞無覆蓋單元的規(guī)律。針對符合完整實驗設計取樣過程的10月和11月進行水分下降速率分析（見表6），其水分下降速率呈現雨水有覆蓋單元＜無覆蓋單元的規(guī)律。

表6 坡面植生槽土壤水分下降速率分析（第二年）

3.4.3 馬道種植槽結合坡面植生穴之馬道種植槽

該區(qū)域內共設4個單元，為4種處理，布設形式分別為雨水利用措施1＋覆蓋單元、雨水利用措施單元、覆蓋單元、無覆蓋單元。

對降雨后的土壤水分降低速率的分析發(fā)現，土壤水分下降速率情況是雨水利用措施1＋覆蓋單元＜雨水利用措施1單元＜覆蓋單元＜無覆蓋單元（見表7）。

表7 坡面植生槽土壤水分下降速率分析（第一年）

研究第二年，土壤水分曲線波動變幅總體減小，這與取消人工灌溉有關。在非降雨時段內，土壤含水率基本符合雨水利用措施1＋覆蓋單元＞雨水利用措施1單元＞覆蓋單元＞無覆蓋單元的規(guī)律。表8中，土壤含水率平均值也表明了這一變化趨勢。針對符合完整實驗設計取樣過程的10月和11月進行水分下降速率分析（見表9），其水分下降速率呈現有雨水利用措施1＋覆蓋單元＜雨水利用措施1單元＜覆蓋單元＜無覆蓋單元的規(guī)律，而從表8的方差分析也體現出僅覆蓋措施和無覆蓋措施的單元土壤水分波動幅度較采用雨水利用措施及覆蓋措施的情況下的土壤水分波動幅度大，再次證明表9的結論。

表8 馬道種植槽土壤水分統(tǒng)計分析（第二年）

表9 馬道種植槽土壤水分下降速率分析（第二年）

3.4.4 生態(tài)磚結合土工格室之生態(tài)磚

該區(qū)域內共設4個單元，為有覆蓋和無覆蓋兩種處理，布設形式分別為覆蓋1單元、無覆蓋2單元、覆蓋3單元、無覆蓋4單元。對降雨后的土壤水分降低速率的分析發(fā)現，土壤水分下降速率情況是有覆蓋單元＜無覆蓋單元（見表10）。

表10 生態(tài)磚土壤水分下降速率分析（第一年）

研究第二年，與上一措施分析情況一致，土壤水分曲線波動變幅總體減小，這與取消人工灌溉有關。在非降雨時段內，土壤含水率基本符合有覆蓋單元＞無覆蓋單元的規(guī)律。從表11中，土壤含水率平均值也表明了這一變化趨勢。針對符合完整實驗設計取樣過程的10月和11月進行水分下降速率分析（見表12），其水分下降速率呈現雨水有覆蓋單元＜無覆蓋單元的規(guī)律。

表11 生態(tài)磚土壤水分統(tǒng)計分析（第二年）

表12 生態(tài)磚土壤水分下降速率分析（第二年）

3.4.5 小 結

從以上分析來看，整體上體現出較為一致的規(guī)律。

研究第一年，為植被撫育期，人為灌溉存在不均勻性，受人為灌溉頻次及不均勻性的影響，土壤水分較研究第二年土壤水分峰值大，降雨后的土壤水分降低速率為雨水利用措施1＋覆蓋單元＜雨水利用措施1單元＜覆蓋單元＜無覆蓋單元；研究第二年，取消人工灌溉，土壤水分補給主要來源于大氣降水，土壤水分曲線波動變幅減小，在非降雨時段內，土壤含水率大部分符合雨水利用措施1＋覆蓋單元＞雨水利用措施1單元＞覆蓋單元＞無覆蓋單元的規(guī)律，同時方差分析體現出僅覆蓋措施和無覆蓋措施的單元土壤水分波動幅度較采用雨水利用措施及覆蓋措施的情況下的土壤水分波動幅度大，各處理下的土壤含水量具有顯著性差異。

3.5 同一植被恢復措施下不同節(jié)水措施的植物長勢結果分析

3.5.1 馬道種植槽

該區(qū)域內共設4個單元，為4種處理，布設形式分別為雨水利用措施1＋覆蓋單元、雨水利用措施單元、覆蓋單元、無覆蓋單元。

經過分析發(fā)現，植物長勢情況是雨水利用措施1＋覆蓋單元＞雨水利用措施1單元＞覆蓋單元＞無覆蓋單元（見表13～14）。各處理之間差異明顯，說明在馬道種植槽內實施的節(jié)水措施對于植物的長勢有明顯的作用，水分含量影響著植物的生長。

表13 4種節(jié)水處理措施下植物長勢統(tǒng)計分析

表14 4種節(jié)水處理措施下植物長勢方差分析（a=0.05）

3.5.2 坡面植生槽

該區(qū)域內共設4個單元，為有覆蓋和無覆蓋兩種處理，布設形式分別為無覆蓋1單元、覆蓋2單元、無覆蓋3單元、覆蓋4單元。

經過分析，植物長勢情況是有覆蓋單元＞無覆蓋單元（見表15～16）。

表15 4種節(jié)水處理措施下植物長勢統(tǒng)計分析

表16 4種節(jié)水處理措施下植物長勢方差分析（a=0.05）

3.5.3 生態(tài)磚

該區(qū)域內共設4個單元，為有覆蓋和無覆蓋兩種處理，布設形式分別為覆蓋1單元、無覆蓋2單元、覆蓋3單元、無覆蓋4單元。

與上一措施分析情況一致，植物長勢情況是有覆蓋單元＞無覆蓋單元（見表17～18）。

表17 4種節(jié)水處理措施下植物長勢統(tǒng)計分析

表18 4種節(jié)水處理措施下植物長勢方差分析（a=0.05）

3.5.4 小 結

根據上述分析，采取節(jié)水措施的馬道種植槽，以及保水覆蓋措施的生態(tài)磚、坡面種植穴內，植物長勢均明顯優(yōu)于不采取節(jié)水措施和覆蓋措施的單元，說明水分含量顯著影響著植物的生長，也再次證明水分是這一區(qū)域植被恢復的制約因素之一。

4 結 論

大力發(fā)展高效節(jié)水灌溉，緩解水資源供需矛盾［5］，是加快生態(tài)文明建設、促進水資源可持續(xù)利用的必然要求和重要保證。因此，在工程開發(fā)建設項目中，形成可持續(xù)效果好、后期免養(yǎng)護、經濟合理的植被恢復節(jié)水技術具有重大意義。

通過對兩河口水電站工程高陡邊坡植被恢復節(jié)水技術的研究分析得出：本次實驗設計的節(jié)水措施具有有效性，其中雨水利用措施1或雨水利用措施2和樹皮覆蓋相結合的節(jié)水措施具有較好的土壤水分補給作用，可以很好滿足植被生長需要，且在兩年的

實驗期內未產生任何破損，基本實現了長期有效并無人工維護的目的，同時以上措施施工也較為簡單，投資適中，提高了植被恢復的成活率和整體效果，避免了重復補植的工作，一定程度上節(jié)約了投資，達到了較好的生態(tài)效益。