高寒灌丛草甸区的弃渣体场地生态修复技术研究

宋词,郑光玉,黄炬斌,黎灏,陈畅,罗运武 ,吴展波

(中铁二院工程集团有限责任公司，成都 610031)

川藏铁路新建正线长度1 011 km，在高寒灌丛草甸区受地势高、日照强、风力大、气温低等环境制约，植被稀疏、生长缓慢、演替过程漫长。铁路建设中将会产生大量弃渣，裸露的弃渣场表面植被恢复困难，极易造成生态环境迅速恶化。为了把铁路建设对生态环境造成的影响降至最低，应充分利用乡土植被配置适宜的群落结构模式[1]，科学确定生态修复技术方案，力求通过人工修复与自然恢复措施相结合的前提下，使受损区生态系统演替向着植被健康、功能完整、景观协调和可持续的方向发展。

1 弃渣场概况

1.1 弃渣场的形成

在道路和水利工程等基础建设中，因工程填方量远小于其挖方量以及施工单位缺乏统筹协调，土石方调配失衡，往往会形成大量弃渣堆积而成的弃渣场[2]。川藏铁路雅安至林芝段新建正线长度1 011 km，其中雅安至昌都新建长度639 km，昌都至林芝新建长度372 km。全线共布设弃渣场208处，共占地2 369.79 hm2，总弃渣量达11 068×104m3。其中主体工程弃渣9 701×104m3，施工道路弃渣1 367×104m3，雅安至昌都段、昌都至林芝段弃渣场总面积分别为1 647.06 hm2、722.73 hm2。铁路工程带来的巨量弃渣产出与永久堆弃势必会影响环境，挤占河床、沟道，损害周边居民的利益，并且带来一系列生态地质问题。

1.2 弃渣堆放带来的生态地质问题

弃渣场大多由弃渣自然堆积而成，其占用了大量土地并将原有地表植被破坏，从而导致弃渣场表面土地裸露，项目区植被覆盖率降低。弃渣的堆积改变了局部地形地貌，一些坡度较大且无碾压处理的边际坡为主要的安全隐患区，在外力作用下易发生滑塌、坡面水土流失[2,3]。

高寒山区的自然条件与低海拔地区迥异，光照强，植物生长期短，降水集中且土壤基质缺乏。在这种环境条件下，多数植物难以在弃渣堆放后的次生裸地定着生长，若不进行一定的生态修复将会加剧渣场的水土流失，进而导致渣体松散、滑塌引起下游河道淤塞、水体污染等，导致项目区生态环境受到严重破坏[4,5]。

2 弃渣场生态修复技术

2.1 生态恢复关键制约因子

高寒灌丛草甸分布在中国青藏高原的东部及其周围的高山，高寒草甸的下部与高寒灌丛呈复合分布，上部与高寒垫状植被接壤，一般海拔3 500～5 000 m。

2.2 生态修复技术和方法

高寒灌丛草甸区的生态修复技术主要包括原有植被移植利用技术和建植修复技术。由于弃渣场缺乏生态修复所需的土壤条件，因此必须进行表土保护和土壤改良，根据生态修复的群落模式，进行科学合理安排。

2.2.1 高寒区草皮移植技术

草皮移植技术适用于多年生高原植被的移养、再植，能利用原有草皮及时恢复高原植被，防护渣场边坡，保护高原生态环境。它要求移植的植被根系较发达、植株较密集、固土性较好、易切块成型、便于搬运和再植。草皮移植技术一般包含掘取草皮—移养保存—回铺草皮—养护监测等步骤(图1)。

图1 高寒区草皮移植流程图

(1) 剥离草皮

草皮的移植应尽量选在草地植物贮藏营养物质含量相对较高的分蘖期与结实期，一般为每年的5～8月之间。在植被的移养再植过程中，尽量选择气候较湿润、降雨较丰富的季节，便于移养后植被的成活。植被挖取应防止分块过小容易干裂导致植被枯死，同时为便于搬运，根据植物根系深浅剥离厚度控制在25～55 cm，以保证根系完整并与土壤良好结合为原则，确保移养植被具有足够的养分来源。

(2) 移养和保存草皮

旱地植被可在一般旱地中选择区域移养，湿地植被大多只宜在湿地中移养。上层植被移养再植后，应及时清除原生植被上的腐殖土，恢复其原有的生长环境。植被的养护时间应尽量缩短，一方面可减少工程费用支出，提高植被的成活率和利用率；另一方面也应充分考虑移养植被下原有植被的生长状况，避免因上层植被长期移养导致下层植被死亡。

草皮的保存方式有3种：①平铺存放，适用于不影响工程施工和交通运输的空闲区域。②叠置存放，适用于掘取的草皮存放时间3 个月以内的区域。③草支架架空存放，适用于施工期较长(约1 a)、场地有限的区域。

平面阻尼型欠驱动夹持器各结构参数的含义及初始值如表1所示。其中，为了使杆5在两点夹持状态时于任意时刻均保持垂直状态，需满足：l0=l3，l4=lr，γ=90°+β。因四边形ACDE是平行四边形，根据几何关系，l2可由其余结构参数确定，如式(4)所示：

(3) 回铺草皮

海拔4 800～5 000 m的高寒草甸区，移植时间宜选择在6～7月气温较高时进行。原有植被下的有机土对植被的移植成活十分重要，草皮取走后，应将草皮下的散土清除堆放，以便回铺草皮时使用。回铺草皮时，应尽量避免过分地伸展和撕裂，顶面要求平顺，草隙用腐殖土填塞，起到根部保湿和衔接土壤的作用。

(4) 养护和监测

应根据实际环境条件和移植植被生长发育的季节需要，及时对移养植被进行浇水、施肥养护，以满足植被对水分和营养的需要，避免因土壤干裂导致植被死亡。草皮从铺装到适应坡面生长环境期间一般需养护一个月左右，每天都需要洒水，每次洒水量以保持土壤湿润为原则，每日洒水次数视土壤湿度而定，还应根据草皮的长势适当施肥。另外，夏季光照强，需用加厚遮阳网遮盖草皮，防止被晒死；冬季气候寒冷，需用透明塑料布遮盖，预防霜冻。

2.2.2 高寒区灌丛保存和利用技术

高寒灌丛主要类型为杜鹃灌丛、绣线菊灌丛、高山栎灌丛和香柏灌丛。其中，杜鹃灌丛分布面积最广、海拔最高，植株高度多在40 cm以下，且多分布在高丘区的阴坡地段，而香柏灌丛则分布在阳坡地段。

高寒灌丛植被剥离后的保存应当与其生理生态要求相适应，有条件时，即使是香柏灌丛等阳坡生长的物种也应当存放在阴坡；无条件时，则应铺设遮阳网，减少辐射胁迫。剥离的灌丛苗木根系和枝条下部埋入土中，定期浇水，进行养护。灌丛苗木回植时，在开挖好的沟中土壤加入保水剂、菌肥、营养土以及生根粉等材料，土壤回填，踏实，浇透水。苗木种植沟之间间隔50 cm左右，沟间可覆盖草垫子或者塑料薄膜，提高土壤温度，加速苗木生长。1～2 a后去除薄膜和草垫子，让自然中的草种和灌木种子能发芽和定植到这些间隙中。

3 高寒灌丛草甸区生态修复方案

3.1 表土壤基质的保育利用方案

弃渣场堆放前，应加深剥离、收集表土层土壤，作为后续弃渣场恢复植物的种植土壤。根据各区域的土壤厚度不同及表土壤的肥力特征，高寒灌丛草甸区取土厚度可取30～40 cm，同时需采取临时防护措施对剥离表土进行防护。

表土堆放场按四边形设置，表土按上窄下宽的形式拍实堆放，周围采用编织袋装表土作为临时堆放场的围堰防护。围堰朝向公路处设置表土堆放场入口，宽为3.5～4 m，方便车辆进入；围堰四角安装4个固定装置，防水材料固定在4个固定装置上，固定装置为现场伐倒的树木制作成的木棒；堆放场周围挖一圈排水沟进行排水，防止径流冲刷；表土层土壤收集操作结束后对临时堆放区采取撒播黑麦草、紫羊茅等植物进行前期绿化防护，并覆盖无纺布防护，防止雨水冲刷(图2)。

图2 表土临时堆放场防护设计示意图

3.2 深层次生土基质改良利用方案

土壤熟化和培肥问题是弃渣地植被复垦的根本，只有提高了土壤肥力，才能真正为以后植被的定植和生长打下良好的基础。但新建川藏铁路产生的弃渣量十分巨大，需要的客土资源多，因此除了尽量利用熟化程度较高的表土资源外，对于深层次的生土也必需充分地利用和改良。

深层次生土基质可按照以下方案进行基质改良利用：①客土复垦土壤改良法，即时采用淹没地的土壤作为客土资源，覆盖约50 cm厚度有生产能力的土壤，并通过一些土壤改良措施，直接对弃渣地进行植物栽培等综合利用；②化学肥料法，配合施用氮、磷、钾化学肥料显著提高基质肥力；③有机改良物法，利用污水污泥、生活垃圾、泥炭及动物粪便作为有机改良物进行基质改良；④淋溶法，人工灌溉含酸、碱、盐分及金属含量过高的弃渣地，缓解弃渣地的酸碱性、盐度和金属的毒性；⑤生物土壤改良法，利用生物固氮作用，引入绿肥作物和豆科作物进行弃渣地基质改良和植被恢复。

根据区域特点，高寒灌丛草甸区的弃渣体场地生态修复配置灌草模式，下层使用约40 cm厚度的客土“生土”，表层覆盖前期剥离厚度约20 cm厚度的原生境土壤，共覆盖种植土厚约60 cm。

3.3 植物群落配置方案设计

(1) 物种选取原则

高寒高海拔地区具有冬季严寒、年积温较低、降水较少且集中、植物生长季短、生物多样性相对较差等特点，选择植物时应遵循以下原则：①本土性原则：应选择本土的物种，以适应当地的自然环境，尽量满足修复植被与原有植被相协调。同时应避免大量引进外来物种，尤其是入侵性强的物种，降低物种入侵风险。②多样性原则：稳定的植物群落一般由乔、灌、草等多种物种组成，单一的物种难以形成稳定的植物群落。在物种选择时应注重垂直结构的设计，避免单一物种的使用，尽量应减小种间竞争。③功能性原则：物种筛选应兼顾生态修复前期的景观绿化效果，及生长后期的植被护坡功能，降低水土流失风险，发挥所选植物自身的生态调节作用和生态服务功能[6]。

(2) 群落配置方案

根据工程区的气候和当地植被特点，遵循生态学的生态位原理、生态适应性原理、生物多样性原理及群落演替理论等采用植物生态型搭配。结合具体的立地条件，针对不同植物在高寒地区的适宜性，构建能够一定程度克服修复难点的群落配置模式。通过实地调查和研究比选，高寒灌丛草甸区选择草灌型植物群落配置，草本、灌丛植物混种。草种选择披碱草、赖草、冷地早熟禾、中华羊茅、黑麦草；灌木选择锦鸡儿、沙棘、金露梅、黄花木。因修复初期草本植物生长较快，在栽种时应合理布局，满足各类植物生长空间。

4 结论

高寒灌丛草甸区寒冷、干旱、风大、紫外线强，植物生长缓慢，且具有较长的冰冻低温期和较短的生长季。弃渣体场地土壤瘠薄，植被自然恢复难度极大，本文建议采用草皮、灌丛等移植修复技术和乡土物种建植修复技术，充分利用原有植被等资源，恢复区域生态系统。由于弃渣场缺乏生态修复所需的土壤条件，因此须在弃渣堆放前，将弃渣占地区内的表土剥离并用于后期植被恢复，同时还应进行深层次土基质改良利用，根据立地及土壤条件、适生物种及其栽植方式，配置合适的植物群落结构，制定弃渣体场地科学合理、切实可行的生态修复方案。