閔維康，吳 勇，劉 海，姜麗麗，陳 東

(1.地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(成都理工大學(xué))四川成都610059;2.四川省川西南地質(zhì)工程勘察院，四川 成都611130)

震后茂縣牟托村堆積物特征與植被分布關(guān)系

閔維康1，吳 勇1，劉 海2，姜麗麗1，陳 東1

(1.地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(成都理工大學(xué))四川成都610059;2.四川省川西南地質(zhì)工程勘察院，四川 成都611130)

“5·12”大地震后，茂縣牟托地區(qū)的地形地貌和生態(tài)系統(tǒng)受到很大的破壞。本文對茂縣牟托地區(qū)典型斜坡的植物生長狀況、土壤顆粒組成、土壤含水率進(jìn)行了調(diào)查分析，獲得了土壤顆粒大小、滲透性、含水率與植物生長之間的關(guān)系;研究表明，土壤顆粒組成中，細(xì)顆粒所占比例越高，其滲透系數(shù)越小，土壤含水率越大，植物的生長狀況愈佳;土壤細(xì)顆粒所占比例相近的情況下，含水率高的地區(qū)植物生長好。根據(jù)研究成果，結(jié)合生態(tài)恢復(fù)的技術(shù)和方案實(shí)施的安全性以及可行性，提出水泥噴灌、修筑擋水階梯和排水溝、種植植物等生態(tài)恢復(fù)的方案以及保持斜坡穩(wěn)定的措施。

震后堆積物;顆粒特征;滲透率;植物生長;生態(tài)恢復(fù)

地震后地表巖土結(jié)構(gòu)和覆被破壞，引起表層水分入滲和徑流特性的改變;由于坡面水動力場和山坡巖土力學(xué)性質(zhì)的協(xié)同變化，導(dǎo)致坡面巖土穩(wěn)定性遭受破壞。在地表徑流和地下水運(yùn)動作用下，山坡容易趨于滑塌，水土流失趨于加?。?］。據(jù)王文杰等在調(diào)查研究中統(tǒng)計(jì)，震后茂縣地區(qū)水土流失嚴(yán)重，森林生態(tài)系統(tǒng)震前和震后輕度流失面積由134 206.3 hm2到 93 167.9 hm2;中度流失面積由 31 065.4 hm2到71 475.4 hm2;重度流失面積由 11 463.6 hm2到 12 092.0 hm2。草地生態(tài)系統(tǒng)震前和震后輕度流失面積由95 404.8 hm2到 61 836.0 hm2;中度流失面積由 28 631.3 hm2到61 958.9 hm2;重度流失面積由 10 761.8 hm2到 11 002.0 hm2［2］。

大地震往往伴隨著噴砂冒水、地形沉陷等現(xiàn)象，這些嚴(yán)重地撕裂了地表，改變了植被的原生環(huán)境，使得植被無法生長而消亡，對生態(tài)系統(tǒng)尤其是脆弱的破壞更加嚴(yán)重［3］。2000年，吳建華提出并闡述說明通常6級以上地震均會嚴(yán)重破壞植被生態(tài)系統(tǒng)［4］，如減少了植物的數(shù)量、植物的種類、植物的覆蓋率等。

通過對研究區(qū)的植被分布及生長情況初步了解后，選取斜坡的土樣進(jìn)行調(diào)查分析，得到了土壤顆粒大小、滲透性、含水率與植物生長之間的關(guān)系，并提出相應(yīng)的生態(tài)恢復(fù)的措施。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于茂縣南新鎮(zhèn)牟托村三騰巖山，為典型的由地震引起的巖石崩塌而形成的斜坡，面積約600 m2。受降雨的影響，斜坡兩側(cè)形成比較明顯的沖溝。

由于地震影響，研究區(qū)的山體大部分存在范圍廣、高度高、坡度陡、表面疏松的高斜坡，這類斜坡植物難以生長，增加了生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)和自我修復(fù)的難度及所需時(shí)間。牟托地區(qū)多年平均降雨為524.3 mm，每年的春、夏為降雨多的季節(jié)，這樣的氣候條件應(yīng)當(dāng)有利于植被生長，然而由于大部分山體存在上述的斜坡，其保水能力很差、表面疏松，降雨過后，易形成泥石流，破壞原有的植被，因此減緩了生態(tài)恢復(fù)的進(jìn)程。

三騰巖山巖性為變質(zhì)巖，由于巖石破碎，“5·12”大地震引起巖石崩落，形成倒石堆。倒石堆的物質(zhì)大多為各種大小不一的巖塊，粘土含量少，顆粒碎屑大小混雜，沒有明顯的排列層序。崩落時(shí)較大巖塊受重力加速度的作用滾落到倒石堆的邊緣停積，而較小的碎屑多堆積在倒石堆的頂部。倒石堆進(jìn)一步成形過程中，斜坡坡度就會便得很平緩，崩塌作用也會逐漸減弱，崩塌的碎屑也會變小。倒石堆發(fā)育的后期，其表面堆積是比較細(xì)的巖屑。

該斜坡主要植物為馬兒桿、藤子、刺藤以及蒿織等。植被覆蓋率大約為45.3%。斜坡上部存在一層厚碎石覆蓋層，因而植物無法生長;中部由于碎石覆蓋層變薄，植物僅限于草類(馬兒桿)的生長;下部由于沒有碎石覆蓋層，并存在能供植物生長的土壤，出現(xiàn)了灌木植物(刺藤等)。

2 研究區(qū)斜坡取樣原則及方法

影響土壤水分、滲透性及土壤顆粒特征的自然因素和人為因素很多，土壤滲透系數(shù)和含水率的特征隨深度的變化而不同［5］，因此，取樣時(shí)，應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面:①樣品要有代表性，位置選擇要適當(dāng);②要考慮作物根系垂直發(fā)育深度;③分布樣品要易于獲取。0～60 cm處土樣的采取困難不大，是研究區(qū)作物大部分根系垂直分布的范圍，此時(shí)的相關(guān)性很好［6］。

總結(jié)以上分析，把需要估計(jì)的部分盡可能地縮小，最大限度地減免系統(tǒng)誤差，把取樣部分確定為0～60 cm較為合適。

考慮到選取樣品的代表性，在斜坡上選取挖坑位置。在探坑1到9號取土樣1#到9#，探坑位置選取:1和2號選在斜坡的上部，3、4、5、6和7號選在斜坡中部，8和9號選在斜坡底部。除了探坑海拔的角度能夠?qū)Ρ韧?，每個(gè)探坑，針對不同的深度分別取樣。取樣分布見圖1:

圖1 研究區(qū)取樣分布圖

3 斜坡堆積物特征

3.1 土樣含水率特征

在每個(gè)植株探坑中不同的深度取土樣，立即現(xiàn)場測得樣的質(zhì)量，然后帶回實(shí)驗(yàn)室，烘干后得出含水率。

斜坡上部:取樣深度在0～25 cm范圍，平均含水率為1.272×10－2;深度在26～55 cm 范圍，平均含水率為 1.251×10－2。0～55 cm 平均含水率為 1.261 ×10－2。

斜坡中部:深度在0～15 cm范圍，平均含水率為4.687×10－2;深度在 16～30 cm范圍，平均含水率為 4.260×10－2;深度在31～55 cm 范圍，平均含水率為 3.694×10－2。0～55 cm 平均含水率為 4.228×10－2。

斜坡底部:深度在0～25 cm范圍，平均含水率為7.342×10－2;深度在 26～55 cm范圍，平均含水率為 6.610×10－2。0 ～55 cm 平均含水率為 6.903 ×10－2。

測試結(jié)果表明，研究區(qū)斜坡含水率分布特征如下:

1)整體上看斜坡上部含水率最低，總的平均含水率為:1.261×10－2，斜坡下部含水率最高，總平均含水率為:6.903×10－2。由斜坡上部到下部含水率呈逐漸升高趨勢。

2)對于同一探坑，隨著深度增加，含水率降低的趨勢;極少探坑存在深度越深含水率越高的現(xiàn)象;個(gè)別探坑隨深度增加，含水率出現(xiàn)先降低后升高的現(xiàn)象。

3.2 斜坡的土顆粒特征

根據(jù)《土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)》，可用Cu(Uniformity coefficient)反映大小不同粒組的分布情況，為判斷土粒度級配是否良好的指標(biāo)之一，其表達(dá)式為:Cu=d60/d10。在土的粒徑累計(jì)曲線上，d10為過篩重量占10%的粒徑，d60為過篩重量占60%的粒徑。Cu越大，表示粒組分布越廣。大于1 mm的土顆粒做室內(nèi)顆分實(shí)驗(yàn)，小于1mm的土顆粒做室內(nèi)密度計(jì)實(shí)驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果作出顆粒特征分析。

土樣粒徑區(qū)間與所占比例見表1。

表1 土樣粒徑區(qū)間與所占比例

由表1可知，斜坡土樣粒徑小于1 mm的所占比例不到一半，而在大于1 mm的顆粒中，粒徑為1 mm至10 mm之間和粒徑為20 mm至40 mm之間所占比例最多。粒徑小于1 cm的顆粒中，粒徑更小的、小于0.074 mm的顆粒占了很大一部分，多數(shù)樣中粒徑小于0.074 mm都占到了一半?？梢钥闯?，斜坡土樣中，其粒徑組成為粗少細(xì)多，即小于0.007 4 mm和小于1 mm占土樣的大部分。

根據(jù)研究斜坡取樣粒徑組成作出累積曲線圖:

圖2 小于某土粒質(zhì)量百分?jǐn)?shù)(%)

每個(gè)樣土粒的不均勻系數(shù)Cu如表2。

由表2可知，斜坡底部的土樣粒徑更均勻，結(jié)合斜坡植被生長情況，底部的植被較上部的植被根系發(fā)達(dá)，植株發(fā)達(dá)。由此判斷，粒徑均勻的土壤更利于植被生長。

3.3 斜坡的滲透性特征

1至9號探坑位置所取的土樣，根據(jù)達(dá)西定律做室內(nèi)常水頭試驗(yàn)［7］，研究分析斜坡土壤層滲透系數(shù)。室內(nèi)實(shí)驗(yàn)獲得的土樣滲透性系數(shù)見表3。

表2 土樣不均勻系數(shù)

表3 斜坡土壤滲透系數(shù)

由數(shù)據(jù)可知，斜坡上部(1#和2#)的滲透系數(shù)偏高，斜坡下部(8#和9#)的滲透系數(shù)偏低，中部(3#～7#)的滲透系數(shù)居中。整體上，滲透系數(shù)隨頗高的降低而減小。

4 斜坡堆積物特征與植物分布關(guān)系初步研究

通過斜坡植被生長狀況、土壤含水率、土壤顆粒組成、土壤滲透系數(shù)之間的關(guān)系，得出如下特征:

1)植物的生長狀況與土壤顆粒組成、土壤含水率、土壤滲透率有密切的關(guān)系，土壤顆粒的組成影響其滲透性，滲透性影響土壤含水率，土壤含水率又影響植物的生長。土壤顆粒組成中，細(xì)顆粒(小于1 mm)所占比例越高，其滲透系數(shù)越小，土壤含水率大;同時(shí)，對于土壤中已含有的能滿足植物生長的水，其對水的保持作用就越強(qiáng)，水不易流動，也不容易蒸發(fā)，使得水分停留時(shí)間長，能供給植物吸收利用，是植物長勢良好的條件。

由于斜坡滲透系數(shù)總體偏小，降水大多補(bǔ)給淺表層，而表層水分蒸發(fā)、流失快，因此保持水分很重要。植物的生長過程中，對水的需求是持續(xù)的、定量的，因此，對于滲透系數(shù)大、含水率低、水分流失快的土壤，植物生長緩慢?？傊寥李w粒組成、土壤含水率、土壤滲透率達(dá)到最佳比配時(shí)，最適合植物生長。

2)在土壤細(xì)顆粒所占比例相近的情況下，含水率高的地區(qū)植物生長更好。因?yàn)樾逼律喜勘韺哟嬖诘钠扑閹r石覆蓋層，可形成水下滲的優(yōu)勢通道，降雨時(shí)可讓雨水更多地下滲到下層，所以在土壤顆粒組成差不多的情況下，表層沒有破碎巖石覆蓋層的剖面中植物生長更茂盛;表層有破碎巖石覆蓋層、含水率相差不大情況下，土壤細(xì)顆粒更多時(shí)，植物生長的更好，根系更發(fā)達(dá)，植物更茂盛。

5 研究區(qū)生態(tài)恢復(fù)措施

對于斜坡生態(tài)恢復(fù)首要考慮斜坡的穩(wěn)定性，從水文地質(zhì)角度出發(fā)，對于斜坡的穩(wěn)定，應(yīng)最大限度改善降雨時(shí)斜坡表面形成的坡面流流速、增加坡面流停留時(shí)間，最終以人工改善斜坡植被生長環(huán)境。結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，提出以下斜坡生態(tài)恢復(fù)的措施:

1)首先要對斜坡進(jìn)行清理，排除斜坡崩塌、危巖、滑石隱患，以期達(dá)到斜坡的基本穩(wěn)定。同時(shí)要根據(jù)山體形狀設(shè)置擋土墻等配套設(shè)施，采用水泥噴灌未生長植物的斜坡頂部進(jìn)行固定，且預(yù)留方框(10 cm×10 cm)，方框面積占水泥噴灌面積的25%;并采用生態(tài)袋擋墻加固坡腳的穩(wěn)定性。從而減小降雨時(shí)形成坡面流的流速、增加坡面流的停留時(shí)間，最終能夠增加斜坡蓄水的水量，利于植物的生長。

2)在斜坡上修筑擋水階梯以及排水溝，以增大坡面流的停留時(shí)間而增加剖面流的入滲量，使最終保持停留在土壤的水量增加，保證植物生長所需的水，促進(jìn)生態(tài)恢復(fù)。雨季，雨量過大時(shí)，通過排水溝將多余的水排走，避免數(shù)量過大，在斜坡上形成泥石流而破壞斜坡。

3)在斜坡上種植灌木植物(如當(dāng)?shù)氐狞S刺等)、攀爬類植物(如當(dāng)?shù)氐拇烫?、喬木(如當(dāng)?shù)氐陌貥?等等，種植的時(shí)間可選擇在3、4、5月份，此時(shí)，雨量適當(dāng)，正值春季，利于植物生根、發(fā)芽，并在斜坡上扎根。

6 結(jié)論

通過對茂縣牟托地區(qū)典型斜坡的植物生長狀況、土壤含水率、土壤顆粒組成、土壤滲透系數(shù)的調(diào)查和土樣的實(shí)驗(yàn)分析，獲得如下結(jié)論:

1)研究區(qū)為典型的由地震引起的巖石崩塌而形成的斜坡。這類斜坡由于保水能力差、表面疏松，植物生長發(fā)育條件差;降雨過后易形成泥石流，破壞原有的植被，因此生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)和自我修復(fù)難度大，所需時(shí)間長;

2)研究表明，土壤顆粒大小、滲透性、含水率與植物生長之間存在一定關(guān)系;土壤顆粒越細(xì)，滲透性越差，但含水率大，對植物的生長有利;

3)在當(dāng)前經(jīng)濟(jì)條件下，采用水泥噴灌、修筑擋水階梯和排水溝、種植植物等措施，以保持斜坡穩(wěn)定性，是實(shí)現(xiàn)生態(tài)恢復(fù)的重要途徑。

［1］王根緒，程根偉.地震災(zāi)區(qū)重建中有關(guān)水文與水環(huán)境問題的若干思考.山地學(xué)報(bào)，2008.7，26(4):385 －389.

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［7］柯葵，朱立明，李嶸.水力學(xué)［M］.上海:同濟(jì)大學(xué)出版社.2000.

Relationship between Accumulation Characteristics and Vegetation Distribution after Earthquake

MIN Wei－ kang1，WU Yong1，LIU Hai2，JIANG Li－ li1，CHEN Dong1
(1.National KeyLaboratory of Geological Disaster Prevention and Environment Protection Chengdu 610059，Sichuan;2.Sichuan Southwest Institute of geological engineering investigation)

After the“5·12”earthquake，landforms and ecosystems of Moutuo Village of Maoxian County suffer great damage.This article is based on analysis of the plant growth and soil particle composition and soil water content this area，gets relationship among soil particle size，permeability，Moisture content and plant growth.The research shows the higher the proportion of fine particles in soil particle composition，the the permeability coefficient is lower，and the moisture content of the soil is more，and the plant grow best in this case.The soil in the proportion of fine particles in almost cases，the high water content in plants grow better.According to the research results，combined with the safety and feasibility of ecological restoration technology and plan，this article provides ecological restoration scheme and the measure of keeping the slope stability that Cement sprinkling irrigation and water retaining step and gutter construction and plant cultivation.

Earthquake accumulation;particle characteristics;permeability;plant growth and ecological restoration

X32:013

A

1004－1184(2012)04－0147－03

2012－03－15

地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自主研究課題(SKLGP2009Z006)

閔維康(1987－)，女，河北遷安人，在讀碩士研究生，主要從事水文地質(zhì)研究。