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        曹妃甸濱海鹽堿地梯田式吹填土綠化方法

        2014-04-02 07:36:20胡月楠張松濤周鵬濤
        中國(guó)水土保持 2014年8期
        關(guān)鍵詞:鹽堿地濱海梯田

        胡月楠,張松濤,周鵬濤

        (天津天一景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司,天津 300072)

        唐山曹妃甸地處河北省唐山市南部沿海,原本是一座東北—西南走向的帶狀沙島,漲潮時(shí)面積4 km2,為古灤河沖積而成,至今已有5 000多年的歷史。曹妃甸島后方沙灘廣闊,且與陸域相連,經(jīng)填海造陸可開(kāi)發(fā)淺灘、荒地面積達(dá)450 km2,為臨港工業(yè)和城市發(fā)展提供了廣闊空間。目前,已人工填海造陸150 km2,先期建設(shè)30 km2,一座新型的鋼鐵、石化工業(yè)基地即將形成。然而,由于填海造陸的特殊生態(tài)條件,尤其是土壤鹽害重、地下水位淺、海風(fēng)海潮侵?jǐn)_等極為惡劣的植物生長(zhǎng)條件,使得造林綠化的難度很大。因此,土壤改良和適生植物的選擇關(guān)系到整個(gè)綠化工作的成敗,具有十分重要的基礎(chǔ)地位和深遠(yuǎn)的現(xiàn)實(shí)意義。為此,我們開(kāi)展了梯田式吹填土綠化試驗(yàn)研究,以期為其他濱海鹽堿地綠化提供參考。

        1 研究地概況

        項(xiàng)目研究地位于曹妃甸國(guó)際生態(tài)城,地理位置E118°31′46″—118°37′07″、N39°09′09″—39°12′38″,屬暖溫帶濱海半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候。多年平均氣溫12.4 ℃,最高氣溫38.9 ℃,最低氣溫-19.3 ℃;多年平均降水量596.4 mm,6—9月降水量占全年降水量的75%;多年平均蒸發(fā)量1 050 mm。

        曹妃甸國(guó)際生態(tài)城的土壤組成為退海成陸的濱海鹽土和潮灘土,質(zhì)地為砂壤,具有土壤松散、無(wú)結(jié)構(gòu)、碎貝殼多、土色灰暗、潛育化現(xiàn)象明顯等特征。由于干濕季節(jié)明顯、旱季漫長(zhǎng)而濕季短暫、蒸發(fā)量大于降水量等氣候特點(diǎn),土壤長(zhǎng)期處于積鹽狀態(tài)。經(jīng)過(guò)多次取土了解,1 m深度土體含鹽量高達(dá)1.36%,全氮含量11.4 mg/kg、有效磷含量10.1 mg/kg、速效鉀含量320.8 mg/kg、有機(jī)質(zhì)含量0.43%,土壤養(yǎng)分含量低。受自然條件的限制,當(dāng)?shù)刂参镆蕴J葦、鹽地堿蓬、羅布麻、灰綠藜等鹽生地被為主,潮間帶分布有少量大米草,無(wú)高大喬木。

        2 濱海鹽堿地改良技術(shù)

        2.1 改良措施研究進(jìn)展

        我國(guó)濱海鹽堿地是直接或間接受海水、海潮影響的地區(qū),其分布范圍北起遼東半島,南至雷州半島、海南島及南海諸島嶼的濱海,面積約600萬(wàn)hm2。受海洋暖濕氣流的影響,濱海地區(qū)距海愈遠(yuǎn),地下水埋藏越深。受海潮侵襲和海水頻繁補(bǔ)給等蒸發(fā)濃縮的影響,地下水礦化度一般來(lái)說(shuō)比海水高,距海近的地方多為120~150 g/L,最高可達(dá)250 g/L。研究地所在的渤海濱海段,包括遼寧、河北、天津、山東等省市,蒸降比為2.5~3.5,具有土質(zhì)較細(xì)、土層深厚、平坦連片、鹽硝含量較高的特點(diǎn),其鹽分組成以NaCl為主[1-2]。

        目前濱海鹽堿地區(qū)有許多成熟的鹽堿土改良措施,主要有:①物理改良,如平整地面、深耕曬垡、客土抬高地面、微區(qū)改土、大穴整地等,這對(duì)于低水位、鹽分中度以下的土壤具有一定的改良效果,但對(duì)于高水位地區(qū),在土壤毛細(xì)管的作用下,仍會(huì)出現(xiàn)返鹽現(xiàn)象,導(dǎo)致土壤表層鹽分集聚,出現(xiàn)板結(jié),植物難以成活;②水利工程改良,如排灌配套、蓄淡壓鹽、灌水洗鹽、暗管排鹽等,盡管排鹽效果明顯,但開(kāi)槽布管使得綠化工程成本大大增加;③化學(xué)改良,即加入土壤化學(xué)改良劑如過(guò)磷酸鈣、腐殖酸、醋渣等,見(jiàn)效也快,但新增的化學(xué)物質(zhì)改變了原有土壤的理化性質(zhì),從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看,單一大面積使用化學(xué)改良劑會(huì)增加環(huán)境風(fēng)險(xiǎn),如導(dǎo)致土壤微生物種類的改變等;④生物改良,如通過(guò)育種、篩選耐鹽植物進(jìn)行改良等,此方法雖然也有效,但改良后的植物適應(yīng)環(huán)境周期長(zhǎng),短期見(jiàn)效慢,而直接選擇種植強(qiáng)耐鹽堿植物,植物品種單一,常見(jiàn)的鹽生植物如堿蓬、檉柳、二色補(bǔ)血草等都為草本植物,景觀效果不佳[3]。

        2.2 梯田式吹填土綠化技術(shù)要點(diǎn)

        梯田式吹填土綠化技術(shù)是結(jié)合水土保持工程中的梯田式造型,有效攔蓄雨水的技術(shù),既減少坡面徑流又充分利用淡水資源,解決濱海鹽堿地園林綠化淡水資源不足的問(wèn)題,具體改良步驟包括整地、造型和適生植物篩選。

        2.2.1 抬高地面、降低水位

        整理場(chǎng)地,將風(fēng)干的吹填土進(jìn)行分層堆土壓實(shí),至地面高1~1.5 m,做坡度15°~30°的基礎(chǔ)地形,以此抬高地面來(lái)降低地下水位(圖1)。

        1—吹填土基礎(chǔ);2—滲水溝(內(nèi)填充碴石);3—稻草簾;4—土工布;5—種植土;6—土?。?—檢查井

        在基礎(chǔ)地形坡腳最低處縱向開(kāi)挖0.5 m×0.5 m的方形滲水溝,內(nèi)填粒徑10~12 cm的碴石,用于收集淋層排下的水。其中滲水溝最高點(diǎn)至最低點(diǎn)有0.3%的坡度,最低點(diǎn)與綠地檢查井相連,用于收集土壤中多余的水,防止地下水位上升。

        基礎(chǔ)地形與滲水溝之上布設(shè)20~30 cm厚壓實(shí)的稻草簾,起到隔離、排鹽的作用。在稻草簾之上鋪具有防腐透水性能的土工布,用于隔離種植土,防止土壤進(jìn)入到稻草中。

        土工布之上鋪改造后的吹填土,將松散風(fēng)干的吹填土摻拌有機(jī)物廢物后堆于鋪好的土工布之上,土層厚度1~1.5 m。有機(jī)物廢物為粉碎的秸稈或草炭、污泥(污水處理廠廢棄物)、脫硫石膏(發(fā)電廠廢棄物)、醋渣(食醋加工廠廢渣),吹填土與各組分摻拌的質(zhì)量比為1 ∶1 ∶1 ∶0.2 ∶0.2~1 ∶1 ∶1 ∶0.5 ∶0.5,目的是增加吹填土的土壤透水性,調(diào)節(jié)土壤pH值。

        2.2.2 局部造型、培肥土壤

        沿等高線順坡從上向下層層修筑寬0.5~1 m、坎高0.5~1 m、坎坡45°的梯田(圖1),于田面外緣設(shè)置0.15~0.2 m高的土埂,沿等高線間隔4 m再設(shè)置0.15~0.2 m高的土埂,形成4 m×1 m的小畦,以利用雨季自然降雨或淡水。每個(gè)小畦蓄水0.15~0.2 m深,待自然下滲完再灌水,共進(jìn)行3次蓄水洗鹽。

        在洗好的梯田單元格表面增施熟化的動(dòng)物糞便,與吹填土質(zhì)量比為1 ∶1,然后進(jìn)行翻耕培肥土壤,測(cè)定土壤養(yǎng)分指標(biāo),目的是為植物提供具有養(yǎng)分的生長(zhǎng)基質(zhì)。

        2.2.3 植物選擇

        (1)具有耐鹽堿能力。經(jīng)過(guò)梯田式土壤改良,土壤的鹽分降低至0.3%以下,依據(jù)適地適樹(shù)的原則,喬木選擇中度耐鹽及以下的園林植物作為綠化樹(shù)種,如白蠟、國(guó)槐、刺槐、欒樹(shù)、合歡、木槿、山桃等。考慮到綠化初期植被覆蓋度低、地面裸露,試驗(yàn)地采用播種野花組合的方式,實(shí)現(xiàn)快速?gòu)?fù)綠,以此減少土壤水分蒸發(fā),增加土壤通透性。

        (2)具有改良土壤的能力。選擇具有根瘤且樹(shù)冠大、落葉多的樹(shù)種,這樣既能提高林木的成活率,也能夠提高土壤有機(jī)質(zhì)含量,減少土壤鹽分積累,起到改善土壤環(huán)境的作用,如國(guó)槐、刺槐、紫穗槐等。

        (3)淺根性樹(shù)種。濱海鹽堿地地下水位較淺,深根性樹(shù)種隨著樹(shù)齡增加,根系亦向縱深擴(kuò)展,根系一旦穿透淋層,隨土層深度增加植物受鹽害的幾率增大,若遇上地下水位過(guò)高的年份,則造成爛根,致使樹(shù)木大量枯梢死亡。因此,在選擇樹(shù)種方面,應(yīng)盡量選擇側(cè)根或不定根輻射生長(zhǎng)且分布于土壤表層的淺根性植物,如刺槐、合歡、欒樹(shù)、山桃等樹(shù)種。

        3 改良效果

        3.1 土壤脫鹽效果

        對(duì)梯田造型后的吹填土進(jìn)行連續(xù)3次灌水洗鹽,每次洗土后對(duì)梯田上中下3個(gè)部位取土測(cè)定土壤含鹽量及pH值(見(jiàn)表1),3次后土壤(0—60 cm)平均含鹽量由1.360%降至0.138%,脫鹽率80%。

        表1 土壤脫鹽試驗(yàn)效果

        對(duì)淋洗并施加過(guò)有機(jī)肥的吹填土進(jìn)行土壤養(yǎng)分測(cè)定(見(jiàn)表2)可以看出,通過(guò)對(duì)吹填土淋洗后施加有機(jī)肥,土壤肥力明顯上升。根據(jù)土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn),淋洗后土壤有機(jī)質(zhì)極缺乏(<0.6%),加入有機(jī)肥后有機(jī)質(zhì)達(dá)到了中等水平(1.0%~3.0%),土壤全氮從極缺乏(<50 mg/kg)上升到中上等水平(>100 mg/kg),土壤有效磷、速效鉀含量也明顯上升,更適合植物生長(zhǎng)。

        表2 土壤改良前后的養(yǎng)分變化

        3.2 建設(shè)成本比較

        首先,梯田式造型整地有利于雨季充分蓄納雨水進(jìn)行洗鹽或綠地澆灌,可節(jié)省綠化用水30%以上。其次,不需要購(gòu)買和更換種植土,以及用稻草簾替代碴石作淋層的廢物利用方法,比目前普遍采用的換土種植、暗管排水的工程節(jié)省投資約57%,具體見(jiàn)表3。

        表3 梯田式吹填土綠化法與傳統(tǒng)做法成本比較

        3.3 不同綠化方法植物成活率比較

        與傳統(tǒng)綠化方法比較,濱海鹽堿土經(jīng)梯田式吹填土綠化方法脫鹽和培肥改良后,項(xiàng)目區(qū)由原來(lái)只能生長(zhǎng)堿蓬、黃須、檉柳等鹽生植物或不長(zhǎng)植物的光板地,變?yōu)槟苌L(zhǎng)當(dāng)?shù)剡m生的所有喬灌木花草的綠地和林帶,植物成活率達(dá)到90%以上(表4)。

        表4 不同綠化方法一年后植物成活率比較

        4 結(jié) 論

        (1)本試驗(yàn)的梯田式造型有利于攔蓄雨水,不但能增加保水保肥能力,而且可以充分淋洗土壤、降低鹽分,同時(shí)解決濱海鹽堿地園林綠化淡水資源不足的問(wèn)題。

        (2)梯田式吹填土綠化方法,利用地形直接堆土抬高地面,避免了開(kāi)槽動(dòng)土布設(shè)盲溝、盲管的工序,簡(jiǎn)化了施工工藝,特別是通過(guò)摻拌粉碎后的秸稈或草炭、堆肥發(fā)酵后的污水處理廠的污泥、食醋加工廠的醋渣、發(fā)電廠的脫硫石膏等有機(jī)廢物,增加了吹填土的孔隙度,加速了水分下滲,避免了積鹽現(xiàn)象,同時(shí)有效降低了洗土后的pH值,提高了土壤肥力。

        (3)使用有機(jī)廢物培肥后的吹填土作為種植土和使用稻草簾替代傳統(tǒng)碴石作為淋層的方法,既有效地利用了廢物,保護(hù)了自然資源,節(jié)約了綠化成本,使得土壤水分順暢下滲,達(dá)到排鹽的目的,又有效阻止了基礎(chǔ)層土壤鹽分隨毛管水上升,抑制了返鹽現(xiàn)象,保證了植物的成活率達(dá)到90%以上。

        [參考文獻(xiàn)]

        [1] 楊金玉,王建華.曹妃甸濱海泥質(zhì)重鹽堿地綠化技術(shù)研討[J].河北林業(yè)科技,2013(2):77-80.

        [2] 李國(guó)華.河北濱海鹽堿地和北京土石山區(qū)基盤(pán)法造林技術(shù)研究[D].北京:北京林業(yè)大學(xué),2009.

        [3] 張松濤,胡月楠,劉暢,等.一種濱海鹽堿地梯田式吹填土的局部造型[P].中國(guó)專利:ZL201320292655.1,2013.

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