賈志軍, 李 娟, 甄寶艷, 王 富

(1.河北省水利技術(shù)試驗(yàn)推廣中心， 河北 石家莊 050061; 2.河北環(huán)京工程咨詢有限公司， 河北 石家莊 050011)

由于傳統(tǒng)的發(fā)電方式不僅面臨不可替代資源短缺的威脅，而且難以使區(qū)域資源—環(huán)境—經(jīng)濟(jì)—生態(tài)和諧發(fā)展，促使眾多國(guó)家都積極發(fā)展新型能源[1-2]。風(fēng)能作為一種無(wú)污染可再生的清潔能源越來越受到國(guó)家的重視而得以迅猛發(fā)展[1,3-4]。但在風(fēng)電場(chǎng)的建設(shè)過程中，由于風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)開挖、安裝場(chǎng)地平整、施工道路施工、臨時(shí)堆土等施工活動(dòng)，必然導(dǎo)致植被和地表嚴(yán)重破壞，地表裸露，水土流失加劇[1,5]。壩上地區(qū)屬內(nèi)蒙古風(fēng)源區(qū)，風(fēng)能資源十分豐富[6]，但壩上地區(qū)屬于典型的農(nóng)牧交錯(cuò)帶生態(tài)脆弱區(qū)，區(qū)內(nèi)風(fēng)蝕與水蝕并存，為典型的風(fēng)蝕水蝕混合侵蝕區(qū)[7]。風(fēng)電場(chǎng)的建設(shè)既有點(diǎn)狀工程又有線性工程，對(duì)地表造成了強(qiáng)烈的擾動(dòng)，大部分把原有的植被和土壤破壞殆盡，使地面形成再塑的、幾乎沒有種源的土壤生土層[1]。在風(fēng)電場(chǎng)現(xiàn)有水土流失防治措施中，植被恢復(fù)均以覆土植樹、種草為主[8-10]，而對(duì)于表土剝離的使用，董智等[1]的研究認(rèn)為，表土中的種子庫(kù)可以作為一種資源進(jìn)行利用，從而加快其植被恢復(fù)。但因?qū)Ρ硗燎謇?、堆放、回覆要求較嚴(yán)格，使表土回覆自然恢復(fù)未能作為一種資源或植物措施推廣使用。事實(shí)上，表土中含有大量的原生植被種子，形成較為豐富的土壤種子庫(kù)。如果合理清理并使用表土，將有助于土壤種子庫(kù)種子萌發(fā)成苗，從而加快原生植被的恢復(fù)，利于水土流失的防治。土壤種子庫(kù)是指存在于土壤表面和土壤中全部存活種子的總和，具有特定生態(tài)系統(tǒng)的潛在植物種群，是種群定居、生存、繁衍和擴(kuò)散的基礎(chǔ)，對(duì)群落演替和植被恢復(fù)具有重要作用[11-12]。然而，在生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目方面，土壤種子庫(kù)的研究主要集中于礦區(qū)[11-13]，而對(duì)風(fēng)電場(chǎng)區(qū)的土壤種子庫(kù)研究甚少。鑒于此，本文擬以壩上風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)過程中的表土為研究對(duì)象，選擇滿井風(fēng)電場(chǎng)的施工生產(chǎn)生活區(qū)、棄土棄渣區(qū)及5個(gè)風(fēng)機(jī)的吊裝平臺(tái)，利用分層清理的表土覆蓋各試驗(yàn)區(qū)，研究自然恢復(fù)條件下利用表土中的土壤種子庫(kù)進(jìn)行植被恢復(fù)的效果，從而揭示表土分層不同處理措施對(duì)植被恢復(fù)的影響，以期為生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目中分層清理的表土進(jìn)一步資源化利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于河北壩上張家口市的張北縣單晶河鄉(xiāng)中節(jié)能滿井風(fēng)電場(chǎng)，海拔高度為1 200 m以上，地貌類型屬于內(nèi)蒙古高原南緣壩緣山地低山丘陵區(qū)，上覆薄層殘坡積物和風(fēng)成沉積物。項(xiàng)目區(qū)屬半干旱大陸季風(fēng)性氣候，年平均氣溫約0.8 ℃，最冷月(1月)平均氣溫-18.6 ℃，最熱月(7月)平均氣溫17.6 ℃，極端最高氣溫32.8 ℃，最低氣溫-37.4 ℃，≥10 ℃積溫1 513 ℃，太陽(yáng)總輻射量543.4 kJ/cm2，無(wú)霜期約75 d左右。年降水量350 mm，降雨季節(jié)分布格局很不均勻，降水年變率大，降水主要集中在7，8，9這3個(gè)月內(nèi)，占全年降水量的79%左右。蒸發(fā)量是降水量的4倍，干旱狀況十分嚴(yán)重。全年盛行西風(fēng)、西北風(fēng)，年平均風(fēng)速4.3 m/s，最大瞬時(shí)風(fēng)速34 m/s，年平均大風(fēng)日數(shù)49 d，且與干旱季節(jié)同步。

1.2 研究方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與調(diào)查

(1) 表層土覆蓋土壤種子庫(kù)萌發(fā)狀況的測(cè)定。施工前，對(duì)施工生產(chǎn)生活區(qū)、棄土棄渣區(qū)區(qū)進(jìn)行表土利用人工分別按0—10和10—30 cm分層清理、分層堆放，用密目防塵網(wǎng)或土工布覆蓋防止水土流失。等施工生產(chǎn)生活區(qū)拆除后和棄土棄渣區(qū)封閉后，先在2個(gè)試驗(yàn)區(qū)覆蓋10—30 cm層的土壤，最后再將0—10 cm的表土覆蓋在最上面，鎮(zhèn)壓后澆水。

待有種子萌發(fā)時(shí)，在2個(gè)試驗(yàn)區(qū)域隨機(jī)布設(shè)1 m×1 m的小樣方30個(gè)，調(diào)查樣方內(nèi)的種子萌發(fā)數(shù)量，并鑒定其種類，分別統(tǒng)計(jì)其科、屬特性、生活型等特征，探討表土土壤種子庫(kù)及其萌發(fā)狀況。

(2) 表土覆蓋與客土覆蓋植被恢復(fù)效果的測(cè)定。在風(fēng)電場(chǎng)33個(gè)風(fēng)機(jī)位內(nèi)隨機(jī)選取5個(gè)相鄰風(fēng)機(jī)位做定位試驗(yàn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，5個(gè)風(fēng)機(jī)位土壤的處理方式分別為清表并分層處理、土地平整、購(gòu)買客土，植被恢復(fù)方式主要為利用土壤種子庫(kù)自然恢復(fù)植被和人工種植恢復(fù)植被方式，5種組合方式分別用風(fēng)機(jī)號(hào)來表示(表1)。以上試驗(yàn)從2010年5月5開始，至2011年8月結(jié)束。在試驗(yàn)期內(nèi)，所有的試驗(yàn)風(fēng)機(jī)全部做封禁處理，避免任何人畜干擾，在春季最干旱的時(shí)候人工澆水1次。各風(fēng)機(jī)位土壤處理與植被恢復(fù)方式見表1。自然恢復(fù)指利用土壤種子庫(kù)的恢復(fù)，人工種植植物種則選擇條播披堿草+苜蓿，播幅20 cm。

表1 5個(gè)風(fēng)機(jī)位表土處理與植被恢復(fù)方式

在5個(gè)風(fēng)機(jī)位平臺(tái)試驗(yàn)區(qū)內(nèi)，隨機(jī)設(shè)置30個(gè)面積1 m×1 m的草本樣方，按生態(tài)學(xué)方法調(diào)查樣方內(nèi)的種類、數(shù)量、高度、蓋度等內(nèi)容，計(jì)算其Shannon-Winner多樣性指數(shù)、Simpson多樣性指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)。

1.2.2 數(shù)據(jù)處理與分析 生物多樣性指數(shù)采用以下公式計(jì)算：

Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H)

H=∑PilgPi

(1)

Simpson多樣性指數(shù)(D)

(2)

Pielou均勻度指數(shù)(Jsw)

Jsw=(-∑PilgPi)/lgS

(3)

式中：Pi——第i個(gè)物種的相對(duì)密度；S——物種數(shù)目。

數(shù)據(jù)采用SPSS 17.0軟件分析，采用單因素方差分析(one-way ANOVA)和Duncan’s新復(fù)極差法比較不同數(shù)據(jù)組間差異，圖形采用Excel軟件制作。

2 結(jié)果與分析

2.1 兩個(gè)試驗(yàn)區(qū)種子庫(kù)萌發(fā)狀況

分層覆蓋清理的表土經(jīng)鎮(zhèn)壓、澆水后，土壤種子庫(kù)中的植物萌發(fā)、成苗。調(diào)查結(jié)果顯示，2個(gè)試驗(yàn)區(qū)的植物中均為草本植物，未出現(xiàn)木本植物。

施工生產(chǎn)生活區(qū)共計(jì)有16種植物，分別屬于9科，其中藜科3種，其數(shù)量占全部幼苗總數(shù)的42.25%；菊科2種，占全部幼苗總數(shù)的27.09%；禾本科3種，占全部幼苗總數(shù)的15.38%；其余包括罌粟科1種，十字花科2種，薔薇科2種，蓼科1種，豆科1種、傘形科1種。棄土棄渣區(qū)共計(jì)有植物17種，分屬9個(gè)科，其中，藜科3種，占全部幼苗總數(shù)的45.08%；禾本科3種，占全部幼苗總數(shù)的15.16%；菊科3種，占全部幼苗總數(shù)27.85%；其余包括茜草科1種，十字花科1種，薔薇科2種，蓼科1種，傘形科1種和豆科2種。植物發(fā)芽情況見表2。

表2 表土清理分層處理植物發(fā)芽情況

注：AH一年生草本植物；PH多年生草本植物。

對(duì)2個(gè)表土覆蓋區(qū)的植物種的生活型進(jìn)行分析，結(jié)果表明：施工生產(chǎn)生活區(qū)1年生植物的數(shù)量占總數(shù)的62.08%，其中藜科占了42.25%；數(shù)量最多的4種1年生植物為藜、獨(dú)行菜、狗尾草和豬毛菜。棄土棄渣區(qū)1年生植物的數(shù)量占總數(shù)的60.88%，其中藜科占了45.08%，數(shù)量最多的4種植物為藜、狗尾草、獨(dú)行菜和豬毛菜。多年生植物在施工生產(chǎn)生活區(qū)和棄土棄渣區(qū)所占的比例分別為37.92%和39.12%，其中均以菊科的苣荬菜占的比例最大，其次為迷果芹、針茅、冰草。野外測(cè)定結(jié)果表明，2個(gè)區(qū)域的表土集中覆蓋自然植被恢復(fù)后，施工生活生產(chǎn)區(qū)的覆蓋度可達(dá)到55%，平均高度達(dá)到24.8 cm；棄土棄渣區(qū)的覆蓋度可達(dá)到45%，平均高度達(dá)到21.2 cm。

由此可見，通過分層堆放和回覆表土，可使表土中有活力的土壤種子萌發(fā)并生長(zhǎng)，且2個(gè)試驗(yàn)區(qū)種子庫(kù)的植物種類、數(shù)量及其幼苗所占比例相近。按種子庫(kù)密度換算，施工生產(chǎn)生活區(qū)與棄土渣場(chǎng)區(qū)的土壤種子庫(kù)密度平均為30.77，25.67株/m2。恢復(fù)植物種既有1年生植物也有多年生植物，不僅可有效覆蓋地表，而且1年生植物種子成熟后又可落于地表形成新的種子庫(kù)，多年生植物也可繼續(xù)存續(xù)，從而保障了2個(gè)區(qū)域的植被恢復(fù)。

上述試驗(yàn)說明，土壤中的種子庫(kù)較為豐富，只要進(jìn)行適當(dāng)?shù)娜藶楦蓴_，如分層清理、分層覆蓋，在覆土后鎮(zhèn)壓、澆水，并嚴(yán)禁人畜的破壞，土壤中的種子均能正常發(fā)芽，并形成一定數(shù)量和覆蓋度的植物群落，從而使受損的植物群落達(dá)到恢復(fù)的效果。因此，在實(shí)踐中如果來不及進(jìn)行人工植樹種草措施的建設(shè)，一定要在施工過程中，注意分層清理表土和分層堆放，在完工后進(jìn)行分層集中覆蓋，以此達(dá)到利用自然力恢復(fù)地面植被的目的。

2.2 風(fēng)機(jī)試驗(yàn)區(qū)植被恢復(fù)效果

由表3可知，5個(gè)風(fēng)機(jī)試驗(yàn)區(qū)在不同的恢復(fù)方式下，經(jīng)過第1 a的治理與第2 a的撫育管理，植被恢復(fù)效果有較大的差異。對(duì)于表土分層堆放分層回覆+自然恢復(fù)方式(96#)，即使利用土壤種子庫(kù)自然恢復(fù)植被的方式，該方式下第1 a植被蓋度為50%，第2 a提高至65%；植株的平均高度由54 cm降低為34.8 cm，植物種類由13種增大為14種，Simpson指數(shù)由0.885 2增大為0.903 4，Shannon指數(shù)由2.352 6增大為2.475 1，均勻度指數(shù)由0.810 3增大為0.859 1。這表明生物多樣性增大，物種數(shù)更走向于均勻分布。從群落組成來看，第2 a一年生植物數(shù)量有所減少，禾本科植物的數(shù)量逐漸增加，群落中糙隱子草、羊草、克氏針茅等數(shù)量明顯增大，這也使得整個(gè)群落的高度有所下降。

表3 風(fēng)機(jī)試驗(yàn)區(qū)植被恢復(fù)效果及治理費(fèi)用

對(duì)于土地平整+自然恢復(fù)組合(98#)來說，因土地平整，表土未得到分層回覆而使得土壤相互摻混在一起，土壤種子庫(kù)內(nèi)的種子可能因覆土太厚而不能獲得萌發(fā)機(jī)會(huì)，因而無(wú)論物種數(shù)還是各多樣性指數(shù)均較分層覆土自然恢復(fù)處理明顯下降，而且群落蓋度低，第1，2 a群落蓋度分別為25%和35%，平均高度為35和40 cm，植物種僅6～7種，且仍以1年生植物為主。當(dāng)采取土地平整+人工種植的方式時(shí)(82#)，因人工種植增加了土壤的擾動(dòng)與翻耕，加之種植了苜蓿和披堿草2種草本植物，使得物種多樣性等各項(xiàng)指標(biāo)均超過土地平整與自然恢復(fù)組合。這說明在同等的處理方式下，人工種植可以加快植被恢復(fù)的速度，增加物種的多樣性和地表覆蓋度。從群落組成上看，人工種植直接增加了群落的多年生草本比例，使得群落演替進(jìn)程加快。

對(duì)于客土+自然恢復(fù)(81#)而言，其群落組成物種數(shù)更少，僅有5種植物，說明購(gòu)買的客土中土壤種子庫(kù)較為缺乏，加之客土?xí)r的土壤整治，萌發(fā)種子數(shù)也少，因而植物多樣性指數(shù)還是蓋度較低，物種組成上主要也是以1年生的藜、豬毛菜、狗尾草等為主。而客土+人工種植的組合(79#)，由于人工植物種的種植，群落組成物種數(shù)由5種增加為8種，由于種植密度加大，植被蓋度明顯大于其他各個(gè)處理，使得地表的有效覆蓋增加；而且植物多樣性指數(shù)均較購(gòu)買客土自然恢復(fù)有所增大。

對(duì)比5種不同組合方式的植被恢復(fù)效果發(fā)現(xiàn)，5種不同組合方式間存在顯著差異，且第1,2 a效果基本相同。以植被恢復(fù)的第2 a為例，群落蓋度在各處理間表現(xiàn)為79#>96#>82#>81#>98#，且客土+人工種植方式、土地平整+自然恢復(fù)方式均與其他處理間差異顯著；物種數(shù)表現(xiàn)為96#>(79#=82#)>98#>81#，且分層處理+自然恢復(fù)方式與其他處理間差異顯著；Simpson指數(shù)和Shannon指數(shù)均表現(xiàn)為96#>79#>82#>81#>98#，對(duì)于Simpson指數(shù)，分層處理+自然恢復(fù)、客土+人工種植、土地整治+人工恢復(fù)與其他兩種恢復(fù)方式有顯著差異，Shannon指數(shù)則呈現(xiàn)出分層回覆+自然恢復(fù)處理與其他處理間差異顯著，客土+人工恢復(fù)與土地整治+人工恢復(fù)處理與其他處理間差異顯著；Pielou指數(shù)的大小順序與群落蓋度變化相同，且分層處理+自然恢復(fù)、客土+人工種植、土地整治+人工恢復(fù)與其他2種恢復(fù)方式有顯著差異。綜合來看，分層回覆+自然恢復(fù)效果最佳，其次是客土+人工恢復(fù)與土地平整+人工恢復(fù)，土地平整+自然恢復(fù)效果最差。

2.3 風(fēng)機(jī)試驗(yàn)區(qū)植被恢復(fù)投入費(fèi)用

由表3可知，第二年的撫育管理費(fèi)用相同，即在春季最干旱時(shí)人工灌水1次，采用全面封禁管理；但5種植被恢復(fù)方式組合第一年的投入費(fèi)用差異明顯，投資由高到低的順序?yàn)?9#>81#>96#>82#>98#。而植被恢復(fù)效果由高到低表現(xiàn)為96#>79#>82#>81#>98#。結(jié)合費(fèi)用與恢復(fù)效果來分析，以土地平整+人工恢復(fù)的方式費(fèi)用較省，恢復(fù)效果較好。因而，在各風(fēng)電場(chǎng)，可以根據(jù)具體施工條件，在經(jīng)濟(jì)條件允許的條件下，盡可能采用分層回覆+自然恢復(fù)的方式，至少應(yīng)該采用土地平整+人工恢復(fù)方式；不建議采用客土+人工恢復(fù)方式，除非風(fēng)電場(chǎng)區(qū)無(wú)表土可清理使用或清理的表土數(shù)量不足；而且為了加快風(fēng)電場(chǎng)區(qū)的植被恢復(fù)進(jìn)度與效果，不建議僅進(jìn)行土地平整+自然恢復(fù)的方式，盡管其費(fèi)用最少，但因植被恢復(fù)效果差而使水土流失控制效果減弱。

3 結(jié) 論

(1) 風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目的植被可以通過土壤中的種子庫(kù)進(jìn)行恢復(fù)，關(guān)鍵是要做好表土的分層清理、分層回覆工作，回填時(shí)應(yīng)將0—10 cm的土層覆在最上面，并在覆土后澆水以保證植物種子順利萌發(fā)，且時(shí)間控制在4月中下旬至8月中下旬之間為宜。

(2) 不同植被恢復(fù)組合方式間在群落蓋度、植被平均高度、物種數(shù)、多樣性指數(shù)間均存在顯著差異，各處理組合方式的恢復(fù)效果大小順序在各指標(biāo)間排列不一致，綜合來看，各處理間以分層回覆+自然恢復(fù)效果最好，土地平整+自然恢復(fù)效果最差。

(3) 不同植被恢復(fù)組合方式間的投入差異明顯，由高到低表現(xiàn)為79#>81#>96#>82#>98#。各風(fēng)電場(chǎng)在選用植被恢復(fù)方式時(shí)，建議根據(jù)施工條件、經(jīng)濟(jì)條件及植被恢復(fù)效果進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，以選擇適宜的恢復(fù)方式。盡可能采用分層回覆+自然恢復(fù)的方式，至少應(yīng)該采用土地平整+人工恢復(fù)方式；不建議直接進(jìn)行土地平整+自然恢復(fù)的方式。

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