劉興良，劉世榮，劉 杉，姬慧娟，馬文寶，馮秋紅 潘紅麗，張 利，劉千里，繆 寧

(1．四川林業(yè)科學(xué)研究院，四川 成都 610081；2．中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院森林生態(tài)與環(huán)境保護(hù)研究所，北京 10091；3．北京林業(yè)大學(xué)，北京 10083；4．阿壩州林業(yè)科學(xué)技術(shù)研究所，四川 汶川 623000；5．四川大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，四川 成都 610044)

“5·12”汶川特大地震造成四川省龍門(mén)山斷裂帶嚴(yán)重受災(zāi)區(qū)32.87萬(wàn)hm2林地面積損毀，導(dǎo)致森林覆蓋率下降1.87%[1]，區(qū)域生物多樣性受到不同程度的影響[2]。地震造成的山體崩塌、滑坡、泥石流等次生災(zāi)害為世界所罕見(jiàn)，區(qū)域內(nèi)森林植被遭受巨大破壞，給災(zāi)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)造成了嚴(yán)重影響[3]。德國(guó)在礦山廢棄地植被恢復(fù)、公路邊坡治理等方面具有豐富的治理經(jīng)驗(yàn)，其生態(tài)毯或生態(tài)墊植被恢復(fù)技術(shù)和生物多樣性保護(hù)技術(shù)都處于前列[4]。

生態(tài)毯植被恢復(fù)技術(shù)指用馬利瓦特(Maliwatt)縫編工藝，將可降解的植物纖維為原料編制成卷，同時(shí)將一定配比的植物種子和基質(zhì)混合后植入成卷材料而形成的快速植被恢復(fù)技術(shù)。根據(jù)對(duì)各區(qū)域類(lèi)似技術(shù)的比較(見(jiàn)表1)，各類(lèi)技術(shù)各有優(yōu)勢(shì)，但德國(guó)生態(tài)毯植被恢復(fù)技術(shù)成熟，具有對(duì)環(huán)境無(wú)污染、鋪設(shè)迅速、成本低等特點(diǎn)，因此，通過(guò)引進(jìn)德國(guó)成熟的生態(tài)毯植被恢復(fù)技術(shù)，拓展生態(tài)毯植被恢復(fù)技術(shù)在地震滑坡植被恢復(fù)、沙化治理、礦山廢棄地和公路邊坡治理等方面的應(yīng)用，不僅對(duì)地震災(zāi)害多發(fā)區(qū)滑坡、礦山廢棄地、公路邊坡治理起到良好的示范作用，而且對(duì)保護(hù)四川生態(tài)旅游環(huán)境、繁榮民族地區(qū)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展，改善我國(guó)生態(tài)脆弱區(qū)的生態(tài)環(huán)境具有重要意義[5]。

表1 各區(qū)域類(lèi)似技術(shù)特點(diǎn)比較

Tab.1 Comparison of similar technical characteristics in different regions

1 研究及應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 國(guó)外研究及應(yīng)用現(xiàn)狀

20世紀(jì)30年代以來(lái)，歐美發(fā)達(dá)國(guó)家相繼采用天然的椰棕纖維、苧麻纖維等為原料加工成的一類(lèi)成卷水土保持產(chǎn)品(RECPs)的研發(fā)，根據(jù)制作大小不同分為生態(tài)毯、生態(tài)墊和植物培育墊，在園林綠化，公路、鐵路、河道等邊坡防護(hù)，以及沙漠治理領(lǐng)域[6]，特別在公路邊坡工程治理中得到廣泛的應(yīng)用[7]。

馬來(lái)西亞主要研發(fā)的產(chǎn)品為椰毯的生態(tài)墊。無(wú)論是在椰棕的主產(chǎn)地馬來(lái)西亞、印度、菲律賓，還是歐美、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家以及我國(guó)臺(tái)灣等地區(qū)都大量將生態(tài)墊用于水土保持[8。

瑞士開(kāi)發(fā)的苧麻纖維培育墊，采用編鏈襯緯組織，將苧麻和丙綸兩種紗線編織成方形小網(wǎng)格，縱向組織丙綸，橫向的襯緯是苧麻，有規(guī)律地加入植物種子而成，這種墊子既可保持水土，防止滑移，又可綠化環(huán)境，保持生態(tài)平衡[4]。

德國(guó)薩克森研究所采用Maliwatt縫編工藝編織成亞麻纖維網(wǎng)，同時(shí)用一種特殊的計(jì)量器將草種均勻地置入網(wǎng)中，用縫合線連接而成，即縫編草皮培育墊，這種墊子具有多孔結(jié)構(gòu)，草根極易穿過(guò)織物伸入土壤，吸取所需養(yǎng)料和水分，同時(shí)可以保護(hù)草種免遭鳥(niǎo)類(lèi)啄食，防止草種流失和有助于草種發(fā)芽，草種發(fā)芽生根后，亞麻便逐漸分解到土壤中，對(duì)環(huán)境無(wú)污染[4]。

1.2 國(guó)內(nèi)研究及應(yīng)用現(xiàn)狀

我國(guó)以植物纖維為原料研發(fā)的環(huán)保型麻地膜，具有良好的生物可降解性且無(wú)環(huán)境污染，在礦山廢棄地和公路邊坡治理等方面的應(yīng)用，對(duì)我國(guó)西部開(kāi)發(fā)及其生態(tài)環(huán)境的改善具有一定意義[9,10]。生態(tài)墊在國(guó)內(nèi)的研究與應(yīng)用始于2002—2004年中德農(nóng)業(yè)科技合作項(xiàng)目“可降解材料在困難立地造林中的應(yīng)用”和北京市林業(yè)局中馬合作項(xiàng)目“生態(tài)墊在京津風(fēng)沙源治理中的研究”等課題[11]。近年來(lái)，生態(tài)墊或植被毯在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用和研究主要集中在干旱少雨的北方地區(qū)，特別是荒漠化嚴(yán)重的地方和沙漠地帶，可以抗風(fēng)沙侵蝕和促進(jìn)植物生長(zhǎng)[11]。由于我國(guó)椰棕產(chǎn)地局限在海南等地，商品化程度低，產(chǎn)量少，開(kāi)發(fā)遲[11]，椰纖維植被毯可以作為生態(tài)治理的新型材料[12,13]，椰子纖維在人造板、復(fù)合材料和環(huán)保材料等領(lǐng)域有效利用，應(yīng)成為今后研究的重點(diǎn)[14]。

2 生態(tài)毯植被恢復(fù)效果

2.1 地震滑坡區(qū)域植被恢復(fù)效果

在汶川地震崩塌堆積區(qū)，利用生態(tài)毯植被恢復(fù)技術(shù)(見(jiàn)表2)開(kāi)展了不同肥料濃度和生態(tài)毯的交互作用的植被恢復(fù)試驗(yàn)。結(jié)果表明，紫花苜蓿的開(kāi)始發(fā)芽時(shí)間、株高和蓋度均差異不顯著。礫石泥沙堆積區(qū)每種生態(tài)毯上，均是高濃度肥料下植物長(zhǎng)勢(shì)好；相同的肥料濃度下，植物的長(zhǎng)勢(shì)為：椰纖維生態(tài)毯>秸稈+椰纖維生態(tài)毯>秸稈生態(tài)毯。但在椰纖維生態(tài)毯和80 g·m-2肥料濃度組合模式下，植物出現(xiàn)了嚴(yán)重的倒伏現(xiàn)象。泥沙堆積區(qū)均是高濃度肥料下植物長(zhǎng)勢(shì)好，相同的肥料濃度下，植物的長(zhǎng)勢(shì)為：椰纖維生態(tài)毯>秸稈+椰纖維生態(tài)毯>秸稈生態(tài)毯，且沒(méi)有倒伏現(xiàn)象[15]。

表2 地震滑坡生態(tài)毯植被恢復(fù)技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)

Tab.2 Technical parameter design of vegetation restoration for ecological blanket of earthquake landside

植物種類(lèi)：點(diǎn)播了刺槐、紫穗槐、水麻(2013年3月)；撒播了紫花苜蓿(2012年9月)；波斯菊、高羊茅、狗牙根、醉魚(yú)草和千里光(2013年3月)。

在汶川地震滑坡植被恢復(fù)表明[16]，在連續(xù)沒(méi)有降雨補(bǔ)充的情況下，鋪設(shè)生態(tài)毯的土壤含水量均高于裸地，各層的土壤水分含量隨干旱日數(shù)的增加呈下降的趨勢(shì)，生態(tài)毯的下降趨勢(shì)較為平穩(wěn)；生態(tài)毯覆蓋后，0 cm～10 cm、10 cm～20 cm土壤含水量均能保持較高的水平，保水效果為椰纖維生態(tài)毯>秸稈+椰纖維生態(tài)毯>秸稈生態(tài)毯>裸地。覆蓋生態(tài)毯可以提高土壤有機(jī)質(zhì)含量和pH值；土壤速效N、P、K和全N、全P、全K的含量也有一定程度的提高，土壤含水量均高于裸地的。

2.2 礦山廢棄地植被恢復(fù)效果

采礦亂石碎塊坡面上覆蓋生態(tài)墊以后，在炎熱夏季阻止了太陽(yáng)直射石塊，有效降低了地面溫度5℃以上，減少了地面高溫對(duì)植物的傷害；冬季起到穩(wěn)定和提高地溫的作用，可提高地溫1～2℃，大大提高了新植喬、灌樹(shù)木和草的保存率，增加了年生長(zhǎng)量[17]。

應(yīng)用生態(tài)墊和保水劑在北京市平原廢棄砂石坑地類(lèi)造林中，土壤瞬時(shí)含水量提高10%以上，田間持水量、涵養(yǎng)水源量及最大蓄水量分別提高了4.45%、41.34%、8.26%以上；土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀含量提高了64.49%、19.28%、132%、40%以上；冠幅增量較對(duì)照提高1.9 m[18]。

2.3 公路邊坡植被恢復(fù)效果

在河南高速公路使用椰絲型植被毯護(hù)坡可以增加植被的覆蓋度和面積指數(shù)，分別比未使用植被毯坡面高11.2%～14.1%和34.4%～39.6%；地表徑流量比對(duì)照坡小20.5%～54.1%，有效地控制水土流失[19]。鋪設(shè)生態(tài)墊的京北石質(zhì)山區(qū)盤(pán)山公路坡面上樹(shù)木個(gè)體的保存率從87.21%提高到95.32%，而保存樹(shù)木個(gè)體的受損率則由74.69%顯著降至2.15%[20]。在首都108國(guó)道鋪設(shè)植被毯的公路邊坡上經(jīng)灑水養(yǎng)護(hù)10 d后草種發(fā)芽率90%以上，30 d后草平均高度達(dá)10 cm以上，覆蓋度95%～99%，而且經(jīng)兩次暴雨天氣，坡面無(wú)沖刷溝現(xiàn)象[21]。

2.4 沙化地植被恢復(fù)效果

將生態(tài)墊用于沙漠治理，流動(dòng)沙丘0～40 cm的含水量(1.19%～1.27%)低于固定沙丘(1.61%～1.75%)，而其他各層的含水量(1.52%～1.73%)都高于固定沙丘(1.11%～1.38%)；流動(dòng)沙丘含水量(1.27%～1.73%)從上部到下部依次升高，而固定沙丘(1.75%～1.11%)則與此相反[22]。甘肅省河西走廊中部鋪設(shè)生態(tài)墊與不鋪設(shè)生態(tài)墊的沙丘，隨著土層的加深，溫差變化幅度也逐漸減小[23]。鋪生態(tài)墊后能夠顯著提高土壤0～15 cm的含水量，相對(duì)裸地提高167.33%，15 cm～30 cm，30 cm～45 cm的含水量相對(duì)提高53.10%，52.56%[24]，為固沙植物的生長(zhǎng)發(fā)育創(chuàng)造良好的條件。

在河北省張家口市宣化區(qū)境內(nèi)的流動(dòng)沙地治理中，生態(tài)墊能夠顯著降低沙地0～15 cm的土壤溫度，日均溫可降低2. 06 ℃～4.56 ℃，有利于沙地高溫條件下減少土壤蒸發(fā);在連續(xù)無(wú)降雨的情況下，生態(tài)墊下各層次的土壤含水量都高于流動(dòng)沙丘裸地，尤其是15 cm～30 cm含水量相對(duì)穩(wěn)定，人工植被建立后，其保存率、生長(zhǎng)量較流動(dòng)沙地均有較大幅度的提高[25]。

在四川若爾蓋沙化地帶用生態(tài)毯覆蓋1年后，均降低了兩種類(lèi)型沙地的土壤溫度，增加了土壤水分，提高了土壤最大持水量[26]，而且提高了植被群落的蓋度和生物量，分別是對(duì)照處理的1.20 倍和1.19 倍，而流動(dòng)沙地則分別為4.74 倍和2.83 倍[27]。

3 問(wèn)題與研究展望

生態(tài)毯植被恢復(fù)技術(shù)在歐美、日本等應(yīng)用廣泛，技術(shù)成熟，已形成各自的技術(shù)體系。我國(guó)在生態(tài)毯應(yīng)用和研究方面起步較晚，主要應(yīng)用在公路邊坡防護(hù)、流動(dòng)沙丘治理、河灘地造林等類(lèi)型的植被恢復(fù)，缺乏長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，技術(shù)體系尚未形成。因此，生態(tài)毯植被恢復(fù)技術(shù)研究可以重點(diǎn)開(kāi)展以下幾方面。

3.1 不同困難立地植被恢復(fù)生態(tài)毯的研發(fā)

由于制作生態(tài)毯材質(zhì)的不同，其用途和恢復(fù)功效也各不相同，對(duì)于不同植物纖維材質(zhì)制作的生態(tài)毯，其適用的類(lèi)型和功能缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，如椰纖維生態(tài)毯、稻草纖維生態(tài)毯、秸稈+椰纖維生態(tài)毯等已開(kāi)始廣泛應(yīng)用，但其使用范圍、效果等缺乏系統(tǒng)研究，因此，應(yīng)根據(jù)不同類(lèi)型的困難立地，研制不同類(lèi)型的植被恢復(fù)生態(tài)毯。

3.2 不同類(lèi)型生態(tài)毯基質(zhì)配方和植物配比研制

由于地震滑坡、礦山廢棄地、沙化地、公路修筑等形成的植被恢復(fù)區(qū)，土壤條件較為貧瘠，針對(duì)所在地區(qū)降雨條件、植被特征以及植被自然恢復(fù)潛力等，制定各種不同恢復(fù)類(lèi)型生態(tài)毯基質(zhì)配方，以及合適的植物種類(lèi)和種子配比。

3.3 鄉(xiāng)土植物種類(lèi)篩選與種子生理研究

由于我國(guó)地域遼闊，氣候類(lèi)型多樣，植物種類(lèi)繁多，因此，鄉(xiāng)土植物種類(lèi)選擇、種子生理研究等對(duì)生態(tài)毯植物種類(lèi)組合尤為重要。在開(kāi)展生態(tài)毯植被恢復(fù)前，應(yīng)對(duì)所在區(qū)域生態(tài)環(huán)境、植物種類(lèi)、生態(tài)特性以及種子生理作系統(tǒng)研究，慎重引入外來(lái)物種，重視采用鄉(xiāng)土植物種類(lèi)。

3.4 不同類(lèi)型生態(tài)毯植被恢復(fù)技術(shù)評(píng)價(jià)

目前，生態(tài)毯植被恢復(fù)技術(shù)在我國(guó)地震滑坡、沙化治理、公路邊坡綠化等類(lèi)型進(jìn)行了試驗(yàn)研究，應(yīng)加強(qiáng)野外長(zhǎng)期觀測(cè)，針對(duì)這些研究，篩選不同植物纖維材料、不同基質(zhì)和植物種類(lèi)配比，評(píng)估生態(tài)毯在地震滑坡、礦山廢棄地、沙化地、公路邊坡等方面應(yīng)用效果，提出最適的生態(tài)毯植被恢復(fù)技術(shù)和制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。