孫 源，吳文佑，吳 軍

（中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610072）

0 前 言

水分是植物體的重要組成部分，水是植物生存的物質(zhì)條件，也是影響植物形態(tài)結(jié)構(gòu)，生長(zhǎng)發(fā)育、繁殖及種子傳播等重要的生物因子［1］。當(dāng)下，在大多高陡邊坡植被恢復(fù)中，因人工灌溉極為困難，而又存在水資源缺乏、水源點(diǎn)較遠(yuǎn)、后期無人管理或較難管理的境況，直接影響到植物生長(zhǎng)發(fā)育及后期區(qū)域景觀生態(tài)效果［2］。以兩河口水電站工程形成的高陡邊坡為研究對(duì)象，在分析國(guó)內(nèi)外已有節(jié)水技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新，選擇無人或低維護(hù)的管灌方式，其成本較低且行之有效，提高了植被成活率。

1 現(xiàn)有節(jié)水技術(shù)分析

植被恢復(fù)中常用節(jié)水技術(shù)主要包括農(nóng)藝節(jié)水技術(shù)及非常規(guī)水源利用等。

1.1 農(nóng)藝節(jié)水技術(shù)

生態(tài)修復(fù)可利用的農(nóng)藝節(jié)水技術(shù)主要包括選種及配置結(jié)構(gòu)措施、納雨續(xù)墑松土技術(shù)，覆蓋技術(shù)，化學(xué)制劑調(diào)控水分技術(shù)，增施有機(jī)肥、水肥耦合平衡施肥技術(shù)［3］。

1.2 非常規(guī)水源利用

植被恢復(fù)中的非常規(guī)水源利用主要指雨水集蓄利用。充分利用雨水資源，降低了常規(guī)水源的消耗，有效補(bǔ)充土壤水分，滿足植被生長(zhǎng)需求。雨水資源的利用對(duì)干旱、半干旱及干熱河谷地區(qū)生態(tài)修復(fù)具有重要意義。雨水集蓄利用技術(shù)目前主要有就地?cái)r蓄入滲技術(shù)、保水技術(shù)、富集疊加高效集約利用技術(shù)［4］。

針對(duì)兩河口水電站工程高陡邊坡植被恢復(fù)，在分析以上節(jié)水技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了創(chuàng)新，采用較為可行和節(jié)約成本的雨水集蓄利用技術(shù)，增加入滲，緩慢補(bǔ)給，實(shí)現(xiàn)了無人或低維護(hù)的水分補(bǔ)給方式。

2 實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

根據(jù)本區(qū)域的氣候特征分析，在滿足節(jié)水措施實(shí)施條件的實(shí)驗(yàn)樣地內(nèi)共設(shè)4個(gè)單元，為4種處理，其中3個(gè)單元布設(shè)節(jié)水措施，另外1個(gè)單元作為空白對(duì)照，不設(shè)節(jié)水措施。

2.1 樣地1——馬道種植槽結(jié)合坡面植生槽

各處理分別為：?jiǎn)卧?，在馬道種植槽內(nèi)采用蓄水型排水溝與馬道種植槽形成集蓄和利用雨水的機(jī)構(gòu)（以下簡(jiǎn)稱“雨水利用措施1”），并采用樹皮覆蓋措施；單元2，僅布設(shè)雨水利用措施1；單元3，樹皮覆蓋措施；單元4，無覆蓋。

2.2 樣地2——馬道種植槽結(jié)合坡面植生穴

各處理分別為：?jiǎn)卧?，布設(shè)集水池蓄集雨水，在馬道種植槽內(nèi)布設(shè)滲透型補(bǔ)水管，蓄集雨水與滲透型補(bǔ)水管相連接，并與馬道種植槽形成集蓄和利用雨水的機(jī)構(gòu)（以下“簡(jiǎn)稱雨水利用措施2”），并采用樹皮覆蓋措施；單元2，僅布設(shè)雨水利用措施2；單元3，樹皮覆蓋措施；單元4，無覆蓋。

2.3 樣地3——生態(tài)磚結(jié)合土工格室

分為兩個(gè)處理，在生態(tài)磚內(nèi)分別采用樹皮覆蓋單元和無覆蓋單元。

2.4 樣地4——生態(tài)磚結(jié)合散鋪生態(tài)袋

分為兩個(gè)處理，主要在生態(tài)磚內(nèi)分別為采用樹皮覆蓋單元和無覆蓋單元。

3 節(jié)水措施實(shí)驗(yàn)觀測(cè)效果分析

3.1 雨水收集及蓄集雨水水源保持情況分析

1號(hào)樣地的蓄水型排水溝和2號(hào)樣地的集水池均設(shè)有蓋板，并做有防滲處理，可以有效地減少蒸發(fā)和滲漏，延長(zhǎng)雨水的利用時(shí)間。本實(shí)驗(yàn)對(duì)集水池和蓄水型排水溝均做水深觀測(cè)。觀測(cè)均在降雨后進(jìn)行，選擇時(shí)段為夏季的8月和冬季的11月，作為蒸發(fā)量較大和較小時(shí)段的代表。

研究中得出，8月水位下降速率較快，11月水位下降速率較慢，根據(jù)觀測(cè)值得出，兩個(gè)集蓄設(shè)施內(nèi)水位下降速率基本相當(dāng)，同時(shí)下降規(guī)律也符合該地區(qū)8月植物蒸騰量和土壤蒸發(fā)量較大、11月植物蒸騰量和土壤蒸發(fā)量較小的規(guī)律。按照這樣的下降規(guī)律，蓄集的雨水量在8月可滿足約40d的水分供給，11月可滿足約90d的水分供給。一定程度上延長(zhǎng)了一次降雨的使用時(shí)間，有效地改善了時(shí)間上雨量分配不均帶來的影響。

3.2 年內(nèi)土壤水分變化動(dòng)態(tài)

土壤水分觀測(cè)于研究第一年和研究第二年年內(nèi)分別取樣進(jìn)行分析。研究第二年，無人為灌溉，數(shù)據(jù)更具有代表性，因此分析年度為研究第二年。

試驗(yàn)分析得出，全年內(nèi)土壤水分整體趨勢(shì)是先上升再逐漸下降。土壤平均含水率規(guī)律為：樣地1，雨水利用措施1＋覆蓋單元＞雨水利用措施1單元＞覆蓋單元＞無覆蓋單元；樣地2，雨水利用措施2＋覆蓋單元＞雨水利用措施2單元＞覆蓋單元＞無覆蓋單元；樣地3，覆蓋單元＞無覆蓋單元；樣地4，覆蓋單元＞無覆蓋單元。

3.3 不同植被恢復(fù)措施類型對(duì)土壤水分的影響分析

植被恢復(fù)措施主要包括了馬道種植槽結(jié)合坡面植生槽措施、馬道種植槽結(jié)合坡面植生穴措施、生態(tài)磚結(jié)合土工格室措施、生態(tài)磚結(jié)合坡面生態(tài)袋措施。其中，能夠觀測(cè)土壤水分的區(qū)域主要是馬道種植槽、生態(tài)磚、坡面植生槽3個(gè)部位。由于3個(gè)措施所在區(qū)域不同、土壤厚度不同，因此水分條件也有差異。以下對(duì)3個(gè)措施下的土壤水分進(jìn)行分析，分析條件為無雨水利用措施、無覆蓋的情況。研究第二年，無人為灌溉，數(shù)據(jù)更具有代表性，因此分析年度為研究第二年。不同措施下土壤水分統(tǒng)計(jì)分析見表1，不同措施下土壤水分下降速率分析見表2。

表2 不同措施下土壤水分下降速率分析

從表1可以看出，3種措施全年內(nèi)土壤含水率差異不大。從表2可以看出，10月份坡面植生槽土壤水分下降速率略高于馬道種植槽和生態(tài)磚的措施；由于11月大氣蒸發(fā)速率減少，土壤水分的降低速率也減緩，坡面植生槽土壤水分下降速率略高于馬道種植槽和生態(tài)磚的措施；同時(shí)從表3方差值也可分析出，較馬道種植槽及生態(tài)磚的措施，坡面植生槽的土壤含水率波動(dòng)較大，也可一定程度上說明其水分降低速率較快。

3.4 不同節(jié)水措施對(duì)土壤水分的影響

實(shí)驗(yàn)采用了兩種雨水利用措施及一種覆蓋措施。雨水利用措施1為蓄水型排水溝與種植槽內(nèi)礫石儲(chǔ)水層通過排水管構(gòu)成水分聯(lián)通體，礫石儲(chǔ)水層中的水分在外界環(huán)境蒸發(fā)和植物蒸騰的作用下，通過土壤毛細(xì)管作用向植被根系層提供水分；雨水利用措施2為雨水集水池連接種植槽內(nèi)雨水滲透管及礫石儲(chǔ)水層，形成自流灌溉系統(tǒng)，向植被根系層供給水分。覆蓋措施主要采用樹皮覆蓋。

3.4.1 馬道種植槽結(jié)合坡面植生槽——馬道種植槽

該區(qū)域內(nèi)共設(shè)4個(gè)單元，為4種處理，布設(shè)形式分別為雨水利用措施1＋覆蓋單元、雨水利用措施1單元、覆蓋單元、無覆蓋單元。

經(jīng)過對(duì)降雨后的土壤水分降低速率分析發(fā)現(xiàn)，土壤水分下降速率情況是雨水利用措施1＋覆蓋單元＜雨水利用措施1單元＜覆蓋單元＜無覆蓋單元（見表3）。

表3 馬道種植槽土壤水分下降速率分析（第一年）

研究第二年，土壤水分曲線波動(dòng)變幅減小，這與取消人工灌溉有關(guān)，土壤水分補(bǔ)給主要來源于大氣降水。在非降雨時(shí)段內(nèi)，土壤含水率大部分符合雨水利用措施1＋覆蓋單元＞雨水利用措施1單元＞覆蓋單元＞無覆蓋單元的規(guī)律。針對(duì)符合完整實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)取樣過程的10月和11月進(jìn)行水分下降速率分析（見表4），其水分下降速率呈現(xiàn)雨水利用措施1＋覆蓋單元＜雨水利用措施1單元＜覆蓋單元＜無覆蓋單元的規(guī)律。

表4 馬道種植槽土壤水分下降速率分析（第二年）

3.4.2 馬道種植槽結(jié)合坡面植生槽——坡面植生槽

該區(qū)域內(nèi)共設(shè)4個(gè)單元，為有覆蓋和無覆蓋兩種處理。

與上一措施分析情況一致。研究第一年，為植被撫育期，受人為灌溉頻次及不均勻性的影響，土壤水分較研究第二年土壤水分峰值大。對(duì)降雨后的土壤水分降低速率的分析發(fā)現(xiàn)，土壤水分下降速率情況是有覆蓋單元＜無覆蓋單元（見表5）。

表5 坡面植生槽土壤水分下降速率分析（第一年）

研究第二年，與上一措施分析情況一致，這與取消人工灌溉有關(guān)。在非降雨時(shí)段內(nèi)，土壤含水率基本符合有覆蓋單元＞無覆蓋單元的規(guī)律。針對(duì)符合完整實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)取樣過程的10月和11月進(jìn)行水分下降速率分析（見表6），其水分下降速率呈現(xiàn)雨水有覆蓋單元＜無覆蓋單元的規(guī)律。

表6 坡面植生槽土壤水分下降速率分析（第二年）

3.4.3 馬道種植槽結(jié)合坡面植生穴之馬道種植槽

該區(qū)域內(nèi)共設(shè)4個(gè)單元，為4種處理，布設(shè)形式分別為雨水利用措施1＋覆蓋單元、雨水利用措施單元、覆蓋單元、無覆蓋單元。

對(duì)降雨后的土壤水分降低速率的分析發(fā)現(xiàn)，土壤水分下降速率情況是雨水利用措施1＋覆蓋單元＜雨水利用措施1單元＜覆蓋單元＜無覆蓋單元（見表7）。

表7 坡面植生槽土壤水分下降速率分析（第一年）

研究第二年，土壤水分曲線波動(dòng)變幅總體減小，這與取消人工灌溉有關(guān)。在非降雨時(shí)段內(nèi)，土壤含水率基本符合雨水利用措施1＋覆蓋單元＞雨水利用措施1單元＞覆蓋單元＞無覆蓋單元的規(guī)律。表8中，土壤含水率平均值也表明了這一變化趨勢(shì)。針對(duì)符合完整實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)取樣過程的10月和11月進(jìn)行水分下降速率分析（見表9），其水分下降速率呈現(xiàn)有雨水利用措施1＋覆蓋單元＜雨水利用措施1單元＜覆蓋單元＜無覆蓋單元的規(guī)律，而從表8的方差分析也體現(xiàn)出僅覆蓋措施和無覆蓋措施的單元土壤水分波動(dòng)幅度較采用雨水利用措施及覆蓋措施的情況下的土壤水分波動(dòng)幅度大，再次證明表9的結(jié)論。

表8 馬道種植槽土壤水分統(tǒng)計(jì)分析（第二年）

表9 馬道種植槽土壤水分下降速率分析（第二年）

3.4.4 生態(tài)磚結(jié)合土工格室之生態(tài)磚

該區(qū)域內(nèi)共設(shè)4個(gè)單元，為有覆蓋和無覆蓋兩種處理，布設(shè)形式分別為覆蓋1單元、無覆蓋2單元、覆蓋3單元、無覆蓋4單元。對(duì)降雨后的土壤水分降低速率的分析發(fā)現(xiàn)，土壤水分下降速率情況是有覆蓋單元＜無覆蓋單元（見表10）。

表10 生態(tài)磚土壤水分下降速率分析（第一年）

研究第二年，與上一措施分析情況一致，土壤水分曲線波動(dòng)變幅總體減小，這與取消人工灌溉有關(guān)。在非降雨時(shí)段內(nèi)，土壤含水率基本符合有覆蓋單元＞無覆蓋單元的規(guī)律。從表11中，土壤含水率平均值也表明了這一變化趨勢(shì)。針對(duì)符合完整實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)取樣過程的10月和11月進(jìn)行水分下降速率分析（見表12），其水分下降速率呈現(xiàn)雨水有覆蓋單元＜無覆蓋單元的規(guī)律。

表11 生態(tài)磚土壤水分統(tǒng)計(jì)分析（第二年）

表12 生態(tài)磚土壤水分下降速率分析（第二年）

3.4.5 小 結(jié)

從以上分析來看，整體上體現(xiàn)出較為一致的規(guī)律。

研究第一年，為植被撫育期，人為灌溉存在不均勻性，受人為灌溉頻次及不均勻性的影響，土壤水分較研究第二年土壤水分峰值大，降雨后的土壤水分降低速率為雨水利用措施1＋覆蓋單元＜雨水利用措施1單元＜覆蓋單元＜無覆蓋單元；研究第二年，取消人工灌溉，土壤水分補(bǔ)給主要來源于大氣降水，土壤水分曲線波動(dòng)變幅減小，在非降雨時(shí)段內(nèi)，土壤含水率大部分符合雨水利用措施1＋覆蓋單元＞雨水利用措施1單元＞覆蓋單元＞無覆蓋單元的規(guī)律，同時(shí)方差分析體現(xiàn)出僅覆蓋措施和無覆蓋措施的單元土壤水分波動(dòng)幅度較采用雨水利用措施及覆蓋措施的情況下的土壤水分波動(dòng)幅度大，各處理下的土壤含水量具有顯著性差異。

3.5 同一植被恢復(fù)措施下不同節(jié)水措施的植物長(zhǎng)勢(shì)結(jié)果分析

3.5.1 馬道種植槽

該區(qū)域內(nèi)共設(shè)4個(gè)單元，為4種處理，布設(shè)形式分別為雨水利用措施1＋覆蓋單元、雨水利用措施單元、覆蓋單元、無覆蓋單元。

經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，植物長(zhǎng)勢(shì)情況是雨水利用措施1＋覆蓋單元＞雨水利用措施1單元＞覆蓋單元＞無覆蓋單元（見表13～14）。各處理之間差異明顯，說明在馬道種植槽內(nèi)實(shí)施的節(jié)水措施對(duì)于植物的長(zhǎng)勢(shì)有明顯的作用，水分含量影響著植物的生長(zhǎng)。

表13 4種節(jié)水處理措施下植物長(zhǎng)勢(shì)統(tǒng)計(jì)分析

表14 4種節(jié)水處理措施下植物長(zhǎng)勢(shì)方差分析（a=0.05）

3.5.2 坡面植生槽

該區(qū)域內(nèi)共設(shè)4個(gè)單元，為有覆蓋和無覆蓋兩種處理，布設(shè)形式分別為無覆蓋1單元、覆蓋2單元、無覆蓋3單元、覆蓋4單元。

經(jīng)過分析，植物長(zhǎng)勢(shì)情況是有覆蓋單元＞無覆蓋單元（見表15～16）。

表15 4種節(jié)水處理措施下植物長(zhǎng)勢(shì)統(tǒng)計(jì)分析

表16 4種節(jié)水處理措施下植物長(zhǎng)勢(shì)方差分析（a=0.05）

3.5.3 生態(tài)磚

該區(qū)域內(nèi)共設(shè)4個(gè)單元，為有覆蓋和無覆蓋兩種處理，布設(shè)形式分別為覆蓋1單元、無覆蓋2單元、覆蓋3單元、無覆蓋4單元。

與上一措施分析情況一致，植物長(zhǎng)勢(shì)情況是有覆蓋單元＞無覆蓋單元（見表17～18）。

表17 4種節(jié)水處理措施下植物長(zhǎng)勢(shì)統(tǒng)計(jì)分析

表18 4種節(jié)水處理措施下植物長(zhǎng)勢(shì)方差分析（a=0.05）

3.5.4 小 結(jié)

根據(jù)上述分析，采取節(jié)水措施的馬道種植槽，以及保水覆蓋措施的生態(tài)磚、坡面種植穴內(nèi)，植物長(zhǎng)勢(shì)均明顯優(yōu)于不采取節(jié)水措施和覆蓋措施的單元，說明水分含量顯著影響著植物的生長(zhǎng)，也再次證明水分是這一區(qū)域植被恢復(fù)的制約因素之一。

4 結(jié) 論

大力發(fā)展高效節(jié)水灌溉，緩解水資源供需矛盾［5］，是加快生態(tài)文明建設(shè)、促進(jìn)水資源可持續(xù)利用的必然要求和重要保證。因此，在工程開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目中，形成可持續(xù)效果好、后期免養(yǎng)護(hù)、經(jīng)濟(jì)合理的植被恢復(fù)節(jié)水技術(shù)具有重大意義。

通過對(duì)兩河口水電站工程高陡邊坡植被恢復(fù)節(jié)水技術(shù)的研究分析得出：本次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的節(jié)水措施具有有效性，其中雨水利用措施1或雨水利用措施2和樹皮覆蓋相結(jié)合的節(jié)水措施具有較好的土壤水分補(bǔ)給作用，可以很好滿足植被生長(zhǎng)需要，且在兩年的

實(shí)驗(yàn)期內(nèi)未產(chǎn)生任何破損，基本實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)期有效并無人工維護(hù)的目的，同時(shí)以上措施施工也較為簡(jiǎn)單，投資適中，提高了植被恢復(fù)的成活率和整體效果，避免了重復(fù)補(bǔ)植的工作，一定程度上節(jié)約了投資，達(dá)到了較好的生態(tài)效益。