生態(tài)毯植被恢復技術(shù)研究及其進展

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)科學研究院，四川 成都 610081；2．中國林業(yè)科學研究院森林生態(tài)與環(huán)境保護研究所，北京 10091；3．北京林業(yè)大學，北京 10083；4．阿壩州林業(yè)科學技術(shù)研究所，四川 汶川 623000；5．四川大學生命科學學院，四川 成都 610044)

“5·12”汶川特大地震造成四川省龍門山斷裂帶嚴重受災區(qū)32.87萬hm2林地面積損毀，導致森林覆蓋率下降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、泥石流等次生災害為世界所罕見，區(qū)域內(nèi)森林植被遭受巨大破壞，給災區(qū)生態(tài)系統(tǒng)造成了嚴重影響[3]。德國在礦山廢棄地植被恢復、公路邊坡治理等方面具有豐富的治理經(jīng)驗，其生態(tài)毯或生態(tài)墊植被恢復技術(shù)和生物多樣性保護技術(shù)都處于前列[4]。

生態(tài)毯植被恢復技術(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技術(shù)。根據(jù)對各區(qū)域類似技術(shù)的比較(見表1)，各類技術(shù)各有優(yōu)勢，但德國生態(tài)毯植被恢復技術(shù)成熟，具有對環(huán)境無污染、鋪設(shè)迅速、成本低等特點，因此，通過引進德國成熟的生態(tài)毯植被恢復技術(shù)，拓展生態(tài)毯植被恢復技術(shù)在地震滑坡植被恢復、沙化治理、礦山廢棄地和公路邊坡治理等方面的應用，不僅對地震災害多發(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，而且對保護四川生態(tài)旅游環(huán)境、繁榮民族地區(qū)經(jīng)濟和社會可持續(xù)發(fā)展，改善我國生態(tài)脆弱區(qū)的生態(tài)環(huán)境具有重要意義[5]。

表1 各區(qū)域類似技術(shù)特點比較

Tab.1 Comparison of similar technical characteristics in different regions

1 研究及應用現(xiàn)狀

1.1 國外研究及應用現(xiàn)狀

20世紀30年代以來，歐美發(fā)達國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，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用[7]。

馬來西亞主要研發(fā)的產(chǎn)品為椰毯的生態(tài)墊。無論是在椰棕的主產(chǎn)地馬來西亞、印度、菲律賓，還是歐美、日本等發(fā)達國家以及我國臺灣等地區(qū)都大量將生態(tài)墊用于水土保持[8。

瑞士開發(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]。

德國薩克森研究所采用Maliwatt縫編工藝編織成亞麻纖維網(wǎng)，同時用一種特殊的計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)，草根極易穿過織物伸入土壤，吸取所需養(yǎng)料和水分，同時可以保護草種免遭鳥類啄食，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，對環(huán)境無污染[4]。

1.2 國內(nèi)研究及應用現(xiàn)狀

我國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環(huán)境污染，在礦山廢棄地和公路邊坡治理等方面的應用，對我國西部開發(fā)及其生態(tài)環(huán)境的改善具有一定意義[9,10]。生態(tài)墊在國內(nèi)的研究與應用始于2002—2004年中德農(nóng)業(yè)科技合作項目“可降解材料在困難立地造林中的應用”和北京市林業(yè)局中馬合作項目“生態(tài)墊在京津風沙源治理中的研究”等課題[11]。近年來，生態(tài)墊或植被毯在國內(nèi)的應用和研究主要集中在干旱少雨的北方地區(qū)，特別是荒漠化嚴重的地方和沙漠地帶，可以抗風沙侵蝕和促進植物生長[11]。由于我國椰棕產(chǎn)地局限在海南等地，商品化程度低，產(chǎn)量少，開發(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、復合材料和環(huán)保材料等領(lǐng)域有效利用，應成為今后研究的重點[14]。

2 生態(tài)毯植被恢復效果

2.1 地震滑坡區(qū)域植被恢復效果

在汶川地震崩塌堆積區(qū)，利用生態(tài)毯植被恢復技術(shù)(見表2)開展了不同肥料濃度和生態(tài)毯的交互作用的植被恢復試驗。結(jié)果表明，紫花苜蓿的開始發(fā)芽時間、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勢好；相同的肥料濃度下，植物的長勢為：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)了嚴重的倒伏現(xiàn)象。泥沙堆積區(qū)均是高濃度肥料下植物長勢好，相同的肥料濃度下，植物的長勢為：椰纖維生態(tài)毯>秸稈+椰纖維生態(tài)毯>秸稈生態(tài)毯，且沒有倒伏現(xiàn)象[15]。

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

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

植物種類：點播了刺槐、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、醉魚草和千里光(2013年3月)。

在汶川地震滑坡植被恢復表明[16]，在連續(xù)沒有降雨補充的情況下，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，生態(tài)毯的下降趨勢較為平穩(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直射石塊，有效降低了地面溫度5℃以上，減少了地面高溫對植物的傷害；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、灌樹木和草的保存率，增加了年生長量[17]。

應用生態(tài)墊和保水劑在北京市平原廢棄砂石坑地類造林中，土壤瞬時含水量提高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；冠幅增量較對照提高1.9 m[18]。

2.3 公路邊坡植被恢復效果

在河南高速公路使用椰絲型植被毯護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)盤山公路坡面上樹木個體的保存率從87.21%提高到95.32%，而保存樹木個體的受損率則由74.69%顯著降至2.15%[20]。在首都108國道鋪設(shè)植被毯的公路邊坡上經(jīng)灑水養(yǎng)護10 d后草種發(fā)芽率90%以上，30 d后草平均高度達10 cm以上，覆蓋度95%～99%，而且經(jīng)兩次暴雨天氣，坡面無沖刷溝現(xiàn)象[21]。

2.4 沙化地植被恢復效果

將生態(tài)墊用于沙漠治理，流動沙丘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，相對裸地提高167.33%，15 cm～30 cm，30 cm～45 cm的含水量相對提高53.10%，52.56%[24]，為固沙植物的生長發(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沙丘裸地，尤其是15 cm～30 cm含水量相對穩(wěn)定，人工植被建立后，其保存率、生長量較流動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，分別是對照處理的1.20 倍和1.19 倍，而流動沙地則分別為4.74 倍和2.83 倍[27]。

3 問題與研究展望

生態(tài)毯植被恢復技術(shù)在歐美、日本等應用廣泛，技術(shù)成熟，已形成各自的技術(shù)體系。我國在生態(tài)毯應用和研究方面起步較晚，主要應用在公路邊坡防護、流動沙丘治理、河灘地造林等類型的植被恢復，缺乏長期監(jiān)測數(shù)據(jù)，技術(shù)體系尚未形成。因此，生態(tài)毯植被恢復技術(shù)研究可以重點開展以下幾方面。

3.1 不同困難立地植被恢復生態(tài)毯的研發(fā)

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

3.2 不同類型生態(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區(qū)，土壤條件較為貧瘠，針對所在地區(qū)降雨條件、植被特征以及植被自然恢復潛力等，制定各種不同恢復類型生態(tài)毯基質(zhì)配方，以及合適的植物種類和種子配比。

3.3 鄉(xiāng)土植物種類篩選與種子生理研究

由于我國地域遼闊，氣候類型多樣，植物種類繁多，因此，鄉(xiāng)土植物種類選擇、種子生理研究等對生態(tài)毯植物種類組合尤為重要。在開展生態(tài)毯植被恢復前，應對所在區(qū)域生態(tài)環(huán)境、植物種類、生態(tài)特性以及種子生理作系統(tǒng)研究，慎重引入外來物種，重視采用鄉(xiāng)土植物種類。

3.4 不同類型生態(tài)毯植被恢復技術(shù)評價

目前，生態(tài)毯植被恢復技術(shù)在我國地震滑坡、沙化治理、公路邊坡綠化等類型進行了試驗研究，應加強野外長期觀測，針對這些研究，篩選不同植物纖維材料、不同基質(zhì)和植物種類配比，評估生態(tài)毯在地震滑坡、礦山廢棄地、沙化地、公路邊坡等方面應用效果，提出最適的生態(tài)毯植被恢復技術(shù)和制定相關(guān)標準。