高陡巖質(zhì)邊坡體裂隙率與植物生長速度的關(guān)系研究

張 燕，葛江琨,李洪亮,楊 晨，戴振芬，陳洪年，3*

(1.山東省魯南地質(zhì)工程勘察院(山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第二地質(zhì)大隊(duì)),山東 濟(jì)寧272100；2.濟(jì)寧市巖溶地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山東 濟(jì)寧272100;3.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)環(huán)境學(xué)院,湖北武漢 430078)

20世紀(jì)80年代以來，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市擴(kuò)張和道路修建等需要大量的石料，石料礦開采空前火熱，但石料開采在促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)產(chǎn)生了許多礦山地質(zhì)環(huán)境問題[1]，如地貌景觀破壞、占用土地資源、水土流失等[2-3]。特別是采石中形成的高陡巖質(zhì)邊坡(高度>20 m，坡度≥70°)的生態(tài)修復(fù)，仍然是礦山生態(tài)修復(fù)領(lǐng)域的巨大挑戰(zhàn)。

高陡巖質(zhì)邊坡一般具有缺少植被生長所必需的土壤條件及養(yǎng)分條件、邊坡坡度大且坡面自然生態(tài)條件惡劣等特點(diǎn)[4]。針對高陡巖質(zhì)邊坡的特點(diǎn)，學(xué)者們先后探索提出了多種治理方法，如燕巢法、臺(tái)階法、掛網(wǎng)噴播法、生態(tài)袋法等[5-6]，這些方法往往側(cè)重于植物生長基質(zhì)的再造而忽視了對巖質(zhì)邊坡本身的利用，而植物離開養(yǎng)護(hù)后很難成活，存在“兩層皮”的現(xiàn)象。根據(jù)徐恒力等[7]提出的生態(tài)地質(zhì)學(xué)理論，針對高陡巖質(zhì)邊坡生態(tài)修復(fù)探索性地提出了地境再造技術(shù)，該技術(shù)的特點(diǎn)是在高陡巖質(zhì)邊坡上直接營造植被生長所需要的地質(zhì)環(huán)境條件，使植物能夠快速生根成活，進(jìn)一步形成穩(wěn)定的區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)，從而達(dá)到邊坡復(fù)綠的目的。賈昊冉等[8]指出在高陡巖質(zhì)邊坡覆綠工程中，植物的地境條件主要由裂隙的空間、優(yōu)勢方向、連通性、溫濕度等裂隙條件構(gòu)成。巖質(zhì)邊坡裂隙作為植物生長空間的存在，一方面可以存儲(chǔ)和截留土壤、水分，作為植物生長的基質(zhì)，另一方面可以作為通道進(jìn)行水分運(yùn)移和空氣傳導(dǎo)。袁磊等[9]通過在河南、山東等地對石灰?guī)r采石場有植物生長的邊坡裂隙的調(diào)查，總結(jié)歸納出當(dāng)石灰?guī)r質(zhì)邊坡體裂隙率在0.12%～5%時(shí)，可采用地境再造技術(shù)進(jìn)行邊坡復(fù)綠；白冰珂等[10]以安徽安慶市大龍山巖質(zhì)邊坡復(fù)綠工程為例，在分析植物生長狀況的基礎(chǔ)上調(diào)查了邊坡裂隙發(fā)育條件，認(rèn)為邊坡體裂隙率達(dá)到1.77%～4.58%時(shí)，可滿足巖質(zhì)邊坡復(fù)綠植物的生長需求，較適宜復(fù)綠植物成活。

綜上，前人對地境再造技術(shù)中巖質(zhì)邊坡坡面裂隙發(fā)育特征的研究為該技術(shù)的推廣應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。但需要指出的是，已有的研究成果只是提出了適用于地境再造技術(shù)的巖質(zhì)邊坡裂隙發(fā)育范圍，而未對巖質(zhì)邊坡體裂隙率與植物生長速度之間的關(guān)系進(jìn)行系統(tǒng)性研究。鑒于此，筆者所在團(tuán)隊(duì)根據(jù)生態(tài)地質(zhì)學(xué)理論，采用地境再造技術(shù)先后在山東省濟(jì)南市章丘小東山、平陰黑風(fēng)口和龍洞建立了三個(gè)地境再造技術(shù)試驗(yàn)場，根據(jù)三個(gè)試驗(yàn)場植物生長狀況和成活率的多年監(jiān)測數(shù)據(jù)，探討了高陡巖質(zhì)邊坡體裂隙率與植物生長速度之間的關(guān)系。

1 研究方法與過程

1. 1 研究區(qū)概況

研究區(qū)三個(gè)試驗(yàn)場位于山東省濟(jì)南市，該地區(qū)屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，為低山丘陵地貌，礦山開采形成的巖質(zhì)邊坡高度為20～70 m，坡度為65°～85°不等。其中，章丘小東山試驗(yàn)場是2015年5月建成，面積為1 000 m2，地層巖性為奧陶系馬家溝群厚層、巨厚層灰?guī)r，有斷裂構(gòu)造發(fā)育；平陰黑風(fēng)口試驗(yàn)場是2017年4月建成，面積為2 200 m2，地層巖性為寒武系炒米店組中厚層灰?guī)r夾少量薄層頁巖，層間裂隙發(fā)育，該試驗(yàn)場中部有小型斷層通過(見圖1)；龍洞試驗(yàn)場是2019年5月建成，面積為1 000 m2，地層巖性為奧陶系馬家溝群泥質(zhì)白云巖，泥質(zhì)成分含量較高，局部有小型巖溶孔洞發(fā)育。章丘小東山試驗(yàn)場和平陰黑風(fēng)口試驗(yàn)場巖質(zhì)邊坡坡向向西，龍洞試驗(yàn)場巖質(zhì)邊坡坡向向南，三個(gè)試驗(yàn)場巖質(zhì)邊坡坡面均向陽。

圖1 研究區(qū)內(nèi)典型試驗(yàn)場治理前照片(平陰黑風(fēng)口 試驗(yàn)場)Fig.1 Typical test sites before treatment in the study area(Heifengkou test site of Pingyin)

1. 2 巖質(zhì)邊坡體裂隙率測量

1.2.1 巖質(zhì)邊坡裂隙的優(yōu)勢方向

對于高陡巖質(zhì)邊坡的生態(tài)修復(fù)，邊坡坡面裂隙發(fā)育情況與植物能否成活的關(guān)系密切[11]。植物生長所需的養(yǎng)分主要靠根系從土壤中獲取，根系生長需要一定的地下空間，根系需要的養(yǎng)分也要有一定的空間存放。因此，邊坡坡面裂隙既是主要的水分運(yùn)移和空氣傳導(dǎo)通道[12]，也是土壤、水分儲(chǔ)存和截留的載體。

邊坡坡面裂隙發(fā)育的優(yōu)勢方向不僅關(guān)系到植物根系的生長方向[13]，也與邊坡坡面養(yǎng)分的截留和存儲(chǔ)密切相關(guān)。本次對研究區(qū)三個(gè)試驗(yàn)場巖質(zhì)邊坡裂隙分別進(jìn)行了測量，測量范圍包括三個(gè)試驗(yàn)場巖質(zhì)邊坡地面以上2 m范圍內(nèi)和固定梯子的兩側(cè)1 m范圍內(nèi)的裂隙(見圖2)，其中章丘小東山試驗(yàn)場測量面積為122 m2，平陰黑風(fēng)口試驗(yàn)場測量面積為286 m2，龍洞試驗(yàn)場測量面積為127 m2。

圖2 研究區(qū)內(nèi)監(jiān)測區(qū)示意圖(單位：mm)Fig.2 Schematic diagram of monitoring area in the study area(unit:mm)

在各試驗(yàn)場的建設(shè)過程中，植物種植孔間距為1 m，孔深為50 cm，上下孔徑均為15 cm，成孔方向與水平面的夾角呈45°。本次測量以種植孔中心為中心點(diǎn)，四周各外擴(kuò)0.5 m，圈定一個(gè)面積為1 m×1 m的正方形進(jìn)行巖質(zhì)邊坡裂隙測量統(tǒng)計(jì)。本次研究中參與統(tǒng)計(jì)分析的巖質(zhì)邊坡坡面裂隙為構(gòu)造裂隙和層面裂隙，這兩類裂隙可貫穿巖質(zhì)邊坡深部，可作為水分流通和存儲(chǔ)的主要空間和通道；風(fēng)化裂隙和卸荷裂隙只在巖質(zhì)邊坡表面存在，受外界的干擾因素影響大，在本次測量中不予以考慮。通過裂隙測量可知，章丘小東山試驗(yàn)場巖質(zhì)邊坡坡面發(fā)育有4組裂隙，每組裂隙有2～8條不等；平陰黑風(fēng)口試驗(yàn)場巖質(zhì)邊坡坡面發(fā)育有5組裂隙，每組裂隙有5～14條不等；龍洞試驗(yàn)場巖質(zhì)邊坡坡面發(fā)育有4組裂隙，每組裂隙有4～10條不等。為了便于分析巖質(zhì)邊坡坡面裂隙發(fā)育的優(yōu)勢方向，將相差10°以內(nèi)的野外測量數(shù)據(jù)劃為同一個(gè)方向，并求取裂隙的平均值，繪制了三個(gè)試驗(yàn)場巖質(zhì)邊坡坡面典型裂隙發(fā)育的赤平投影圖，見圖3至圖5。圖中標(biāo)尺線表示邊坡坡面產(chǎn)狀，有弧度的細(xì)線表示裂隙產(chǎn)狀。

圖3 章丘小東山試驗(yàn)場巖質(zhì)邊坡坡面典型裂隙赤平 投影圖Fig.3 Stereographic projection of typical fracture of rock slope in Xiaodong mountain test site of Zhangqiu

由圖3可見：章丘小東山試驗(yàn)場巖質(zhì)邊坡坡向向西，坡度為85°十分陡峭；該邊坡裂隙傾向南西 220°～230°方向最為發(fā)育，傾角為80°～88°，裂隙傾向北東 10°～20°方向發(fā)育次之，傾角為81°～85°，同時(shí)發(fā)育一組層面裂隙向東，傾角為3°基本水平，這三組裂隙能與邊坡呈一定角度相交并指向邊坡內(nèi)部。大氣降水沿著山體及巖質(zhì)邊坡坡面向下徑流的過程中，水流優(yōu)先進(jìn)入西南向及東北向的裂隙通道內(nèi)并由上向下流動(dòng)，在遇到近乎水平向的層面裂隙被截留后水流向巖壁深處入滲，從而向巖壁深部補(bǔ)充水分。因此，該試驗(yàn)場巖質(zhì)邊坡發(fā)育的裂隙能有效地?cái)r截坡面上流下來的雨水及雨水沖刷所攜帶的含有養(yǎng)分的土壤。

圖4 平陰黑風(fēng)口試驗(yàn)場巖質(zhì)邊坡坡面典型裂隙赤平 投影圖Fig.4 Stereographic projection of typical fracture of rock slope in Heifengkou test site of Pingyin

由圖4可見：平陰黑風(fēng)口試驗(yàn)場巖質(zhì)邊坡坡向北西，坡度為70°；該邊坡層面裂隙十分發(fā)育，為植物根系生長提供了充足的空間,裂隙傾向北東10°～30°次發(fā)育，傾角為80°～86°，與邊坡呈一定角度指向坡面內(nèi)部，具有一定的截留養(yǎng)分的作用，同時(shí)發(fā)育一組傾向北西300°～310°、傾角為77°～88°的裂隙與坡面近似平行，是該邊坡內(nèi)部水分運(yùn)移的最佳通道。

圖5 龍洞試驗(yàn)場巖質(zhì)邊坡典型裂隙赤平投影圖Fig.5 Stereographic projection of typical fracture of rock slope in Longdong test site

由圖5可見：龍洞試驗(yàn)場巖質(zhì)邊坡坡向向南，坡度為72°；該邊坡裂隙主發(fā)育方向傾向南西190°～250°，傾角為82°～86°，同時(shí)發(fā)育一組與坡面近似平行的南西向200°左右、傾角70°左右的裂隙，坡面裂隙網(wǎng)絡(luò)相互交叉呈一定角度指向邊坡內(nèi)部，對邊坡水分的運(yùn)移及養(yǎng)分的儲(chǔ)存截留具有重要的意義。

1.2.2 巖質(zhì)邊坡體裂隙率計(jì)算

體裂隙率是指單位體積巖體中裂隙的體積與巖體體積之比，可以用來定量表征巖體內(nèi)部裂隙的發(fā)育程度[14]。體裂隙率的計(jì)算公式為

(1)

式中：K體為體裂隙率(%)；V為選擇的巖體體積(m3)；Vi為第i組裂隙體積(m3)；n為裂隙組數(shù)(組)。

本次三個(gè)試驗(yàn)場巖質(zhì)邊坡體裂隙率的測量單元是以植物種植孔的孔心為中心點(diǎn)，四周各外擴(kuò)0.5 m，形成一個(gè)1 m×1 m的測量面積，設(shè)定邊坡裂隙(層面裂隙和構(gòu)造裂隙)延伸深度為1 m，那么參與裂隙測量計(jì)算的單元尺寸為1 m×1 m×1 m。利用專用的折尺和塞尺測量每個(gè)單元內(nèi)裂隙的長度和寬度，測量過程中舍棄寬度小于0.05 mm的裂隙(小于植物根系最小直徑)，共測量535個(gè)單元，測得裂隙14 563條。

由表1可知：章丘小東山試驗(yàn)場巖質(zhì)邊坡坡面裂隙最小寬度為0.06 mm，最大寬度可達(dá)2.70 mm,經(jīng)計(jì)算，該邊坡體裂隙率在0.10%～2.21%之間，局部有小范圍的體裂隙率為0.09%；平陰黑風(fēng)口試驗(yàn)場巖質(zhì)邊坡裂隙寬度在0.13～8.00 mm不等，測試單元內(nèi)有3～5組裂隙分布，經(jīng)計(jì)算，該邊坡體裂隙率在0.08%～2.28%之間；龍洞試驗(yàn)場測試單元內(nèi)有2～4組裂隙，裂隙寬度為0.22～5.60 mm，經(jīng)計(jì)算，該邊坡體裂隙率在0.11%～1.99%之間。

表1 研究區(qū)內(nèi)3個(gè)試驗(yàn)場巖質(zhì)邊坡體裂隙率測量結(jié)果

通過對三個(gè)試驗(yàn)場巖質(zhì)邊坡體裂隙率進(jìn)行測量可知，邊坡最大體裂隙率為2.28%，主要分布在斷裂帶附近，其附近植物成活率高且長勢良好；邊坡最小體裂隙率為0.08%，坡面較為完整，構(gòu)造裂隙不發(fā)育，附近植物成活率低，栽種植物枝葉會(huì)出現(xiàn)枯萎甚至死亡。

1. 3 植物生長狀況監(jiān)測

考慮到高陡巖質(zhì)邊坡生態(tài)環(huán)境惡劣，在建立試驗(yàn)場過程中植物選取以耐寒耐旱物種為主，以保證植物在自然條件下能吸取養(yǎng)分供自身成長，同時(shí)兼顧冬季綠化效果，在植物搭配上以常綠與落葉植物結(jié)合的原則，栽植的植物有黃櫨、刺槐、連翹、大葉扶芳藤、側(cè)柏、圓柏、五葉地錦、黃荊等30余種。

筆者所在研究團(tuán)隊(duì)在每個(gè)試驗(yàn)場建立初期，對巖質(zhì)邊坡底部距離地面以上2 m范圍及固定梯子附近的植物進(jìn)行編號，并定期進(jìn)行監(jiān)測。各試驗(yàn)場植物每年監(jiān)測2次(春、秋各1次)，監(jiān)測內(nèi)容為植物生長狀況和成活率，其中植物生長狀況的監(jiān)測指標(biāo)為植物高度和冠幅，并為每株植物建立了“成長檔案”，共監(jiān)測植物535株。

落葉植物較常綠松柏類植物生長速度快且復(fù)綠效果好，具有覆綠面積大、陰蘗性強(qiáng)、根系發(fā)達(dá)、須根少、且有利于扎根在狹窄的邊坡裂隙內(nèi)[15-16]等特征。本次選取3個(gè)試驗(yàn)場共有的落葉植物黃櫨、連翹和刺槐共148株作為研究對象，以秋季的監(jiān)測數(shù)據(jù)為依據(jù)，統(tǒng)計(jì)分析了植物高度和冠幅的平均值，并計(jì)算了植物的多年平均增長率K增，其結(jié)果見表2至表4。

表2 章丘小東山試驗(yàn)場多年植物生長指標(biāo)統(tǒng)計(jì)

表3 平陰黑風(fēng)口試驗(yàn)場多年植物生長指標(biāo)統(tǒng)計(jì)

表4 龍洞試驗(yàn)場多年植物生長指標(biāo)統(tǒng)計(jì)

植物多年平均增長率K增的計(jì)算公式為

(2)

式中：Mn為監(jiān)測期最近一次的監(jiān)測數(shù)據(jù);M為初次監(jiān)測數(shù)據(jù);n為監(jiān)測時(shí)間(單位為a)。

由于研究區(qū)內(nèi)三個(gè)試驗(yàn)場植物栽植時(shí)間不同，各個(gè)試驗(yàn)場植物的生長情況不同(見圖6)，植物的年平均增長率也不盡相同。其中，章丘小東山試驗(yàn)場植物栽植最早，通過5年的監(jiān)測數(shù)據(jù)可知，黃櫨、連翹、刺槐高度的多年平均增長率為20.76%～27.73%，其冠幅的多年平均增長率為31.97%～45.31%，其中連翹高度和冠幅的增長速率相對較慢(見表2)；平陰黑風(fēng)口試驗(yàn)場通過3年的監(jiān)測數(shù)據(jù)可知，植物高度的多年平均增長率為15.63%～21.73%，植物冠幅的多年平均增長率為29.14%～42.17%，黃櫨和刺槐高度和冠幅的多年平均增長率較連翹高(見表3)；龍洞試驗(yàn)場建設(shè)完成1年，植物高度的多年平均增長率為27.79%～33.09%，植物冠幅的多年平均增長率為39.11%～54.72%，其中連翹高度和冠幅的多年平均增長率相對較低(見表4)。綜合分析可以看出，龍洞試驗(yàn)場植物的生長速度較快，主要是由于該試驗(yàn)場植物處于幼苗期，種植孔內(nèi)的土壤可供給植物生長所需的養(yǎng)分，因此植物栽植初期生長速率較快；但隨著植物的不斷生長，種植孔內(nèi)的土壤養(yǎng)分不斷下降，植物根系進(jìn)入邊坡裂隙內(nèi)吸收自身生長所需的養(yǎng)分，植物生長速度逐漸降低。

圖6 研究區(qū)內(nèi)試驗(yàn)場典型植物不同階段的生長情況Fig.6 Plant growth at different stages of typical plants in test sites of the study area

2 研究結(jié)果與分析

眾所周知，植物生長除了需要水分、養(yǎng)分之外，還需要一定的生長空間和透氣性。裂隙對高陡巖質(zhì)邊坡上植物生長的意義主要體現(xiàn)在存儲(chǔ)和截留養(yǎng)分、水分以及作為通道進(jìn)行空氣傳導(dǎo)和水分運(yùn)移方面。巖質(zhì)邊坡裂隙發(fā)育，不僅為植物根系生長提供了延伸空間，也可為根系代謝提供有氧環(huán)境，構(gòu)成了一個(gè)開放的系統(tǒng)，更加有利于水分與養(yǎng)分的交換和遷移[17]，因此巖質(zhì)邊坡裂隙發(fā)育特征與植物生長速度息息相關(guān)。

本文采用相關(guān)性分析法對巖質(zhì)邊坡體裂隙率與植物生長速度進(jìn)行了擬合分析[18]。主要利用SPSS軟件對試驗(yàn)場內(nèi)巖壁體裂隙率與植物增長率進(jìn)行相關(guān)性擬合，通過建立回歸方程并計(jì)算相關(guān)系數(shù)R2，再根據(jù)R2的大小來判斷試驗(yàn)場內(nèi)巖壁體裂隙率對植物生長速度的影響程度。0≤R2≤1，R2越接近于1，表明兩者之間的相關(guān)性越強(qiáng)；R2越接近于0，表明兩者之間幾乎沒有相關(guān)關(guān)系。下面根據(jù)多年監(jiān)測數(shù)據(jù)對巖質(zhì)邊坡體裂隙率與植物高度和冠幅之間的相關(guān)關(guān)系進(jìn)行分析。

2. 1 巖質(zhì)邊坡體裂隙率與植物高度的關(guān)系分析

根據(jù)前文所述可知，本次研究對研究區(qū)內(nèi)的植物進(jìn)行了統(tǒng)一編號，并且給每個(gè)植物建立了“成長檔案”，對編號的植物劃分單元并測量相應(yīng)單元裂隙發(fā)育情況及計(jì)算體裂隙率。為了研究邊坡裂隙發(fā)育狀況與植物高度生長速度的關(guān)系，對研究區(qū)內(nèi)三個(gè)試驗(yàn)場植物高度監(jiān)測數(shù)據(jù)和相應(yīng)單元體裂隙率進(jìn)行篩選后，繪制了研究區(qū)內(nèi)三個(gè)試驗(yàn)場巖質(zhì)邊坡體裂隙率與植物高度多年平均增長率相關(guān)性散點(diǎn)圖，見圖7至圖9。

圖7 章丘小東山試驗(yàn)場巖質(zhì)邊坡體裂隙率與植物高度 多年平均增長率相關(guān)性散點(diǎn)圖Fig.7 Scatter plot of correlation between slope fissure rate and annual growth rate of plant height of rock slope in Xiaodongshan test site of Zhangqiu

圖8 平陰黑風(fēng)口試驗(yàn)場巖質(zhì)邊坡體裂隙率與植物高度 多年平均增長率相關(guān)性散點(diǎn)圖Fig.8 Scatter plot of correlation between slope fissure rate and annual growth rate of plant height of rock slope in Heifengkou test site of Pingyin

圖9 龍洞試驗(yàn)場巖質(zhì)邊坡體裂隙率與植物高度多年平均 增長率相關(guān)性散點(diǎn)圖Fig.9 Scatter plot of correlation between slope fissure rate and annual growth rate of plant height of rock slope in Longdong test site

通過相關(guān)性分析可知，巖質(zhì)邊坡體裂隙率與植物高度多年平均增長率之間的相關(guān)系數(shù)R2在0.88左右，說明在高陡巖質(zhì)邊坡生態(tài)修復(fù)中巖質(zhì)邊坡體裂隙率與植物高度多年平均增長率之間呈正相關(guān)關(guān)系，即巖質(zhì)邊坡體裂隙率越大，植物高度增長越快。

由圖7和圖8可知：對于章丘小東山和平陰黑風(fēng)口兩個(gè)試驗(yàn)場，當(dāng)0.12%≤K體<0.48%時(shí)，植物高度的多年平均增長率為5%～10%；當(dāng)0.48%≤K體<1.26%時(shí)，植物高度的多年平均增長率約為15%～20%；當(dāng)K體≥1.26%時(shí)，植物高度的多年平均增長率約為30%～40%。

由圖9可知，在巖質(zhì)邊坡體裂隙發(fā)育同等條件下，龍洞試驗(yàn)場植物高度的多年平均增長率較另外兩個(gè)試驗(yàn)場高，主要原因是龍洞試驗(yàn)場植物處于幼苗期，植物生長需要的養(yǎng)分相對較少，種植孔內(nèi)的土壤可為其生長提供充足的養(yǎng)分，因此植物生長速度較快。

綜上可見，在K體<0.12%的區(qū)域參與統(tǒng)計(jì)的植物數(shù)量極少，通過分析監(jiān)測數(shù)據(jù)可知該區(qū)域內(nèi)植物成活率較低，死亡率高達(dá)65%，即便是成活的植物，其生長速度也極慢。主要是因?yàn)樵搮^(qū)域邊坡坡面裂隙發(fā)育少，植物根系生長沒有充足的空間，不利于水分的運(yùn)移和養(yǎng)分的存儲(chǔ)。因此，當(dāng)高陡巖質(zhì)邊坡K體<0.12%時(shí)，不適合采用地境再造技術(shù)對其進(jìn)行生態(tài)修復(fù)。

2. 2 巖質(zhì)邊坡體裂隙率與植物冠幅的關(guān)系分析

采用與上節(jié)同樣的方法繪制研究區(qū)內(nèi)三個(gè)試驗(yàn)場巖質(zhì)邊坡體裂隙率與植物冠幅多年平均增長率相關(guān)性散點(diǎn)圖，見圖10至圖12。

圖10 章丘小東試驗(yàn)場巖質(zhì)邊坡體裂隙率與植物冠幅 多年平均增長率相關(guān)性散點(diǎn)圖Fig.10 Scatter plot of correlation between slope fissure rate and annual growth rate of plant crown in Zhangqiu test site

圖11 平陰黑風(fēng)口試驗(yàn)場巖質(zhì)邊坡體裂隙率與植物冠 幅多年平均增長率相關(guān)性散點(diǎn)圖Fig.11 Scatter plot of correlation between slope fissure rate and annual growth rate of plant crown width in Pingyin test site

圖12 龍洞試驗(yàn)場巖質(zhì)邊坡體裂隙率與植物冠幅多年平 均增長率相關(guān)性散點(diǎn)圖Fig.12 Scatter plot of correlation between slope fissure rate and annual growth rate of plant crown in Longdong test site

通過相關(guān)性分析可知，巖質(zhì)邊坡體裂隙率與植物冠幅多年平均增長率的相關(guān)系數(shù)R2在0.82～0.86之間，說明巖質(zhì)邊坡裂隙發(fā)育情況對植物冠幅增長速度的影響明顯。

由圖10和圖11可知：對于章丘小東山和平陰黑風(fēng)口兩個(gè)試驗(yàn)場，當(dāng)0.12%≤K體<0.48%時(shí)，植物冠幅的多年平均增長率為10%～20%；當(dāng)0.48%≤K體<1.26%時(shí)，植物冠幅的多年平均增長率約為30%～40%；當(dāng)K體≥1.26%時(shí)，植物冠幅的多年平均增長率約為50%～60%。

由圖12可知：在巖質(zhì)邊坡體裂隙率發(fā)育同等條件下，高陡巖質(zhì)邊坡復(fù)綠中幼苗期的植物生長速度更快，在此不再贅述。

綜上可知，高陡巖質(zhì)邊坡坡面裂隙發(fā)育狀況與植物生長速度關(guān)系密切，在同等條件下，坡面裂隙越發(fā)育，植物生長速度越快，邊坡修復(fù)效果越好?？紤]到龍洞試驗(yàn)場新建1年，植物處于幼苗期，植物生長速度較平陰黑風(fēng)口(3年)和章丘小東山(5年)試驗(yàn)場快，所得到的監(jiān)測數(shù)據(jù)不能代表植物生長期的生長狀態(tài)，因此本文針對高陡巖質(zhì)邊坡復(fù)綠中體裂隙率與植物生長速度關(guān)系的研究，以章丘小東山和平陰黑風(fēng)口試驗(yàn)場的監(jiān)測數(shù)據(jù)為依據(jù)。

地境再造技術(shù)通過在邊坡上重建植物地下生境和植物群落以實(shí)現(xiàn)長久復(fù)綠的目的。目前針對該技術(shù)分析了影響植物生長的地境特征，包括根系生長空間、溫度、水分、養(yǎng)分[19]，在此基礎(chǔ)上研究了裂隙巖體水汽場濕度季節(jié)變化規(guī)律以及植物生態(tài)需水量[20]等，尤其在溫濕度方面做了大量深入的研究，但在植物生長空間方面的研究較薄弱，沒有細(xì)化坡面裂隙發(fā)育情況與植物生長速度的關(guān)系。本文依托已有的試驗(yàn)場地，在系統(tǒng)分析整理長期監(jiān)測數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，總結(jié)歸納出了巖質(zhì)邊坡體裂隙率與植物多年平均增長率之間的關(guān)系，結(jié)果表明在高陡巖質(zhì)邊坡生態(tài)修復(fù)中邊坡體裂隙率與植物多年平均增長率之間呈正相關(guān)關(guān)系，并且劃分出了不同體裂隙率對應(yīng)的植物多年平均增長速率。該研究結(jié)果可直接用于指導(dǎo)高陡巖質(zhì)邊坡生態(tài)修復(fù)方法的選取，并可在邊坡修復(fù)前預(yù)測復(fù)綠效果。

3 結(jié) 論

(1) 研究區(qū)內(nèi)三個(gè)試驗(yàn)場高陡巖質(zhì)邊坡坡面發(fā)育有4～5組裂隙，裂隙與邊坡呈一定角度相交并指向邊坡內(nèi)部，能有效地?cái)r截和存儲(chǔ)坡面上流下來的雨水及雨水沖刷所攜帶的含有養(yǎng)分的土壤。

(2) 高陡巖質(zhì)邊坡體裂隙率與植物多年平均增長率之間呈正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)R2在0.82～0.88之間。當(dāng)高陡巖質(zhì)邊坡體裂隙率K體<0.12%時(shí)，不適合采用地境再造技術(shù)對其進(jìn)行生態(tài)修復(fù)；當(dāng)0.12%≤K體<0.48%時(shí)，植物高度的多年平均增長率為5%～10%，植物冠幅的多年平均增長率為10%～20%；當(dāng)0.48%≤K體<1.26%時(shí)，植物高度的多年平均增長率為15%～20%，植物冠幅的多年平均增長率約為30%～40%；當(dāng)K體≥1.26%時(shí)，植物高度的多年平均增長率約為30%～40%，植物冠幅的多年平均增長率約為50%～60%。

(3) 地境再造技術(shù)是在生態(tài)地質(zhì)學(xué)理論基礎(chǔ)上探索提出的，本文的研究結(jié)果表明高陡巖質(zhì)邊坡體裂隙率與植物多年平均增長率之間呈正相關(guān)關(guān)系，該研究結(jié)果可直接用于指導(dǎo)高陡巖質(zhì)邊坡生態(tài)修復(fù)方法的選取，并可在邊坡修復(fù)前預(yù)測復(fù)綠效果，對生產(chǎn)實(shí)踐具有實(shí)際的指導(dǎo)意義。