震后茂县牟托村堆积物特征与植被分布关系

闵维康，吴 勇，刘 海，姜丽丽，陈 东

(1.地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室(成都理工大学)四川成都610059;2.四川省川西南地质工程勘察院，四川 成都611130)

震后茂县牟托村堆积物特征与植被分布关系

闵维康1，吴 勇1，刘 海2，姜丽丽1，陈 东1

(1.地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室(成都理工大学)四川成都610059;2.四川省川西南地质工程勘察院，四川 成都611130)

“5·12”大地震后，茂县牟托地区的地形地貌和生态系统受到很大的破坏。本文对茂县牟托地区典型斜坡的植物生长状况、土壤颗粒组成、土壤含水率进行了调查分析，获得了土壤颗粒大小、渗透性、含水率与植物生长之间的关系;研究表明，土壤颗粒组成中，细颗粒所占比例越高，其渗透系数越小，土壤含水率越大，植物的生长状况愈佳;土壤细颗粒所占比例相近的情况下，含水率高的地区植物生长好。根据研究成果，结合生态恢复的技术和方案实施的安全性以及可行性，提出水泥喷灌、修筑挡水阶梯和排水沟、种植植物等生态恢复的方案以及保持斜坡稳定的措施。

震后堆积物;颗粒特征;渗透率;植物生长;生态恢复

地震后地表岩土结构和覆被破坏，引起表层水分入渗和径流特性的改变;由于坡面水动力场和山坡岩土力学性质的协同变化，导致坡面岩土稳定性遭受破坏。在地表径流和地下水运动作用下，山坡容易趋于滑塌，水土流失趋于加剧［1］。据王文杰等在调查研究中统计，震后茂县地区水土流失严重，森林生态系统震前和震后轻度流失面积由134 206.3 hm2到 93 167.9 hm2;中度流失面积由 31 065.4 hm2到71 475.4 hm2;重度流失面积由 11 463.6 hm2到 12 092.0 hm2。草地生态系统震前和震后轻度流失面积由95 404.8 hm2到 61 836.0 hm2;中度流失面积由 28 631.3 hm2到61 958.9 hm2;重度流失面积由 10 761.8 hm2到 11 002.0 hm2［2］。

大地震往往伴随着喷砂冒水、地形沉陷等现象，这些严重地撕裂了地表，改变了植被的原生环境，使得植被无法生长而消亡，对生态系统尤其是脆弱的破坏更加严重［3］。2000年，吴建华提出并阐述说明通常6级以上地震均会严重破坏植被生态系统［4］，如减少了植物的数量、植物的种类、植物的覆盖率等。

通过对研究区的植被分布及生长情况初步了解后，选取斜坡的土样进行调查分析，得到了土壤颗粒大小、渗透性、含水率与植物生长之间的关系，并提出相应的生态恢复的措施。

1 研究区概况

研究区位于茂县南新镇牟托村三腾岩山，为典型的由地震引起的岩石崩塌而形成的斜坡，面积约600 m2。受降雨的影响，斜坡两侧形成比较明显的冲沟。

由于地震影响，研究区的山体大部分存在范围广、高度高、坡度陡、表面疏松的高斜坡，这类斜坡植物难以生长，增加了生态系统修复和自我修复的难度及所需时间。牟托地区多年平均降雨为524.3 mm，每年的春、夏为降雨多的季节，这样的气候条件应当有利于植被生长，然而由于大部分山体存在上述的斜坡，其保水能力很差、表面疏松，降雨过后，易形成泥石流，破坏原有的植被，因此减缓了生态恢复的进程。

三腾岩山岩性为变质岩，由于岩石破碎，“5·12”大地震引起岩石崩落，形成倒石堆。倒石堆的物质大多为各种大小不一的岩块，粘土含量少，颗粒碎屑大小混杂，没有明显的排列层序。崩落时较大岩块受重力加速度的作用滚落到倒石堆的边缘停积，而较小的碎屑多堆积在倒石堆的顶部。倒石堆进一步成形过程中，斜坡坡度就会便得很平缓，崩塌作用也会逐渐减弱，崩塌的碎屑也会变小。倒石堆发育的后期，其表面堆积是比较细的岩屑。

该斜坡主要植物为马儿杆、藤子、刺藤以及蒿织等。植被覆盖率大约为45.3%。斜坡上部存在一层厚碎石覆盖层，因而植物无法生长;中部由于碎石覆盖层变薄，植物仅限于草类(马儿杆)的生长;下部由于没有碎石覆盖层，并存在能供植物生长的土壤，出现了灌木植物(刺藤等)。

2 研究区斜坡取样原则及方法

影响土壤水分、渗透性及土壤颗粒特征的自然因素和人为因素很多，土壤渗透系数和含水率的特征随深度的变化而不同［5］，因此，取样时，应考虑以下几个方面:①样品要有代表性，位置选择要适当;②要考虑作物根系垂直发育深度;③分布样品要易于获取。0～60 cm处土样的采取困难不大，是研究区作物大部分根系垂直分布的范围，此时的相关性很好［6］。

总结以上分析，把需要估计的部分尽可能地缩小，最大限度地减免系统误差，把取样部分确定为0～60 cm较为合适。

考虑到选取样品的代表性，在斜坡上选取挖坑位置。在探坑1到9号取土样1#到9#，探坑位置选取:1和2号选在斜坡的上部，3、4、5、6和7号选在斜坡中部，8和9号选在斜坡底部。除了探坑海拔的角度能够对比外，每个探坑，针对不同的深度分别取样。取样分布见图1:

图1 研究区取样分布图

3 斜坡堆积物特征

3.1 土样含水率特征

在每个植株探坑中不同的深度取土样，立即现场测得样的质量，然后带回实验室，烘干后得出含水率。

斜坡上部:取样深度在0～25 cm范围，平均含水率为1.272×10－2;深度在26～55 cm 范围，平均含水率为 1.251×10－2。0～55 cm 平均含水率为 1.261 ×10－2。

斜坡中部:深度在0～15 cm范围，平均含水率为4.687×10－2;深度在 16～30 cm范围，平均含水率为 4.260×10－2;深度在31～55 cm 范围，平均含水率为 3.694×10－2。0～55 cm 平均含水率为 4.228×10－2。

斜坡底部:深度在0～25 cm范围，平均含水率为7.342×10－2;深度在 26～55 cm范围，平均含水率为 6.610×10－2。0 ～55 cm 平均含水率为 6.903 ×10－2。

测试结果表明，研究区斜坡含水率分布特征如下:

1)整体上看斜坡上部含水率最低，总的平均含水率为:1.261×10－2，斜坡下部含水率最高，总平均含水率为:6.903×10－2。由斜坡上部到下部含水率呈逐渐升高趋势。

2)对于同一探坑，随着深度增加，含水率降低的趋势;极少探坑存在深度越深含水率越高的现象;个别探坑随深度增加，含水率出现先降低后升高的现象。

3.2 斜坡的土颗粒特征

根据《土质学与土力学》，可用Cu(Uniformity coefficient)反映大小不同粒组的分布情况，为判断土粒度级配是否良好的指标之一，其表达式为:Cu=d60/d10。在土的粒径累计曲线上，d10为过筛重量占10%的粒径，d60为过筛重量占60%的粒径。Cu越大，表示粒组分布越广。大于1 mm的土颗粒做室内颗分实验，小于1mm的土颗粒做室内密度计实验，根据实验结果作出颗粒特征分析。

土样粒径区间与所占比例见表1。

表1 土样粒径区间与所占比例

由表1可知，斜坡土样粒径小于1 mm的所占比例不到一半，而在大于1 mm的颗粒中，粒径为1 mm至10 mm之间和粒径为20 mm至40 mm之间所占比例最多。粒径小于1 cm的颗粒中，粒径更小的、小于0.074 mm的颗粒占了很大一部分，多数样中粒径小于0.074 mm都占到了一半。可以看出，斜坡土样中，其粒径组成为粗少细多，即小于0.007 4 mm和小于1 mm占土样的大部分。

根据研究斜坡取样粒径组成作出累积曲线图:

图2 小于某土粒质量百分数(%)

每个样土粒的不均匀系数Cu如表2。

由表2可知，斜坡底部的土样粒径更均匀，结合斜坡植被生长情况，底部的植被较上部的植被根系发达，植株发达。由此判断，粒径均匀的土壤更利于植被生长。

3.3 斜坡的渗透性特征

1至9号探坑位置所取的土样，根据达西定律做室内常水头试验［7］，研究分析斜坡土壤层渗透系数。室内实验获得的土样渗透性系数见表3。

表2 土样不均匀系数

表3 斜坡土壤渗透系数

由数据可知，斜坡上部(1#和2#)的渗透系数偏高，斜坡下部(8#和9#)的渗透系数偏低，中部(3#～7#)的渗透系数居中。整体上，渗透系数随颇高的降低而减小。

4 斜坡堆积物特征与植物分布关系初步研究

通过斜坡植被生长状况、土壤含水率、土壤颗粒组成、土壤渗透系数之间的关系，得出如下特征:

1)植物的生长状况与土壤颗粒组成、土壤含水率、土壤渗透率有密切的关系，土壤颗粒的组成影响其渗透性，渗透性影响土壤含水率，土壤含水率又影响植物的生长。土壤颗粒组成中，细颗粒(小于1 mm)所占比例越高，其渗透系数越小，土壤含水率大;同时，对于土壤中已含有的能满足植物生长的水，其对水的保持作用就越强，水不易流动，也不容易蒸发，使得水分停留时间长，能供给植物吸收利用，是植物长势良好的条件。

由于斜坡渗透系数总体偏小，降水大多补给浅表层，而表层水分蒸发、流失快，因此保持水分很重要。植物的生长过程中，对水的需求是持续的、定量的，因此，对于渗透系数大、含水率低、水分流失快的土壤，植物生长缓慢。总之，土壤颗粒组成、土壤含水率、土壤渗透率达到最佳比配时，最适合植物生长。

2)在土壤细颗粒所占比例相近的情况下，含水率高的地区植物生长更好。因为斜坡上部表层存在的破碎岩石覆盖层，可形成水下渗的优势通道，降雨时可让雨水更多地下渗到下层，所以在土壤颗粒组成差不多的情况下，表层没有破碎岩石覆盖层的剖面中植物生长更茂盛;表层有破碎岩石覆盖层、含水率相差不大情况下，土壤细颗粒更多时，植物生长的更好，根系更发达，植物更茂盛。

5 研究区生态恢复措施

对于斜坡生态恢复首要考虑斜坡的稳定性，从水文地质角度出发，对于斜坡的稳定，应最大限度改善降雨时斜坡表面形成的坡面流流速、增加坡面流停留时间，最终以人工改善斜坡植被生长环境。结合当地实际情况，提出以下斜坡生态恢复的措施:

1)首先要对斜坡进行清理，排除斜坡崩塌、危岩、滑石隐患，以期达到斜坡的基本稳定。同时要根据山体形状设置挡土墙等配套设施，采用水泥喷灌未生长植物的斜坡顶部进行固定，且预留方框(10 cm×10 cm)，方框面积占水泥喷灌面积的25%;并采用生态袋挡墙加固坡脚的稳定性。从而减小降雨时形成坡面流的流速、增加坡面流的停留时间，最终能够增加斜坡蓄水的水量，利于植物的生长。

2)在斜坡上修筑挡水阶梯以及排水沟，以增大坡面流的停留时间而增加剖面流的入渗量，使最终保持停留在土壤的水量增加，保证植物生长所需的水，促进生态恢复。雨季，雨量过大时，通过排水沟将多余的水排走，避免数量过大，在斜坡上形成泥石流而破坏斜坡。

3)在斜坡上种植灌木植物(如当地的黄刺等)、攀爬类植物(如当地的刺藤)、乔木(如当地的柏树)等等，种植的时间可选择在3、4、5月份，此时，雨量适当，正值春季，利于植物生根、发芽，并在斜坡上扎根。

6 结论

通过对茂县牟托地区典型斜坡的植物生长状况、土壤含水率、土壤颗粒组成、土壤渗透系数的调查和土样的实验分析，获得如下结论:

1)研究区为典型的由地震引起的岩石崩塌而形成的斜坡。这类斜坡由于保水能力差、表面疏松，植物生长发育条件差;降雨过后易形成泥石流，破坏原有的植被，因此生态系统修复和自我修复难度大，所需时间长;

2)研究表明，土壤颗粒大小、渗透性、含水率与植物生长之间存在一定关系;土壤颗粒越细，渗透性越差，但含水率大，对植物的生长有利;

3)在当前经济条件下，采用水泥喷灌、修筑挡水阶梯和排水沟、种植植物等措施，以保持斜坡稳定性，是实现生态恢复的重要途径。

［1］王根绪，程根伟.地震灾区重建中有关水文与水环境问题的若干思考.山地学报，2008.7，26(4):385 －389.

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［7］柯葵，朱立明，李嵘.水力学［M］.上海:同济大学出版社.2000.

Relationship between Accumulation Characteristics and Vegetation Distribution after Earthquake

MIN Wei－ kang1，WU Yong1，LIU Hai2，JIANG Li－ li1，CHEN Dong1
(1.National KeyLaboratory of Geological Disaster Prevention and Environment Protection Chengdu 610059，Sichuan;2.Sichuan Southwest Institute of geological engineering investigation)

After the“5·12”earthquake，landforms and ecosystems of Moutuo Village of Maoxian County suffer great damage.This article is based on analysis of the plant growth and soil particle composition and soil water content this area，gets relationship among soil particle size，permeability，Moisture content and plant growth.The research shows the higher the proportion of fine particles in soil particle composition，the the permeability coefficient is lower，and the moisture content of the soil is more，and the plant grow best in this case.The soil in the proportion of fine particles in almost cases，the high water content in plants grow better.According to the research results，combined with the safety and feasibility of ecological restoration technology and plan，this article provides ecological restoration scheme and the measure of keeping the slope stability that Cement sprinkling irrigation and water retaining step and gutter construction and plant cultivation.

Earthquake accumulation;particle characteristics;permeability;plant growth and ecological restoration

X32:013

A

1004－1184(2012)04－0147－03

2012－03－15

地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室自主研究课题(SKLGP2009Z006)

闵维康(1987－)，女，河北迁安人，在读硕士研究生，主要从事水文地质研究。