生态毯植被恢复技术研究及其进展

2019-07-07刘兴良刘世荣姬慧娟马文宝冯秋红潘红丽刘千里

四川林业科技 2019年6期

刘兴良，刘世荣，刘杉，姬慧娟，马文宝，冯秋红潘红丽，张利，刘千里，缪宁

(1．四川林业科学研究院，四川成都 610081；2．中国林业科学研究院森林生态与环境保护研究所，北京 10091；3．北京林业大学，北京 10083；4．阿坝州林业科学技术研究所，四川汶川 623000；5．四川大学生命科学学院，四川成都 610044)

“5·12”汶川特大地震造成四川省龙门山断裂带严重受灾区32.87万hm2林地面积损毁，导致森林覆盖率下降1.87%[1]，区域生物多样性受到不同程度的影响[2]。地震造成的山体崩塌、滑坡、泥石流等次生灾害为世界所罕见，区域内森林植被遭受巨大破坏，给灾区生态系统造成了严重影响[3]。德国在矿山废弃地植被恢复、公路边坡治理等方面具有丰富的治理经验，其生态毯或生态垫植被恢复技术和生物多样性保护技术都处于前列[4]。

生态毯植被恢复技术指用马利瓦特(Maliwatt)缝编工艺，将可降解的植物纤维为原料编制成卷，同时将一定配比的植物种子和基质混合后植入成卷材料而形成的快速植被恢复技术。根据对各区域类似技术的比较(见表1)，各类技术各有优势，但德国生态毯植被恢复技术成熟，具有对环境无污染、铺设迅速、成本低等特点，因此，通过引进德国成熟的生态毯植被恢复技术，拓展生态毯植被恢复技术在地震滑坡植被恢复、沙化治理、矿山废弃地和公路边坡治理等方面的应用，不仅对地震灾害多发区滑坡、矿山废弃地、公路边坡治理起到良好的示范作用，而且对保护四川生态旅游环境、繁荣民族地区经济和社会可持续发展，改善我国生态脆弱区的生态环境具有重要意义[5]。

表1 各区域类似技术特点比较

Tab.1 Comparison of similar technical characteristics in different regions

1 研究及应用现状

1.1 国外研究及应用现状

20世纪30年代以来，欧美发达国家相继采用天然的椰棕纤维、苎麻纤维等为原料加工成的一类成卷水土保持产品(RECPs)的研发，根据制作大小不同分为生态毯、生态垫和植物培育垫，在园林绿化，公路、铁路、河道等边坡防护，以及沙漠治理领域[6]，特别在公路边坡工程治理中得到广泛的应用[7]。

马来西亚主要研发的产品为椰毯的生态垫。无论是在椰棕的主产地马来西亚、印度、菲律宾，还是欧美、日本等发达国家以及我国台湾等地区都大量将生态垫用于水土保持[8。

瑞士开发的苎麻纤维培育垫，采用编链衬纬组织，将苎麻和丙纶两种纱线编织成方形小网格，纵向组织丙纶，横向的衬纬是苎麻，有规律地加入植物种子而成，这种垫子既可保持水土，防止滑移，又可绿化环境，保持生态平衡[4]。

德国萨克森研究所采用Maliwatt缝编工艺编织成亚麻纤维网，同时用一种特殊的计量器将草种均匀地置入网中，用缝合线连接而成，即缝编草皮培育垫，这种垫子具有多孔结构，草根极易穿过织物伸入土壤，吸取所需养料和水分，同时可以保护草种免遭鸟类啄食，防止草种流失和有助于草种发芽，草种发芽生根后，亚麻便逐渐分解到土壤中，对环境无污染[4]。

1.2 国内研究及应用现状

我国以植物纤维为原料研发的环保型麻地膜，具有良好的生物可降解性且无环境污染，在矿山废弃地和公路边坡治理等方面的应用，对我国西部开发及其生态环境的改善具有一定意义[9,10]。生态垫在国内的研究与应用始于2002—2004年中德农业科技合作项目“可降解材料在困难立地造林中的应用”和北京市林业局中马合作项目“生态垫在京津风沙源治理中的研究”等课题[11]。近年来，生态垫或植被毯在国内的应用和研究主要集中在干旱少雨的北方地区，特别是荒漠化严重的地方和沙漠地带，可以抗风沙侵蚀和促进植物生长[11]。由于我国椰棕产地局限在海南等地，商品化程度低，产量少，开发迟[11]，椰纤维植被毯可以作为生态治理的新型材料[12,13]，椰子纤维在人造板、复合材料和环保材料等领域有效利用，应成为今后研究的重点[14]。

2 生态毯植被恢复效果

2.1 地震滑坡区域植被恢复效果

在汶川地震崩塌堆积区，利用生态毯植被恢复技术(见表2)开展了不同肥料浓度和生态毯的交互作用的植被恢复试验。结果表明，紫花苜蓿的开始发芽时间、株高和盖度均差异不显著。砾石泥沙堆积区每种生态毯上，均是高浓度肥料下植物长势好；相同的肥料浓度下，植物的长势为：椰纤维生态毯>秸秆+椰纤维生态毯>秸秆生态毯。但在椰纤维生态毯和80 g·m-2肥料浓度组合模式下，植物出现了严重的倒伏现象。泥沙堆积区均是高浓度肥料下植物长势好，相同的肥料浓度下，植物的长势为：椰纤维生态毯>秸秆+椰纤维生态毯>秸秆生态毯，且没有倒伏现象[15]。

表2 地震滑坡生态毯植被恢复技术参数设计

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

植物种类：点播了刺槐、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、醉鱼草和千里光(2013年3月)。

在汶川地震滑坡植被恢复表明[16]，在连续没有降雨补充的情况下，铺设生态毯的土壤含水量均高于裸地，各层的土壤水分含量随干旱日数的增加呈下降的趋势，生态毯的下降趋势较为平稳；生态毯覆盖后，0 cm～10 cm、10 cm～20 cm土壤含水量均能保持较高的水平，保水效果为椰纤维生态毯>秸秆+椰纤维生态毯>秸秆生态毯>裸地。覆盖生态毯可以提高土壤有机质含量和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 矿山废弃地植被恢复效果

采矿乱石碎块坡面上覆盖生态垫以后，在炎热夏季阻止了太阳直射石块，有效降低了地面温度5℃以上，减少了地面高温对植物的伤害；冬季起到稳定和提高地温的作用，可提高地温1～2℃，大大提高了新植乔、灌树木和草的保存率，增加了年生长量[17]。

应用生态垫和保水剂在北京市平原废弃砂石坑地类造林中，土壤瞬时含水量提高10%以上，田间持水量、涵养水源量及最大蓄水量分别提高了4.45%、41.34%、8.26%以上；土壤有机质、全氮、有效磷、速效钾含量提高了64.49%、19.28%、132%、40%以上；冠幅增量较对照提高1.9 m[18]。

2.3 公路边坡植被恢复效果

在河南高速公路使用椰丝型植被毯护坡可以增加植被的覆盖度和面积指数，分别比未使用植被毯坡面高11.2%～14.1%和34.4%～39.6%；地表径流量比对照坡小20.5%～54.1%，有效地控制水土流失[19]。铺设生态垫的京北石质山区盘山公路坡面上树木个体的保存率从87.21%提高到95.32%，而保存树木个体的受损率则由74.69%显著降至2.15%[20]。在首都108国道铺设植被毯的公路边坡上经洒水养护10 d后草种发芽率90%以上，30 d后草平均高度达10 cm以上，覆盖度95%～99%，而且经两次暴雨天气，坡面无冲刷沟现象[21]。

2.4 沙化地植被恢复效果

将生态垫用于沙漠治理，流动沙丘0～40 cm的含水量(1.19%～1.27%)低于固定沙丘(1.61%～1.75%)，而其他各层的含水量(1.52%～1.73%)都高于固定沙丘(1.11%～1.38%)；流动沙丘含水量(1.27%～1.73%)从上部到下部依次升高，而固定沙丘(1.75%～1.11%)则与此相反[22]。甘肃省河西走廊中部铺设生态垫与不铺设生态垫的沙丘，随着土层的加深，温差变化幅度也逐渐减小[23]。铺生态垫后能够显著提高土壤0～15 cm的含水量，相对裸地提高167.33%，15 cm～30 cm，30 cm～45 cm的含水量相对提高53.10%，52.56%[24]，为固沙植物的生长发育创造良好的条件。

在河北省张家口市宣化区境内的流动沙地治理中，生态垫能够显著降低沙地0～15 cm的土壤温度，日均温可降低2. 06 ℃～4.56 ℃，有利于沙地高温条件下减少土壤蒸发;在连续无降雨的情况下，生态垫下各层次的土壤含水量都高于流动沙丘裸地，尤其是15 cm～30 cm含水量相对稳定，人工植被建立后，其保存率、生长量较流动沙地均有较大幅度的提高[25]。

在四川若尔盖沙化地带用生态毯覆盖1年后，均降低了两种类型沙地的土壤温度，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盖度和生物量，分别是对照处理的1.20 倍和1.19 倍，而流动沙地则分别为4.74 倍和2.83 倍[27]。