吹填沙土区域植被恢复试验研究

仲 康，汤 莹，王 苑

(1.长江勘测规划设计研究有限责任公司，湖北 武汉 430010； 2.泰兴市港口局，江苏 泰兴 225400)

1 项目概况与研究背景

长江扬中河段天星洲汊道段河道综合整治工程为国家172项节水供水重大水利工程之一，位于江苏省泰兴市。工程主要由吹填工程和护岸工程等组成，目的是维持天星洲双汊过流格局，稳定天星洲洲体，改善左汊水域条件，开发可资利用的岸线资源，为泰兴市经济社会发展创造有利条件。

泰兴市地处北亚热带季风区，临江近海，气候温和，四季分明，雨量丰沛，历年平均降水量1 033.2 mm，多年平均气温15.8 ℃，年均无霜期233 d，梅雨、台风等地区性气候明显。工程区位于长江河滩地，地貌类型属三角洲平原中的江心洲，洲体吹填料源为长江泥沙[1]，土壤类型为高沙土[2]。高沙土土壤贫瘠，遭遇暴雨或大风侵蚀剧烈，水土流失严重[3]。水土保持措施的实施重点是天星洲洲体固沙和植被恢复。

本工程编制了水土保持方案报告书，报告书中针对工程布置特点分区布置了相应的水土保持措施，形成了完备的防护措施体系。然而在实施过程中，天星洲洲体顶面采用的草方格[4]防风固沙措施和撒播草种措施存在以下几方面的问题：①受施工时序限制，风力侵蚀严重；②土壤营养基质流失，植被恢复难度大；③外购表土工程量不确定，对工程投资影响大。因此，我们采用试验方法对以上三个问题作了专门的研究。

2 问题分析与研究方法

2.1 问题分析

针对上述存在的三个问题，进行分析和探讨。第一，本项目采用吹填方式将长江河底泥沙吹填至天星洲洲体，达到一定高程后停止吹填，经过一定沉降周期后复核顶高程，如果存在欠高问题，需继续吹填直至达到设计高程，因此沉降期内水土保持工程难以实施，需待吹填区域验收完成后方可施工。工程区位于长江下游江心洲，受台风和江风影响大，而吹填土为高沙土，自然条件下土质结构松散，土壤表层结皮受风力侵蚀作用极易流失，松散高沙土裸露加剧侵蚀作用。第二，吹填沙土保水性差，经过沉降期后，表层土壤结皮已完全被剥蚀，高沙土裸露，经过降雨入渗作用后，其本身营养基质流失，造成植物种子着床困难，且难以获取生长需要的有机质等养分。第三，采用外购表层耕植土回覆，方式进行植被恢复存在不确定性。一般生产建设项目表土回覆厚度为30～50 cm，表土回覆厚度影响植被恢复效果，确定植被恢复效果需做专门试验研究，且洲体植被恢复面积达534 hm2，对投资影响很大。另外工程区位于长江江心洲，外购表层耕植土需进行不断转运，程序复杂，造价高。

2.2 研究方法

根据以上分析与探讨，决定采用试验方法研究植被恢复效果[5]。经过调查与研究，提出采用“先固后植”的思路进行试验。首先，采用草方格沙障固沙，减小风力侵蚀作用。其次，在调查洲体原状土、新吹填土和外购表层耕植土土壤分布和养分情况的基础上，组合4种土壤样本并进行检测，4种土壤样本分别为：①洲体原状土，即现状洲体裸露的高沙土；②新吹填土，即新近吹填高沙土中营养基质尚未流失的表层土；③外购表层耕植土，即工程区周边购得的表层耕植土；④改良土，即新吹填土与外购表土1∶1混合拌制成的改良土。最后，试验研究不同土壤条件和不同回覆厚度下草种的生长情况。受工程进度和植被恢复季节限制，本试验时间设定为25 d，分别观察和记录1、3、5、10、15、20和25 d时植被覆盖情况，通过植被覆盖度确定植被恢复效果。植被覆盖度计算公式为

C=M/A

(1)

式中：C为植被覆盖度；M为植被覆盖面积；A为撒播草种总面积。

3 试验内容

3.1 布设草方格沙障

(1)选择洲体地表裸露、沙化严重、操作方便且无灌丛植被影响的区域作为试验区域，整平试验区顶面。

(2)根据试验区布置方案测量放出试验区边界线，并在试验区用石灰打线放出横对主导风向的1 m×1 m的正方形方格网。

(3)柴草制备。用麦秸草、稻草扎制草方格前需在材料上洒一些水，使之湿润，以提高材料的柔性，避免扎制时折断。扎制前将材料切成60 cm长的段，整齐堆放。

(4)铺放柴草。沿草方格网线平铺柴草，柴草要沿线垂直摆放，并置中间位置于线上。

(5)用平板锨在草中部用力将其对折压入沙层内12～15 cm，拥沙扶直，使其出露高度为13～15 cm(偏差为±2 cm)，顶部宽度为5～6 cm，再用脚将草带两侧的沙踩实，并用铁锨或刮沙板将中间的沙向草带下刮一刮，使草方格提前形成碟形凹槽，有利于沙障内地面稳定。

(6)试验期间，保证柴草埋置垂直吹填区顶面，外露部分表面平整，种植牢固，如有破口应及时修补。

3.2 土壤养分检测及方案设计

将组合的4种土样送至实验室进行土壤养分检测，结果见表1。检测结果表明，外购土基本满足三类土标准，其余土样均低于三类土标准。

根据土样检测结果，本试验设计了5种土壤条件进行试验，分别为：方案一，无表土回覆；方案二，改良土(新吹填土和外购表土采用1∶1比例拌制)回覆，回覆厚度3 cm；方案三，改良土回覆，回覆厚度5 cm；方案四，外购表土回覆，回覆厚度3 cm；方案五，外购表土回覆，回覆厚度5 cm。

在试验区内选择5块相近的样方，每块样方面积20 m2。准备新吹填土0.8 m3，外购表土2.4 m3。将0.3 m3新吹填土与0.3 m3外购表土搅拌均匀，作为方案二单独存放；将0.5 m3新吹填土与0.5 m3外购表土搅拌均匀，作为方案三单独存放；将1.6 m3外购表土分成0.6 m3和1 m3作为方案四和方案五单独存放。

3.3 覆土种草

(1)耕翻选定的试验区5块样方的土层，清除土层中的碎石等杂物，得到质地疏松、透气、平整、排水良好、适于草种生长的苗床。

(2)草种选用狗牙根和白茅，混合种植。提前去杂、精选草种，保证种子质量，将精选的草种浸泡24 h。

(3)将已经制备好的土壤和草种充分拌和，按设计方案分别回覆至相应区域，并在样方前插上指示牌。回覆需保证土壤均匀分布，并用铁耙翻整，卷尺测量，须满足土壤厚度要求。

(4)草种种植后需及时、定期洒水，直至草种正常发芽生长；发生病虫害时，及时喷洒农药；植物生长缓慢缺乏养分时需追肥。

4 试验结果与分析

根据试验观察和记录制作了阶段植被覆盖度情况表和折线变化图，详见表2和图1。

表2 各方案植被覆盖度

通过对比分析，可以得出：

(1)前10 d为草种萌芽期，10 d左右开始出芽。

(2)方案一植被覆盖度远低于其他方案，主要原因在于草种着床困难，虽有日常养护，但难以储存水分和营养物质，且白天光照条件比较好的情况下，高沙土温度较高，容易灼伤草种，因此草种不易发芽成活。

(3)方案四和方案五比方案二和方案三植被覆盖度高，主要是由于外购表土储存水分的能力比改良土强，且土壤养分含量也更高。

图1 植被覆盖度变化情况

(4)方案五比方案四植被覆盖度略高，方案三比方案二植被覆盖度略高，是由于回覆土土层厚，能储存更多的水分和营养物质，同时可提供更多的有机质，利于草种发芽生长。

(5)方案四比方案三植被覆盖度高，说明土质改变的影响比回覆厚度改变的影响要大。

(6)除方案一外，其他方案草种生长趋势基本一致。

综合5种方案试验情况，方案一植被恢复难度最大，相同条件下植被覆盖度远远低于其他4种方案，25 d植被覆盖度为6%，不能作为植被恢复方案；其余4种方案25 d植被覆盖度分别为75%、77%、84%和87%，植被恢复方案基本可行。试验时间为5月底至6月份，光照条件强烈，气温较高，水分蒸发快，在该区域土壤条件下不利于草种发芽和生长，建议选择春末或初秋播种，可以提高草种成活率。

5 结 论

(1)高沙土地区采用草方格沙障固沙作用明显，减小了风力侵蚀。草方格可通过增大地表粗糙度，降低地表层气流的输沙能力，并可改善土壤水分状况，腐化的柴草作为有机质保留在土壤中，还可起到改良土壤的作用。

(2)高沙土地区立地条件差，难以维持植物正常生长，采用新吹填土与外购表层耕植土混合拌制成的改良土或单独采用外购表层耕植土回覆可显著提高植被恢复效果。试验表明，仅靠原状高沙土恢复植被难度极大，通过改变土质，增强土壤黏性，可保水保肥，有效提高植被恢复效果。

(3)天星洲洲体后期将作为岸线资源进行开发利用，综合考虑后期利用、植被恢复效果、投资允许等因素，方案五较方案四更优。采用回覆外购表土5 cm方案，一方面可提高洲体植被覆盖度，增强土壤的抗侵蚀能力，另一方面也可改善洲体土壤条件，为后期景观打造创造良好的立地条件。