33种植物模拟飘台V型槽边坡修复越冬试验——以黄土高原地区为例

张小刚，秦绪明，白玉珍，闫 励，吕佳进

(美丽华夏生态环境科技有限公司，北京 100176)

1 研究背景

飘台V型槽是在高陡岩壁之上，将钢筋钻孔锚固在岩壁之上，钢筋上铺设木板，再用水泥混凝土将木板、钢筋和岩壁浇筑在一起，最后与岩壁形成的具有一定夹角的燕槽状平面。飘台V型槽边坡修复技术主要用在坡度≥70°的高陡裸露岩石边坡中，并且是此类边坡水土保持、快速复绿的有效方法之一[1]。西北黄土高原地区的高陡石质边坡在应用飘台V型槽修复技术进行生态修复时，V型槽内无土、缺水、少肥等现象比较严重，立地条件更为恶劣，且飘台V型槽容积较小，基质中能容纳的营养物质有限，因此为了达到修复的目的，不仅要考虑V型槽内种植基质的营养成分，以及是否保水、保肥、透气和有良好的团粒结构，而且还要考虑修复植物的选择，以满足需要。

飘台V型槽边坡修复技术从2004年开始在广州南沙、沈阳世博园等50多个采石、采矿场和深圳南坪路陡坡等不同类型和不同地域的边坡修复中陆续应用，都达到了很好的效果，但在西北地区还处于起步阶段，运用极少[2]。究其原因主要是西北地区普遍较为干旱，能供选择的边坡修复植物有限，而且冬季较为寒冷，再加上边坡土层较薄，因此大多边坡植物难以越冬，很容易冻死，导致修复失败[3]。

此外，在科研领域对于各种树木包括园林树木抗寒研究的报道虽然很多，但大多数是关于低温胁迫对树木生理特性及指标影响的研究，还有多数是关于树木抗寒措施的研究报道，而对于园林树木尤其是边坡修复苗木的越冬特性及其发生冻害程度的系统研究很少[4]。研究表明，多数植物的幼苗抗性较弱而成年苗木抗性较强，这就使得许多成年树种可以在某地区正常生长、开花、结实，但其幼苗则可能在该地区受一些环境因子的影响而不能正常生长，特别是受冬天低温冷冻影响而不能正常越冬。因此，对植物幼苗进行越冬研究具有重要的科学和生产实践意义。

陕西韩城采石场高陡边坡生态修复项目位于关中平原和黄土高原过渡地带。一方面由于黄土高原地区降雨量不足和岩石风化使得土壤大多呈碱性、有机质含量不足，植被种类不够丰富；另一方面，由于常年在此地采石、采矿导致灰岩边坡极不稳定，坡度大于70°，属于高陡边坡[5]。面对项目地严重的环境恶化、水土流失、生物多样性锐减等生态问题，为了保证一次修复，短时间见效果，达到长期修复的目的，项目决定采用飘台种植槽法生态修复工艺，但选择的植物能否在飘台V型槽中顺利越冬成为该工艺能否成功的关键[6]。为此，本试验选择园林植物及现场周围常见的水土保持、护坡植物共33种，模拟飘台V型槽种植进行越冬研究，以期为边坡V型槽工程苗木选育提供实用参考。本研究主要是采用花盆盆栽种苗模拟边坡飘台种植槽进行试验。

2 试验材料与方法

2.1 试验时间及地点

模拟飘台种植试验于2018年10月至2019年5月进行。试验地位于陕西韩城市玉屏山山脚下，土壤为沙壤，中性偏碱。韩城处于暖温带半干旱区域，属大陆性季风气候，四季分明，气候温和，光照充足，雨量较多，年均气温13.5 ℃，年均降水量559.7 mm，但雨量不均，多集中于7、8、9月份，无霜期208 d，年日照时数2 436 h，春夏季易发生干旱，夏季阵雨多、强度大，水土流失严重。在试验观察期间，韩城室外最低温度-7 ℃，有保温和无保温措施温差约为10 ℃。

2.2 试验材料

试验用到33种种苗，包括胶东卫矛、大叶黄杨、小叶黄杨、水蜡、紫藤、红瑞木、女贞、小叶女贞、红叶石楠、木槿10种常见的园林苗木，紫穗槐、黄刺玫、钝叶蔷薇、绣线菊、连翘、构树、荆条、酸枣、马棘、五叶地锦、迎春花、茅莓、杠柳、短尾铁线莲、枸杞、沙棘、乌头叶蛇葡葡、鹅绒藤18种当地常见乡土植物，蜀葵、佛甲草、马蔺、甘菊、秋英5种多年生草本植物，具体见表1。

表1 越冬试验苗木信息

试验其他材料包括：花盆(660个)、土壤基质、电子天平、pH试纸、卷尺、标签纸、插签、保水剂、土壤调节剂、有机肥、地温计等。

2.3 飘台种植槽基质组分说明

飘台V型槽中植物的成活率、长势和后期复绿效果都与基质有关。根据经验、相关资料，结合现场实际情况，我们对飘台V型槽内的种植基质进行了改良[1]，其各组分配比见表2。

表2 模拟飘台V型槽试验土壤基质组分

2.4 试验方法

为了保持试验数据的实用性和可借鉴性，本试验主要采用花盆盆栽种苗模拟边坡飘台种植槽进行试验。本试验花盆中的土壤基质配方和韩城项目飘台V型槽中种植土壤配方完全一致，只保留是否有保温措施一个变量，来探究温度变化对本试验苗木越冬的影响。根据需要，试验将每种苗木分为2个处理组，每组各10盆。第1组，采用园土，加入保水剂、土壤调节剂及有机肥，搁置在项目地搭设的透明大棚内；第2组，采用同样的土壤基质配方，但搁置在项目地搭设的透明大棚外。

将苗木种植在花盆中之后需要进行缓苗处理，一般情况下栽种完成之后需要缓苗1个月左右。栽好之后由于天气转冷，所有苗木统一在大棚中缓苗，缓苗期间统一放置、统一管理，每隔3天浇1次水。栽植满1个月苗木生长稳定后，进行对比试验，将第1组苗木仍放置在大棚中，第2组苗木搬到大棚外，定期统一养护管理，定期测量记录大棚内外温度变化情况。进入寒冬后对苗木进行冬灌处理，2019年清明之后观察苗木越冬发生冻害情况，综合评估不同苗木在模拟飘台种植槽生长的抗寒性。

2.5 苗木冻害指数的计算

为比较苗木发生冻害的程度，首先把苗木冻害程度分级，然后以冻害指数(F)大小来比较不同树种苗木发生冻害的程度[4]。冻害级别分作5级：0级，苗木无任何冻害表现，萌芽和生长均正常；1级，只有苗木顶芽和顶梢冻死，下部侧芽正常萌发生长；2级，苗木茎干1/2左右冻死，下部侧芽萌发也受到不同程度影响；3级，地上部分全部冻死，从地表根颈处重新萌发新枝；4级，苗木地上和地下部分全部冻死，再无新芽萌发[7]。

苗木冻害指数计算公式为

F=[∑IPi/(4×100%)]×100

(1)

式中：F为冻害指数；I为冻害级别，分别为0,1,2,3,4；Pi为各冻害级别中受冻苗木所占百分比；4×100%为冻害最高级别(第4级)与发生冻害苗木最高比例(100%)的乘积[7]。

从公式(1)可以看出，F值的波动范围为0～100。当所有苗木(100%)的冻害级别全为0级(最低级)，即所有苗木没有受到任何冻害影响时，∑IPi=0×100%，则[∑IPi/(4×100%)]=0，F值为0，最小；当所有苗木(100%)的冻害级别都是4级(最高级)，即所有苗木全部被冻死时，∑IPi=4×100%，则[∑IPi/(4×100%)]=1，F值为100，最大[8]。

3 试验结果与讨论

3.1 试验结果

大棚内温度保持在10 ℃左右，最低也不会低于0 ℃，大棚内的苗木等同于有保温措施的苗木；韩城冬季大棚外温度基本上在0 ℃以下，最低可达-10 ℃。所以，大棚内外平均温差在10 ℃左右。根据苗木的冻害等级评价标准，在清明过后分别观测评估两组处理的苗木冻害等级，并根据公式(1)计算出苗木冻害指数。苗木冻害等级评估结果及冻害指数计算结果见表3。

从表3可以看到，两组处理冻害指数有明显区别。我们将两组处理的冻害指数点绘成图，见图1。

表3 苗木冻害等级及冻害指数

3.2 讨 论

从本试验的研究目的和研究方法可知，大棚外的苗木即为模拟在飘台V型槽中生长的苗木，大棚内的苗木作为对照组，大棚内整体温度比大棚外高10°左右，也就是说研究对象和对照组在其他因素不变的情况下只改变温度进行研究。从图1来看，整体上33种苗木在大棚内的冻害指数低于或等于大棚外的冻害指数。由此可知，在北方寒冷的冬季，绿化苗木在有条件保温的情况应尽量采取保温措施，这样可以有效降低苗木的冻害指数[9-11]。同时也得出，北方冬季在采用飘台V型槽进行边坡生态修复时，为了让边坡植被免受冻害威胁，有条件的可采取保温措施[12-13]。

图1 苗木冻害指数

胶东卫矛、大叶黄杨、小叶黄杨、水蜡、紫藤、红瑞木、女贞、小叶女贞、红叶石楠、木槿为常见的园林苗木，人为因素干扰明显，冬季受温度影响比较大。从图1可知，在大棚内和大棚外冻害指数变化明显，且相对来说，大棚内苗木比大棚外苗木的冻害指数较小。

紫穗槐、黄刺玫、钝叶蔷薇、绣线菊、连翘、构树、酸枣、马棘、五叶地锦、迎春花、茅莓、杠柳、枸杞、沙棘、乌头叶蛇葡萄、荆条、短尾铁线莲、鹅绒藤为当地常见乡土植物，且大多数生长在干旱山坡、荒地等，大多数耐干旱、耐寒冷、耐盐碱，是边坡修复的首选植被。从图1中也能看出，除荆条、短尾铁线莲、鹅绒藤在大棚内外冻害指数都较高(可能由于试验误差)外，其他植物在大棚内外的冻害指数都很低，说明它们冬季在大棚外很容易越冬，易于成活，这也是尽量选用乡土植物作为生态修复植被的原因所在。

蜀葵、佛甲草、马蔺、甘菊、秋英为多年生草本植物，从图1中可看出除蜀葵和佛甲草在大棚内外冻害指数都较低外，其他三种草本在大棚内外的冻害指数都很高，可能由于移栽时伤了根部或者生理原因导致。

4 结 论

(1)在西北黄土高原地区，有保温措施的苗木更容易在飘台V型槽中越冬。

(2)在韩城项目中，大多数园林苗木在飘台V型槽中不容易越冬，尽量不要用作生态修复植被。

(3)几种当地常见的灌木和藤本植物在飘台V型槽中更容易越冬，因此在韩城项目中可作为边坡生态修复首选的植物。

(4)几种当地常见的多年生草本植物虽然适应性强，但由于其他原因在飘台V型槽中也可能无法顺利越冬，因此在边坡生态修复中也尽量不要选。