工程堆积体典型生态修复措施对土壤侵蚀水动力过程的影响

周 涛，苏正安，刘刚才，王俊杰，刘翊涵,3，伍 佐,4，王丽娟

（1.中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所，中国科学院山地表生过程与生态调控重点实验室，成都 610041；2.中国科学院大学，北京 100049；3.四川师范大学地理与资源科学学院，成都 610100； 4.四川农业大学水利水电学院，雅安 625014）

0 引 言

工程堆积体作为生产建设项目的副产物，通常也伴随着一系列的环境问题。生产建设活动中难免人为地对原始岩层和物质进行扰动和重塑，受限于弃土弃渣的临时性、量大且难以调配，工程堆积体常存在生境破坏、非点源污染以及滑坡泥石流等次生灾害。此外，工程堆积体是中国现阶段水土流失的一个重要来源，据2006－2015年《中国水土保持公报》显示，中国在“十一五”和“十二五”期间共审批生产建设项目的水土保持方案多达26.14万个，所产生的弃土弃渣量也不低于450亿m，生产建设活动中每年所产生的水土流失量约为8亿t，松散新堆积体的土壤流失量则更大，侵蚀模数高达14 000～18 000 t/(km·a)，水土流失的严重程度已不容忽视，且在降雨和径流冲刷的作用下极易产生剧烈水土流失和堆积体失稳等次生灾害，工程堆积体的生态修复刻不容缓。

川西生态屏障区生产建设活动中产生的工程堆积体岩土结构、立地条件等均具有明显的地域性。中国川西生态屏障区地质环境复杂，深切河谷纵横，各类浅表生时效变形现象发育，区域内广泛发育和分布着第四纪松散堆积地层，具有岩层破碎、组分复杂和结构无序等特点，易衍生随机性、复发性和多发性的地质灾害，据报道显示，在建成兰铁路约70%的段落岩体为千枚岩、板岩等软弱岩层，且在建设过程中多处隧道出现了不同程度的软岩变形破坏现象，尤其是处于成都至川主寺段的松潘隧道、榴桐寨隧道和杨家坪隧道等。西部大开发战略实施以来，受地质和地形的影响，该区域生产建设工程中常涉及隧道开挖，隧道开挖后形成的大型工程堆积体具有与原生下垫面显著不同的岩土和生境条件：1）岩土组成中以破碎砾石和岩石为主；2）岩土结构差，养分、水分匮乏，生境恶劣，植被成活率低；3）高陡边坡（坡度一般在37°左右）导致水土流失严重，植被难以成活。相关研究表明，位于川西生态屏障区的龙门山断裂带广泛发育着糜棱岩和千枚岩等软弱岩层，岩层具有明显的破碎带，且该区域高速公路、铁路建设等的工程形式以隧道为主，产生的弃渣量大且可利用性低，在重力和降雨的作用下易产生滑坡、崩塌等地质灾害，调查显示，汶马高速公路汶川至理县段共有27处厚度达25 m以上的千枚岩堆积体，在2016年雨季期间共发生4处滑坡、1处泥石流、13处溜坍。近年来，川西生态屏障区的基础设施建设水平和公共服务能力不断提高，出于该区域的生态屏障价值和建设安全等方面考虑，工程堆积体的生态修复工作具有极大的必要性和迫切性。

工程堆积体的生态修复需协同考虑植被重建、基质改良和生境恢复等，相关的生态修复技术已颇为广泛和成熟。工程堆积体的生态修复理论可追溯到恢复生态学，认为恢复是破坏过程的逆向演替，可通过生态系统的自然演替或人工诱导实现。相关研究表明，砾石为主的工程堆积体自然恢复的时间大约需要100～1 000年，适当的人为诱导和支持对工程堆积体生态恢复极为重要。目前关于工程堆积体的生态修复方法主要涉及生境改良（客土覆盖，土壤改良，生态工程材料的应用）和植被选择（乡土植物、耐受植物）两方面。Li等对煤矸石堆积体的生态恢复研究发现，历经9年的生态修复期后，不同先锋植物群落的生长发育可在不同程度上显著改善堆积体表层土壤（0～10 cm）的质量，增加土壤持水能力和土壤肥力；Zheng等研发了一种新型改良剂：聚丙烯酰胺-磁铁矿（PAM-MAG），并通过人工降雨模拟试验测试其在矿区堆积体生态修复中的作用，结果表明在土壤中施加5.985 g/m的PAM-MAG后，径流的土壤累积损失量降低90.8%，径流浊度降低79.9%。目前关于工程堆积体的生态修复实际应用技术均建立在长期生态系统修复的基础上，且关于工程堆积体的生态修复时限和质量并没有严格规定和标准，而新生工程堆积体初期水土流失防治及短期快速的生态修复也非常重要，关于此方面的研究则鲜有报道。

综上，本研究选取成兰铁路中铁五局杨家坪隧道2号横洞渣场为研究对象，选择乡土植物、羊粪和PVAc等进行典型生态修复措施的构建，采用径流小区原位放水冲刷模拟试验，测定其坡面的产流产沙特征，分析不同修复措施、不同材料的水土保持作用差异，以查明工程堆积体的水沙变化特征，筛选工程堆积体快速生态修复的适宜措施，以期为西南山区工程堆积体的生态修复提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区位于四川省阿坝藏族羌族自治州茂县土门镇（31°45′20.15′′ N，104°2′27.50′′ E，海拔1 223 m），属涪江流域，气候类型为温暖湿润季风气候区，年均气温11～13.7 ℃，全年降雨量703～800 mm，土壤类型以山地黄壤为主。研究区地处青藏高原与四川盆地的过渡地带，构造单元属龙门山构造断裂带，具有“四极三高”的特点（即地形切割极为强烈、构造条件极为复杂活跃、岩性条件极为软弱破碎、汶川地震效应极为显著；高地壳应力、高地震烈度和高地质灾害风险），围岩岩性以绿泥石千枚岩为主，具有弱风化、片理极其发育等特点，岩质较软且破碎，围岩稳定性较差，是青藏高原、长江上游地区生态环境脆弱的高山峡谷区的典型代表。富顺渣场系成兰铁路中铁五局杨家坪隧道2号横洞渣场，杨家坪隧道于2012年12月开始施工，并按规划就近堆置弃渣，堆置方式主要为沟道倾倒堆积，区域内工程堆积体上的植被类型以灌草为主，附带少量的乔木，优势物种包括刺槐（）、枹栎（）、大籽蒿（）、千里光（）、燕麦（）、苜蓿（）等。

1.2 研究方法

工程堆积体生态修复模拟试验于成兰铁路中铁五局杨家坪隧道2号横洞渣场进行，堆积体主要由隧道修建所产生的碎石渣组成，试验平台选择原位渣场边坡，坡度为20°左右。2019年4月，将试验平台划分为13个径流小区，每个小区规格相同：长×宽（斜面长度）8 m×2 m，坡度20°，在每个小区内部进行均匀的人工覆土，覆土厚度为40 cm，且静置待土层自然压实。通过前期植被调查，选择该区域具有经济价值和水土保持价值的优势乡土植物：紫苜蓿（）、燕麦（）、刺槐（），以及经济实惠且无环境危害的土壤改良材料：羊粪、PVAc（聚醋酸乙烯酯，Polyvinyl Acetate）作为该区域工程堆积体生态修复的主要材料。将不同生态修复材料进行混合搭配以配置草本措施、乔草措施以及复合措施共12种处理，并设计裸地措施作为空白对照处理，具体措施配置情况如表1所示。通过当地调查和研究考证，确定不同材料的具体布设方法：刺槐的布设采用苗木移栽法，在径流小区坡面上以2 m为间隔进行等间距种植，每个径流小区坡面共4棵；紫苜蓿和燕麦的布设采用播种法，以40 g/m为标准进行均匀播撒；PVAc的布设采用液施法，将浓度为2%的PVAc溶液以1 L/m为标准进行均匀喷洒；羊粪的布设按5 kg/m进行均匀铺设。措施布设后，静待植被1～2 a的生长期后，通过放水冲刷试验探究不同生态修复措施的水土保持效果。

表1 工程堆积体径流小区生态修复措施 Table 1 Ecological restoration measures in different runoff plots on engineering accumulation

2020年10月，通过放水冲刷试验探究不同措施的生态修复效果，流量设定为60 L/min，单次试验从坡面产生连续径流开始共持续60 min。试验开始前，将水流通过流量计以均匀流量通入小区上部稳流池内，使水流以均匀稳定的流量和流态进入小区，保证试验的进行。于坡面径流到达径流小区下部出水口时开始计时，试验过程中每隔10 min于坡面由上至下0～2、2～4、4～6、6～8 m处重复3次测定坡面径流水动力参数（径流深、径流宽、径流流速等）。坡面产沙特征的测定通过在径流小区底部的集流池中收集径流泥沙混合样进行，试验前10 min内，分别于第1，3，5，7，10 min时进行径流泥沙混合样的采集，10 min后，每隔5 min采集一次径流泥沙混合样，单次试验共计15个样品。径流流速测定采用颜料示踪法；径流深和径流宽的测定采用直尺直接量测法；泥沙样品测定采用烘干法。

1.3 数据处理

依据放水冲刷模拟试验所测得的各个断面的径流参数（径流深、径流宽和流速等），计算径流的各个水动力参数，以表征不同植被措施和生态材料措施对堆积体坡面径流过程的影响程度。雷诺数、弗劳德数、阻尼系数、径流功率的计算式如下：

式中为径流雷诺数；为径流的平均流速，m/s；为水力半径，m；为水的粘滞系数，cm/s，=0.017 75/ (1+0.033 7+0.000 221)，为水温，℃；为重力加速度，m/s；为弗劳德数；为径流Darcy-Weisbach阻力系数；为水力能坡，取坡面坡度的正弦值或正切值；为径流功率，N/(m·s)；为水的容重，kg/m。

采用Shapiro-Wilk检验对试验数据进行正态性检验，符合正态分布的数据采用单因素方差分析（方差齐性采用LSD法，方差不齐采用Tamhane’s T2法）、多因素方差分析（主效应、交互效应）等进行数据差异显著性检验；不符合正态分布的数据采用独立样本Kruskal-Wallis的非参数检验进行数据差异显著性检验。试验数据的统计分析通过SPSS 20.0软件进行，图表绘制通过Origin 2017软件进行。

2 结果与分析

2.1 不同处理坡面径流含沙量的时间变化特征

各处理的坡面产沙过程基本均表现为随冲刷时间的增加，径流含沙量先呈波动减小后趋于稳定的趋势，但各处理径流含沙量在冲刷历时中的波动特征差异性较大（图1）。CK处理中，径流含沙量的波动性主要集中于前20 min内，呈现出先增加后减小的趋势，由73.16 g/L急剧增加到579.36 g/L，再波动降低至5.46 g/L；20 min后，坡面径流含沙量呈现为稳定状态，稳定状态的平均径流含沙量为15.57 g/L。相较于CK处理，草本措施处理下坡面径流含沙量基本均呈现出先波动减小后趋于稳定的变化趋势，且M、MM和A处理均可显著降低径流含沙量（图2a）。其中，种植紫苜蓿的小区在冲刷初始阶段，径流含沙量呈现出波动减小的趋势，30 min后，径流含沙量呈现出稳定趋势，MM、MP和M处理稳定状态的平均径流含沙量分别为4.51、9.84、1.09 g/L，相较于CK处理，径流含沙量降低71.01%、36.77%、93.02%；而种植燕麦的小区在初始阶段呈现出减小-波动增加-减小的趋势，45 min后，径流含沙量呈现出稳定趋势，AM、AP和A处理稳定状态的平均径流含沙量分别为4.37、2.55、2.07 g/L，相较于CK处理，径流含沙量降低71.95%、83.64%、86.72%。此外，种植燕麦小区的径流含沙量在放水冲刷过程中的波动性小于种植紫苜蓿小区。乔草措施中，RMP和RAM处理的坡面径流含沙量在冲刷前30 min内呈现出波动变化趋势，30 min后则呈现出稳定趋势，而其他处理的坡面径流含沙量则在冲刷过程中始终保持相对稳定的趋势，RMM、RMP、RM、RAM、RAP、RA处理稳定状态的平均径流含沙量分别为9.84、15.93、6.91、6.28、7.06、6.39 g/L。相较于CK处理，仅RM、RAP和RA处理可显著降低径流含沙量。

图1 不同处理坡面的径流产沙过程 Fig.1 Temporal variations of soil sediment concentrations in different treatments

2.2 不同处理坡面径流水动力参数的时间变化特征

雷诺数和弗劳德数是水力学中判定水流流态的重要参数，不同水流流态的区分主要依据临界雷诺数和临界弗劳德数。根据明渠水流理论，水流可分为层流（＜500）、紊流（＞500）、缓流（＜1）和急流（＞1）等。不同处理中水力半径和流速的关系表示在图3的log-log关系图中，此外，通过绘制=500和=1两条函数进行水流流态的四区分区。由图2b和图3可知，虽然部分处理的在冲刷过程中具有显著差异性，但各处理坡面径流流态均处于紊流区，表明工程堆积体在陡坡条件下，坡面径流均以紊流的形式存在。此外，各处理坡面径流在冲刷历时中不同程度地分布于缓流区和急流区。CK处理中，坡面径流在冲刷历时过程中均处于急流区，处于1.08～2.17之间；草本措施处理的坡面径流在12.50%～66.67%的情况下处于缓流状态，MM、MP、M、AM、AP、A处理的坡面径流平均值分别为1.18、1.25、0.85、1.10、1.02和1.26，相较于CK处理，各处理坡面径流平均分别降低了22.66%、17.61%、43.76%、27.88%、32.95%和16.88%；而乔草处理的坡面径流在0～37.50%的情况下处于缓流状态，RMM、RMP、RM、RAM、RAP、RA处理的坡面径流平均值分别为1.05、1.26、1.39、1.47、1.49和1.49，相较于CK处理，各处理坡面径流平均分别降低了30.79%、17.07%、8.41%、3.02%、1.72%和1.96%。此外，由图2c和表2可知，植被措施对降低坡面径流弗劳德数具有较大的显著效应，其中草本的效用可达到0.16，乔木的效用可达到0.15。

表2 不同措施类别作用效应分析 Table 2 MANOVA of different factors

图2 不同处理坡面径流含沙量、水动力参数的差异性分析 Fig.2 Analysis on soil sediment concentrations and hydrodynamic parameters in different treatments

图3 不同处理坡面的径流流态 Fig.3 Flow regime zones of the slope flows in different treatments

径流流速可直接影响坡面的土壤侵蚀过程，其变化特征与细沟的发育过程息息相关。本研究中，不同措施之间坡面径流流速随冲刷时间的增加均呈现出波动增加—趋于稳定的趋势，但试验过程中径流流速的增幅较小（图4），且不同修复措施对坡面径流过程的影响不显著。CK处理中，坡面径流流速在冲刷过程中由0.48 m/s增加至0.56 m/s，平均径流流速为0.52 m/s。相较于CK处理，各处理均能在冲刷过程中不同程度地降低径流流速，同时M、AM、AP、A、RMM和RMP处理与CK处理具有显著性差异（图2d）。草本措施中，MM、MP、M、AM、AP、A处理在冲刷过程中的坡面径流平均流速分别为0.43、0.44、0.29、0.40、0.36、0.35 m/s，相较于CK处理，坡面平均径流流速分别降低了17.42%、15.02%、43.63%、23.46%、31.36%、32.01%；乔草措施中，RMM、RMP、RM、RAM、RAP、RA处理在冲刷过程中的坡面径流平均流速分别为0.35、0.41、0.43、0.49、0.45、0.50 m/s，相较于CK处理，坡面平均径流流速分别降低了32.08%、20.54%、16.83%、6.05%、14.21%、3.21%。此外，由多因素方差分析可知，除工程材料主效应，不同措施类别的主效应及其交互效应均可显著影响坡面径流流速（≤0.01），其中草本措施的效用最大，效用量可达0.22。

图4 不同处理坡面径流流速随冲刷时间的变化 Fig.4 Temporal variations of flow velocity in different treatments

坡面侵蚀过程中，由于水土界面的摩擦作用和径流内部质点的无序运动等均会对径流的运移产生阻碍作用，从而直接影响径流流速、运移路径和有效侵蚀力等。与径流流速相反，各处理坡面径流阻力系数在冲刷过程呈现出减小—趋于稳定的趋势，但试验过程中径流阻力系数的变化幅度较小（图5）。CK处理中，坡面径流阻力系数在冲刷过程中由1.65减小至1.32，平均径流阻力系数为1.44。相较于CK，各处理均能在试验过程中不同程度地增加径流阻力系数，同时M、AM、AP和RMM处理与CK处理具有显著性差异（图2e）。草本措施中，MM、MP、M、AM、AP、A处理在冲刷过程中的坡面径流平均阻力系数分别为2.64、2.18、5.14、2.72、2.89、1.94，为CK处理的1.84、1.52、3.58、1.89、2.01、1.35倍。乔草措施中，RMM、RMP、RM、RAM、RAP、RA处理在冲刷过程中的坡面径流平均阻力系数分别为3.00、2.12、1.92、1.46、1.78、1.46，分别为CK处理的2.09、1.48、1.34、1.02、1.24、1.02倍。由多因素方差分析可知，草本、乔木、草×工程材料、乔×工程材料和草×乔×工程材料均可显著影响坡面径流阻力系数（≤0.01），其中草本措施的效用最大，效用量可达0.16。

图5 不同处理坡面径流阻力系数随冲刷时间的变化 Fig.5 Temporal variations of resistance coefficient in different treatments

径流功率从能量的角度表征了坡面径流运移过程中所具有的能量大小，径流功率越大，径流的土壤侵蚀能力越强，挟沙能力越强。与径流流速类似，各处理的径流功率在坡面冲刷过程中同样呈现出先增加后趋于稳定的趋势，但试验过程中径流功率的增幅较小（图6）。CK处理中，坡面径流功率在冲刷过程中由2.03增加到2.54 N/(m·s)，平均径流功率为2.26 N/(m·s)。相较于CK处理，各处理均能在冲刷过程中不同程度地降低径流功率，同时M、AP、A、RMM、RMP、RM和RAP处理与CK处理具有显著性差异（图2f）。草本措施中，MM、MP、M、AM、AP、A处理在冲刷过程中的坡面径流平均径流功率分别为2.12、1.74、1.28、1.96、1.67、1.09 N/(m·s)，相较于CK处理，分别降低了6.10%、9.20%、43.11%、13.36%、25.86%、51.90%。乔草措施中，RMM、RMP、RM、RAM、RAP、RA处理在冲刷过程中的坡面径流平均径流功率分别为1.49、1.66、1.57、2.00、1.49、2.13 N/(m·s)，相较于CK处理，分别降低了34.02%、26.27%、30.35%、11.58%、33.94%、5.80%。由多因素方差分析可知，草本、工程材料、草×乔、草×工程材料和乔×工程材料均可显著影响坡面径流功率（≤0.01），其中草本措施的效用最大，效用量可达0.25。

图6 不同处理坡面径流功率随冲刷时间的变化 Fig.6 Temporal variations of flow power in different treatments

3 讨 论

3.1 径流含沙量和径流水动力参数的时间变化规律

植被类型、格局等可通过改变径流和泥沙输移路径的连通度从而影响坡面的侵蚀过程。本研究发现，工程堆积体陡坡上植被的存在可明显改变坡面的径流产沙过程，且作用效果主要分布在坡面侵蚀初期。本研究中，CK对照处理的坡面径流含沙量随径流冲刷的延续呈现出先急剧增加后减小再趋于稳定的趋势，而植被措施处理基本均呈现出先波动减小后趋于稳定的趋势。径流冲刷初期，由于工程堆积体坡度较陡，裸露坡面上松散的土壤颗粒在径流冲刷过程中极易被搬运流失；而植被作为径流、泥沙等物质的“汇”景观深度影响着坡面的产沙输沙过程，从而减少坡面径流的含沙量。李建明等的研究表明，植被的存在改变了坡面的粗糙度，可对泥沙进行有效地拦蓄，同时被植被拦蓄的泥沙会在拦蓄-溃决的过程中造成径流含沙量跳跃性增加或减少，致使产沙过程中的多峰多谷现象。

不同生态修复措施下，工程堆积体坡面各水动力参数的过程特征均呈现为前期波动变化，后期趋于稳定的趋势。坡面径流冲刷初期，工程堆积体坡面侵蚀逐渐进入细沟侵蚀阶段，径流基本沿着侵蚀沟道向下运移，径流深度增加，径流量相对增加，从而径流流速和径流功率增加、径流阻力系数减小；随径流冲刷的持续，土体逐渐饱和而达到稳定入渗率，各水动力参数逐渐趋于稳定状态。此外，不同于前人研究，本研究中植被对工程堆积体坡面的径流过程特征没有显著的影响，各处理之间坡面径流的水动力特征均呈现相似的时间变化趋势。李建明等通过人工降雨试验探究不同植被类型对堆积体坡面水动力特征的影响，结果表明植被的存在可显著降低产流历时中径流流速、阻力系数、径流功率等水动力参数的变化幅度，并改变其变化特征。而本研究中不同处理之间坡面径流流速、径流功率和径流阻力系数的时间变化趋势则没有显著差异，可能与堆积体坡面坡度较陡、土壤渗透性较高有关。径流在向下运移过程中其自身重力沿坡面上的分力较大，致使径流向下运动的惯性增大，一定程度上减弱了植被对径流的分散作用，从而难以发挥植被对坡面径流过程的影响；山地黄壤具有粗骨性、渗透性较高，粘聚力较弱等特点，致使其在坡面初始产流后很快就达到了相对饱和的状态，后续冲刷过程中，坡面产流量基本维持在相对稳定的状态，植被对径流过程特征的影响不大。

3.2 植被措施对工程堆积体坡面侵蚀特征的影响

植被措施在工程堆积体坡面上的水土保持效果主要表现为植被本身的减流减沙效益、根土复合体协同抗蚀作用、以及间接改良土壤环境提高土壤的抗蚀能力等。本研究中发现，植被的存在可显著降低工程堆积体的径流含沙量、径流流速、径流功率，增加径流阻力系数，并促进坡面径流由急流向缓流转变（图2、表2）。一方面，植被可以通过其在坡面上的空间结构、分布及排列等格局特征直接影响土壤侵蚀过程，可直接改变了坡面的水文连通性，实现了对径流的分流和拦截，是坡面水土流失泥沙汇集的重要因素，并且植被所拦截的泥沙一定程度上改变了坡面微地形，对径流运移产生相应的阻力从而增加径流阻力系数，减小径流流速和径流功率；另一方面，根土复合体的存在可显著增加土体的抗冲能力，从而增大径流运移阻力；再者，土壤中纵横交错的根系可显著增加土壤的孔隙度进而增加土壤入渗能力，起到减流的作用。王伦江等的研究认为，植被的各组织器官在不同的侵蚀阶段对径流水动力特征的影响不同：面蚀阶段，坡面径流水动力特征的变化主要归因于草本茎秆间距，且径流阻力系数随间距的增加而减小；细沟侵蚀阶段，径流基本均在沟道内运移，此时的径流水动力特征的变化主要归因于细沟内根系的出露分布情况。

虽然M、AP、A、RMM、RAP等措施可不同程度上发挥出显著的水土保持效果，但措施之间并无显著的差异性。研究结果表明，相较于草本处理，乔草措施并未发挥出更大的减流减沙优势，此现象可能与两类措施中草本层生长状况的差异、不同物种之间物候期的差异等因素有关。本研究中，草本措施和乔草措施草本层的生长状况具有明显差异，表现为草本措施小区中的草本层生长状况优于乔草措施小区中的草本层生长状况，主要归因于乔草措施小区中植被生长过程中存在的竞争关系，高大的刺槐在生长过程中会汲取更多的光照条件和养分条件等，从而对草本层的生长产生相对不利的影响。在短时期内，植被对坡面径流水文状态的影响主要通过近地表植被层来实现，即草本层发挥着主要作用。杨春霞等通过对植被建设初期不同植被类型坡面的水土流失差异进行研究，结果表明相较于农地和灌木林地，草地的减流减沙效益最明显，可延缓坡面上跌坎和细沟的形成。不可否认地，刺槐在减少土壤侵蚀和改变坡面水文条件方面同样具有不可忽略的作用，但刺槐的土壤的改良作用是随其生长年限的增加逐渐体现出来的，短期的生态修复中，刺槐的生态修复效益难以较好的发挥，且乔木对土壤侵蚀的控制作用很大程度上与冠幅的截留消能作用有关，但本研究所采用的放水冲刷试验无法考虑到此部分作用，仍需后续更深入的补充、研究和探索。

3.3 羊粪和PVAc对工程堆积体坡面侵蚀特征的影响

一般情况下，有机肥和PVAc等土壤改良剂均可促进土壤颗粒的团聚而增加土壤的抗蚀能力。Liu等通过在沙土上喷洒3 L/m不同浓度的聚醋酸乙烯酯乳液（PVIN）探究其固沙抗蚀能力，结果表明当PVIN浓度在5%时就足以起到固沙效果。Gholami等研究表明在土壤中施加0.3 kg/m的有机肥可有效降低土壤溅蚀、径流含沙量并延长产流时间，此外，在不同降雨强度下有机肥的水土保持效果不同。不同于前人研究，本研究中增加羊粪和PVAc的施用，并不能在降低坡面产沙、改善坡面水动力条件上产生显著的增效作用，分析其原因，可能由于因羊粪和PVAc而形成的团聚体在水的浸泡下发生崩解而不能提高土壤抗蚀强度有关。本研究中生态修复持续的时间较短，有机肥的腐化率较低，因有机肥而产生的团聚体含量也偏低，此外，通过调查，本研究区山地黄壤的土壤粘聚力低、入渗能力强，在水流冲击下易分散，因此，在径流的作用下，因羊粪和PVAc而形成的团聚体极易发生崩解，其减流减沙效益不能得到有效体现。

4 结 论

1）试验条件下，工程堆积体坡面的水沙特征呈现出不同的时间变化趋势。随冲刷历时的延续，对照处理的坡面径流含沙量呈现出急剧增加-减小-稳定的趋势，而其他处理则基本均呈现出波动减小-稳定的趋势；各处理的坡面径流流态始终处于紊流状态，径流流速和径流功率均呈现出缓慢增加—趋于稳定的趋势，径流阻力系数则呈现出缓慢降低—趋于稳定状态。

2）植被措施可显著降低工程堆积体坡面的产流产沙。相较于对照处理，黄壤+紫苜蓿+羊粪、黄壤+紫苜蓿（M）、黄壤+燕麦（A）、黄壤+刺槐+紫苜蓿、黄壤+刺槐+燕麦+保土剂和黄壤+刺槐+燕麦处理均能显著降低坡面径流含沙量，且放水冲刷试验初始阶段，各生态修复措施的减沙效果最显著。此外，M、A、黄壤+燕麦+保土剂和黄壤+刺槐+紫苜蓿+羊粪处理基本均可显著改善径流流型、降低径流流速和径流功率、增加径流阻力系数。

3）相较于对照处理，黄壤+紫苜蓿、黄壤+燕麦、黄壤+燕麦+保土剂和黄壤+刺槐+紫苜蓿+羊粪等处理虽然均可显著减少工程堆积体的水土流失，但措施之间基本没有显著的差异性，表明短期生态修复条件下，乔木、羊粪和PVAc等的添加并未在工程堆积体水土保持方面发挥有效的增效作用。

4）在工程堆积体生态修复初期，本研究区宜采用黄壤+紫苜蓿或黄壤+燕麦的修复措施。