铁路工程绿色通道建设(二)

铁路工程绿色通道建设（二）3S-OER植被生态修复技术及其应用一、 技术研发背景生态系统是一种永远处于不断运动和变化的动态系统，正常的生态系统是生物群落与自然环境取得平衡的自我维持系统，各组分按照一定规律发展变化并在某一平衡位置作一定范围的波动，从而达到一种动态平衡。退化生态系统是生态系统演替的一个类型，其形成原因可能是自然干扰，也可能是人为干扰，具体表现生态系统的基本结构和固有功能的破坏或丧失、生物多样性下降、稳定性和抗逆能力减弱、系统生产力下降，也就是系统提供生态系统服务的能力下降或丧失，这样的生态系统被称为退化或受损生态系统。造成退化生态系统的原因有很多，干扰作用是主要的成因。干扰可分为自然干扰和人为干扰，人为干扰主要指人类生产、生活和其他社会活动形成的干扰体对自然环境和生态系统施加的各种影响，包括有毒化学释放与污染、森林砍伐、植被过度利用、露天开采、大型建设工程等人为活动因素对生态系统的影响。我国自然条件较差，脆弱生态系统分布范围广、面积大、较易出现生态环境问题。据统计，我国脆弱生态系统总面积达194km2，超过国土面积的五分之一，主要分布在北方半干旱、半湿润地区、西北干旱脆弱区、华北平原区、南方丘陵区、西南石灰岩山地区、西南山地和青藏高原寒旱区等。全国生态示范区建设规划纲要（1996-2050年）报告指出，我国的自然资源和生态环境破坏十分严重，全国水土流失面积为367104km2，占国土面积的38.2%；沙漠化土地面积为33.4104km2；全国需整治和恢复的废弃矿地200104km2以上。且每年还在递增。由于人类破坏植被与环境的速度远超过自然恢复的能力，自然生态恢复的时间尺度与人为活动(利用、需求或破坏)的尺度有数量级上的差异，因此必须尽可能地人工促进生态重建,加强生态建设,不能旷日持久地消极等待自然恢复。然而，人工重建生态系统常常遇到生态系统功能结构遭到破坏，原生自然系统平衡失调，生态环境恢复困难等问题，导致植被修复过程中“一年绿，两年荒，三年死光光”的现象不同程度存在。为解决该现象，依据生态学和恢复生态学理论知识，经过长期的实践，形成了3S-OER（Three System - Original ecological Restoration）植被生态修复技术（简称“3S-OER”）。 二、 3S-OER植被生态修复技术简介3S-OER植被生态修复技术是指采用人工手段重建土壤生境系统（Soil Habitat System）、植被群落系统（Plant Community System）和物质循环系统（Substance Cycle System）三个系统对受损植被进行修复的技术。其内涵包括三大技术体系，即土壤生境重建技术体系（HIR）、群落配置及植被重建技术体系（CBP）和功能菌筛选与循环系统重建技术体系（CSR）。其中，每个技术体系包含关于材料、施工工艺及生物产品等方面的核心技术。三、 技术原理3.1土壤生境重建土壤生境系统重建示意图土壤是陆地表面能够生长植物的疏松多孔物质层，也是植物生长的介质和养分的直接供给者。健康的土壤生境系统具备以下作用：营养库、养分转换与循环、雨水涵养、生物的支撑、稳定和缓冲环境变化。生态系统破坏后土壤生境存在以下问题：植物、腐殖层、表土、底土，甚至破碎岩石层都被铲除，导致生态破坏。土壤生境重建是生态修复的关键，土壤生境重建基材是由多种功能材料组成的植物生长基质，是植物出苗的载体，也是植物生长发育的肥源和水分的直接供体。把胶结材料、土壤生境重建基材、添加剂与植物种子均匀混合喷射到作业面，形成植物生长的基层，发挥防护与绿化功能。重建的土壤生境需要有一定强度、不龟裂、抗冲刷、能稳定附着作业面上。据此，土壤生境重建基材至少应具有以下五个方面的功能：结构性、肥力、吸保水能力、酸碱缓冲能力、抗冲刷性。土壤生境重建一般步骤为：土壤背景调查、植生层基材配置、土壤生境重建。首先根据土壤生境参数及其检测方法获取土壤的背景资料，如土壤类型、土壤理化性质等；第二步，根据第一步的结构，使用相应的材料对土壤进行改良，使得植生层既与周边自然土壤环境一致，同时也具有一定的工程力学性质；第三步，配比后的植生层材料通过机械等手段以及严谨的施工工艺构筑在需要生态恢复的表面。3.2植被群落系统重建植被群落系统重建示意图自然条件下的植被具有物种多样、特定的季相特征、地带性、处于动态演替的特点。同时自然条件下的群落，具有垂直的结构、水平结构和时间结构等特征，且每个物种占据不同的生态位。3S-OER从重建生态系统角度出发，模拟自然群落结构，在工程创面上人工建植木本植被，实现工程创面草本化灌木化森林化自然化，在最大限度上恢复自然的原貌，把工程对生态环境的扰动减少到最小，体现“尊重自然、关爱自然、保护自然、恢复自然”的理念。植物的分布和生长与气候和土壤等自然条件密切相关。我国疆域广袤，自然条件复杂多变，植被类型具有明显的地带性分布。3S-OER针对全国生态道路建设的植物选用问题，基于中国种子植物区系地理理论，综合运用植物生态学、景观生态学和文化生态学等学科知识，结合生态效益与经济效益，筛选乡土植物种类、合理配置群落组成，并扩繁所需的物种。植物群落系统重建分三步进行：第一步：植被群落调查，即调查相同区域，自然状态下植物群落的组成和分布特征；第二步：筛选适合当地的乡土植物，按照生态位的原则进行配置，以达到快速建植乔灌草或灌草的稳定群落。第三步：将配置好的种子比例按照每平米期望株数的重量混入植生层，通过严谨的施工工艺最终达到建植的目的。3.3物质循环系统重建营养物质循环系统重建示意图微生物是土壤有机物的分解者和转化者，各种微生物以动植物残体（比如枯落物）提供的有机质作为主要的能量来源，通过对有机质的取食和分解实现有机质中养分的转化，推进植被群落系统和土壤生境系统的物质循环和能量流动。同时微生物通过自身的生理活动，影响土壤形成和发育，改善土壤理化性质，参与、促进疏松多孔的土壤结构的形成。比如，土壤微生物通过自身繁殖促进食菌性土壤动物的生长，与土壤中腐生性无脊椎动物（如蚯蚓）等一同促进土壤通透性增大、团粒结构形成，改善土壤结构。微生物还有固氮作用，氮气占大气总量的78.12%（体积分数），是空气的主要成份，但植物不能直接利用，微生物可借助其固氮作用将空气中的氮气转化为植物能够利用的固定态氮化物。3S-OER以当地土壤微生物群落为模板，通过人工施加相应的功能菌群来重建营养物质循环系统。功能菌群能够靶向激活目标区域功能微生物，提高土壤酶活性，不断提供促进植物生长的速效氮、速效磷、速效钾和有机质，增