高陡岩质边坡植物立地条件调查与分析

高陡岩质边坡植物立地条件调查与分析

随着社会经济发展和城市化进程的加快，采石业发展迅速。同时，它对经济发展作出了巨大贡献，并造成了一些严重的生态环境问题，严重阻碍了社会经济的可持续发展。1高陡岩边坡植物生长场地条件植物的生长是与其周边环境密切相关的,只有满足了植物立地的条件植物才能生长。影响植物生长的环境因子有光、热、气、水、土等2研究区域内高陡岩质边坡植物的区位条件的研究和分析2.1麻黄山采石场锦屏山位于河南省洛阳市宜阳县城的南部,地处李沟向斜南翼与龙门-宜阳断层相切割的破碎带上,岩石的裂隙网络较为发育。锦屏山采石场的地层主体为奥陶系碳酸盐岩,该地区属暖温带大陆性季风气候,多年平均降雨量为694mm,属于干旱半干旱地区。锦屏山采石场从1980年开采到1997年闭矿,多年的开采对山体造成了严重的破坏,形成了众多高耸裸露的岩壁,岩壁最高达160m,坡度多在70°以上,景观效果较差(见图1)。2.2裂隙发育程度的影响高陡岩质边坡,由于立面高、岩壁裸露缺乏植物生长发育的空间,植物难以立足。岩壁裂隙可为植物提供生长发育的空间,裂隙发育程度决定着岩壁中的透气程度、温度、湿度等因素,而这些因素对植物生长有着不可或缺的作用。为了分析锦屏山采石场岩壁上植物的立地条件,本研究对岩壁的裂隙发育情况进行了调查,测量了岩壁内不同深度的裂隙中空气的温度和湿度以及裂隙土肥力,以期获得裂隙内的植物生长空间、透气性以及水分、养分含量等情况,为高陡岩质边坡的植被修复提供依据。2.2.1裂隙网络发育规律(1)体裂隙率。体裂隙率K体为单位体积岩体所包含的裂隙的总体积,单位为%。体裂隙率取决于裂隙的长、宽和深度,其计算公式为式中:v为选择的岩体体积;v本次共调查锦屏山采石场27个,岩壁70个,裂隙2315条,主要为构造裂隙和层面裂隙。调查结果显示:岩壁裂隙一般有3~5组,少数岩壁有7组裂隙,裂隙宽度在1mm左右,最大者为1cm。经计算,岩壁体裂隙率在3%~5%,个别地方达7%,最小的也超过2‰。根据以往其他地区的测量经验,通常灰岩的体裂隙率在1%~2%。可见锦屏山采石场的岩石裂隙相对发育,岩石上不同产状的裂隙组构成了一个较为明显的裂隙网络,可为植物根系的发育提供足够的空间。(2)裂隙连通性及导水性试验分析。利用水在裂隙中的运移特性,可了解岩壁裂隙网络的发育规律、裂隙水的运移方向及其影响范围。为此,本研究人为布置注水孔及观测孔,通过注水孔注水观察下部观测孔内渗水情况及水渗透的时间长短与范围,以推断不同岩壁上裂隙的网络发育程度及渗水湿周情况。为了测算裂隙水的影响范围,本试验选取13号采石场东壁为试验点,扇状布置孔穴,并选取壁面上裂隙发育点打孔,最上面的1号孔为注水孔,注水孔直径为15cm,深为50cm,孔穴与壁面竖直向下方向夹角为45°,孔口向上;1号孔以下2~10号孔为观测孔,孔口直径为15cm,深为50cm,孔穴与壁面竖直向下方向夹角为45°,孔口向上,每两个孔穴之间的间距大约为2m,具体孔位布置见图2。试验前在各观测孔内放置白色卫生纸,然后向1号孔内注入红色颜料配置的水,中间不定期注水,一直保持1号注水孔内有三分之二的水,试验持续1d,注水150L,观察各观测孔内白色卫生纸上是否有红渗出。试验结果显示,各观测孔内一直没有观测到水渗出。由此可以推断,试验岩壁裂隙网络较为发育,注水孔内的水主要通过岩壁裂隙网络下渗,而直径15cm的孔,一天注水150L,观测孔内却没有水渗出,说明岩壁裂隙的导水性、连通性好,裂隙水流的主流指向山体内部,山体裂隙可以贮存大量的水。可见,试验岩壁可以满足植物生长的水分需求,其透气性好能为植物生长提供足够的空气。综上所述,锦屏山采石场高陡岩质边坡裂隙发育,不同产状的裂隙相互交织,形成了较为发育的岩壁裂隙网络,这为植物根系提供了足够的发育空间;同时,岩壁裂隙的连通性、导水性好,能为植物生长提供水分,其透气性好可为植物生长提供足够的空气。2.2.2空气温度和湿度水分是植物生长所必备的条件之一,为了弄清植物能否在岩壁上存活,有必要对岩壁裂隙内的湿度状况进行调查研究。此外,植物生长所处环境的温度对植物的影响也很重要,在夏日阳光暴晒下,岩壁温度过高植物也难以生存。此次野外调查选在天气炎热的6月份,通过在岩壁上开凿孔穴的方法,采用温度计、湿度计测量岩壁内不同深度的裂隙中空气的温度和湿度。孔穴深度为测量点与岩石裸露面的垂直距离。样孔共计16个,其中16号孔位于采石场平台,2号孔位于坡脚堆积物,其他孔均位于岩壁上,而1号、9号、14号3个孔生长有植物。岩壁内不同深度裂隙中空气的温度和湿度的测量结果见表1、图3和图4。由图3和图4可以看出:各孔湿度在10~30cm深度区间内急速升高,30~70cm深度区间内湿度升高变得缓慢,60cm深处12号孔和15号孔的湿度在85%左右,其余孔的湿度均在95%左右,3号孔在70cm深处的湿度基本达到100%;各孔温度在10~40cm深度区间下降明显,在40~70cm区间温度没有剧烈的变化,趋于平稳。总的来说,随着各孔深度的增加,湿度呈现增高的趋势,而温度则呈现降低的趋势,温度和湿度在一定深度之后均呈现稳定的趋势。有研究表明此外,生长植物的1号、9号、14号孔深度处在30~50cm时湿度在80%~85%之间,平均湿度为88.7%,50cm深处湿度达到84%,之后逐步上升到95%;其余孔的深度处于30~50cm时湿度在60%~99%之间,平均湿度为86.3%,略低于生长植物的孔,50cm处湿度的平均值为82.1%,之后逐步上升到99%。生长植物的1号、9号、14号孔所有深度的温度基本保持在25℃;其余孔在30cm处温度基本稳定在25℃,随后有下降的趋势,在70cm处温度降至20.5℃。可见,未生长植物的裂隙的温度和湿度条件与生长植物的裂隙基本相当,因此裂隙内的湿度与温度可以满足植物生长的需求。2.2.3土壤肥力测试土壤是生态系统中物质与能量交换的场所,是植物生长的载体和无机营养源,土壤在植物生长中发挥着很重要的作用。锦屏山采石场岩壁裸露,除坡顶未采石破坏区有土壤覆盖外,岩壁几乎没有土壤层,仅在岩壁部分发育的裂隙里保留了一定量的土壤。为了了解裂隙所存储的土壤能否满足植物生长的需求,本研究采集了高陡岩质边坡的裂隙土进行了土壤肥力测试。土壤肥力是指土壤为植物生长提供和协调营养条件和环境条件的能力,是土壤各种基本性质的综合表现,是土壤区别于成土母质和其他自然体的最本质的特征,也是土壤作为自然资源和农业生产资料的物质基础由表2可见:裂隙土中有机质含量主要在7%~10%之间;碱解氮在170~220mg/kg之间;有效磷含量波动较大,最小为20.87mg/kg,最大为89.13mg/kg;有效钾含量在180~230mg/kg之间。总的来说,裂隙内的土壤肥力普遍偏高,对照中华人民共和国农业行业标准《全国耕地类型区、耕地地力等级划分》(NY/T309—1996),其相当于东北黑土型耕地类型区的九类土,这可能是因为裂隙能够汇集部分水土及腐殖质,最终形成具有较高肥力的土壤。3边坡植物立地条件分析(1)高陡岩质边坡植被生长的立地条件包括相对发育的裂隙网络、供植物生长充足的水分和养分以及植物根系所处的相对稳定的温湿度条件等。(2)通过对宜阳锦屏山采石造成的高陡岩质边坡植物立地条件的分析可知,其岩壁的裂隙网络发育,且岩石裂隙率高,裂隙内有供植物生长的水分,部分留存有土壤的裂隙里土壤肥力高,适宜植物生长。因此,可充分利用高陡岩质边坡的裂隙小生