冀北山区强风化岩边坡治理技术

冀北山区强风化岩边坡治理技术

1岩墙的特征和处理1.1强风化岩坡面的土壤侵蚀河北省北部山区位于朝河和福建河的上游。它不仅是北京的天然生态屏障，也是密云水库和潘家口水库的重要水源。植被的恢复和重建非常重要。本区属半干旱山区,多年平均气温1.0~9.0℃,多年平均降水量350~650mm。冀北山区的荒坡,土壤侵蚀强度多数为轻度,少数为中度,强烈以上侵蚀很少且多为强风化岩坡面,在本区的中北部分布较多。强风化岩坡面虽然所占面积比例很小,但侵蚀强度大,水土流失严重。此类坡面冬春季冻融风化,夏季雨水冲刷,每年形成的风化层遇暴雨随径流向坡脚聚集,一部分进入沟道、河道,成为该类地区小流域输沙的主要源地之一。以平泉县东北沟为例,试点小流域总面积19.34km1.2不同季节、不同干旱、坡面的水分水分变化强风化岩坡面是冀北山区干旱阳坡的重要组成部分,也是最不易治理、侵蚀最为严重的部分。其主要特点是立地条件恶劣,坡度陡,硬度大,风化层干旱贫瘠,夏季地表最高温度可达65℃。本课题通过对立地条件因子分析筛选,认为影响强风化岩坡面造林成活和生长的主导因子是土壤水分。为了找出此类坡面的特殊性,课题组分别选择秋季造林时间、汛期下过透雨后1天、严重干旱时(初秋,连续21天无雨)3种情况,测定土壤含水量。通过数据分析得出如下结论:强风化岩坡面的土壤含水量一直处于较低水平,并且随季节变化小,造林季节在2%~4%,0—30cm分层含水量变化不显著;雨季含水量也不高,即使前一天刚下过透雨,含水量也只有5%~6%,分层也不显著;在遇到严重干旱的情况下,各层含水量下降都极为显著,0—20cm降至2%以下,这样低的含水量会造成浅根性植物不能正常生长,新栽植的苗木很难成活。因此,加大栽植深度达到20~30cm,是提高造林成活率的关键之一,但由于强风化岩坡面过于坚硬,这个栽植深度并不容易实现。1.3治理土地难度强风化岩坡面与一般风化岩坡面不同。在试点及周边区域,一般风化岩坡面的植被覆盖度在50%以上,属于轻度、中度侵蚀坡面,自然生长着少量的山杏、油松,在以往的小流域治理中栽植了部分刺槐,现状调查长势良好,是当地水土保持部门成功的治理典型。而强风化岩坡面的植被覆盖度在50%以下,侵蚀强度在强烈以上,坡面的地表风化物类似沙丘,里层物质却是坚硬的岩石,这样的土层结构既有沙丘干旱、松散、造林不易成活的特点,又不易整地,比治理沙丘还难。长期以来,除了对风化层较厚的坡脚进行部分造林外,多数处于自然状态,没有治理。2岩墙的分类和处理2.1植被覆盖度的筛选调查发现,因长期的风化与侵蚀,强风化岩坡面演变得非常复杂,坡度、坡位、坡形、土壤侵蚀这些常规的分类因子,不管哪一个单独使用都无法描述这个坡与那个坡的区别。通过分析筛选,本课题组认为植被覆盖度这一因子既能体现立地条件又简单实用。按照现状的地表植被覆盖度,可将强风化岩坡面划分为3种类型,各类型及特点如下:(1)裸坡:植被覆盖度小于10%,分布于坡度陡的侵蚀坡面,多在中上部坡位,少数在下部坡位。(2)低覆盖坡:植被覆盖度10%~30%,分布于坡度陡的侵蚀坡面、淤积坡面,多在中上部坡位,少数在下部坡位。(3)高覆盖坡:植被覆盖度30%~50%,分布于坡度缓的淤积坡面,基本都是在下部坡位。2.2造林坡面绿化以“水土保持原理”“聚流生产理论”为指导,在不同类型的强风化岩坡面布置不同的高标准整地措施,改善小地形条件,提高造林成活率。(1)裸坡:采用水平沟编篱技术,宽行密株栽植灌木树种,实现坡面绿化。(2)低覆盖坡:采用隔坡生物篱技术,宽行密株栽植灌木树种、稀植乔木树种,在实现坡面绿化的同时,提高土地生产力。(3)高覆盖坡:以恢复自然植被为主,采用小鱼鳞坑整地,稀植乔灌树种,提高土地生产力。3试验过程和结果3.1适宜树种的筛选3.1.1叶片覆盖效果长期以来,本区风化岩坡面的造林树种主要是刺槐,成活率和生长情况都较好。但刺槐为小乔木,枝叶覆盖效果较差,减轻侵蚀能力较弱。为了找到更为合适的树种,本课题组根据强风化岩坡面的立地条件,初步筛选出沙棘、柠条、刺槐、油松4个备选树种进行优选试验。3.1.2刺槐、油松分级处理沙棘、柠条为1年生播种苗,大小都用,没有进行分级处理,以体现实际施工情况。刺槐为1年生截干苗,油松为2年生容器苗。沙棘、柠条、刺槐为水平沟整地,油松为鱼鳞坑整地,共计布置试验样地14个。3.1.3沙棘与柠条、刺槐、油松生长总体特征为通过栽植后两年(2011、2012年)的调查数据分析,可得出如下结论:(1)从苗木情况看,沙棘与柠条高度相近(25~35cm),但沙棘的地径(3.4~5.6mm)远大于柠条(2.3~3.1mm);从生长情况看,在各类坡面沙棘、柠条的成活率、保存率都较高(60%~95%),株高和新枝长也相近,但沙棘的冠幅和地径(35~80cm,5.6~9.2mm)远大于柠条(10~50cm,3.2~5.5mm),且分枝多。就目前而言,沙棘明显优于柠条,是强风化岩坡面的一个优选灌木树种。至于长期生长情况,还有待于继续观察。(2)在各类坡面,刺槐、油松的成活率、保存率都较高(刺槐70%以上,油松85%以上),生长也很旺盛,但刺槐分枝少,不适合强风化岩坡面对树种生长的要求,可用于一般风化岩坡面造林。油松成活率高,与选用的苗木为容器大苗有很大关系,又具有四季常绿、枝叶茂密的特点,可以确定为强风化岩坡面的一个优选乔木树种。(3)各试验树种只要第一年成活,第二年几乎没有死亡现象,而第二年秋季的气象条件又恰是非常干旱(初秋,连续21天无雨),表明4个试验树种都具有极强的抗干旱能力。3.2水平沟尾收获机3.2.1水平表面为高坡面的表层地基整地在植被覆盖度小于10%的裸坡进行试验,面积1.32hm(1)水平沟整地。开挖长度:因地形而异,一般8~20m。开挖宽度:坡沟或坡下的松软坡面挖宽0.7m、埂宽0.2m;一般坡面挖宽0.5m、埂宽0.15m;坚硬坡面挖宽0.3m、埂宽0.1m。开挖深度:30cm。坚硬坡面无法挖深的,可将上方坡面表层风化物铲下,堆积至30cm。外沿土埂须培高10cm左右。上下两沟间距:以小地形为准,避开裸岩或不利地形,避开灌丛、密草。一般间距为2~5m(水平距),其中缓坡2~3m,陡坡3~4m,特殊情况4~5m。开挖次序:施工时从最上部开挖,依次向下。每条水平沟向内、向深挖,用挖出的沙土培埂,多余的沙土顺坡溜下;挖出的深沟用上部坡面搂下的表层沙土填平,整理成台面。(2)编篱外沿施工。打桩:在水平沟外沿打木桩,木桩长60cm,大头直径3~4cm,两桩间距50~60cm。木桩打入地下深25~30cm,地面之上高30~35cm。编篱:选用当地阴坡生长的天然柞树枝条,长2~3m,编织于木桩之上,粗细搭配,压紧防止漏沙。编篱完成后,再次将上部坡面的表层沙土搂下填平,外沿稍高形成小反坡。(3)水平沟内造林。在水平沟内栽植沙棘2行,密植,株距0.3m,每穴栽植1株。3.2.2不同编篱沙棘生长指标及防治方法(1)造林成活率、保存率及生长情况。两年的调查结果表明,水平沟编篱与无编篱,沙棘的成活率、保存率均为60%~70%,在株高、冠幅、新枝长、地径等生长方面没有显著区别。(2)措施拦沙效果。经估算,水平沟整地(无编篱)的单位面积拦沙总量约为12000t/km3.2.3活率较高裸坡是强风化岩中最难治理的坡面类型,本次试验的水平沟编篱技术,造林成活率高、拦沙效果好,是治理裸坡的一项实用技术。缺点是外沿编篱耗材多、用工多,造成投资显著增加。调查结果表明,除了陡峭的裸坡外,大部分裸坡可以直接采用水平沟整地(无编篱)技术,省去编篱这一步,以节省投资。3.3生物墙固结技术3.3.1生物篱的配置试点对比沟小区属低覆盖坡,由1个治理小区和1个对照小区组成。在治理小区采用隔坡生物篱、鱼鳞坑整地技术进行试验,面积684m(1)隔坡生物篱。整个坡面呈隔坡带状,上下两带隔坡间距(水平距)为10m,小区内共布置3个隔坡带,每带由3条水平沟内造林形成的生物篱构成,带宽为2m。配置时先在坡脚布设一带,然后自下而上依次布设。在水平沟内栽植柠条1行,密植,株距0.3m,每穴栽植1株。(2)竹枇护埂鱼鳞坑。鱼鳞坑整地:为了减少破土面积,找到适合竹枇护埂的整地规格,本课题试验了不同尺寸的鱼鳞坑整地,从中优选出了小鱼鳞坑整地形式,规格为长60~70cm、宽50~60cm、深30cm。开挖鱼鳞坑位置以现场小地形、土层厚度为准,稀植,避开裸岩或不利地形,株行距大致为2m×3m。竹枇护埂施工:竹枇尺寸为30cm长、3~4cm宽,每坑所用竹枇数量为25~35个。将竹枇一头削尖,打入地下10~15cm,在鱼鳞坑外沿围成半圈。(3)鱼鳞坑内外造林。在带间的隔坡面上营造柠条、油松混交林,鱼鳞坑内栽植油松1株;鱼鳞坑外混栽柠条,无整地,开挖小穴,随栽随挖,每穴栽植3株。3.3.2不同树种生长情况(1)造林成活率、保存率及生长情况。两年的调查结果表明:柠条的成活率为90%,保存率为90%;油松的成活率为93%,保存率为93%。各树种生长良好。(2)措施拦沙效果。经估算,隔坡生物篱的单位面积拦沙总量约为12000t/km3.3.3生态护坡功能调查结果表明,隔坡生物篱技术是低覆盖坡治理的一项实用技术,在隔坡开挖的水平沟中栽植柠条构成生物篱,可以起到截短坡长的作用,减轻了径流侵蚀,拦截了部分泥沙;在隔坡面布置鱼鳞坑整地,栽植油松、柠条,可以提高土地生产力,快速提高地表植被覆盖度。竹枇护埂一方面为鱼鳞坑整地提供了工程防护,一方面拦截了部分泥沙,为苗木的成活和生长提供了土壤基础,因此在一些重要地段的陡坡,竹枇护埂是一项不错的防护技术。其缺点是投资大、施工慢,如果不是必须的情况,还是建议采用普通鱼鳞坑整地。3.4小鱼鱼鳞井制备技术3.4.1沙棘与油松栽植方式在植被覆盖度30%~50%的高覆盖坡,进行小鱼鳞坑整地、稀植乔灌树种试验。小鱼鳞坑整地规格为0.8m×0.6m×0.4m(埂高10cm,活土层深30cm);沙棘每穴栽植3株,油松每穴栽植1株。各栽植点以小地形为准,避开裸岩或不利地形,避开灌丛、密草,只找坡面裸露处栽植,不规定株行距,总体为稀植(大致为3m×3m或3m×4m)。3.4.2不同树种生长量和保存率(1)造林成活率、保存率及生长情况。两年的调查结果表明:沙棘的成活率为95%,保存率为95%;油松的成活率为97%,保存率为97%。各树种生长良好。(2)措施拦沙效果。高覆盖坡以淤积为主,大量中上部坡面的风化物在此处淤积,造林整地只是为了有利于苗木成活,没有拦沙的要求和意义,故此不再估算拦沙效果。3.4.3小鱼鳞坑整地调查结果表明,在高覆盖坡以恢复自然植被为主,进行小鱼鳞坑整地,稀植沙棘、油松,造林成活率高,植被生长良好,对原地貌自然生态的破坏也降到了最低程度。4风化岩坡面造林技术(1)冀北山区是京津地区的重要水源地,植被的恢复与重建十分重要。强风化岩坡面在本区的中北部分布较多,虽然所占面积比例很小,但侵蚀强度大,是本区最不易治理、侵蚀最为严重的部分。(2)强风化岩坡面立地条件恶劣,持水能力非常低,是此类坡面难以自然恢复、造林成活率低的主要原因。解决的办法是增加整地深度(30~40cm),以保证足够的栽植深度(20~30cm)。(3)树种选择不当,是影响强风化岩坡面造林成活率的另一个主要原因。试验结果表明,沙棘1年生播种苗苗木健壮,油松容器大苗抗逆性强,是治理此类坡面的优选树种。(4)强风化岩坡面演变得非常复杂,需要进行实用性强的分类。通过调研,本课题组以植被覆盖度为分类因子,将强风化岩坡面划分为裸坡、低覆盖坡、高覆盖坡3种类型。(5)对上述3种类型的坡面分别采用水平沟编篱技术、隔坡生物篱技术、小鱼鳞坑整地技术进行综合治理,经过3年的试验示范,