三种生态护坡形式的水土保持效果研究

2017-05-03孙婷婷刘慧博

中国水土保持 2017年2期

孙婷婷，李柏，刘慧博

(1.国家林业局林产工业规划设计院，北京 100714； 2.中国水利水电科学研究院泥沙研究所，北京 100048； 3.水利部水土保持生态工程技术研究中心，北京 100048； 4.北京圣海林生态环境科技股份有限公司，北京 100035)

三种生态护坡形式的水土保持效果研究

孙婷婷1，李柏2,3，刘慧博4

生态护坡；生态植被毯护坡；椰纤植生毯+客土护坡；六棱花饰砖护坡；水土保持效果；产流；产沙

选取北京市昌平区朱辛庄水土保持示范基地内的4个径流小区为研究对象，其中3个分别进行了生态植被毯护坡、椰纤植生毯+客土护坡、六棱花饰砖护坡，1个为空白对照。在2015年对4个径流小区的产流和产沙数据进行了监测分析，结果显示：3种生态护坡形式均具有一定的水土保持效果，都能够有效地减少坡面的水土流失；3种生态护坡中椰纤植生毯+客土护坡的保水效果最好，六棱花饰砖护坡的保土效果最好。综合3种生态护坡的产流、产沙数据分析认为，椰纤植生毯+客土护坡的综合水土保持效果要优于其他2种生态护坡形式，可以在研究区附近推广使用。

近年来，随着我国对水土流失问题的重视，生态护坡成为国内学者研究的热点[1]。生态护坡是综合工程力学、土壤学、生态学和植物学等学科的基本知识对斜坡或边坡进行保护，形成由植物或工程和植物组成的综合护坡系统的护坡技术。与传统的工程护坡相比，生态护坡具有经济性、可持续性和生态性等诸多优点[2]。目前，在实际生产过程中应用的生态护坡技术手段较多，但不同生态护坡技术的适用地点、防护效果等不尽相同。因此，如何确定不同生态护坡的防护效果[3-4]、适用条件和防护周期等就成为当下国内学者研究的主要课题。

在这种背景下，我们选取北京市昌平区水土保持示范基地内采用3种不同生态护坡形式的径流小区实验场为对象，在2015年进行连续一整年的动态监测，研究年内不同生态护坡形式下的产流、产沙状况，目的是通过对这些数据的综合分析，明确这3种生态护坡形式水土保持效果的优劣，为今后生态护坡技术的使用提供指导和借鉴。

1 研究区概况

北京市昌平区水土保持示范基地位于昌平区朱辛庄村。昌平区属暖温带半湿润大陆性季风气候，春季干旱多风，夏季炎热多雨，秋季凉爽，冬季寒冷干燥，四季分明，年平均日照时数2 684 h，年平均气温11.8 ℃，年平均降水量550.3 mm。

2 研究内容与方法

在示范基地内选取4个径流小区，各小区均建于2010年9月，立地条件一致，小区水平坡长10 m、宽5 m，坡度均为26.5°，坡向北。1号小区采用生态植被毯护坡，设计植物种为木槿、迎春、山杏、山桃、鸢尾、萱草、高羊茅、苇状羊茅、二月兰、紫花地丁；2号小区采用椰纤植生毯+客土护坡，设计植物种为沙打旺、无芒雀麦；3号小区采用六棱花饰砖护坡，设计植物种为无芒雀麦、紫花苜蓿；4号小区为对照自然恢复小区。

通过多年的连续观测，我们认为施工5年后径流小区的植被状况基本趋于稳定，因此在2015年对4个径流小区每月的产流、产沙数据进行测定、分析[5-8]，以研究不同生态护坡形式下径流小区的产流、产沙特性，并以此推断不同径流小区的水土保持效果[9]。

3 调查结果与分析

3.1 产流量分析

3.1.1 月产流量

将4个径流小区的月产流量数据整理后，绘制成表1。通过表1可以看出，4个径流小区产流较大的月份为5—10月，这与我国北方地区的雨季相吻合，说明研究区径流小区的侵蚀主要发生在雨季；2015年各小区月产流量最多的为7月份，其中4号对照小区的月产流量最大，为0.55 m3，2号椰纤植生毯+客土护坡径流小区月产流量最小，为0.24 m3，1号生态植被毯护坡径流小区和3号六棱花饰砖护坡径流小区相差不大，分别为0.31和0.32 m3。根据监测，2015年7月份月降雨量最大，可以得出，在降雨强度较大的情况下椰纤植生毯+客土护坡的保水能力优于生态植被毯护坡和六棱花饰砖护坡。

将4个径流小区2015年的月产流量数据整理后，通过EXCEL软件绘制成月产流量统计图，见图1。通过图1可直观地看出，2号椰纤植生毯+客土护坡径流小区各月产流量都低于1号生态植被毯护坡小区和3号六棱花饰砖护坡小区，并且这种差别在雨季明显增大，在旱季差别较小，因此我们可以认为椰纤植生毯+客土护坡的保水效果在降雨强度较大的时候明显要优于生态植被毯护坡和六棱花饰砖护坡，但在降雨较少的时候这种优势并不明显。此外，3种生态护坡形式下的径流小区产流量均明显少于对照小区，这说明3种护坡形式相对于自然恢复坡地都具有较好的保水作用。

表1 月产流量调查

图1 2015年度4个径流小区月产流量统计

3.1.2 年产流量

统计4个径流小区各个月份的产流量，计算出2015年各小区的总产流量分别为：1号生态植被毯护坡小区1.53 m3，2号椰纤植生毯+客土护坡小区1.08 m3，3号六棱花饰砖护坡小区1.62 m3，4号对照小区2.48 m3。数据显示2015年产流量最大的是4号小区，最小的是2号小区，1号和3号小区产流量较为接近，介于4号与2号小区之间。因此，我们可以判定3种护坡形式中椰纤植生毯+客土护坡的保水效果最好，生态植被毯护坡和六棱花饰砖护坡次之，这与前文月产流量的分析结论相一致。

3.2 产沙量

3.2.1 月产沙量

将4个径流小区的月产沙量数据整理后，绘制成表2。通过表2可以看出：4个径流小区产沙量较大的月份为5—10月，这与产流量大的月份相吻合，因为泥沙主要是通过地表径流搬运的[9]，产流量大的时候产沙量势必也会相应增加；1、2和3号径流小区的产沙量明显低于4号径流小区的产沙量，这说明3种生态护坡形式对于坡面土壤具有较好的保护作用。

为了更好地对比4个径流小区产沙量的区别，将表2内容绘制成图2。通过图2可以看出，3种生态护坡径流小区的产沙量明显少于对照径流小区的产沙量，说明3种形式的生态护坡均能有效地防治坡面土壤流失；同时也可以看出，3种生态护坡径流小区的月产沙量差别并不明显，原因是3种生态护坡施工5年后植被覆盖度都达到最佳状态，均能够有效地减少降水引发的土壤流失，因此3种生态护坡的保土效果在2015年基本持平。

表2 月产沙量调查

3.2.2 年产沙量

统计各个月份的产沙量，计算2015年的总产沙量，可以看出，2号和3号径流小区的年产沙量较为接近，分别为5.4和5.3 kg，1号径流小区的年产沙量为6.2 kg，略高于2号和3号径流小区，4号对照径流小区的年产沙量达到了25.4 kg。数据显示，3种生态护坡形式都有较好的保土效果，但椰纤植生毯+客土护坡和六棱花饰砖护坡的防护效果要略优于生态植被毯护坡。分析认为，造成这种差别的原因在于径流小区内的植物种类，2号和3号小区的优势植物种都包含无芒雀麦，说明这种植物对于减少土壤流失有着较好的作用。