不同覆盖措施对陡坡控制侵蚀与建立植被的影响
导读:建筑工地及其周边地区的水土流失和泥沙污染是在施工过程中由于土地扰动而导致未受保护的土壤面积增加的结果。
来源：未知
发布日期：2019-10-24 17:50【大 中 小】
由于建筑工地的不定性，决定了产生水土流失的不确定性。资料显示，来自建筑工地的 土壤侵蚀是农业土壤侵蚀的 10~20 倍，是森林泥沙侵蚀的 1 000~2 000 倍，所以有必要 对建筑工地土壤侵蚀和沉积物进行控制。美国环保署要求建筑工地中裸露的土壤必须在停工 7~14d 后进行覆盖并建立植被，植被覆盖率至少达到 70%，以减少潜在的土壤侵蚀和水土 流失。随着建筑工地附近植被的逐渐建立，用于防止侵蚀的覆盖材料也越来越多，然而很少 有人研究覆盖材料在减少土壤侵蚀和建立植被方面的表现。本研究的目的是在建筑工地的不 同陡坡上进行试验，用来评估不同类型的水力覆盖物在陡坡上的植被建立与侵蚀控制，同时 对单独使用秸秆与 PAM+秸秆处理进行比较。
1 材料与方法
1.1 研究区概况
本研究在 5 个道路建筑工地上进行，每个试验小区按顺序排列。CP 位于沿海平原区， 是坡度为 3:1 的填土坡；M 位于山区，是坡度为 2:1 的切坡；P1 是坡度为 2:1 的填方边坡； P2 是坡度为 2:1 的路堑边坡；P3 是坡度为 2:1 的填土边坡。
1.2 试验设计
CP 是表土堆放区，坡度是由推土机推出的斜坡。根据设计方案规定，除 P2 使用鼓风机 施秸秆和喷淋沥青粘合剂外，其余小区均采用人工撒石灰、施肥、撒播种子并喷洒沥青粘合 剂（见表 2）。每个小区划分为 20 个地块，除 P1的地块规格为长 9m，宽 6m 外，其余小 区的地块规格均为长 9 m，宽 3 m，每个地块都有 5 个覆盖处理，按照设计规范在进行播 种、施肥和撒石灰后进行随机区组设计。所有小区均用秸秆、秸秆+PAM，水力覆盖物包括 柔性生长介质（FGM）、稳定覆盖基质（SMM）、粘纤维基质(BFM)、木纤维/纤维素混合物 （WCB）和木纤维覆盖物（WFM）。
1.3 生物量与覆盖度
当草长到 10~12cm 时，对地上生物量和覆盖物进行评估。使用 1m×1m 方形格栅测 定生物量，在每个地块的顶部、中部、底部随机选取 3 个方块的 9 个样本，将样品组合放 在 60℃烤箱中烘干并称质量，以估计 CP、M 和 P1 的生物量，通过观察者估计这 3 个小区 的覆盖度并进行均值计算，以获得每个小区的覆盖度。由于 P2、P3 有足够的数字照片，因 此使用 GIS 进行植被分析。此外，P1、P2和 P3也使用同样的方法，每张照片分两部分，根 据照片颜色估计每个小区草的生物量和覆盖度。
1.4 水质
在每个地块插入两个长 1.2 m，直径 10 cm 边缘为“V”型的引水管，在 CP 和 M 处 先收集管道中的径流 38 L，多余的水用水泵抽到 380 L 的大罐中。为了防止大罐在严重径 流事件中溢流，将流量分成一半流入容器，另一半流入地面，因此在计算径流时，大罐中的 体积增加一倍。这种设计主要是考虑沉积物的主要部分沉淀在第一个溶器中，而多余的、浑 浊的水会积聚在大储罐中，将容器中的沉积物沉积到较大的罐中并在分析前将样品混合。在 P1、P2、P3小区，将桶放置在 380 L 罐内，径流从管道流入 38L 桶内，当桶内没有溢出物 时，从桶中取出样品，当桶内有溢流时，将它们倒入罐中并在取样之前混合。对 38L 桶和 380L 罐都进行了校准，以便将水深转换为径流体积，通过建立线性回归方程以根据水深计算径流体积。
浑浊度的测量使用 上海昕瑞浊度计，测量的浑浊度以标准曲线为基础，根据甲氧西 林标准的标准曲线校正。按照水和废水检验的标准方法，通过过滤测定 TSS，根据径流总量 和 TSS 计算总侵蚀量（TSE）。对 P1、P2、P3 前 5 次降雨事件的径流样本进行养分分析， 分析内容包括 N、NO3- 、TKN、PO4、TP 和 TOC。CP 和 M 距离较远，因此，一些示例包 含多个降雨事件。径流量被计算为监测期间总降雨量的一部分。
结果与讨论
2.1 水量与水质
每个小区的降雨总量和暴雨次数都有很大的不同。CP、P1 和 P3 在研究期间降雨量较大 （2.8、3.8mm/d），而 M 和 P2 降雨量较小（2、1.1mm/d）。典型的月降水量为 75~100 mm，M 和 P2 的降水量低于平均降水量。 在 CP 上，测到的水量和水质参数无差异，可能是由于土壤为沙质壤土的原因。在 M 上各处理之间也无差异，可能是由于入渗率高和降雨事件的相对较少的原因。试验区的降雨 多发生在 9~10 月，降雨量约 200mm，试验期间总降雨量为 121mm。与 P1 处的秸秆处 理相比，水力覆盖的径流量、浊度、TSS 和 TSE 更低，其中，FGM 产生的径流量比秸秆低 100%，BFM 和 SMM 比秸秆低 60%。与秸秆和秸秆+PAM 相比，水力覆盖物在径流中产 生的养分浓度和损失量较低。与秸秆相比，在 P1，除 TOC 外，FGM 处理的所有水质参数 明显优于秸秆处理。而对于 BFM、秸秆和秸秆+PAM 处理之间的任何水质参数无明显差异。 P1 在试验开始前的 22d 有 3 次显著的降雨，降雨量为 24~37mm。相比之下，在 P2，秸 秆、秸秆+PAM 处理通常具有较少的径流量和较好的水量，且优于 FGM、WFM 和 WCB。 在 P3，与秸秆、秸秆+PAM 处理相比，WFM 和 WCB 处理具有更高的浑浊度、TSS 和 TSE， 可能是由于这些地块上秸秆用量不同造成的。根据 GIS 对每个地点拍摄的照片分析，P1 的 秸秆覆盖面积约为 75%，P2 和 P3 的覆盖面积超过 95%。
2.2 生物量和植被
在 CP，地上生物量无差异；然而，与 BFM、WFM 和 WCB 相比，秸秆和秸秆+PAM 处理的植被覆盖度更高。在 M 处，不同处理间植被覆盖度与地上生物量无差异。总的来说， 此处地上生物量和植被覆盖度相对较低。试验区 9~11 月的平均气温约为 14℃。高羊茅萌 发的最佳气温为 20~30℃，因此影响了草的生长。 P1 的总草量良好，地上生物量和覆盖率分别为 875~1038kg/hm2 和 59%~72%。然 而，P2 的总草量要差得多，地上生物量为 137~472kg/hm2，覆盖率为 32%~56%，杂草 种类占主导地位，可能是由于 1a 中，P1 在 5 月播种，P1 和 P2，接触器在安装前一天在整 个斜坡区施用秸秆、种子、肥料和石灰。从将要被草腐菌覆盖的地块上耙出稻草，并以 56 kg/hm2 的量添加高羊茅，以防耙出过程移除了施用的种子。虽然这可能会使 P1和 P2的水 力覆盖区产生更多的草，但在这两个地点，FGM 产生的地上生物量低于秸秆。与秸秆相比， FGM减少了径流量、浊度、TSS和TSE。2:1 坡度的水力覆盖物推荐施用量为3900kg/hm2， 从而形成有效的地面覆盖物来控制侵蚀，但却抑制了草的生长。在 P2，WFM 产生的生物量 较大，水质、侵蚀无差异。其他几项研究发现，与秸秆相比，BFM 的地面覆盖和生物量更少。
3 结论
本研究旨在评估水力覆盖和秸秆+PAM 对径流水质和植被的影响，并与陡坡上的秸秆 进行比较。试验在 5 个道路建筑工地上进行，由于这 5 个小区具有特定的条件和天气，地 点之间的研究结果有很大差异。5 个小区中，CP 和 M，各处理之间并无显著差异，可能是 由于该区的沙壤土具有较高渗透率且降雨较少。秸秆覆盖度较低的 P1，与秸秆处理相比， 水为覆盖的径流量和浊度普遍较低。相反在秸秆覆盖度较高 P2和 P3，水力覆盖物的径流量、 浊度、TSS 和 TSE 都高于秸秆处理。研究还发现在 2：1 斜坡，秸秆和 SMM 相比，水力覆 盖在控制侵蚀方面效果差。秸秆+PAM 处理对任何小区的径流量没有影响，只降低了 P2 的 平均浊度。然而，尽管 PAM 在所有暴雨事件的平均数据对其他小区没有好处，但在最初几 场暴雨事件中，径流水质的改善较明显，与规定的施用率相比，养分损失相对较小。与除 P2 以外的所有小区的水力覆盖相比，秸秆处理下草的生长状况相同或更好，但在秸秆上过 度施用增粘剂会抑制草的生长。与秸秆相比 PAM 的添加并没有改善草地状况。总的来说， 当秸秆的施用量足以覆盖土壤时，通常可以减少陡坡侵蚀和养分流失，在建立植被方面也优 于水力覆盖。
