铁路弃渣场生态恢复试验研究

周 杨，徐学存，张 磊，陈泽昊，韩丽源，王玉民，赵骞锋

（1.中国铁道科学研究院集团有限公司 节能环保劳卫研究所，北京 100081；2. 中国铁路太原局集团有限公司 计划统计处，山西 太原 030013；3.中国铁道科学研究院 研究生部，北京 100081；4.中铁十九局集团有限公司 第六工程有限公司，江苏 无锡 214028；5.蒙西华中铁路股份有限公司 工程技术部，北京 100073）

1 概述

在铁路建设项目的临时用地中，弃渣场占地面积较大，从几十公顷到几百公顷不等，大量的隧道废弃渣土通过设置弃渣场进行渣土堆积、填埋，不可避免地对原生地表及植被产生较大影响，进而可能造成局部水土流失，甚至对生态系统产生不同程度的扰动等。为了防止水土流失及次生生态破坏，对铁路工程项目弃渣场实施了生态恢复，主要包括播撒草种等绿化措施。一般不同地区弃渣场的生态恢复措施不同、恢复效果也不同，主要取决于不同弃渣场的基础特性。

学者从弃渣场特性、环境限制因子、植被适应性、土壤改良等方面进行了研究。于泳等[1]总结了弃渣场的特性，即弃渣场地面组成物质复杂，变化大；弃渣物理结构和粒径不均匀；弃渣土壤肥力贫瘠，养分不平衡；弃渣pH 值不稳定，当弃渣呈碱性时会使植物枯萎，若呈酸性时则抑制植物生长。魏黎等[2]以锦屏二级水电站岩土渣场为对象，研究了岩土渣场人工恢复群落物种多样性动态特征，结果表明初期选取的植物普遍表现出对环境的适应性，并且豆科植物在群落中占据着主要优势。张仕艳[3]通过对金安桥水电站弃渣场植被恢复过程的研究，从土壤理化性质方面探索植被恢复的限制因子，提出土壤粒径大和有机质、氮素低是植被恢复的主要限制因子。陈述悦等[4]通过对粒径小于2 mm 的工程弃渣和自然土壤进行不同体积配比生长试验，发现粒径小于2 mm的工程弃渣与自然土壤混合后可以用作植物生长基质，工程弃渣的使用体积比例以50% ～ 70%为宜，但工程弃渣的养分含量一般比较贫乏，需额外添加肥料才能满足植物生长对养分的需求。董秋艳[5]选择水库输水工程沿线弃渣场样地，采用紫穗槐等灌木层和草本层结构，对渣场早期水土保持发挥了重要作用，但乔木层长势缓慢，作用受限。

在此，以西藏脆弱生态区内某铁路弃渣场为例，采取施加稻草垫保水及施用保水剂、化肥等，并在此基础上，选择抗旱、抗寒等相对适宜的植被进行不同植被搭配试验研究，分析不同措施下植被恢复效果。

2 生态恢复试验

研究样区选择西藏山南地区某铁路建设项目弃渣场，该样地属高原温带半干旱季风型气候区，光照充足，辐射强，日温差大，雨季集中，冬春季干燥多风。年均气温8.9℃，年均降水492 mm，集中在5 ～ 9月，占全年降水量的93%，无霜期149 d。

2.1 试验材料

（1）植被选择。结合西藏地区海拔高、气温低，降水量不充足且日照充分、辐射强，建设工程临时场地原土瘠薄且风化程度较高等特征，试验选择具有耐寒、抗旱、耐贫瘠、灌溉条件不佳时也能生长旺盛的优良耐抗性植被，即选择垂穗披碱草和草木犀草本植被、胡枝子和沙棘灌木植被。

（2）养料。土壤肥料采用常见的复合肥和微量元素肥料，并按使用说明书进行播撒。

（3）保水剂。保水剂选用高倍吸水树脂(SAP)农用土壤保水剂。为了提高保水效果，保水剂采用大小颗粒混用的方式，播撒于土地下10 cm的土层，按照说明书施用，试验用量为15 g/m2。

（4）草垫。试验选择常见的双层干水稻秸秆编织稻草垫，每片规格为1 m×2 m，厚度约为5 cm，重量约为3 kg。

2.2 试验方案

2.2.1 方案设计

本试验在方便工程单位施工、减少成本的情况下，结合生态袋技术，将土壤、营养基质、保水剂、植被种混合并播撒于样方内，然后按要求进行覆土。草垫由稻草和秸秆编织而成，具有一定的保温保水作用，其腐蚀分解后可作为土壤有机养料。

样地试验方案如表1所示。试验在有/无草垫的条件下，设计3种限制因子(分别为无措施、施加化肥+保水剂及施加化肥）。在每个限制因子及条件下，进行相同的植物类型搭配试验(植被搭配见表1 )。

表1 样地试验方案表

2.2.2 样方设置

按照试验方案要求，在样地一半面积地下40 cm左右的深度铺设草垫，每个草垫间隔20 cm，标记草垫位置，然后进行覆土，样地另一半部分保持不变。覆土完成，将样地划分为若干个1 m×2 m的样方，将限制因子及植被类型搭配作为一个处理，每个处理重复3次。

2.2.3 数据采集及分析

试验以植被盖度为评价指标。植被盖度利用传统样本框和图像的方法，使用GIS软件进行图像数据处理。对植被盖度的数据利用SPSS进行数据分析 。

3 试验结果分析

3.1 样地整体植被盖度分析

该样地植被主要是草木樨和垂穗披碱草，整个样地植被盖度为39.99%。有草垫条件下，植被总盖度为49.93%，高于无草垫条件下植被总盖度(30.04%)，整体趋势是有草垫植被盖度明显高于未布设草垫的植被盖度，样地植被盖度情况如表2、图1所示。

表2 样地植被盖度情况

图1 样地不同处理条件下的植被盖度情况

根据表2，无草垫条件下，植被平均盖度最高为无措施33.12%，其次为施加化肥30.20%，最小为化肥+保水剂28.71%。分析在施加化肥和保水剂的条件下，可能部分不均匀施用对种子萌发有一定抑制作用，甚至致死，导致植被盖度低。

由图1可知，有草垫的植被盖度均大于无草垫的植被盖度，从植被搭配分析，3种限制因子下的植被盖度均呈现草灌搭配高于单一草本。

3.2 样地植被盖度相关性分析

利用SPSS19.0软件，将有无草垫条件、不同限制因子及不同植被搭配对盖度的影响进行分析，分析结果如表3所示。

表3 样地植被盖度多因素分析结果

由表3可以看出，草垫和植被搭配的显著性都小于0.01，可见有无草垫和不同植被搭配对植被盖度的影响达到极显著水平，再次验证草垫对增加植被盖度有较大的作用；而不同的限制因子对植被盖度的影响较小。

3.2.1 有草垫条件的相关性分析

在有草垫的条件下，对植被搭配和不同限制因子进行相关分析，分析结果如表4所示。从表4可以看出，在有草垫的条件下，植被搭配对植被盖度的显著性小于0.01，达到极显著水平，而限制因子的显著性不高。通过分析可知，植被盖度的影响多数依赖于不同植被间的配搭，而用保水剂、化肥等不同处理对植被盖度增加的影响不大。

表4 有草垫条件下样地植被盖度分析结果

3.2.2 植被搭配的相关性分析

对每种植被搭配间的交互作用进行分析，结果如表5所示。从表5数值可以看出，植被搭配1-2、1-3、1-4、1-5、3-4的显著性达到极显著，而1-5与3-4搭配相同(见表1)，而4种搭配中，1-2、1-4、1-5优于1-3的搭配。分析可知，垂穗披碱草-草木犀、垂穗披碱草-草木犀-胡枝子、垂穗披碱草-草木犀-沙棘-胡枝子3种植被搭配比较适宜。

由试验看，不同样地中沙棘成活情况不同、成活数量也有差异，而胡枝子实际死亡，未有存活。因此，在不同样地中，实际植被搭配以垂穗披碱草-草木犀、垂穗披碱草-草木犀-沙棘为最优搭配。

4 结论与建议

4.1 试验结论

该样地位于西藏南部山区，2018年全年降雨约559 mm，降雨多集中在夏季，但日照时长使地表及植被的蒸发较快，再加上弃渣场内多为碎石堆砌，表层土壤稀薄，土壤的含水量及保水能力较差，不利于植被生长和区域的生态恢复。通过试验发现，施加稻草垫有利于表层土壤的保水，对种子萌发及植被初期的生长起到了积极作用，再施以化肥措施，植被的恢复状况较良好。从植被搭配看，初期种植草木犀或草木犀加抗旱灌木有利于生态恢复。整体而言，草垫+化肥、草灌植被搭配是此类生态环境恢复的最优方案。

表5 不同植被搭配对比分析

4.2 相关建议

调研发现，水分对高原降雨稀少地区的植被恢复是更为关键的制约因素，因此项目设计以布设草垫的方式缓解水分流失，后期稻草腐败后提供一定养分。在弃渣场实际生态恢复过程中，弃渣颗粒较大，植被生长的土质基础较差，虽然铺设30 cm的表土，但土层保水、蓄水能力有限，大部分水分快速流失，在前期人为浇水管理下可以较好生长，但后期缺水又会导致植被死亡，使生态恢复程度有所降低。在土层以下布设草垫，目的是为了保存一部分降雨，用于植被水分需求，对于高原低温地区，针对植被根系和土壤微生物来说，还可以起到保温作用。此外，草垫腐烂后可以提供部分养分为植被生长所需。

从1年期的植被生长恢复试验看，草垫措施确实可以在减少人为浇水次数的情况下提高植被盖度，对提高草灌植被盖度有较好效果，建议针对该地区铁路弃渣场生态恢复以草灌恢复为主，在植被恢复后期，如果恢复效果较好，则可以根据情况逐渐增加灌木数量。

5 结束语

生态恢复是一项涉及整个生态系统平衡稳定的庞大工程，针对不同的地区，不同的气候类型、土壤类型及适宜生长的植被类型，生态修复的方式有所不同。根据铁路建设特点，铁路弃渣场的生态修复更需要“因地制宜”，将人为干扰的生态环境以最为经济、科学的方式归还给大自然是今后科研继续探索的方向。