雅江中游河谷典型山水林田湖草沙生態修復工程技術實踐

吳新明 曹水合 宋桂林

1.四川省地質環境調查研究中心，成都 610081；2.四川九一五工程勘察設計有限公司，眉山 620010

青藏高原被譽為“地球第三極、亞洲水塔”，是我國乃至亞洲的山水之源、命脈之源，是我國重要的生態屏障區、水源涵養區，生態地位獨特、生態保護責任重大[1]。為此，黨中央和地方政府歷來對青藏高原生態保護和修復工作高度重視，尤其是黨的十八大以來，習近平等中央領導多次就加強青藏高原生態保護和修復工作作出重要指示批示，西藏自治區黨委、政府各部門認真學習貫徹習近平生態文明思想，全面加強自然生態系統保護，持續構筑青藏高原生態安全屏障。相繼制定了《西藏自治區濕地保護條例》、《西藏自治區國家生態文明高地建設條例》、《中華人民共和國青藏高原生態保護法》等系列法律法規，實施《青藏高原生態屏障區生態保護和修復重大工程建設規劃（2021—2035 年）》，開展山南雅江流域山水林田湖草生態保護修復工程。

多年來，針對高原地區露天采礦、灌草地退化、土壤沙化等生態環境問題，各相關單位和學者進行了大量研究，主要有：西藏高原典型退化生態系統修復技術[2-5]，雅魯藏布江中上游河谷沙化土地綜合治理技術[6-9]，青藏高原干旱地區灌木樹種[10]、鄉土樹種繁育與應用[11]、礦山生態環境修復治理模式與關鍵技術[12]等。但尚未形成統一的標準規范體系，針對高原河谷山水林田湖草沙一體化修復的工程技術總結研究還比較薄弱或欠缺。本文通過對已實施的典型山水生態修復工程關鍵技術進行整合與分析，以露天開采礦山、退化灌草地、沙漠化土地為研究對象，從中總結有效治理技術措施，以期為區內退化生態系統恢復治理、西藏生態安全屏障建設提供技術支撐，同時對西藏山水林田湖草沙生態修復相關工程的實施具有一定借鑒和指導意義。

1 研究區概況

研究區位于藏南雅魯藏布江中游貢嘎縣至乃東區寬緩河谷段（圖1），面積約889.54km2，地理坐標范圍為東經90°54′8″～91°51′24″、北緯29°12′48″～29°21′12″。氣候類型屬于高原溫帶半干旱大陸性季風氣候區，干濕季節明顯，降水少；年日照時數2776.1～3171.0h，年太陽總輻射6018.9MJ/m2；年平均氣溫8.6℃，年極端最高氣溫30.3℃，年極端最低氣溫-18.6℃；年降水量391.8～419.7mm，年蒸發量2599～2695.5mm，年平均相對濕度43%；年平均風速2.9m/s，年大風日數52.7d；年無霜期134d，年最大凍土深度24cm。地形地貌屬藏南雅江寬緩河谷，地勢總體呈現南北高、中部平坦，海拔3550～3800m，地貌類型主要為沖洪積平原谷地、風積沙丘地、侵蝕剝蝕低高山。地層巖性主要為第四系地層，成因類型有沖積、洪積和風積三大類，時代為晚更新世～全新世；前第四紀地層單一，主要分布于河谷南北部基巖山區及谷中山地殘丘，巖性為一套近陸淺海相碎屑沉積物，以中厚-厚層狀粉砂巖、石英砂巖、含硅泥質巖為主。土壤類型自谷底至山坡有潮土、風沙土、灌叢草原土，其中，風沙土土層深厚，土體干燥無結構，有機質含量很低，養份低，失水快，保水保肥能力弱，呈堿性反應，植被生長困難；灌叢草原土以砂土為主，有機質和養分含量低，優勢植物群落為砂生槐（狼牙刺）；潮土以砂壤土為主，地面濕潤，植被以針茅群、禾草群草本為主，高大喬木零星分布。

圖1 研究區位置圖Figure 1 Location map of the study area

2 主要生態地質環境問題

2.1 礦山地質環境問題

研究區非金屬礦山開采礦種主要為建材類花崗巖、石灰巖礦，以往“有水快流、簡單粗放”的開采方式，尤其是一些非法露天開采對原生態環境造成了破壞。以扎囊縣阿扎鄉章達村孤西鳥花崗巖礦山為例通過遙感解譯和野外現場調查，其主要生態地質環境問題為：地貌景觀破壞、地質災害（不穩定邊坡）、土地損毀和植被破壞4種類型（圖2a）。

圖2 （a）典型礦山地質環境問題；（b）地形地貌重塑修復Figure 2 (a)Typical geological environmental problemsof mines;(b)Topography remodeling and restoration

2.1.1 地貌景觀破壞。礦山露天開采過程包括剝土、取石、棄土（渣）等流程，這些活動所及之處使原始地貌景觀破壞嚴重，地形地勢改變極大。剝土在原有斜坡地帶形成大量的采掘地；采石使原有巖體形成大量陡崖、臨空坡或高陡邊坡；棄土（渣）不僅形成大量填方邊坡，且其表面高低起伏、溝壑縱橫，與原始地形地貌對比，給人強烈的視覺對比和反差。同時，工業場地建設在地面上形成了大量的人工建筑物和道路，采坑-棄土（渣）-工業場地等工程景觀與周邊自然景觀極不協調，破壞了高原山地生態系統。由于礦山開采，原來的高原灌叢草甸變為裸地景觀；開采前高原灌叢草甸景觀優勢度達76%，且斑塊連通性好；開采后優勢景觀變為裸地，占比達到73%.

2.1.2 地質災害（不穩定邊坡）。不穩定邊坡等地質災害為采坑高陡邊坡和棄土（渣）邊坡。采石或剝土在改變原有地形地貌景觀的同時，形成了大量高陡邊坡，多呈臨空狀態，坡面殘留有大量松動的孤石或危石；開挖產生的渣石在采坑附近斜坡堆放，由于壓實處理不到位、排水設施、支護措施不完善，在重力作用下坡體產生拉張裂縫，導致邊坡失穩，對坡腳安全構成極大地質安全隱患。

2.1.3 土地損毀。土地損毀分為挖損土地和壓占土地兩大類。露天采場挖損土地是區內土地壓占與損毀比較突出的類型，礦山開采時造成地表草甸、草場等土地資源損毀；礦山棄土（渣）集中堆積在露天采場斜坡地帶，部分廢渣堆積在采場之外，且大部分為碎塊石結構，不易于風化成碎屑狀，也較難作為土地復墾的種植土源；部分廢渣順斜坡向下滾落，造成坡體土地占壓。此外，生產和運輸修建的道路、廠房，對土地資源也造成了一定的壓占與損毀。

2.1.4 植被破壞。采坑、棄渣、道路、場地等工程活動及其周邊地區植被均遭受了破壞，高原草甸、灌木嚴重退化；露天采掘、道路揚塵及爆破煙塵形成的降塵污染周圍草地，影響牲畜牧食，致使草地使用功能有所降低。對比礦區2010 年開采前和2020 年開采后的植被覆蓋狀況，天然牧草地面積占礦區總面積的比例由2010 年的97.4%降至2019 年的57.7%，平均植被指數（NDVI）由0.62降至0.28。

2.2 灌草地退化和土地沙化

2.2.1 灌草地退化。研究區天然牧草地和灌木林地總計362.55km2，占研究區面積40.75%.零星采砂、交通建設等工程建設活動導致草地、灌木地斑塊分布，草地生態要素受損，植被蓋度下降，加上干旱、風沙、地下水變化等不利自然因素的影響[13]，引起草地生態環境惡化，生態功能退化，包括土質沙化、鹽漬（堿）化等（圖3a）。

圖3 （a）灌草地退化；（b）退化灌草地植被恢復Figure 3 (a)Degradation of shrublands;(b)Vegetation restoration in degraded shrublands

2.2.2 土地沙化。根據雅魯藏布江中部流域土地沙化數據集（1990—2020）[14]及本次現場調查情況分析，區內的沙漠化土地主要分布雅江河谷灘涂、河岸和南北兩岸部分谷坡（圖4a），1990—2020以來沙化面積呈遞減趨勢，但現狀不容樂觀，沙化土地面積143.80km2，仍占研究面積的16.17%.研究區雅魯藏布江水流淺緩、叉流眾多的辮狀水系河床、心灘、漫灘和階地是主要的沙源區，沙源物質主要是河流不同時期攜帶沉積的泥沙，從時間上看，河谷區沙源量是不斷變化的，年內、年際變化與河流流量變化相一致（水域擴大或減小），即枯季沙源豐富，而豐季較少。加上干旱少雨、多風、雨熱同期、雨水不均的氣候條件，導致區內植被較少，植被覆蓋率總體＜40%，多數植株高度僅5～50cm，防風能力差，使多數含砂地表處于裸露或半裸露狀態，易為風力所吹揚，造成沙漠化的蔓延。

圖4 （a）土地沙化；（b）固沙網治沙Figure 4 (a)Land desertification in the study area;(b)Sand-fixation net for sand control

3 工程修復措施

3.1 地形地貌重塑

地形地貌重塑工程為采礦、采砂活動導致的地形景觀破壞區域，主要采取建渣外運、場地平整、高陡巖質采坑邊坡梯田臺階再造、棄渣邊坡支擋等工程措施恢復或改造原始地形（圖2b），營造良好的灌木林地生物生存基礎地質環境，增加灌木林地生境的異質性和穩定性。

3.1.1 高陡巖質采坑邊坡梯田臺階再造技術。由于礦區露天采場邊坡巖體上部、渣山堆放處植被稀少，在受到水力沖蝕時，極易引起水土流失并伴隨滑坡、坍塌等地質災害，修建梯田臺階可以起到蓄水保土，維持邊坡穩定的作用，有利于后期覆土復綠，為植物的生長提供基礎條件。對于完整性好、穩定性好的巖質邊坡保持原有坡型不變，將采坑、渣石邊坡按照臺階式坡型整治，總坡角小于30°，平臺寬度和臺階高度一般為10m 左右，坡率1：2，為保持排水通暢，避免產生下雨沖刷坡面和臺階地面產生積水，影響植物的生長，臺階平面及排渣形成凹槽部位設置排水溝，沿坡頂線修建截水溝，在垂直方向連接處設置排水口，平臺近水平，略向排水渠傾斜，以便于雨水排泄。

3.1.2 棄渣邊坡支擋防護技術。位于坡面的棄渣較為松散，若不采取有效的攔擋措施，將產生大量的水土流失，導致植物無法存活。根據棄渣高度和坡度，采取分級支擋。

3.2 土壤基質重構

根據檢測資料，研究區砂壤土、砂土均輕度堿化，有機質含量低，土壤貧瘠（表1）。為保證植物能夠長期生長，重構的土壤基質應具備以下特性：（1）具有抗雨水沖刷性能，以保證在植物生長成型前不被雨水沖失；（2）具有一定的團粒結構，便于協調水、肥、氣、熱等以適應植物生長的需要；（3）保證植物生長所需養分的長期有效性，不會在形成穩定的植被群落之前養分耗盡。因此，土壤基質成分由種植土、肥料、保水劑、粘合劑、團粒劑和酸堿調節劑組成。

表1 研究區土壤理化性質Table 1 Physical and Chemical Properties of Soilin the Study Area

3.2.1 種植土。種植土可因地選材，選擇就近的沙土（風積沙）和粘土（阿嘎土），但由于沙土、粘土的肥力不足，一般可用其他肥土以1 :1 配合使用，土質干凈無雜質，無雜草且疏松，經曬干、粉碎、過篩，粒徑小于10mm×10mm，濕度控制在30 %以下，干容重不得高于1.3g/cm3，pH值6.5～7.5。

3.2.2 肥料。肥料通常根據選用植物、肥力的可靠性和持續性、粘合劑、基床材料等選定種類。結合研究區土壤特性，選用商品有機肥（NY525-2021 標準）和生物菌肥，追肥選用復合肥（N-P2O5-K2O 配比20：15：5）；重點土壤培肥區（生態嚴重退化區），商品有機肥（粒狀）用量15～20t/hm2、生物菌肥0.25～0.5t/hm2、復合肥量10～15kg/畝；輕度退化區商品有機肥（粒狀）用量5～7.5/hm2、生物菌肥0.25～0.5/hm2、復合肥量5～10kg/畝。

3.2.3 保水劑、粘合劑、團粒劑、酸堿調節劑、殺蟲劑。保水劑具有快速吸水，緩慢釋放，能夠增強土壤和基質的保水保肥能力，改善土壤的團粒結構，用量10g/m2。粘合劑采用化學粘合劑和普通硅酸鹽水泥，用量3g/m2，水泥最大用量不得超過80kg/m3。團粒劑是高分子樹脂類制劑，能解決有機基材混合形成易于植物生長團粒結構，用量為10～15mg/L。酸堿調節劑的用量目標為調配至利于植物生長的pH 值。種植前施入10～15kg/畝辛硫磷顆粒劑進行土壤殺蟲。

3.3 防沙治沙

現行防風固沙技術主要分為工程固沙、化學固沙和植物固沙3種類型。工程固沙是采用人工設置沙障等工程手段，如草方格、石方格、固沙網等來阻止沙漠沙子移動，以達到固沙的目的，經濟成本較低；化學固沙是通過噴灑化學固沙劑或約束材料[15]，讓土壤流變狀態和固體狀態之間的轉變，以達到固沙的目的，經濟成本較高；植物固沙是通過栽種固沙植物的手段來穩定沙體。研究區以半固定和固定沙地為主，采取固沙網和高立式沙障綜合技術，來削弱近地面風力、固定沙面、控制就地起沙，為實施植物治沙措施提供保護，促進植被的恢復。

3.3.1 固沙網沙障技術（圖4b）。采用HDPE 抗老化高強度工程復合塑料材料，組合成尖樁立柱+固沙網+帽蓋；網寬20cm，開口率65%，絲徑0.20mm，克重80g/m2；固沙網材料高度20cm。

3.3.2 高立式沙障技術。采用HDPE 抗老化高強度工程復合塑料材料；高立式阻沙障寬150cm，高出地面120cm；為便于阻沙，沙障形式采用網格狀沙障，在風沙源區域及流動沙地的主風口處，每隔30m 處設置一條高立式沙障。

3.4 植被恢復

根據研究區地勢平坦、太陽輻射強、地面較干旱、植被稀少、水分蒸發量大、土壤貧瘠的立地條件，植被恢復采取人工植樹造林技術。

3.4.1 種植模式。植被恢復堅持宜灌則灌、宜草則草的基本原則，生物學和生態學特性一致的本地鄉土植物，灌木、多年生、一年生草本植物相結合（圖3b）喬灌草搭配種苗。主要適宜樹種有銀白楊、新疆楊、藏垂柳、光核桃、油松、樟子松、側柏、榆樹等，灌木苗木有細葉紅柳、沙柳、沙棘等，灌木種有花棒、籽蒿、沙蒿、砂生槐等，草種有冷地早熟禾、老芒麥、披堿草、中華羊茅、高羊茅等。各類場地樹種及配置模式見表2，草地植被恢復草種播種模式見表3。

表2 不同立地條件種植模式表Table 2 Planting Patterns under Different Site Conditions

表3 草地植被恢復改良草種及播種量建議表Table 3 Grassland Vegetation Restoration and Improvement of Grass Species and Seed Recommendations

3.4.2 灌溉養護技術。俗說“三分種植，七分養護”，灌溉養護對提高植被成活率至關重要。灌溉方式“固定式噴灌+管灌”最為適宜。日常澆水灌溉每10 天澆灌1 次，直至雨季；雨季到根據土壤墑情適時澆灌，遇到連續干旱天氣15 天以上及時澆灌；11 月底樹木停止生長進入休眠后進行冬灌1次；人工對坑澆灌時，應及時修復蓄水坑，確保蓄水功能。引進自動化智能節水灌溉控制系統進行灌溉水量與時間控制，每100 畝可安排一名專職管護人員。

4 結論

雅江中游河谷干旱、風沙大、紫外線強、人類工程活動強烈，目前仍存在采礦引發的地形地貌景觀破壞、土地損毀和植被破壞等礦山地質環境問題，零星采砂、工程建設活動引發的灌草地退化、濕地退化，以及自然因素導致的土地沙化等方面的生態環境問題。

山南雅江流域山水林田湖草生態保護修復工程實踐中，綜合運用了地形地貌重塑、土壤基質重構、防沙治沙和植被恢復工程技術，取得了初步成效，為藏南高原河谷山水林田湖草沙一體化修復治理提供了參考。

西藏地區作為青藏高原生態安全屏障重要組成部分，生態保護修復工作是一項長久且持續的任務，需進一步加強理論和技術研究。