矿产资源的开发会给矿区带来一系列的负面环境效应，如地面沉陷、固体废弃物堆积，同时伴随着地面崩塌、滑坡等次生地质灾害的问题^[1]。边坡修复在矿区生态环境治理中较为常见。生态毯又叫生态植被毯、生态垫，是一种便捷的边坡复绿材料，广泛用于矿区的边坡防护和生态恢复^[2-4]。生态毯从下至上一般由底层网、无纺布层、种子基质层、无纺布层、植物纤维层以及表层网构成(图 1)，表层网和底层网(1和6)一般为绿色的聚丙烯网，负责挂网铺设后承受整个生态毯的重量；植物纤维层(2)一般主要由椰丝、秸秆等组成，主要作用为降低雨水冲击动能，减少边坡水土侵蚀；2层无纺布(3和5)为承载材料，将种子和基质夹在中间，保证它们在运输过程中不撒漏并在铺设后不被冲刷流失；种子基质层(4)存有种子和营养基质，使生态毯具有复绿功能。

图 1(Fig. 1)

图 1 生态毯结构示意图 Fig. 1 Schematic diagram of eco-blanket structure

生态毯修复边坡具有诸多的优点，在国内外有较多的工程应用案例。20世纪30年代以来，欧美等发达国家使用椰丝、苎麻纤维以及合成纤维等编织成生态毯广泛应用于河堤、公路、铁路以及园林绿化等领域^[5]，达到良好的水土保持和绿化环境的效果^[6-8]。国内相关研究始于20世纪80年代末，在黑龙江省的河堤防护中采用聚丙烯合成纤维毯，取得良好的水土保持效果^[9]。但上述应用案例中使用的是一种“简化生态毯”，即去掉2层无纺布及种子基质层的生态毯，在施工中一般采用先播种后铺毯(简化生态毯)的方式^[10-11]，生态毯只起到防止水土流失的作用。近年来相关学者^[12-14]研究发现，将传统的生态毯材料应用于边坡修复，植被恢复效果差，不同类型生态毯的植物密度、植被覆盖率及水土保持能力有很大差别。分析原因，可能是由于：1)无纺布作为承载材料过于紧密，种子萌发后幼苗可能难以穿透上层无纺布；2)上层无纺布若具有一定的疏水性，可能导致水分入渗率较低，导致土壤水分含量较低。针对上述问题，笔者拟研究不同上层承载材料对生态毯铺设后植物生长及土壤水分的影响，考察不同上层承载材料(纤维纸、薄无纺布、厚无纺布、针织布)铺设下坡面植物生长状况、水分入渗率以及土壤含水率等指标的差异, 优化生态毯材料选择，提高生态毯性能。研究结果可以为生态毯的实际应用提供理论和技术支撑。

本实验生态毯结构如图 1所示，最底层拉丝网(15 g/m²)，其上为无纺布(15 g/m²)，在无纺布上添加种子和基质(种子45 g/m²，基质为腐殖土450 g/m²)，再上方为上层承载材料(共4种不同选择)，接着铺设椰丝层(200 g/m²)，最上方为表层拉丝网(15 g/m²)。

共考察4种不同的上层承载材料，包括纤维纸(0.1 mm，10 g/m²)、薄无纺布(0.3 mm，15 g/m²)、厚无纺布(1.5 mm，100 g/m²)和针织布(0.5 mm，62.5 g/m²)。薄无纺布和厚无纺布均为丙纶材质，针织布为绵质材质。在显微镜下分别观察不同上层承载材料的孔隙，纤维纸孔隙最小，几乎不可见；其次为厚无纺布孔隙大小0.05~0.2 mm；薄无纺布孔隙大小0.3~0.5 mm；针织布孔隙最大，孔隙大小1 mm。采用座滴法测定薄无纺布、厚无纺布及针织布的接触角，以评价材料的亲疏水性(图 2)。其中薄无纺布接触角为128.20°，厚无纺布为116.07°，为疏水性材料，针织布接触角为56.80°为亲水性材料。纤维纸极易被水润湿，亦为亲水性材料。

图 2(Fig. 2)

图 2 不同材料接触角 Fig. 2 Contact angles of different materials

土壤采自运城市稷山县，土壤质地为粉砂质壤土(黏粒10%、粉砂粒69.4%、砂粒20.6%)，理化指标为：土壤pH值7.98、有机质32.33 g/kg、全氮1.0 g/kg、有效磷137.46 mg/kg、速效钾680 mg/kg。供试作物为狗牙根(Cynodon dactylon)，属于多年生草本植物，由田野丰(广州)生态园林有限公司提供。

准确称量5.625 g狗牙根种子，均匀播撒在0.125 m²生态毯内部基质上。采用长50 cm，宽25 cm，高10 cm塑料盒，在盒内填满土壤，倾斜30°放置，构成斜坡。按照前述设计在塑料盒内铺设上层承载材料分别为纤维纸、薄无纺布、厚无纺布和针织布的生态毯，每种处理设置3个平行，共4×3=12个种植盒。植物种植在温室进行，温度范围25 ℃±5 ℃，湿度范围50%±10%，每个种植盒每天浇水1 L以保证植物正常生长。

1) 植物指标：包括植被盖度、植株高度、植株密度和地上生物量。

(1) 植被盖度：草种出苗后，采用照相法进行测定，每隔一段时间进行1次植被盖度的测量。用Adobe Photoshop对照片进行处理分析，选中并计算绿色植物像素点数量，将其与总像素点相比得到植被盖度。

(2) 植株高度：在每组处理中选择5~10株最高的植株，收获时用卷尺测量1次，测量高度为地面至植株拉直后的最高叶尖。

(3) 植株密度：生态毯铺设后自然生长一段时间后，统计植物种子出苗数据。种子出苗后，在每个处理框定植株密度的观测样方进行常规观测，样方面积为10 cm×10 cm，每组处理选择3次，每隔一段时间观测1次，统计植物的植株密度(只统计长出生态毯覆盖物表面的植株，株/m²)。

(4) 地上生物量：在每个生态毯覆盖的处理中，采集3个10 cm×10 cm样方的植物地上生物量，用烘箱80 ℃烘干至恒量，称量。

2) 土壤水分入渗量：在每个实验处理上通过花洒浇水1 L，从上至下均匀淋入，下部用容器承接产生的径流水，再将径流水置于量筒中测定体积并计算得到入渗到斜坡土壤中的水量即为土壤水分入渗量。

3) 土壤含水率：使用赛博便携式土壤水分测量仪测量土壤表层5 cm水分含量，其土壤水分测量范围为0~100%(体积分数)，测量精度为±0.1%。

4) 24 h土壤含水率降低率：最终土壤含水率减初始土壤含水率的绝对值除以土壤初始含水率得到。

使用Excel 2021软件对试验数据进行整理，使用Origin 2023软件进行数据制图，使用SPSS 25软件进行统计分析。

图 3(Fig. 3)

不同小写字母代表处理间存在显著差异(P＜0.05), 下同。 Different letters meant significant difference at 0.05 level. The same below. 图 3 不同材料生态毯植物生长情况 Fig. 3 Plant growth on eco-blankets with different materials

各处理组植被盖度、植株高度、植株密度和地上生物量等如图 3所示。总体上，10 d以后，各处理植被逐渐生长，盖度均随时间保持增长。针织布组植被盖度最高，厚无纺布组最低，纤维纸组以及薄无纺布组介于两者之间。30 d时各组植被盖度高低顺序为：针织布组(76.42%)>薄无纺布组(50.76%)>纤维纸组(44.35%)>厚无纺布组(35.40%)。株高方面，30 d时针织布组(22.07 cm)>厚无纺布组(20.92 cm)>薄无纺布组(19.61 cm)>纤维纸组(16.75 cm)，但厚无纺布组和薄无纺布组植物植株高度无显著性差异。植株密度方面，30 d时针织布组(5 566.67株/m²)>薄无纺布组(4 133.33株/m²)>纤维纸组(1 666.67株/m²)>厚无纺布组(966.67株/m²)，各处理组之间存在显著性差异。植株地上生物量方面，30 d时针织布组(153.69 g/m²)>薄无纺布组(57.53 g/m²)>纤维纸组(25.91 g/m²)>厚无纺布组(14.70 g/m²)，各处理组之间存在显著性差异。

整体来看，针织布组植物生长情况最好，坡面上植物分布最均匀，厚无纺布组植物生长情况最差，纤维纸组和薄无纺布组植物生长情况介于两者之间。

不同处理坡面水分入渗量如图 4所示，各处理水分入渗量均随着时间的推移逐渐升高。30 d时，针织布组入渗量为0.52 L，纤维纸组为0.47 L，薄无纺布组为0.44 L，厚无纺布组为0.41 L，分别较10 d时提高18%、14.3%、17.5%和17.9%。可能是因为10 d后植物逐渐开始生长，植物的出现提高边坡对水分的截留能力。不同材料间水分入渗量能力差异显著，表现为针织布组>纤维纸组>薄无纺布组>厚无纺布组。针织布、纤维纸为亲水材料，水分入渗无阻力，入渗量相对较高；针织布吸水性相较于纤维纸可能更强，因此有更高的入渗量；无纺布有一定的疏水性，对水分入渗会产生不利影响，但无纺布可以透水，当水分将无纺布打湿后，相对较易透过。无纺布的厚度对水分入渗有明显影响，导致厚无纺布的入渗量低于薄无纺布。

图 4(Fig. 4)

图 4 坡面水分入渗量变化 Fig. 4 Changes of water infiltration on slope surface

不同处理坡面土壤含水率24 h内变化趋势如图 5所示。坡面土壤初始含水率因各组水分入渗率不同而有差异。土壤含水率均随着时间变化逐渐降低，但纤维纸组的土壤含水率明显要低于其他3组，这说明纤维纸组的水分蒸发较快，纤维纸的保水能力最差。计算各组24 h土壤含水率的降低率，纤维纸组的变化率为28.4%，远高于其他3组，其他3组的含水率变化大小为厚无纺布组(12.7%)＜薄无纺布组(16.2%)＜针织布组(17.2%)，说明厚无纺布在减少水分蒸发方面优于薄无纺布优于针织布。这可能是因为无纺布相对比于针织布孔隙更小、表面更致密。虽然在坡面水分入渗能力针织布组>薄无纺布组>厚无纺布组，但因为三者在保水能力上呈现出相反的趋势，导致3组的土壤含水率没有显著的差异。

图 5(Fig. 5)

图 5 24 h坡面土壤含水率变化 Fig. 5 Changes of soil moisture content on slope in 24 h

本研究的植物恢复情况表现为针织布组优于薄无纺布组，优于纤维纸组，优于厚无纺布组。分析引起植被恢复差异的主要原因可能有二：一是上层承载材料的紧密度不同，导致种子幼苗穿透情况不同；二是不同材料处理下，土壤含水率不同。

纤维纸薄且强度低，遇水即软化；针织布是孔状线圈形成的，孔隙较大且材质较软^[15]。这2种材料植物幼苗均容易穿透，对植物出苗基本没有影响。无纺布由定向的或随机的纤维构成^[16]，表面致密且强度较高，植物幼苗不易穿透，因此对植物的出苗会产生一定的阻碍^[17-18]，由于厚度更厚，厚无纺布的阻碍作用要强于薄无纺布。本研究中，厚无纺布和薄无纺布生态毯铺设下植被恢复情况较差，这与陈学平等^[19]研究结果类似，无纺布生态毯相较于其他材料生态毯的植株密度和盖度最低。

此外，纤维纸和针织布2种材料铺设下，土壤水分入渗情况较为理想，但是纤维纸保水能力较差，铺设后土壤水分挥发较快，最终导致植被生长情况不佳。而针织布生态毯兼具较优的土壤水分入渗及保水能力，植被恢复情况最为理想。无纺布增加水分入渗的能力较差^[20]，水滴与无纺布接触后易沿无纺布上表层顺流而下，只有少量水分会透过无纺布湿润坡面，会影响植物生长。虽然厚无纺布保水能力较强，土壤含水率情况较优，但由于严重阻碍植物出苗，植被恢复情况最差。相比较而言，薄无纺布铺设下，土壤水分状况良好，虽然对植物的出苗有一定抑制作用，但整体上恢复情况较好，仅次于针织布。

1) 不同上层承载材料处理下生态毯植物生长存在明显差异，综合植被盖度、植株高度、植株密度和植株地上生物量4方面，植物恢复情况表现为针织布组优于薄无纺布组，优于纤维纸组，优于厚无纺布组。

2) 不同上层承载材料处理下坡面水分入渗量均随着时间的推移逐渐升高。30 d时，针织布组入渗量最高为0.52 L，纤维纸组为0.47 L，薄无纺布组为0.44 L，厚无纺布组最低为0.41 L。

3) 不同上层承载材料处理下坡面土壤含水率均随着时间变化逐渐降低，24 h内土壤含水率降低率为纤维纸组最高28.4%，保水能力较差，针织布组、薄无纺布组和厚无纺布组的土壤含水率降低率分别为17.2%、16.2%和12.7%，三者保水能力基本相当。

以上研究结果表明针织布是一种较为理想的上层承载材料，可以替代传统的无纺布，改善生态毯的性能。