邊坡植被防護研究綜述

王卓琦 顧蔚文 施擁軍

0 引言

在我國,傳統邊坡防護措施主要為純工程的防護形式,如漿砌片石、噴射混凝土等,這些防護形式雖然能夠起到穩定邊坡、防止水土流失的作用,但其缺點也是顯而易見的。首先,地貌破壞,植被難以恢復:純工程防護形式,完全封閉了植物生長的環境,使得由于高速公路建設而遭破壞的自然植被永久不能恢復。其次,大量石料的應用造成成本高昂,并且其防護效果隨時間的推移逐漸降低,無自我更新能力,若干年后必須更換,對行車和環境造成很大的干擾。再次,道路景觀效果較差,噪聲大,大量裸露的巖石和混凝土視覺效果非常差,也不利于吸收陽光和汽車尾氣及噪聲,這與高速公路快捷、舒適的特點很不適應,從而在一定程度上也對行車安全帶來不利影響。

國家大規模公路、鐵路、水電等基礎建設,導致出現了大量裸露的巖石邊坡,產生了嚴重的水土流失現象,既破壞了生態環境,又嚴重危及基礎設施建設的安全。因而,項目開發與環境保護兼顧成了可持續發展的重大課題。如何篩選適宜的護坡植物成為巖石邊坡植被恢復亟待解決的現實問題和焦點問題。

1 邊坡植被防護研究概況

1.1 邊坡研究背景

“十五”期間,伴隨著西部大開發步伐的加快,我國將繼續加大公路、鐵路等基礎設施的建設。在鐵路、公路、水電等工程建設中,經常要開挖大量邊坡,破壞了原有的植被覆蓋層,導致出現大量的次生裸地,產生嚴重的水土流失現象,加劇了生態系統的退化,嚴重危及基礎設施的安全。這種現象在我國北方的黃土、南方的花崗巖風化類紅土等生態環境脆弱區尤為明顯[1]。項目開發與環境保護兼顧是經濟可持續發展的重大課題,世界各國都非常重視[2]。

但目前所有植被護坡的植被選擇均較單一地采用進口牧草或草坪植物,導致坡面常常出現黃化、裸斑、滑坡等現象,其抗侵蝕能力較差,并呈現較單一的景觀效果,植株或多或少受到冬季低溫和夏季高溫干旱的限制。因此,選擇適宜的護坡植物是目前該領域迫切需要解決的重大研究課題。

1.2 國內外邊坡植被防護現狀

1.2.1 國外現狀

對植被護坡侵蝕控制作用的定性研究始于 20世紀 20年代,而定量研究直到 60年代才見報道。近 30年來,有關植被在斜坡保護中的應用、評論和綜述越來越多。

歐美國家主要是圍繞著防止坡地免受雨水侵蝕的目的而進行的,目前常用的護坡方法有扦插、壓條、綠籬等,主要應用于公路邊坡的植被防護及河堤護岸,另外液壓噴播技術自 20世紀 50年代發明后至今仍還在廣泛應用,80年代又發明了三維網植草護坡方法。美國弗吉夷亞大學從 1993年便致力于公路邊坡綠化的評價和管理研究,提出研究野生植物是植被護坡研究領域的新熱點。其研究重點集中在品種評價和植被管理兩個方面,其目的是為生長在路邊特殊生境的植物提供公正的測量體系和為保證建植持久性路邊植被的新技術或新材料[3]。

日本在植被護坡工程技術研究方面遠遠領先于歐美國家[4,5]。在日本植被護坡被稱為坡面綠化。二戰以后,日本大規模的公路建設為其現代坡面綠化提供了大量的機會,發展至今已有半個多世紀的歷史,其間已經歷了無數的變化。從植生帶→噴射種子法→先進的液壓噴播技術→纖維土綠化工法→高次團粒SF綠化工法→連續纖維綠化工法,其中纖維土綠化工法、高次團粒SF綠化工法和連續纖維綠化工法都是近 20年來日本最常用的厚層基材噴射工法。

1.2.2 國內現狀

我國在植被護坡應用方面的研究起步較晚,20世紀 90年代以前一般多采用撒草種、穴播或溝播、鋪草皮、框格架類植草等護坡方法。1989年,廣東省水利水電科學研究所從香港引進噴播機,開始在華南地區進行液壓噴播試驗。1990年～1991年,中國黃土高原治山技術培訓中心與日本合作在黃土高原首次進行了液壓噴播試驗研究。此后,經過 10年左右的發展完善,液壓噴播技術已廣泛應用于我國華南、華中、華東等溫暖濕潤地區的公路、鐵路及堤壩、路堤工程的植被防護。1993年我國引進土工網植草護坡技術,隨后土木工程界與塑料制品生產廠家合作,開發研制出了各式各樣的土工網產品,并在公路、鐵路、水利等工程的邊坡中陸續獲得應用。對于土質邊坡、水熱條件較好的邊坡植被恢復技術已基本解決。從 1999年開始,四川農業大學、西南交通大學和國內一些生態環境公司展開了對巖石邊坡厚層基材噴射技術和施工工藝的合作研究。在借鑒日本植被護坡技術的基礎上,經過兩年多的研究推出了適合我國國情的厚層基材噴射植被護坡技術。該技術在近 4年的研究應用中,已在全國推廣約 50萬 m2,涉及四川、山東、大連、浙江、廣東、云南等省區。目前對邊坡的穩定支付和厚層基材配方研究雖已基本成熟,但至今無人涉足巖石邊坡植被護坡植物方面的研究,尤其是野生植物的研究與開發。野生巖生植物能直接生長在陡峭巖石、漿砌片石上,在坡面上所具有的抗旱、耐瘩薄性、抗病性是其他所有草種所不能比擬的。篩選適宜的坡面植物是目前植被護坡研究所必須正視和盡快解決的課題,目前植被護坡技術難題已經鎖定在“護坡植物”選擇上。

2 護坡存在的主要問題及解決途徑

2.1 主要問題

在邊坡綠化設計中,一個核心問題便是植物種類的選擇[10]。一般而言,我國的土質邊坡具有土壤瘠薄、土壤板結、坡度較大的特點,而石質邊坡較土質邊坡坡度更大,這一切都限制了對邊坡綠地的養護管理,決定了其極端粗放管理和低養護特性,也就要求邊坡植物具有抗逆性強、耐粗放管理的特點。

目前植被護坡存在的主要問題有以下幾個方面:

1)由于在植被恢復的初期,草本對邊坡的適應性往往優于喬灌木,因而采用單一或者混合草種的情況多于采用喬灌木;

2)栽植草本植物時,過多地引進國外草種,對于鄉土草種的選擇利用與開發注意不夠,可能會引發新的生態問題;

3)盡管越來越多的人關注植被護坡這一生物學途徑,其方法和原理也在世界范圍內得到迅速的發展和應用,但是到目前為止,它還基本上處在定性的和經驗的發展階段,對它的理論認識還落后于它的基于工程概念的實踐,主要體現在:a.缺乏專門針對公路領域生態環境的影響機理及其退化、演變、恢復與重建過程等系統的、全面的研究;b.各種生態、工程技術在公路路域中應用的適應性研究不夠,目前在公路邊坡植物防護方面的技術多種多樣,但是大多措施采用過程中存在一定的盲目性;c.缺乏對各種單一技術的綜合應用集成研究;d.對路域生態工程的施工開展較多,但對工程實施后的效果缺乏系統的評價分析研究。

2.2 解決途徑

植被護坡是涉及巖土工程、恢復生態學、植物學、土壤肥料學等多學科于一體的綜合工程技術,因此對植被護坡理論的研究應注重多學科交叉滲透,全面分析揭示護坡機理。根據邊坡的地形地質條件,選擇合適的植被類型,可以揚長避短,充分發揮植被固坡的積極作用。目前大多數研究多限于無植被邊坡,而對植被作用下的邊坡穩定分析相對較少,有關植被根系在土體中的空間生長狀態、根—土相互作用機理、不同形態根系與土壤相互作用力學模型、根—土復合體護坡機理、不同根系材料對復合體強度的影響以及邊坡穩定性等理論研究還有待于深入[13]。除此之外,對植被護坡的恢復生態學理論研究、優良護坡植物的品種選育及組合應用等方面都需要進一步的定量化研究。

3 植被護坡的發展趨勢

目前植被護坡的發展趨勢主要表現在以下幾個方面[14,15]:

1)工程防護與植被防護的有機結合,建立既穩固又有生態效應的防護結構體系;

2)綜合考慮草、灌、花、喬等多種類植物,形成優美、協調、穩定的景觀,在邊坡植被防護設計時所選植物除考慮景觀效果外兼顧經濟效益;

3)進一步加強選擇適應于植被護坡的植物品種與品種組合,特別是鄉土植物品種,對其進行適應性培育與品種改良;

4)進一步加強植被護坡的理論研究;

5)加強植被護坡的標準化與規范化研究[16]。在此方面,我國雖進行了某些探索或跟蹤研究,但總體上目前仍處于起步階段。因此,結合我國實際情況,對國內外的邊坡生態防護方法進行研究總結并對植物的選擇進行探討,必將促進我國的邊坡生態防護事業,具有十分重要的現實意義和廣闊的應用前景。

[1]王白蓀,彭少麟.植被生態學[M].北京:中國環境科學出版社,1997:286-287.

[2]李 西.應用于植被護坡兩種巖生植物土壤植被系統(SVS)研究[D].成都:四川農業大學,2004.

[3]J.N.Booze-Daniels,R.E.SehlMidt.Evaluation and management of turf grass on Virginia roadsides.1993-1998.

[4]倉田益二郎.綠化工程技術[M].顧寶衡,譯.成都:成都科技大學出版社,1983:20-23.

[5]安保昭.坡面綠化施工[M].周慶桐,譯.北京:人民交通出版社,1998:46-57,106-109,134-142.

[6]周德培,張俊云.植被護坡工程技術[M].北京:人民交通出版社,2003.

[7]席嘉賓.高等級公路邊坡牧草綠化混播試驗的研究[J].甘肅農業大學學報,1997,32(3):271-272.

[8]劉世同,陳志一.公路植草護坡草種及草種組合研究[J].華東公路,1998(1):68-71.

[9]劉建寧,高洪文.山西太舊高速公路邊坡綠化種草技術研究[J].中國草地,1996(6):23-26.

[10]石東揚,熊忠臣,王瑞雄.高速公路邊坡的綠化研究[J].中國園林,2001(3):11-12.

[11]交通部.公路養護技術規范[S].

[12]Gray D H,Sotir B R.Biotechnical and Soil Bioengineering,Slope Stabilization,A Practical Guide for Erosion Control New York:John Wiley＆Sons,1996.

[13]朱海麗,毛小青,倪三川,等.植被護坡研究進展與展望[J].中國水土保持,2007(4):26-29.

[14]方 華,林建平.植被護坡的現狀和展望[J].水土保持研究,2004,11(3):283-285.

[15]丁國建,蔡茂來.高等級公路植被護坡工程技術發展初探[J].浙江林業科技,2004,24(4):65-66.

[16]周慶桐.坡面綠化施工法[M].北京:人民交通出版社,1988.