植被毯邊坡防護特點及其研究應用

馬文寶，姬慧娟，宿以明，劉興良，何建社，張 利

(1．四川省林業科學研究院，四川成都610081;2．阿壩州科學技術研究院，四川汶川623000)

近年來隨著我國經濟水平的快速發展，鐵路、公路、水利水電等基礎設施建設突飛猛進，建設中對邊坡的開挖破壞了原有的植被覆蓋層，造成大量的次生裸地及嚴重的水土流失;再加上自然災害頻發，地震、泥石流發生之后也形成很多裸露的土石坡面。傳統的邊坡治理形式主要采用漿砌石、混凝土等工程措施護坡，造價較高，而且形成剛性裸露硬面層，對環境保護不利［1］。隨著環保意識的增強，人們認識到在對坡面進行保護的同時，還要進行綠化美化，因此邊坡生態防護就應運而生。邊坡生態防護又叫“植物固坡”［2］、“坡面生態工程”，國外定義為“用活的植物，單獨用植物或者植物與土木工程和非生命的植物材料相結合，以減輕坡面的不穩定性和侵蝕”［3］，其途徑與手段是通過種植植物，利用植物與巖土體的相互作用(根系錨固作用)對邊坡表層進行防護和加固［4］。

與傳統的護坡形式相比，邊坡生態防護不僅能穩定邊坡，保持水土，而且節約成本［5］。在常用的邊坡生態防護形式中，植被毯邊坡防護技術以其良好的經濟效益和社會效益越來越受到人們的關注［6］，其實施和研究在我國尚處于初級階段，具有十分廣闊的發展前景。

1 植被毯及其應用

在歐美，應用于邊坡防護的成卷水土保持產品統稱為植被毯，根據制作尺寸大小分為生態毯、生態墊和植物培育墊。植被毯護坡是國外近十多年新開發的一項集坡面加固和植物防護于一體的復合型邊坡植物防護措施，是通過特殊工藝將植物纖維層和草種、保水劑、營養土混合物及木漿紙層聚合形成三維復合草毯結構［7］，提供土壤防侵蝕控制保護層和植物生長基質、養料及水分的邊坡綠化防治新技術。主要應用于巖石、劣質土坡、陡坡，在劣性土質和巖質邊坡使用效果顯著。其施工成本低，工藝簡單，施工后養護管理成本較低［6］，是國際上常用的最簡捷有效的水土保持植被恢復措施［8］，在國外廣泛應用于園林園藝、公路、鐵路、河道等邊坡防護以及沙漠治理領域［9］，而在國內的研究與應用始于2002—2004年中德農業科技合作項目“可降解材料在困難立地造林中的應用”［10－11］和北京市林業局中馬合作項目“生態墊在京津風沙源治理中的研究”［12－14］等課題。

2 植被毯邊坡防護原理

植被毯是由植物纖維層和草種、保水劑、營養土混合物復合形成的三維復合草毯結構。植被毯的植物纖維層可以把植物種子和肥料、保水劑鎖住，為植物的生長提供一個穩定的平臺，從而使植被根系與泥土形成一個牢固的柔性保護層，具有很高的抗拉、抗剪能力。植物纖維層由木質纖維、自然黏合劑和有機礦物催化劑組成，生物降解后增加土壤肥料、為植物提供豐富的生長基質，形成一個良性循環［15］。將植被毯結合錨桿固定在坡面上，既可以保護土壤表面免遭風雨的侵蝕［15］，還可以在播種初期穩固植物種子，保護植物在萌發和生長早期免遭雨水沖刷［16－18］。植被長成后，其發達的根系與植被毯及邊坡土層形成一個牢固的復合體，可有效地防止土壤侵蝕［19］。

3 植被毯邊坡防護技術特點

植被毯邊坡防護技術充分考慮了立地條件和后期養護允許條件。該技術手段的特點是:種子能夠在坡面駐留，不會被雨水和澆灌用水沖跑;能夠混合肥料，在貧瘠的立地條件下為植物的生長提供養分，保證植物生長所需養料的持續供給;采用保水劑，能夠保證種子發芽成活;在邊坡表層中起到加筋加固作用，從而有效防止表層土體的滑移;草毯可進行異地移植，能快速防護，施工工藝簡捷，施工成本低廉，施工后養護管理成本較低［20］;能夠100%生物降解，貼地性好［21］。

4 植被毯的種類

南亞和東南亞國家研究了采用椰子殼纖維做成織造或非織造的土工織物，即采用純天然材料椰子纖維通過沖壓針刺加工制成供植物生長的基帶，呈長方體網孔狀結構，再根據工程需要加入肥料、保水劑、各類植物種等［22］。椰纖維植被毯可以保持水分，為種子發芽、幼苗生長提供優良的條件。椰纖維降解以后，取而代之的是發達的植物根系［23］。馬來西亞利用棕櫚樹外殼纖維經過特殊處理，通過有機的方式制作成一種新型環保覆蓋材料，質地較堅硬，絲網狀，對生態環境無污染，易降解，能防風固沙［24］。

瑞士開發的苧麻纖維培育墊，采用編鏈襯緯組織，將苧麻和丙綸(其中丙綸纖維經過特殊處理，即加入了降解組分，并可根據需要，控制添加劑的用量來調節降解時間)兩種紗線編織成方形小網格，縱向組織丙綸，橫向的襯緯是苧麻。采用這種結構的培育墊，有規律地加入植物種子，將墊子置于土壤中，種子逐漸發芽生長，而培育墊中的苧麻纖維開始分解，縱向的丙綸仍保護幼苗生長，直至植物長大到一定程度，丙綸才逐漸分解，這時植物的根取代了培育墊。這種墊子既可保持水土，防止滑移，又可綠化環境，保持生態平衡［24］。

德國薩克森研究所研制的一種用來增強斜坡防護、保持土壤、幫助草種發芽的土工布，原料為亞麻纖維，采用Maliwatt 縫編工藝編織成亞麻纖維網，同時用一種特殊的計量器將草種均勻地置入網中，用縫合線連接而成。這種墊子具有多孔結構，草根極易穿過植物伸入土壤，吸取所需養料和水分。草種生根發芽后，亞麻便逐漸分解到土壤中，對環境無污染［24］。

德國電氣自動化設計有限公司研制了一種新型的防止土壤侵蝕與改良土壤結構的材料，是利用稻草、麥秸等為原料生產出來的，在載體層添加草種、保水劑、營養土等材料。該植被毯的結構分為上網、植物纖維層、種子層、木漿紙層和下網五層［10，25］。

湖南天泉科技開發有限公司研發了“天泉7 號”強力護坡無土基質草毯，適用于護坡工程，其生產原料是無土基質、無紡布、強力筋、塑料薄膜、進口草種和生物藥肥。該草毯能改良土壤、耐貧瘠、運輸方便，因為采用無土營養基質做載體，不破壞土壤耕作層［26］。

李素英以廢棉纖維、聚丙烯(PP)纖維和麻纖維為原料，采用非織造技術加工成了不同結構性能的針刺非織造材料，用作公路護坡生態毯［27］。

5 植被毯邊坡防護在國內外的研究應用

Krenitsky 等通過在斜坡上做模擬降雨試驗，指出以稻草和黃麻為材料的植被毯可以有效地減少徑流和泥沙流失［28］。Jankauskas 等將棕櫚墊應用于路邊陡坡，棕櫚墊的保水功能有利于多年生草本根系的生長，草本的干物質量增加了18.2%，土壤中蚯蚓的數量和質量也增加了，鋪設棕櫚墊一年半以后土壤流失率降低了94.89%，表明在易受侵蝕的邊坡上應用棕櫚墊具有明顯的水土保持效益［29］。2007—2008年Bhattacharyya 等對應用棕櫚墊保護沙質土壤進行了研究，通過在一個15°的斜坡上進行試驗，得出棕櫚墊可以有效地防止土壤侵蝕［30］。2007—2009年Bhattacharyya等又研究了棕櫚墊對土壤性質的影響，分析表層土壤(0—5 cm)后發現，經過兩年的流水侵蝕，棕櫚墊有效地保存了土壤中的有機質、全碳和全氮［31］。

楊曉暉等將椰纖維生態墊用于京北石質山區盤山公路邊坡綠化工程，通過對鋪設生態墊和未鋪設生態墊造林坡面的對比，發現生態墊可以減少土壤侵蝕和肥力流失，促進植被恢復［32］。彭雪梅等在渝湛高速公路(廣東段)邊坡早期樹林綠化時，采用鋪二維網、三維網、椰絲毯以及客土噴播、灌草混播等進行試驗，結果表明鋪椰絲毯能夠使公路邊坡達到早期樹林化［33］。陳瑞生等將加筋椰絲毯應用在惠河高速公路的排水系統中(即生態水溝)，取代傳統的漿砌石材料，結果發現其具有施工方便、進度快、造價低廉、綠化效果好和環保等優點［34］。肖興福等利用棕櫚纖維墊保持土壤、涵養水分的功能，在洋河水庫岸邊裸露的沙礫、巖石基底上，鋪蓋棕櫚纖維墊，覆蓋約5 cm 厚的土壤，扦插柳枝、蘆葦并種植各種生活習性的植物，成功地恢復了庫邊植物［35］。趙方瑩等以采石形成的坡面的植被恢復為例，因地制宜地采用了生態植被毯鋪設、客土大苗造林和生態灌漿等技術組合模式，取得了較好的生態修復效果，為其他類似坡面的植被恢復提供了借鑒［25］。潞安集團王莊煤礦在礦山生態治理理念的指導下，結合煤矸石山現狀及邊坡治理的特殊要求，先采取工程措施，然后采用鋪設生態植被毯的方法恢復邊坡植被，選擇適宜樹種進行合理配置，使矸石山邊坡的治理初見成效［36］。苗紅昌認為，在棄土邊坡植樹的同時鋪設生態植被毯，一是可以縮短沙土裸露時間，二是可以形成高、中、低立體防沙植物體系，既能有效攔擋沙粒移動，又能收到更好的防風固沙效果［37］。趙方瑩等為了使河道坡面穩定以達到生態治理的目的，通過建立邊坡綠化試驗小區，選擇液力噴播、鋪設生態植被毯、三維植被網等生態護坡技術，對各自的經濟、生態效果進行分析，并對各類生態護坡技術進行評價，結果表明，鋪設生態植被毯是一項經濟可行、防護效果理想的技術措施［38］。逄紅等對北京市人民渠開展邊坡綠化研究時，選擇液力噴播、鋪設生態植被毯等不同的邊坡防護措施，結果發現鋪設生態植被毯的坡面沒有發生明顯的土壤流失［39］。曹波等在對北京市廢棄礦山進行綠化時，也采用了生態植被毯鋪植技術［40］。護坡草毯(天泉7 號)在常張高速公路巖石坡面生態防護工程上應用后長勢良好，經受住了夏季高溫干旱和冬季嚴寒的考驗，草坪草成活率高，產生了很好的邊坡景觀效果和良好的生態效益［26］。

6 討 論

分析國內外研究和應用結果可知，植被毯邊坡防護是一種新型的邊坡防護技術，該技術與傳統的邊坡防護技術及其他生物防護技術相比較，具有一定的經濟和技術優勢，有良好的生態效益、經濟效益和社會效益。目前，各國都非常重視環境問題，植被毯作為一種環保材料，在邊坡生態防護中將呈現出廣闊的應用前景。

縱觀以往的研究和應用結果，植被毯主要應用于造林地、公路邊坡和河渠水道等，并取得了不錯的治理效果，但目前尚未見植被毯應用于地震區、泥石流滑坡帶的報道。我國是一個自然災害多發的國家，特別是“5·12”汶川地震后，區域生態環境遭受了巨大破壞，建議將植被毯應用到地震造成的山體崩塌、滑坡和泥石流地區，這對改善震區脆弱的生態環境具有重要的意義。

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