生態防護對不同土質邊坡的侵蝕控制效應評價

高 振 何新原 張 俊 陳西林

（1.宿遷市交通運輸綜合行政執法支隊，江蘇宿遷 223800；2.蘇交科集團檢測認證有限公司，江蘇南京 210000；3.宿遷市高速鐵路建設發展有限公司，江蘇宿遷 223800）

為了提高公路土質邊坡的綠化水平和水土保持效能，應采用生態邊坡防護的方案進行植物措施和工程措施的布局。生態防護技術相較于傳統邊坡防護技術，適用范圍較廣，適合各種質地邊坡。生態防護技術的抗侵蝕性能及強度較大，整體防護性能得到提高，具有較好的柔性和抗沖刷性。生態防護技術所需材料質地較輕，材料損耗率小、工序簡單、施工效率高、施工周期短。生態防護技術材料耐腐蝕性強，使用壽命相比傳統工程技術明顯提升。生態防護技術能夠有效降低雨水對坡體的沖刷力，與植被完美結合，綠化見效快，具有保水保肥的效果。材料能夠包含植物種子，促進植物種子萌發、植物生長，提高植物的存活率，達到快速、長期的綠化效果，對公路土質邊坡形成良好防護。

公路邊坡的生態護坡技術特點在于工程建設快捷，有利于防止水土流失，工程實施效果顯著，逐漸獲得行業內的認可和嘗試。生態護坡項目實施后，除了可以實現水土保持的目的，還可以創造可觀的經濟效益。

1 研究區概況

宿遷市總面積8 555 km2，人口為555萬。宿遷境內平原遼闊、土地肥沃、河湖交錯。宿遷是優質農副產品產區，也是著名的“楊樹之鄉”，以意楊為主，全市森林覆蓋率達到28.02%。近年來宿遷市大力創建“生態園林城市”，突出建設彩色城市、種植珍稀鄉土樹種、打造民生園林等，達到美化城市景觀、更凸顯城市園林特色的目標。

目前宿遷市公路邊坡大部分已經形成了灌木、喬木兩者交相融合的景觀效果。

2 研究方法

2.1 植被配置模式設置

分析宿遷市公路邊坡常見的物種配置和公路景觀特征，植被模式主要為4種。

（1）模式一。

純草結構，邊坡樣地中草本植物的年限均大于一年。

（2）模式二。

灌草結構，在邊坡樣地主要是以灌木為主，形成草本植物全部覆蓋。

（3）模式三。

喬草結構，以喬木為主，草本植物全面進行覆蓋。

（4）模式四。

以喬灌木結構為主，喬木為輔和草本植物全覆蓋。

2.2 工程防護技術

（1）高性能生態基材。

由木質纖維制成，經過環環相扣的纖維以及添加劑的改造，使其在極端條件下表現優異，提供超過90%的侵蝕控制有效性。基質、草籽以及土壤可有機結合在一起，并可保持其自身重量12倍的水分。高性能生態基材為具有防侵蝕功能的生物促進噴播基質，現場拆包后利用專業設備拌種噴射于土表，可即時覆蓋形成一層均勻包裹種子的防侵蝕纖維植生毯，具有覆蓋、保墑、加速生長的作用。高性能生態基材組成部分包括精細熱致木纖維、互鎖的人造纖維、高分子聚合物和保水基、微孔顆粒、生長促進劑等，與種子、肥料等混合后利用液力噴播方式施工，能在坡面快速形成一層均勻包裹種子的纖維植生毯，具有改善土壤環境、加速植物生長及壯根的功能，達到快速建植的優良綠化效果。高性能生態基材具有促進生長的功能和特點，可以縮短植物綠化的周期，植被的生長存活率遠高于裸露土壤植被的生存率。

（2）加筋麥克墊。

一種加筋的三維土工墊，將立體聚酯材料擠壓于機編六邊形雙絞合鋼絲網面，具有強度高、施工便捷、環保效果佳、綠化效果好等特點。加筋麥克墊平鋪固定在坡面后，草籽撒播于網的空腔內，草籽和有機土受到六角形雙絞合金屬網的保護，避免遭受刷損失，還可適當保持水分易于草籽發芽。必要時還可人工灑水，維持植物的正常生長條件，一個雨季即可使植物生長良好。選擇根系發達的草種，植被根系穿過加筋麥克墊后能對坡面淺表層土起到加筋作用，加筋麥克墊能夠對植被根系起到永久的加筋作用，將坡面植被及受植被根系影響的淺表層土體連成整體。加筋麥克墊強度高的特點能夠保證土體的整體性，增強坡面淺表層土體的整體穩定，孔隙性結構能夠消減雨水勢能，防止對坡面造成沖刷。加筋麥克墊護坡作為一種開放性結構，坡后地下水能夠自由排泄，避免了由于地下水壓力升高引起的邊坡失穩問題，抑制邊坡遭受進一步風化剝蝕。加筋麥克墊細密的聚合物墊能夠減輕雨水對坡面的沖刷，為植被生長創造有利條件，使得植被能夠順利萌發根系并健康生長。

2.3 邊坡生態防護技術設置

根據宿遷市公路邊坡的立地條件可分為一般土質邊坡和侵蝕嚴重土質邊坡兩類。針對侵蝕程度較輕的一般土質邊坡，選取的防護技術為植被配置模式+高性能生態基材的方案。設置素土對照組，分別對方案區和對照區侵蝕控制有效性系數和植被建立系數進行測定和計算。不同樣地間用擋板進行間隔，坡腳挖溝，用于侵蝕物收集。

如果侵蝕的程度較大或邊坡坡度過大的侵蝕嚴重土質邊坡，選取的防護技術為植被配置模式＋高性能生態基材＋高性能生態基材的方案。設置素土對照區，分別對方案區和對照區侵蝕控制有效性系數和植被建立系數進行測定和計算。

3 結果與分析

3.1 公路邊坡生態防護的植被配置模式優選

模式四為喬灌草結構植被配置模式，是多種層次的搭配方式。依據宿遷市的氣候條件和立地條件，選取的主要喬木樹種為刺槐，灌木植物種夾竹桃，同時播種黑麥草，伴生早熟禾、狗牙根、雀麥等草本植物。在模式四中，喬木層植被平均覆蓋度達到41%，平均高度達299.8 cm，灌木層平均蓋度覆蓋度為23%，平均高度達62.8 cm，草本植被覆蓋度達到40%，群落總體覆蓋度達到98%，在四種植被配置模式中植被覆蓋度最高。在植被生產力方面，由于喬木和灌木的同時生長，極大促進了植物生物量的積累，在四種配置模式中生物量最大，是模式一的20.1倍、模式二的2.9倍、模式三的1.2倍。植被配置模式四植物種豐富，層次結構完整，植物生產力高，抗風險能力較強。模式四中植物種數達到15種，在所有模式中植物種類最多，群落整體多樣性指數為4.31，明顯高于模式一和二。在公路邊坡生態防護時，最優化的植被配置首選模式四，即喬灌草復合植被模式。

3.2 公路邊坡生態防護侵蝕控制有效性檢驗

在一般土質邊坡設置模式四，喬灌草復合搭配的植物配置模式以及無任何人工植被建設的素土對照區。通過侵蝕控制試驗，兩種模式在相同條件下，土壤侵蝕控制有效性差異顯著。植被配置模式四的覆蓋系數C為0.06，侵蝕控制有效性系數PE為94；素土對照區的覆蓋系數C為0.49，侵蝕控制有效性系數PE僅為51，前者PE系數是后者的1.8倍。

通過參照土壤侵蝕控制標準對照表，素土對照區的土壤侵蝕控制水平為Marginal，為較弱水平，植被配置模式四的土壤侵蝕控制水平為Best，為最優水平，如表1所示。

表1 一般土質邊坡土壤侵蝕控制對照

在侵蝕嚴重土質邊坡設置模式四，喬灌草復合搭配的植物配置模式以及無任何人工植被建設的素土對照區。通過侵蝕控制試驗，兩種模式在相同條件下，土壤侵蝕控制有效性差異顯著。植被配置模式四的覆蓋系數C為0.12，侵蝕控制有效性系數PE為88；而素土對照區的覆蓋系數C為0.77，侵蝕控制有效性系數PE僅為23，前者PE系數是后者的3.82倍。

通過參照土壤侵蝕控制標準對照表，在侵蝕嚴重土質邊坡，素土對照區的土壤侵蝕控制水平為Poor，為最弱水平，而植被配置模式四的土壤侵蝕控制水平為Better，為較高水平，如表2所示。

表2 侵蝕嚴重土質邊坡土壤侵蝕控制對照

4 結語

通過邊坡生態防護技術的實施，可以有效控制和減弱宿遷市公路邊坡的土壤侵蝕。在一般土質邊坡設置合理的植被配置模式（喬灌草復合植被配置），并結合高效的生態防護技術（高性能生態基材），能夠促進地表植被恢復，提高土壤的侵蝕控制有效性，減少水土流失，保證坡體穩定性，是優良的一般土質邊坡的防護方案。在侵蝕嚴重土質邊坡，設置合理的植被配置模式（喬灌草復合植被配置），并結合高效的生態防護技術（高性能生態基材+加筋麥克墊），可以顯著提高土壤的侵蝕控制有效性，對公路侵蝕嚴重土質邊坡形成良好防護，穩固土體，減弱水土流失發生的潛在危害，是優良的侵蝕嚴重土質邊坡的防護方案。