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论 边 坡 的 生 态 恢 复*潘树林1,2 王 丽2 辜 彬2*(1宜宾学院生物工程系,宜宾 644007;2四川大学生命科学院,成都 610065)摘 要 对裸露边坡采用植被防护的方式日益引起全球重视,但边坡植被恢复是一项比较复杂的工程,本文阐述了边坡植被的功能,生态恢复的原理,植物品种的筛选,边坡生态恢复的方法及应用,边坡生态恢复的发展方向。关键词 植被防护,边坡,原理,生态恢复中图分类号 X17114 文献标识码 A 文章编号 1000-4890(2005)02-0217-05Analysis of recoverable method for slope ecotope.PAN Shulin1,2,WANG Li2,GU Bin2(1Biotechnology De 2partment,Yibin University,Yibin 644007,China;2College of Life Science,Sichuan University,Chengdu610065,China).Chinese Journal of Ecology,2005,24(2):217 221.Although the protective model of nude slope with vegetative cover become popular in the world in creasingy,the recovery of slope vegetative cover is a complicated project.This paper presented the function of slope vege 2tative cover,the principle of the recoveryof ecotope,and the selection of plant species.Besides,the method andapplication and future direction of slope ecotope were also presented.Key words vegetative cover protection,slope,principle,recovery of ecotope.*国家自然科学基金资助项目(3020023)。*通讯作者收稿日期:2003-05-22 改回日期:2003-07-251 引 言由于自然滑坡、水土流失、岩石风化以及修建公路、铁路、采矿、工程建设等人类活动常常会破坏掉天然植被,留下许多裸露的边坡。或是高大陡峭、缺土少肥的路堑边坡,或是贫瘠干旱的路提边坡,或是路边回填的平台地段。有的是土质边坡,有的是岩质边坡,有的是陡峭边坡。这些边坡普遍存在冲刷侵蚀、水土流失和浅层局部滑坡现象,边坡植被在 3 5 12年甚至更长的时间内都难以恢复。如何处理这些边坡呢?传统的护坡方式有干砌块石护坡、浆砌块石护坡、三合土灰浆抹面护坡、喷射混凝土及喷锚支护等,但是这些方式都难以恢复自然植被、不利于环境保护和生态平衡;而且对于降雨强度高、岩土易风化侵蚀破坏的地区,采用传统的措施,很难保证工程材料与边坡岩、土体的兼容性,工程结构很容易被架空,从而导致滑坡。随着社会对生态环保要求的提高,对裸露边坡采用植被防护进行生态恢复的方式日益引起重视 31。所谓植被防护 28是指/用活的植物,单独用植物或者植物与土木工程措施和非生命的植物材料相结合,以减轻坡面的不稳定性和侵蚀0。植被护坡与传统的边坡防护相比,具有明显的优点。传统防护措施可有效减轻坡面修建初期的不稳定性和侵蚀,效果良好。但随着边坡岩石的风化、混凝土的老化,强度降低,防护效果变弱。而植被防护正好相反,开始较弱,随着植物的生长,强度增加,对减轻坡面不稳定性和侵蚀的作用越来越大,且比传统方式造价便宜。对各种边坡的处理采用生态恢复技术是解决边坡稳定、保持水土、绿化美化的最佳途径。边坡生态恢复技术是多学科相结合的科学技术方法,目前在实际中初步应用 25。本文通过总结各个技术层面特性,指出存在的问题和未来的发展方向。2 边坡植被的主要功能211 边坡加固功能21111 根的锚固作用 植物的垂直根系穿过坡体法层的松散风化带,锚固到深处较稳定的岩土层上,起到顶应力锚杆的作用 4,6。禾草、豆科植物和小灌木在地下 0175 1150 m 深处有明显的土壤加强作用,树木根系的锚固作用可影响到地下更深的岩土层。试验表明,根的直径越细,其抗拉强度越高,其相关公式 1为 T=nDm式中,T 为根的抗拉强度;D 为树根的直径;n 和m 分别为给定树种的经验生态学杂志 Chinese Journal of Ecology 2005,24(2):217 221 常数。对于直径 2 5 mm 各种类型的根,其抗拉强度 T 为 8 80Mpa。21112 边坡稳定作用 降低坡体孔隙水压力,降雨是诱发滑坡的重要因素之一,边坡的失稳与坡体水压力的大小有着密切关系。植物通过吸收和蒸发坡体内水分,降低土体的孔隙水压力,增加土体吸力,提高土体的抗剪强度,有利于边坡体的稳定。212 控制土壤侵蚀、保持水土植被能拦截高速下落的雨滴,减少雨滴数量及飞溅的土粒,能够抑制地表径流并削弱雨滴溅蚀,从而能控制土粒流失,通常情况下,土体的流失量随植被覆盖率的增加呈指数关系降低。213 净化大气,降低噪声、光的污染,保证行车安全功能植物的光合作用能够吸收 CO2,释放出 O2气,同时还能稀释、吸收和固定周围大气中的有害气体。植物还能有效吸收刺耳的声音和多方位反射的太阳光线等功能,能降低噪声和强光照射的作用,提高路标、警示牌的可见度,让驾驶者轻松愉快的驾车,保证行车安全32。国外研究证明,植被吸收噪声和降低光辐射的能力比混凝土挡墙、水泥路面、沥青路面及裸露边坡要强许多。214 促进有机污染物的降解来自大气、雨水及汽车等交通工具的废气,含有大量的有机污染物,由于植被层含有大量的微生物量(据报道在1 200 kg#km-2以上)能降解污染物,茂密的枝叶及絮结的根系,能拦截污染物从而降低环境负荷及循环污染。植被光合作用吸收大气中的CO2,放出 O2,能稀释分解、吸收和固定大气中有害有毒物质,并为植被生长所利用。3 边坡生态恢复的原理311 基本原理边坡生态恢复工程是基于生态工程学、工程力学、植物学、水力学等学科的基本原理,利用活性植物并结合土工等工程材料,在坡面构建一个具有自生长能力的功能系统,通过生态系统的自支撑、自组织与自我修复等功能来实现边坡的抗冲刷、抗滑动、边坡加固和生态恢复,以达到减少水土流失、维持生态多样性和生态平衡以及美化环境等 3。312 生态恢复原理在坡面设置一层按一定级配配置的营养土,为植物的生长提供适宜的生长环境,这是生态恢复的基础。为了尽快恢复生态系统,首先应选择速生的先锋植物,为后续生长的植物创造条件,然后选择耐热、耐瘠、耐寒、耐旱、耐湿等生性粗放的优良植物组合,以确保在极端不利条件下仍能保持良好的坡面植被覆盖。由于生态系统的自适应、自组织、自我修复功能,既使局部出现了小规模的滑移,但由于植物的再生和植物根系的穿插功能,边坡很快有会自我修复。通过植被的建立,为动物的生存提供适宜的生长环境,维持生态多样性,增强生态系统的自我平衡能力 26,29。4 边坡的生态恢复411 边坡生态恢复的植物品种筛选可用于边坡的植物资源有许多,多数情况下是选择草坪草 5,15,18,27。但是草本植物与木本植物相比,草本植物根系较浅,护坡效果较差,因此、目前已开始采用灌木护坡5,13。此外,草花在护坡上也有应用,其景观效果比草坪草更好30。总之,要遵守以下的基本原则:(1)选择适合当地气候条件的植物:选择适合当地生长的植物是关键环节。在选择绿化材料时首要考虑的是气温。最高气温决定植物是否能安全越夏,而最低气温决定能否安全越冬。因此,在南方应选择暖季型植物,如狗牙根(Cyn2odon dactylon)、假俭草(Eremochloa ophiuroides)等都是适宜的草种。而在北方应选择冷季型植物,如高羊茅(Festuca elata)、多 年生黑麦 草(Loliumperenne)、白三叶(Trifolium repens)等都是适宜的草种。在冷热过渡地带,暖季型草是适宜的,但冬天的景观效果不理想,因此,可选择冷季型草中的高羊茅和白三叶,特别是要求较长绿期时。(2)选择根系发达、分生能力强的植物:植物根系的好坏直接关系到固土能力。地下生长量越大,根系分布越深、保持水土能力越强,植物的抗逆性也强。较强的分生能力可以增加覆盖度,减少土壤裸露及降水的侵蚀能力。但是植物不能过高,生长不能太快,否则会影响景观,增加维护成本。选择具有根状茎的植物、如狗牙根、假俭草,可以达到目的。(3)选择抗性强、耐瘠薄的植物:边坡土壤一般较为贫瘠,因此,应选择较耐瘠薄的植物。边坡土壤保水性能差,应选择耐旱的植物。同时由于养护强度低,还要求植物具有较好的抗病性。在温带和寒带,可选用草地早熟禾(Poa annua)、黑麦草(Lolium perenne);在半干旱地区可选择野牛草(Buchloe dactyloides)、冰草(A2218 生态学杂志 第 24卷 第 2期 gropyron cristatum);在亚热带地区可选择狗牙根、结缕草(Zoysia japonica)。高羊茅草可用于亚热带和温带的过渡地带。(4)采用混播技术:一种草往往不能满足各方面的要求,如狗牙根是一理想的护坡草种,但绿色期短;高羊茅(Festuca elata Keng)也是理想的护坡草种之一,绿色期长,但越夏有些困难;白三叶覆盖好,能自养,但苗期生长慢,护坡效果不理想,而且,单一植被易退化,且难以恢复。而多种植物混合可以增加群体的生物多样性和稳定性 14,因此可将不同的草种按一定的比例混合起来,使其在不同的阶段发挥作用。如可将一年生黑麦草、白三叶混播,一年生黑麦草可以提供快速的植被,白三叶提供持久的覆盖,同时它的固氮作用将为整个草地提供氮素来源。还可将冷、暖季草混合,起到四季常绿的效果,如高羊茅与结缕草混播等。将多种草花混合 也能 达到/三季 有花,四季 常青0 的 效果30,31。412 生态恢复方法41211 人工植被 是最简单的植被方法,靠人力施工,适合于小面积、坡度缓的土质或砂土类边坡。采用人工植树方式,要根据当地气候、土壤特点,选取适宜树种的根条,集中在一起并统一予以洒水,选择恰当的时间,按间距 50 cm,上下左右梅花型交错挖坑,并浇水湿润,然后将根条放入,并及时覆土,适当拍实。41212 植生带 这是一种通过将已成苗草皮,或将植物种子夹在多层无纺土工织物或天然纤维垫中直接密贴在边坡表面进行快速绿化的方法,适合于坡度较缓、坡表平整的土质或砂土类边坡。41213 厚层喷播 采用湿式喷枪,通过压缩空气将植物种子、肥料、土壤和水的混合物洒布在边坡表面上,形成 1 3cm厚的植被层,再在上面洒布一层乳化沥青以固定土壤并延缓土壤中水分的挥发,最后张拉各类纤维网、聚合物网或金属网使植被生长层稳定附着在边坡上,并减缓雨水冲刷,适合于各类土壤条件较差的土质边坡、土石边坡和稳定岩质边坡。41214 网袋工程 这是一种将植物种子、肥料、土壤混装在纤维网或金属网袋中,然后固定在边坡表面上进行绿化的方法,适合于土石边坡和稳定岩质边坡。种子可从粮种公司购买合格的种子,使用直径50mm的袋装满种植土、腐植土,每个袋子装入 2 3粒种子,并埋入土 3 cm 深。根据天气情况,进行洒水或浇水养护。41215 框格工程 这是一种污工防护措施与生态防护措施相结合的方法,它采取在边坡上砌筑或装配一定形状的混凝土(或其它具有一定强度的工程材料)框格,然后在框格内堆填土体来进行绿化,适合于坡度较陡的土质和易风化的岩质边坡。41216 挖沟(钻孔)工程 这是一种按一定平面布置在边坡上挖沟或钻孔,然后在沟或孔体内填土进行绿化的方法,适合于硬度较大的土质边坡或稳定岩质边坡。41217 有机基材喷播 采用砂浆喷枪,通过压缩空气将植物种子、有机质植物生长基、水泥或合成树脂等粘结剂与水的混合物喷射并粘结在边坡表面,形成 3 10 cm 厚的有机质植被层,适合于各类稳定岩质边坡。41218 液压喷播 液压喷播技术7,9是以水为载体的植被建植技术,将配制好的种子、肥料、覆盖料、土壤稳定剂等与水充分混合后,再用高压喷枪均匀地喷洒于边坡面上的一种施工技术,具有施工时间短、效率高、成活率高的特点。喷播后的混合物在土壤表面形成一层膜状结构,能有效地防止冲刷,并能在较短时间内萌芽长成植株迅速覆盖地面,以达到稳固边坡和绿化美化边坡之目的。采用液压喷播植草,易于施工,成长迅速。413 在成都至南充高速公路上成功应用边坡生态恢复的实例 工程地段是如图 1 所示的成南高速 167 km处的岩质边坡。首先是消除坡面松动的块石,砌成平整的坡面,遇见有滑坡区则采用粘土铺填并夯实,然后按 1 m 间距的正方形网格打入竹筋加固抗滑。现场配制营养土,然后覆盖在坡面上,约 20 cm厚 21。在覆盖营养土的坡面按顺序铺放一层土工网。在坡顶和坡脚处需将土工网铺放在固定坑内,按 1m 间距打入 U 型钉固定并用回填土压实。坡面部分以 1 m 间距的正方形网格打入 U 型钉固定土工网,土工网重叠部分先缝结牢固再打 U 型钉固定。根据岩质边坡的具体特点,选定由种植土、有机质、速效肥、长效肥、保水剂、粗细纤维、酸性改良剂和等组成的喷播物料,并通过试验分析确定配比,以改善边坡土壤的酸碱度和土壤肥力 8。选取暖季型、先锋型、观赏型和固氮型植被种子:狗牙根、苜蓿(Medicago minima)、高羊茅、白三叶草种,按 5B2B2B1 的比例进行组配。把水、喷播物料和种子人工拌和均匀,并送至高压喷射机内,喷射机尽可219潘树林等:论边坡的生态恢复能与边坡面垂直,注意喷射厚度要均匀,不留死角。喷播完毕后,采用有一定弹性和抗拉性的无纺布,防止雨水冲蚀造成草种流失。根据天气情况,采取高压喷雾器喷洒水养护,养护水要成雾状均匀地湿润坡面。喷水时要注意控制好喷头与坡面的距离和移动速度,保证无高压射水流冲击坡面形成径流,冲走混合物料及草种。每周浇透水 2 3 次,定期检查植物的生长情况,根据需要进行施肥和喷药,并做好病虫害、杂草的防治。图 1 成南高速岩质边坡Fig.1 Expressway slope of Chengdu to Nanchong 在 15 30 d 后(图 2),边坡就形成相对稳定的植物群落,再经过一段时间的演替过程,就能形成稳定的植物群落,达到可持续利用的目的,形成比较稳定的生态系统,利用生态系统的自身功能,可以完成边坡的生态恢复。施工结束 2 个月后(图 3),经观测,植被覆盖率均在 95%以上,其间还经历了多场雨水考验,边坡表面没有发现冲刷和垮塌等破坏现象。施工结束 4 个月后(图 4),生态恢复技术达到了快速明显的固土护坡效果。图 2 施工 15 d 后坡面植被的生长状况Fig.2 Slope vegetation fifteen days after construction5 发展方向与周边生态环境相协调的边坡植被恢复。目前边坡植被恢复中,多采用外来种。特别是草种基本上都是从国外进口品种,如何发展国内草业(绿化及防水土流水品种)是一个值得重视的方向19,23 25。引入乡土品种恢复植被,这是符合生态学原理的更是生态学安全的要求。图 3 施工 2 个月坡面植被的生长状况Fig.3 Slope vegetation two months after construction图 4 施工 4 个月坡面植被的生长状况Fig.4 Slope vegetation four months after construction 草(本)灌(木)花(卉)植物相结合。由于坡面的特殊条件的制约,边坡植被恢复多以草本植物为主,植被种类单调,无论从生物学的角度还是从景观角度,都需增加改善植被恢复中的层次,结合景观因素,使植被构成在逼近自然生态的努力下,实现草灌花有机搭配,有条件的局部地段可以考虑乔木,形成植被的立体群落。人工植被生长基21。裸露岩石面上的植被是一项难度极大的生态恢复工程。需要解决的关键问题之一就是人工植被生长基的配制。制作的生长基要考虑两个主要的问题,一是稳定性,特别是坡面比较陡时,如何使生长基固定于坡面是优先要解决的问题;其次是生长基要有利于植被生长,即保水保肥等因素在内的生长基团粒结构的形成,因为坡面上的生长基从稳定性和造价上考虑不可能制作太厚。220 生态学杂志 第 24卷 第 2期 因此高保水保肥便是需解决的重要问题,国外主要从高分子材料上想办法来达到这个目的,但由于造价太高,并不符合我国的国情,我们应该从纤维材料和就地取材上下功夫来解决这个问题,减少对高分子材料的应用。边坡生态恢复工程措施。由于人工植被生长基是靠高压机喷射上去,目前所用的干喷方法易使喷射上去的生长基板结。其原因是生长基以干物质的形式由高压机送至喷射高度,在出喷射管的瞬间才与水泵送上的水相混合,这样就使生长基中的高分子材料不能与水充分混合,进而影响其吸附能力的发挥,只有加大高压机的压力,将其强行附着在岩面上。目前国外已有湿喷方式,这样做喷射之前先将干物质与水充分混合,然后再将混合后的生长基送到喷射高度附着到岩面。6 结 语边坡生态恢复成功的关键在于养护。种植或喷播草种后采用覆盖纤维无纺布洒水养护,宜于保墒和防止水分蒸发,采用黑色无纺布,效果更加明显11。喷播技术将多种草种、肥料等使用固土网垫包裹在一起,使播种、混种、施肥等工序一次完成,同时包裹材料木纤维蓄水蓄肥,并将草种紧紧粘附于土壤表面及喷压冲击在土颗粒之间,形成稳固的坡体。喷播技术体现了生物种植的科学性、先进性,值得推广。生态恢复技术的广泛应用将大大提高各种边坡防护的技术水平,明显改善植被效果,并产生不可估量的环境效益。随着西部大开发战略的实施,边坡生态恢复技术正在受到前所未有的重视,已经成为各种边坡修筑的关键技术之一。通过实践,我们已经意识到,边坡生态恢复不仅要考虑措施的有效性和技术经济性,而且还应考虑到保护生态环境和改善边坡景观。我们认为边坡生态恢复技术是边坡防护技术措施中综合效益最佳的一种,并且符合环境保护和水土保持的发展潮流,是一门新兴的边缘科学,在国内还没有引起大多数人的足够重视,在实践中还需要更进一步的努力探索。参考文献1 王可钧,李焯芬.1998.植物固坡的力学简析J.岩石力学与工程学报,17(6):687 91.2 王晓东,等.2000.边坡绿化喷播技术应用J.公路,(4):4649.3 刘 询.2001.岩质边坡的生态恢复工程新技术研究J.广东水利水电,(5):21 22.4 刘向东.2002.秦沈客运专线路基边坡植被防护设计与施工技术J.岩土工程技术,(1):60 62.5 李旭光,毛文碧,涂相有.1995.日本的公路边坡绿化J.公路交通科技,12(2):59 64.6 张俊云.2000.岩石边坡植被护坡技术J.路基工程,(5):14.7 张俊云,等.2000.岩石边坡生态护坡研究简介J.水土保持通报,20(4):36 38.8 张俊云,等.2001.岩石边坡生态种植基试验研究J.岩石力学与工程学报,20(2):239 242.9 邹胜文.2000.高等级公路边坡生物防护方式浅析 J.公路,(4):50 52.10 周呈祥.2002.公路边坡生态恢复技术浅析 J.公路交通技术,(2):55 56.11 周 跃.1999.土壤植被系统及其坡面生态工程意义J.山地学报,17(3):224 229.12 娄仲连.2001.岩质边坡的生态恢复工程新技术研究J.地下空间,(4):318 323.13 胡 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