边坡植被防护研究综述

王卓琦 顾蔚文 施拥军

0 引言

在我国,传统边坡防护措施主要为纯工程的防护形式,如浆砌片石、喷射混凝土等,这些防护形式虽然能够起到稳定边坡、防止水土流失的作用,但其缺点也是显而易见的。首先,地貌破坏,植被难以恢复:纯工程防护形式,完全封闭了植物生长的环境,使得由于高速公路建设而遭破坏的自然植被永久不能恢复。其次,大量石料的应用造成成本高昂,并且其防护效果随时间的推移逐渐降低,无自我更新能力,若干年后必须更换,对行车和环境造成很大的干扰。再次,道路景观效果较差,噪声大,大量裸露的岩石和混凝土视觉效果非常差,也不利于吸收阳光和汽车尾气及噪声,这与高速公路快捷、舒适的特点很不适应,从而在一定程度上也对行车安全带来不利影响。

国家大规模公路、铁路、水电等基础建设,导致出现了大量裸露的岩石边坡,产生了严重的水土流失现象,既破坏了生态环境,又严重危及基础设施建设的安全。因而,项目开发与环境保护兼顾成了可持续发展的重大课题。如何筛选适宜的护坡植物成为岩石边坡植被恢复亟待解决的现实问题和焦点问题。

1 边坡植被防护研究概况

1.1 边坡研究背景

“十五”期间,伴随着西部大开发步伐的加快,我国将继续加大公路、铁路等基础设施的建设。在铁路、公路、水电等工程建设中,经常要开挖大量边坡,破坏了原有的植被覆盖层,导致出现大量的次生裸地,产生严重的水土流失现象,加剧了生态系统的退化,严重危及基础设施的安全。这种现象在我国北方的黄土、南方的花岗岩风化类红土等生态环境脆弱区尤为明显[1]。项目开发与环境保护兼顾是经济可持续发展的重大课题,世界各国都非常重视[2]。

但目前所有植被护坡的植被选择均较单一地采用进口牧草或草坪植物,导致坡面常常出现黄化、裸斑、滑坡等现象,其抗侵蚀能力较差,并呈现较单一的景观效果,植株或多或少受到冬季低温和夏季高温干旱的限制。因此,选择适宜的护坡植物是目前该领域迫切需要解决的重大研究课题。

1.2 国内外边坡植被防护现状

1.2.1 国外现状

对植被护坡侵蚀控制作用的定性研究始于 20世纪 20年代,而定量研究直到 60年代才见报道。近 30年来,有关植被在斜坡保护中的应用、评论和综述越来越多。

欧美国家主要是围绕着防止坡地免受雨水侵蚀的目的而进行的,目前常用的护坡方法有扦插、压条、绿篱等,主要应用于公路边坡的植被防护及河堤护岸,另外液压喷播技术自 20世纪 50年代发明后至今仍还在广泛应用,80年代又发明了三维网植草护坡方法。美国弗吉夷亚大学从 1993年便致力于公路边坡绿化的评价和管理研究,提出研究野生植物是植被护坡研究领域的新热点。其研究重点集中在品种评价和植被管理两个方面,其目的是为生长在路边特殊生境的植物提供公正的测量体系和为保证建植持久性路边植被的新技术或新材料[3]。

日本在植被护坡工程技术研究方面远远领先于欧美国家[4,5]。在日本植被护坡被称为坡面绿化。二战以后,日本大规模的公路建设为其现代坡面绿化提供了大量的机会,发展至今已有半个多世纪的历史,其间已经历了无数的变化。从植生带→喷射种子法→先进的液压喷播技术→纤维土绿化工法→高次团粒SF绿化工法→连续纤维绿化工法,其中纤维土绿化工法、高次团粒SF绿化工法和连续纤维绿化工法都是近 20年来日本最常用的厚层基材喷射工法。

1.2.2 国内现状

我国在植被护坡应用方面的研究起步较晚,20世纪 90年代以前一般多采用撒草种、穴播或沟播、铺草皮、框格架类植草等护坡方法。1989年,广东省水利水电科学研究所从香港引进喷播机,开始在华南地区进行液压喷播试验。1990年～1991年,中国黄土高原治山技术培训中心与日本合作在黄土高原首次进行了液压喷播试验研究。此后,经过 10年左右的发展完善,液压喷播技术已广泛应用于我国华南、华中、华东等温暖湿润地区的公路、铁路及堤坝、路堤工程的植被防护。1993年我国引进土工网植草护坡技术,随后土木工程界与塑料制品生产厂家合作,开发研制出了各式各样的土工网产品,并在公路、铁路、水利等工程的边坡中陆续获得应用。对于土质边坡、水热条件较好的边坡植被恢复技术已基本解决。从 1999年开始,四川农业大学、西南交通大学和国内一些生态环境公司展开了对岩石边坡厚层基材喷射技术和施工工艺的合作研究。在借鉴日本植被护坡技术的基础上,经过两年多的研究推出了适合我国国情的厚层基材喷射植被护坡技术。该技术在近 4年的研究应用中,已在全国推广约 50万 m2,涉及四川、山东、大连、浙江、广东、云南等省区。目前对边坡的稳定支付和厚层基材配方研究虽已基本成熟,但至今无人涉足岩石边坡植被护坡植物方面的研究,尤其是野生植物的研究与开发。野生岩生植物能直接生长在陡峭岩石、浆砌片石上,在坡面上所具有的抗旱、耐瘩薄性、抗病性是其他所有草种所不能比拟的。筛选适宜的坡面植物是目前植被护坡研究所必须正视和尽快解决的课题,目前植被护坡技术难题已经锁定在“护坡植物”选择上。

2 护坡存在的主要问题及解决途径

2.1 主要问题

在边坡绿化设计中,一个核心问题便是植物种类的选择[10]。一般而言,我国的土质边坡具有土壤瘠薄、土壤板结、坡度较大的特点,而石质边坡较土质边坡坡度更大,这一切都限制了对边坡绿地的养护管理,决定了其极端粗放管理和低养护特性,也就要求边坡植物具有抗逆性强、耐粗放管理的特点。

目前植被护坡存在的主要问题有以下几个方面:

1)由于在植被恢复的初期,草本对边坡的适应性往往优于乔灌木,因而采用单一或者混合草种的情况多于采用乔灌木;

2)栽植草本植物时,过多地引进国外草种,对于乡土草种的选择利用与开发注意不够,可能会引发新的生态问题;

3)尽管越来越多的人关注植被护坡这一生物学途径,其方法和原理也在世界范围内得到迅速的发展和应用,但是到目前为止,它还基本上处在定性的和经验的发展阶段,对它的理论认识还落后于它的基于工程概念的实践,主要体现在:a.缺乏专门针对公路领域生态环境的影响机理及其退化、演变、恢复与重建过程等系统的、全面的研究;b.各种生态、工程技术在公路路域中应用的适应性研究不够,目前在公路边坡植物防护方面的技术多种多样,但是大多措施采用过程中存在一定的盲目性;c.缺乏对各种单一技术的综合应用集成研究;d.对路域生态工程的施工开展较多,但对工程实施后的效果缺乏系统的评价分析研究。

2.2 解决途径

植被护坡是涉及岩土工程、恢复生态学、植物学、土壤肥料学等多学科于一体的综合工程技术,因此对植被护坡理论的研究应注重多学科交叉渗透,全面分析揭示护坡机理。根据边坡的地形地质条件,选择合适的植被类型,可以扬长避短,充分发挥植被固坡的积极作用。目前大多数研究多限于无植被边坡,而对植被作用下的边坡稳定分析相对较少,有关植被根系在土体中的空间生长状态、根—土相互作用机理、不同形态根系与土壤相互作用力学模型、根—土复合体护坡机理、不同根系材料对复合体强度的影响以及边坡稳定性等理论研究还有待于深入[13]。除此之外,对植被护坡的恢复生态学理论研究、优良护坡植物的品种选育及组合应用等方面都需要进一步的定量化研究。

3 植被护坡的发展趋势

目前植被护坡的发展趋势主要表现在以下几个方面[14,15]:

1)工程防护与植被防护的有机结合,建立既稳固又有生态效应的防护结构体系;

2)综合考虑草、灌、花、乔等多种类植物,形成优美、协调、稳定的景观,在边坡植被防护设计时所选植物除考虑景观效果外兼顾经济效益;

3)进一步加强选择适应于植被护坡的植物品种与品种组合,特别是乡土植物品种,对其进行适应性培育与品种改良;

4)进一步加强植被护坡的理论研究;

5)加强植被护坡的标准化与规范化研究[16]。在此方面,我国虽进行了某些探索或跟踪研究,但总体上目前仍处于起步阶段。因此,结合我国实际情况,对国内外的边坡生态防护方法进行研究总结并对植物的选择进行探讨,必将促进我国的边坡生态防护事业,具有十分重要的现实意义和广阔的应用前景。

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