减少生态护坡过密种植对浅层边坡稳定性的影响

罗皓鹏 （合肥工业大学，安徽 合肥 242000）

随着经济发展、环保意识的增强，城市建设过程中的边坡治理逐渐走向生态化，工程建设的同时保护环境是现阶段的发展趋势。在边坡的治理上调整原有的高耗能、环境不友好材料使用为环保节约材料是必不可少的。生态边坡工程即利用植物的优良性质对边坡产生较好治理效果而具有良好的前景，目前正被广泛研究并使用。但是，就现有研究发现在园林的植物种植上会产生过密种植情况，导致了对环境、资源、经济的不利影响[1]。当过密种植发生在生态边坡这类功能性工程中时，不仅会带来严重的经济损失，更会导致人员的伤亡。因此，研究过密种植对于生态边坡稳定性具有重要意义。

1 试验过程

实验材料选取猪屎豆、胡枝子、多花月季等植物，种植地点为临湖边坡，为多腐殖质土壤，其平均坡度为36°，全年平均气温15.6℃，年平均降水1350mm，试验选取坡度均匀，每块1m×1m的场地，种植密度如表1所示。

实验布置 表1

其中预布置500株/m2为相对高密度组，300株/m2为相对低密度组。植株同时种下，培育1年，其间定期除草防止杂草对实验影响，配置防冲刷装置防止降雨对表层土壤冲刷，定时定量于装置上高密泡沫施水使水稳定下渗，使土壤保持水分合适。培育期到后用剪刀剪去地面枝干部分，用6.18cm内径、20mm高环刀在实验区域距地表15～25cm范围内取样，在实验地区随机取样各20块，取好后用环刀盒封装，并做保水处理，未扰动情况下带至实验室进行直剪试验，由于土壤抗剪强度直接决定浅层边坡的稳定性，测定试样的抗剪强度。

2 实验结果

图1 各参量试样性能曲线

在100kPa、200kPa、300kPa作用压强下利用直剪实验读出量力环量表读数，可得到对应于定压力条件下的剪切应力，得如图1曲线。土壤剪切力采用库伦公式：

τ：剪切力（kPa）

R：量力环量表读数（0.01mm）

k：测力计率定系数（kPa/0.01mm）

σ：垂直压力（kPa）

φ：内摩擦角（。）

c：粘聚力（kPa）

实验结果如表2所示。

由结果可知，对于以上植物种类，在实验范围内，种植密度越大会导致内摩擦角越小，而粘聚力则相应增大，对于猪屎豆组，可见其粘聚力增加较大，对于胡枝子和多花月季组可见其粘聚力增加较少；就内摩擦角减少程度来看，猪屎豆的内摩擦角减少较大，而多花月季和胡枝子减少较少。

各组摩擦角及粘聚力 表2

分析可知：种植密度各类之间平均相差2.77%，最大相差3.6%，并且通过随机采样方式，由于植株密度带来的误差可忽略不计。植物根系对于土壤的力学作用主要表现在泥土与植物根系的摩擦力上，与其比表面积有关[2]。经实验测得：猪屎豆组植株主根平均长度32.7cm，平均直径2.4mm，须根平均长度12.7cm，平均直径1.1mm，平均主根∶须根=1∶60猪屎豆组平均比表面积：

同理测量得多花月季组平均比表面积：

上式：

α1：猪屎豆组平均比表面积

α2：多花月季组平均比表面积

S1：平均主根表面积（mm2）

S2：平均须根表面积（mm2）

l1：平均主根长度（mm）

l2：平均须根长度（mm）

d1：平均主根直径（mm）

d2：平均须根直径（mm）

3 结果分析

经观察，种植猪屎豆组属明显直根系植物，有明显主根，较少侧方须根，作为主根单独布置组，主根长度在20～40cm范围。多花月季有明显主根，并有较多侧根和须根，侧根和须根散射装分布，主要分布与主根生长方向呈45。～70。，属混合布置组。胡枝子组为明显散生根系，无主根，须根在与竖直方向呈0。～60。分布，属须根单独布置组。此处根据实验结果，可看出主根密度与须根密度变化相关性较低，意味着可将主根密度与须根密度作为2个变量，因此将根系的作用分为主根加筋[3]，须根网结作用。

从粘聚力方面来看，种植以上植物都能够提升土壤的粘聚力。由实验结果发现，就主根而言,增加种植密度可以明显提高土壤的粘聚力；但对于须根而言，粘聚力的大小对于密度改变并不是很敏感，胡枝子组粘聚力在相对低密度布置时便达到素土的3倍左右并随密度变大保持稳定；在须根与主根同时存在时，对土壤粘聚力提升的效果要优于两者单独作用。

从摩擦角方面看，适量的根都能够少量提升土的内摩擦角，过量的根都导致内摩擦角下降，但对于侧根和主根共存条件下，摩擦角下降效应被大大减弱。

主根过量引起的摩擦角下降可解释为过密的竖直根会导致土的整体性不好类似钢筋混凝土的超筋效应，根系与土壤之间存在摩擦力，摩擦力与根表面积的大小有关[4]。实验发现给予须根定义的网结作用体现在过量须根不会引起摩擦角的大量下降，并且可以改善主根的超量效应，即比表面积α的增大会缓解由于过量主根引起的粘聚力下降的现象。

分析认为：一方面单株植株的须根包络植株下方土壤，通过须根的摩擦力使其整体性增强，成为须根、土块络合体；另一方面辐射状生长的须根在较密情况下可交接生长，在离土壤表层20～30cm形成网络体系，增加种植地区的整体性以保证稳定性。

4 结论

通过实验及分析，确定在生态护坡的边坡治理中，单纯种植须根系系列植物并不能达到最好稳固效果，其效果对种植密度不敏感，单纯种植直根系系列植物不仅在少量时难以起到稳固作用，在超量时则对摩擦角下降过大，反而与预想效果背道而驰，因此需要控制适宜种植密度，间隔种植适量须根系系列植物可以缓解其摩擦角的下降，并且其效果保留了对种植密度的不敏感性，并且对于粘聚力也比单类种植要高，是理想的种植形式，对配置技术要求较低，治理效果较好。因此，对于未种植植物的边坡，选择同时具有主根和侧根的植物效果会更好，对于种植的技术要求更低，因此可适用范围更广；对于已发生过量种植的边坡，则可以选择在原有种植植物的基础上选择其空隙部分种植须根系类植物以改善过密种植的影响。