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边坡生态防护的植物选择

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边坡生态防护的植物选择

边坡生态防护即边坡植被,主要是靠植物根茎与土壤间的附着力以及根茎间的互相缠绕来达到加固边坡、提高坡表抗冲刷的能力。边坡生态防护不仅可以涵养水源,减少水土流失,而且还可以净化空气,保护生态,美化环境,保证行车安全,具有良好的经济效益、社会效益和生态效益,在越来越重视环境保护和人们生存质量的今天,生态防护已成了公路边坡防护的一种趋势,代表着边坡防护的发展方向。

   因此,对公路边坡用植物的选择进行探讨是必要的,它必将促进中国公路边坡生态防护事业进一步的发展,具有重要的现实意义。

公路边坡植物选择的依据

1.气候条件

光照、气温、湿度、降水、风等气候条件都影响着边坡植物的生长发育,但是在选择边坡植物时主要应考虑的气候因素是气温和降水。最高和最低气温决定着植物能否正常生长发育,能否顺利越夏、越冬等;降雨(雪)的时期及雨量也是决定采用植物种类的重要依据。

目前中国公路边坡坡度一般都较大。由于边坡坡度较大,降水落于坡表后,极易由于重力的作用,沿坡面往下流失,造成坡体土壤缺水干旱,直接影响植物的正常生长发育,甚至导致植物的死亡,这一点在北方干旱地区的边坡上表现得尤为突出。

2.土壤条件

土壤成分、肥力、土壤结构、酸碱性、盐碱性、土壤厚度等土壤因素与植物的生长发育密切相关,从而决定着边坡植物能否良好地生长。其中,在选择植物时比较重要的因素是土壤肥力状况、土壤结构和土壤 PH值等。

公路在施工过程中,因开挖使地表植被完全遭到破坏,原有表土与植被之间的平衡关系失调,表土抗蚀能力减弱,在雨滴、重力和风蚀作用下水土极易流失,植物种子定植困难;公路边坡土壤一般为没有熟化的生土,养分含量一般很低。同时由于坡度大,土壤渗透性差等原因,边坡土壤对降水截流较小,造成水土和养分流失,使坡面土壤变得贫瘠,立地条件差,不利于植物生长;另外,公路边坡土壤有机质含量一般很少,结构不良,经过一定时期的沉降作用后,容重增加,孔隙度降低,不利于土壤中水分和空气的有效运移以及肥料的协调转移,从而对草坪植物正常生长产生不利影响。

3.种植目的

公路边坡植被的主要目的是固土护坡,防止公路边坡水毁,稳定公路路基,以及美化公路沿线景观环境。因此,要求边坡植物根系深,能快速覆盖地表。

公路边坡植物应具备的条件

   根据公路边坡的特点和边坡种植的目的,边坡生态防护的植物一般应满足以下要求 :

①适应当地气候,抗旱性强;

②根系发达、扩展性强;

③耐瘠薄、耐粗放管理;

④种子丰富,发芽力强,容易更新;

⑤绿期长,多年生;

⑥育苗容易并能大量繁殖;

⑦播种栽植的时期较长。

护坡植物的选择

  1. 1.  不同种类护坡植物比较

公路边坡可用的植物种类较多,主要有草本植物、灌木、藤本植物,以及乔木等。目前中国的公路边坡一般坡度较大,坡比一般为1:1,即45°,有的甚至达到60°以上,栽植乔木会提高坡面负载,增加土体下滑力和正滑力,在有风的情况下,树木把风力转变为地面的推力,造成坡面的不稳定和坡面的破坏,同时,边坡栽植乔木还可能影响司乘人员观测公路两侧景观的视野,因此一般不宜在公路边坡栽植乔木。

目前,中国公路边坡生态防护用植物在多数情况下是采用草本植物,在国外草本植物也仍被广泛使用。草本植物的优点在于:

草本植物种植不仅方法简便,而且费用低廉;

早期生长快,对防止初期的土壤侵蚀效果较好;

作为生态系统恢复的起点,有利于初期表土层的形成。

但是,草本植物与灌木相比具有以下缺点:

草本植物具有根系较浅,抗拉强度较小,固坡护坡效果较差。在持续的雨季里,高陡边坡有的会出现草皮层和基层剥落现象;

群落易发生衰退,且衰退后二次植被困难;

开发利用的痕迹长期难于改变,与自然景观不协调,改善周围环境的功能差等;

坡地生态系统恢复的进程难于持续进行,易成为藤木植物滋生的温床;

⑤需要采取持续性的管理措施等, 维护和管理作业量大 。

因此,单纯的草本植物用于公路边坡的绿化并不理想。

由于草本植物作为护坡植物的缺点,因此在某些发达国家已开始重视灌木的护坡作用,并作了大量研究。灌木作为护坡植物主要的缺点是成本较高;早期生长慢,植被覆盖度低,对早期的土壤侵蚀防止效果不佳。但是可以通过与草本植物混播,草本植物早期迅速覆盖地面防止土壤侵蚀,后期由灌木发挥作用的方式解决。

藤本植物主要应用于坚硬岩石边坡或土石混合边坡的垂直绿化,垂直绿化是公路边坡生态防护的特殊形式。用藤本植物进行垂直绿化的好处是投资少,用地少,美化效果好,缺点是由于边坡一般较长,藤本植物完全覆盖坡面的时间长。

  1. 2.  草本植物的选择

可用于护坡的草本植物大部分属于禾本科和豆科。禾本科植物一般生长较快,根量大,护坡效果好,但需肥较多。而豆科植物苗期生长较慢,但由于可以固氮,故较耐瘠薄,耐租放管理。其花色较鲜艳,开花期景观效果较好。根据各草种对季节性温度变化的适应性,可分为暖季型与冷季型两类。冷季型草比较耐寒,但耐热性和耐旱性较差。而暖季型草较耐热,耐早,但不耐寒,以地下茎或匍匐茎过冬,故冬季景观效果较差,但其管理较冷季型草粗放。中国各大地区主要可用的护坡草坪植物如下:

华北:野牛草、紫羊茅、羊茅、苇状羊茅、林地草熟禾、草地草熟禾、加拿大草熟禾、草熟禾、小糠草、匍茎剪股颖、白颖苔草、异穗苔草、小冠花、白三叶结缕草。

东北:野牛草、紫羊茅、林地草熟禾、草地草熟禾、加拿大草熟禾、匍茎剪股颖、白颖苔草、异穗苔草、小冠花、白三叶结缕草。

西北:野牛草、紫羊茅、羊茅、苇状羊茅、林地草熟禾、草地草熟禾、加拿大草熟禾、草熟禾、小糠草、匍茎剪股颖、白颖苔草、异穗苔草、小冠花、白三叶结缕草、狗牙根(温暖处)。

西南:羊茅、苇状羊茅、紫羊茅、草地草熟禾、加拿大草熟禾、草熟禾、小康草、多年生黑麦草、小冠花、白三叶狗牙根、假俭草、结缕草、沟叶结缕草、百喜草。

华东:紫羊茅、草地草熟禾、草熟禾、小糠草、匍茎剪股颖狗牙根、假俭草、结缕草、马尼拉草、百喜草。

华中:高羊茅、草熟禾、匍茎剪股颖、小冠花、狗牙根、假俭草、结缕草、细叶结缕草、马尼拉结缕草、百喜草。

华南:狗牙根、地毯草、假俭草、结缕草、细叶结缕草、马尼拉结缕草、中华结缕草、百喜草。

草本植物的繁殖可采用营养繁殖,也可采用种子繁殖。

  1. 3. 灌木的选择

中国目前在边坡生态防护中使用的灌木较少,目前已使用的灌木主要有紫穗槐、柠条、沙棘、胡枝子、红柳和坡柳等。中国各地区主要可供选用的护坡灌木如下:

东北区:胡枝子、沙棘、兴安刺玫、黄刺玫、刺五加、毛榛、榛子、树锦鸡儿、小叶锦鸡儿、柠条锦鸡儿、紫穗槐、杨柴。

三北区:杨柴、锦鸡儿、柠条、花棒、踏朗、梭梭、白梭梭、蒙古沙拐枣、毛条、沙柳、紫穗槐。

黄河区:绣线菊、虎榛子、黄蔷薇、柄扁桃、沙棘、胡枝子、胡颓子、多花木兰、白刺花、山楂、柠条、荆条、黄栌、六道木、金露梅。

北方区:黄荆、胡枝子、酸枣、柽柳、杞柳、绣线菊、照山白、胡枝子、荆条、金露梅、杜鹃、高山柳、紫穗槐。

长江区:三棵针、狼牙齿、小蘖、绢毛蔷薇、报春、爬柳、密枝杜鹃、山胡椒、山苍子、紫穗槐、马桑、乌药。

南方区:爬柳、密枝杜鹃、紫穗槐、胡枝子、夹竹桃、孛孛栎、木包树、茅栗、化香、白檀、海棠、野山楂、冬青、红果钓樟、水马桑、蔷薇、紫穗槐、黄荆、车桑子。

热带区:蛇藤、米碎叶、龙须藤、小果南竹、紫穗槐、桤木、杜鹃。

灌木的种植可以采用扦插的方式,也可采用播种的方式。灌木宜和草本植物混合种植,以充分发挥两者的优势,又避免两者的弊端,达到快速持久护坡的效果,同时具有良好的景观效果。

当草本植物和灌木采用种子混合播种时有时会遭到失败,主要原因是由于草本植物生长比较快,在草本植物生长茂盛的状况下,引起以下几种后果:

灌木的幼苗被草本植物所覆盖,其后由于光线不足而死掉;

有些灌木在其幼苗期对于枯萎病的抵抗力很差,在过分潮湿状态下会因菌害而致枯死;

由于土壤含氮过多引起枯萎病菌为害致死;

在草本植物的根部和灌木的根部处于同一土层时,由于彼此进行竞争,所以灌木会枯死。

   对于以上情况可采取限制草本植物株数和采用含氮量少的肥料类型限制草本植物生长的方法加以控制解决,通常情况下草本植物株数应控制在200~500株/m2范围内。

  1. 4.  藤本植物的选择

   目前,中国的垂直绿化主要应用于市镇园林中,公路边坡采用垂直绿化的还较少。藤本植物宜栽植在靠山一侧裸露岩石下一般不易坍方或滑坡的地段,或者坡度较缓的土石边坡。可用于公路边坡垂直绿化的藤本植物主要包括爬山虎、五叶地锦、蛇葡萄、三裂叶蛇葡菊、藤叶蛇葡萄、东北蛇葡萄、地锦、葛藤、扶芳藤、常春藤和中华常春藤等。藤本植物主要采用扦插的方式进行繁殖。

边坡生态防护是一个系统工程,边坡生态防护的主体是植物。对于边坡生态防护用植物的选择,需综合考虑边坡坡度,边坡土壤理化性质、土壤结构和土壤厚度,当地降雨和气温,以及种植目的等。

客土喷播是将优质壤土混合含有植物生长所需营养的基质材料及胶链材料加入专用设备中充分搅拌后,通过空气压缩机压缩空气经喷射枪喷附在岩基坡面上,在岩基坡面上创造出宜于植物生长的小环境,种植出可粗放管理的植物群落,最大程度地实现水土保持,恢复自然生态。

l        应用范围

客土喷播往往是在立地条件差、地质结构相对复杂的环境下进行。广泛应用于公路(铁路)、矿山、河堤山坡、及采石场等边坡绿化的生态防护工程。

l        常规材料

1.  土壤:优质耕作土

2.  基质材料:草炭土或泥炭土、草纤维或木纤维、肥料、保水剂、粘合剂、腐殖质等。

3.  设备:成型喷播机或自制设备。

4.种子:草木、灌木和花种。

5.其它:铁丝网、锚杆或制栅格网、土工格室、无纺布等。

基质材料的选择和配比是直接关系到坡面的水土保持及其喷附材料的稳定性和植物生长,因而要因坡适种、根据立地条件合理配置基质,切忌千篇一律。

l        施工流程

工序流程:坡面清理→局部地形修整→铺网→锚钉加固→喷播→植物种子及营养层的喷播→加盖无纺布→栽植苗木→苗木补植→养护管理→最后竣工验收。

客土喷播是一项比较成熟的施工方法,分为干法喷播和湿法喷播。在整个过程中,关键控制要点如下:

1.  根据地质、气候、坡度坡面等立地条件定制合理的施工工艺。

2.  地形整理:在挂网前清除杂草及松动岩石,对坡面转角处及坡顶部的棱角进行修整,使之呈弧状,对低洼处适当覆土夯实或以草包土回上,使坡面基本平整。坡面较高时应分级,便于施工管理和坡面稳定。

3.  挂网:目前防护所用网的种类很多。一般常用的有金属网、三维土工网垫、土工格室网等,通过锚杆将成品网固定在岩石上,起到防护作用,一般来说,坡度少于1:1的土质边坡多用三维土工网垫,坡度大于1:1的石质边坡则多用金属网或土工格室网,铺网加固要平行对接,不重复搭接,网与坡面间隙小于20㎜。

4.  钻锚孔:石质边坡硬度大,必须用风机钻锚孔,并用沙浆固锚杆,锚杆直径18~20mm罗纹钢,长度80~100㎝,高陡矿山岩石坡面锚杆长度不少于3m,每平方米不少于3根,陡坡和光滑岩石坡面要加密锚杆数量。

5.  喷播材料:由优质耕作土、泥(草)炭土、粘合剂、保水剂、植物纤维、肥料、腐殖质等组成。常规配比如下:

厚层基材喷附基层:耕作土75%,泥炭土20%,腐殖质3%(可由蘑菇肥、谷壳、木屑等加工而成)、保水剂1‰、粘合剂1.2‰;表层:粘土30~40%、泥炭土50~60%、植物纤维2%,有机肥5%、保水剂0.8~1‰、粘合剂1~1.5‰、复合肥2% ;

客土湿法喷播材料:泥炭土45%、栽植土40%、植物纤维 12%、保水剂0.8~1‰、粘合剂1~1.5‰、复合肥2%。

6.  喷播厚度:厚层基材喷附厚度不低于10㎝,其中基层7㎝,表层3㎝。

7.  喷播前一定要对批量种子发芽率进行测定并根据实际面积测定计算种子用量。

8.  对种子催芽处理进行严格检查,待种子开始萌动发芽时才能播种。

9.  草和草花与灌木种子的配比要合理,要充分考虑后期的植物演替。

10.     坡面上所选择的苗木以常绿为主,两年生、无病虫害、根系发达。

11.     喷完后盖好无纺布,加强养护管理,水的养护管理是关键因素。在炎热的夏季,保证每天浇水1~2遍。

l        添加要合理

1.  粘合剂在添加时不可一次性倒入水中,边撒边搅拌易于溶解。

2.  客土用的土壤需要混合使用,重粘土和沙土按6:4的比例进行混合并采用2cm的筛网过筛。

3.  以喷附厚度10cm计算,粘合剂的用量必须根据土质和坡度决定:陡坡宜多、缓坡则少,沙质基质宜多、粘质基质则少。但最多不超过50g/㎡,否则会造成土壤板结;最低不少于15g,效果不明显,影响工程质量。结合实际,建议施用量15~50g/㎡。

4.  保水剂的添加同样不宜过多,因为该产品具有反复吸水和释放的功能,干旱和浇水(或降雨)保水剂都会有反应,一旦添加过多,会因过度膨胀造成表体水土流失。建议使用量为10~40g/㎡。

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