穴植角度對公路邊坡植被恢復的影響

張 軍，任 珺，趙乾程，閆 潔，王玉君

(1.蘭州交通大學 環(huán)境與市政工程學院 環(huán)境生態(tài)研究所，甘肅 蘭州 730070；2.甘肅省環(huán)境科學設計研究院，甘肅 蘭州 730030)

穴植角度對公路邊坡植被恢復的影響

張 軍1,2，任 珺1，趙乾程1，閆 潔1，王玉君1

(1.蘭州交通大學 環(huán)境與市政工程學院 環(huán)境生態(tài)研究所，甘肅 蘭州 730070；2.甘肅省環(huán)境科學設計研究院，甘肅 蘭州 730030)

公路邊坡；植被恢復；穴植角度；多重比較；成活率；株高

為了對蘭州(新城)至永靖沿黃河快速通道邊坡植被進行恢復，選取沙冬青、紫穗槐、梭梭、花棒和檉柳等5種本地苗木作為邊坡植被恢復物種，在坡比為1∶0.75的坡面上采用3個穴植角度90°、60°和30°進行人工移植，對苗木在3個穴植角度下的成活率和株高進行比較。結果表明：同種苗木的成活率因穴植角度不同而不同，穴植角度為60°時苗木的成活率最高、生長最好；不同苗木在同一穴植角度下成活率不同，花棒在穴植角度為90°時成活率不足50%；在邊坡防護工程中使用較少的沙冬青抗逆性強、根系發(fā)達、固沙保土性能好，并且在穴植角度為60°時的成活率高達92.5%，可以大規(guī)模應用。

近年來，我國高速公路建設進入了迅猛發(fā)展時期，截至2014年底，全國高速公路總里程為11.19萬km，居世界首位。公路建設中，產生大量無法自然恢復的巖土邊坡，破壞了原有的表土層及原生植物群落，加劇了水土流失和生態(tài)惡化，甚至威脅行車安全[1-2]。近年來，在邊坡上建立一種結構穩(wěn)定、功能完善、能夠自我維持的土壤生態(tài)系統(tǒng)，成為我國邊坡綠化和水土保持研究的熱點問題之一[3]。公路邊坡的生態(tài)防護作為公路綠化的一個重要組成部分，具有多種功能[4]，除了穩(wěn)定邊坡，防止土壤風化及水土流失，還能有效地阻滯煙塵、飄塵和交通噪聲，并吸收汽車尾氣中的有害氣體，減輕污染[5]，產生良好的經濟效益、社會效益和生態(tài)效益[6]。

蘭州(新城)至永靖沿黃河快速通道(以下簡稱“蘭永一級公路”)是甘南州、臨夏州與青海、河西走廊及新疆之間交通往來的重要通道，是蘭州市南濱河路“黃河風情線”的延伸段，是整合區(qū)域特色旅游資源、打造沿黃河特色生態(tài)旅游線路的重要通道。因此，開展典型路段的生態(tài)防護技術研究，對于降低工程造價，保證路基施工質量和黃河水質，確保該條高等級生態(tài)公路工程建設質量和建設水平，都具有重要意義，也尤為迫切。本課題屬于蘭永一級公路建設的一部分。蘭永一級公路處于干旱地區(qū)，在自然條件下邊坡植被很難恢復，為此分析了不同植物種及不同穴植角度對邊坡植被恢復的影響。

1 研究區(qū)概況與試驗方法

1.1 研究區(qū)環(huán)境

研究區(qū)為蘭永一級公路K35+495—K35+768路段，地處隴西黃土高原的西北部，大部分地區(qū)為黃土覆蓋，沿線地貌類型為丘陵溝壑與河谷階地。屬中溫帶半干旱大陸性季風氣候，多年平均氣溫9.4～9.8 ℃，年均降水量281.2～327.0 mm，年均蒸發(fā)量1 446.4～1 500.0 mm，≥10 ℃年有效積溫2 989～2 950 ℃，無霜期165～177 d，最大凍土深98～102 cm。土壤類型主要有黃綿土、栗鈣土、灰鈣土和灌淤土等。植被類型屬半干旱草原植被，林草覆蓋率10%～25%。研究區(qū)內主要河流有黃河及其支流湟水河。水土流失類型以水力侵蝕為主，土壤侵蝕模數(shù)平均為2 600 t/(km2·a)，其中河谷階地區(qū)為2 000 t/(km2·a)，丘陵溝壑區(qū)為4 000 t/(km2·a)。

根據(jù)蘭州階段降水量大、降水年內分布不均勻、全年蒸發(fā)量大于降水量、氣候干燥的特征，在植物的選擇中應注重植物的氣候適應性、土壤適應性，以及抗寒、抗旱、抗沖刷等特性；采取的工程措施應以增強邊坡的穩(wěn)定和邊坡坡面的抗風沙侵蝕、雨水沖刷為重點。

1.2 試驗材料與方法

土工格室護坡是在展開并固定在坡面上的土工格室內填充種植土，然后均勻撒(噴)播草種進行綠化的一種護坡技術[7]。由于土工格室能對流水起到緩速消能作用，可促使其攜帶物沉淀在格室中，有效避免草籽及幼苗被雨水沖走，大大提高了草被覆蓋度，在目前的工程建設中得到了越來越廣泛的應用[8]，因此本試驗采用菱形土工格進行護坡。同時，邊坡植物的選擇尤為重要，要以本地鄉(xiāng)土植物種為主、外來優(yōu)良植物種為輔，植物材料須繁殖方便、適應性強[9]。通過對路線所在區(qū)域不同立地類型和植物分布的實地調查與分析，篩選出抗性強、易成活、易生長的鄉(xiāng)土植物作為生態(tài)防護設計的主要材料，所選植物種為沙冬青(Ammopiptanthusmongolicus)、紫穗槐(Amorphafruticosa)、梭梭(Haloxylonammodendron)、花棒(Hedysarumscoparium)、檉柳(Tamarixchinensis)。

試驗邊坡坡比為1∶0.75，菱形土工格邊長為1.5 m，在1.5 m×1.5 m的菱形土工格中平均分布有16個移植穴(圖1)。將根系和高度基本一致的同種苗木按照90°、60°和30°的穴植角度(圖2)分別移植在不同的土工格內，每個穴植角度6個重復，即6塊菱形土工格。移植后每3 d人工噴灌1次，30 d后調查同種苗木同穴植角度的6塊菱形土工格中植株的成活率，90 d后在每塊菱形土工格中選3株具代表性的苗木測定同穴植角度的植株平均株高。

圖1 護坡土工格中苗木移植穴分布示意

圖2 土質急坡苗木穴植角度示意

1.3 數(shù)據(jù)處理方法

用STATISTICA(Version 6.0)軟件進行數(shù)據(jù)處理，對沙冬青、紫穗槐、梭梭、花棒、檉柳5種苗木的成活率進行種間和處理間鄧肯氏多重比較檢驗，并對5種苗木90 d后的株高做處理間鄧肯氏比較檢驗。

2 結果與分析

2.1 穴植角度對苗木成活率的影響

對沙冬青、紫穗槐、梭梭、花棒、檉柳5種苗木的成活率進行鄧肯氏多重比較檢驗，結果見表1?？傮w上，穴植角度為90°和60°時，沙冬青、紫穗槐、梭梭、花棒、檉柳5種苗木的成活率差異極顯著；穴植角度為30°時，5種苗木的成活率差異較顯著。當穴植角度為90°時，沙冬青、梭梭、檉柳的成活率沒有顯著性差異，但顯著高于花棒的成活率，顯著低于紫穗槐的成活率。當穴植角度為60°時，沙冬青、紫穗槐的成活率沒有顯著性差異，梭梭、檉柳的成活率沒有顯著性差異，但花棒的成活率顯著高于梭梭、檉柳的成活率，顯著低于沙冬青、紫穗槐的成活率。當穴植角度為30°時，沙冬青、紫穗槐的成活率沒有顯著性差異，梭梭、花棒、檉柳的成活率沒有顯著性差異，但沙冬青、紫穗槐的成活率顯著高于梭梭、花棒、檉柳的成活率。

表1 蘭永一級公路邊坡穴植苗木的成活率及多重比較結果

注：表中數(shù)據(jù)為6個重復的平均值；F值標“***”表示處理間或種間差異極顯著(P<0.001)，標“**”表示處理間或種間差異較顯著(0.0010.05)；帶有相同大寫和小寫字母的平均數(shù)，分別表示種間和處理間經過鄧肯氏多重比較檢驗沒有顯著性差異(P>0.05)。

對5種苗木不同穴植角度處理間進行鄧肯氏多重比較檢驗，總體上，沙冬青、花棒在不同穴植角度的成活率差異極顯著，紫穗槐、檉柳在不同穴植角度的成活率差異較顯著，梭梭在不同穴植角度的成活率無顯著差異。沙冬青在穴植角度為60°時的成活率顯著高于穴植角度為30°、90°時的成活率，而穴植角度為30°時的成活率顯著高于穴植角度為90°時的成活率。紫穗槐在穴植角度為30°、90°時的成活率無顯著性差異，但均顯著低于穴植角度為60°時的成活率?；ò粼谘ㄖ步嵌葹?0°時的成活率顯著高于穴植角度為30°、90°時的成活率，而穴植角度為30°時的成活率顯著高于穴植角度為90°時的成活率。檉柳在穴植角度為60°、30°時的成活率無顯著性差異，但均顯著高于穴植角度為90°時的成活率。

2.2 穴植角度對苗木生長的影響

對沙冬青、紫穗槐、梭梭、花棒、檉柳5種苗木在不同穴植角度的株高進行鄧肯氏比較檢驗，結果見表2?？傮w上，紫穗槐、梭梭在不同穴植角度下的株高差異極顯著，沙冬青、檉柳在不同穴植角度下的株高差異較顯著，花棒在不同穴植角度下株高差異顯著。沙冬青在穴植角度為90°、30°時的株高無顯著性差異，但顯著低于穴植角度為60°時的株高； 紫穗槐在穴植角度為90°、30°的株高無顯著性差異，但顯著低于穴植角度為60°時的株高；梭梭在穴植角度為30°時的株高顯著高于穴植角度為90°時的株高，顯著低于穴植角度為60°時的株高；花棒在穴植角度為30°時的株高顯著高于穴植角度為90°時的株高，顯著低于穴植角度為60°時的株高；檉柳在穴植角度為90°、30°時的株高無顯著性差異，但顯著低于穴植角度為60°時的株高。

表2 蘭永一級公路邊坡穴植苗木的株高及鄧肯氏比較結果

注：表中數(shù)據(jù)為6個重復的平均值；F值標“***”表示處理間差異極顯著(P<0.001)，標“**”表示處理間差異較顯著(0.0010.05)。

3 結論與討論

同種苗木在不同穴植角度下成活率不同，穴植角度為60°時5種苗木的成活率最高、株高最大，故穴植角度宜選為60°。不同苗木在同一穴植角度下成活率不同，花棒在穴植角度為90°時成活率不足50%。

本研究大膽使用了在邊坡防護工程中使用較少的沙冬青。由于沙冬青抗逆性強、根系發(fā)達、固沙保土性能好，并且本試驗表明在穴植角度為60°時的成活率高達92.5%，因此可以大規(guī)模應用。

護坡工程的后期監(jiān)督管理存在很大的問題，例如管理滯后、管理不善等，致使植被得不到及時修復、邊坡失穩(wěn)等，導致邊坡生態(tài)防護工程的防護達不到預期效果，也影響了護坡技術的推廣應用。因此，在研發(fā)生態(tài)防護技術的同時，應重視完善相應的規(guī)范、制度，提高邊坡防護的質量。

[1] 譚少華,汪益.高速公路邊坡生態(tài)防護技術研究進展與思考[J].水土保持研究,2004,11(3):81-84.

[2] 呂廣亮.高速公路對生態(tài)環(huán)境建設的沖突與貢獻分析[J].生態(tài)經濟,2014,30(7):172-174.

[3] 劉春霞,韓烈保.高速公路邊坡植被恢復研究進展[J].生態(tài)學報,2007,27(5):83-87.

[4] 蘆建國,于冬梅.高速公路邊坡生態(tài)防護研究綜述[J].中外公路,2008,28(5):29-32.

[5] 劉敬霜,艾曉寧,龐立果.公路建設與環(huán)境保護[J].山西建筑,2008,34(2):346-347.

[6] 郝巖松,王國兵,萬福緒.我國高速公路生態(tài)邊坡的建設及生態(tài)評價[J].水土保持研究,2007,14(4):257-262.

[7] 王廣月,孫秀玲,魏金祥.土工格室防護邊坡抗沖刷規(guī)律試驗研究[J].水土保持通報,2013,33(5):69-72.

[8] 曾曉輝.土工格室在挖方邊坡中的應用[J].山西建筑,2011,37(9):87-88.

[9] 趙明坤,劉秀峰,唐成斌.高等級公路邊坡綠化草被植物篩選及其生物學特性[J].貴州農業(yè)科學,2004,32(2):18-21.

(責任編輯 徐素霞)

甘肅省交通廳科技資助項目(2013-09)

S157.43

A

1000-0941(2017)03-0052-03

張軍(1975—)，男，甘肅慶陽市人，工程師，博士研究生，甘肅省環(huán)科院環(huán)境生態(tài)研究所副所長，主要從事干旱區(qū)生態(tài)環(huán)境保護與恢復技術研究；通信作者任珺(1968—)，男，甘肅張掖市人，教授，博士生導師，博士，主要從事環(huán)境生態(tài)學領域的教學與科研工作。

2016-06-19