黃土地區公路路塹邊坡植物恢復新技術應用研究

趙麗芳

（大呼高速公路建設管理處，山西 大同 037000）

0 引言

在公路的修建過程中，大量的土石方填挖作業會形成較多的裸露坡面，不可避免地會對周邊生態環境產生一定的影響和破壞。其中，路塹坡面由于大多為生土層，有效養分貧乏，土壤結構破壞，降水和風蝕導致坡面的水分養分流失，均不利于實施植被恢復技術措施。

目前，邊坡植被恢復技術方面已有較多措施，如三維植被網、液壓噴播、客土噴播、噴混植生技術等。三維網植草法只適用于坡率較緩的邊坡，應用范圍狹窄，養護成本高，植物成活率低；液壓噴播技術耗費資源多，護坡效果差，植物成活率低，固坡效果差，坡面易坍塌破裂；客土噴播技術施工工藝繁瑣、養護過程長，養護成本高，適應范圍狹窄；噴混植生技術施工操作復雜，坡面易破裂坍塌，固坡效果差，養護操作復雜并且時間長。以上幾種技術要在短期內達到較好的綠化效果，需要投入的成本也較高，大多在100元/m2以上[1-2]。而點多線長的高速公路限制了養護車輛和人員的正常作業，養護也較為不便，養護期的投入將隨著時間的推移和巖石的風化，混凝土的老化和鋼筋的腐蝕，也會越來越大[1]。因此，本文在山西北部寒冷、干旱、風沙地區開展公路植被恢復新技術研究，探索施工和養護成本較低的成套技術，對于植被恢復行業的技術進步，對于今后自然條件相同或相近地區高速公路建設中的植被恢復技術借鑒，均具有重要意義。

1 項目概況

大同至呼和浩特公路大同至右衛段（簡稱大呼高速公路）起于本項目公路與得大高速相連而新建的戶部立交樞紐，迄于右玉縣殺虎口村，連接內蒙古和（和林格爾）殺（殺虎口）公路。路線全長103.18 km，全線采用四車道高速公路技術標準。經統計，全線3 m高以上的邊坡約有480處，總長度達到近40 km。

項目區域屬于干旱和半干旱氣候區，土壤質地大部分為質地較輕、遇水立即分散、抗蝕力低的黃土母質，是全國水土流失最為嚴重的地區之一。該地區多年平均降雨量為400 mm左右，屬于典型的干旱少雨地區。

2 植被恢復技術總體原則和思路

2.1 總體原則

a）與道路安全、路基防護設計相結合，確保道路運輸安全。

b）優先考慮植被恢復和防治水土流失等生態功能，兼顧美化和景觀效果。

c）選擇成活率高、壽命長、養護成本低和管理較粗放的綠化方案，不得引進入侵樹種。

d）綠化方案應盡量與周圍景觀、自然環境相協調，創造優美和諧的行車環境。

2.2 設計思路

著眼于公路植被恢復設計、施工和養護的全過程開展植物、種植工藝和養護方案的選擇工作。首先，在對項目當地的鄉土植物調查的基礎上，篩選采用檸條為邊坡綠化的主要樹種，檸條屬于豆科植物，根系極為發達，主根入土深，株高為40～70 cm，最高可達2 m左右，是水土保持和固沙造林的重要樹種之一，屬于優良的固沙和綠化荒山植物[2]。在種植工藝的選擇和養護方案方面，本研究選用了一定面積不同土質邊坡的試驗段開展了秸稈育苗缽一體化綠化技術的應用示范。通過試驗段的試驗、數據觀測、效果驗證，最終優化確定植被恢復技術方案，并在全線進行推廣。

3 試驗段采用技術及效果

3.1 秸稈育苗缽一體化綠化技術

本技術采用國家專利產品——秸稈育苗缽為容器育苗進行路塹邊坡的綠化。利用秸稈育苗缽進行綠化，缽苗一體化栽植，成活率高，不緩苗，可實現真正意義上的帶土栽培，且育苗缽材料在土壤中容易分解，能增加土壤有機質和提高土壤肥力。

采用秸稈育苗缽育苗，并進行缽苗一體化坡面栽植。采用秸稈育苗缽作為植物發育初期的育苗容器，并填充科學配方的營養基質，坡面綠化時育苗缽和植物一體化栽植，育苗前使育苗缽吸水達到飽和，可提供植物生長初期的養分和水分需求[3]。同時，植物為護根苗，移栽不會對苗木的根系產生擾動和損傷，更利于苗木的成活和生長，一旦苗木木質部發育完成，即具有抗凍的作用，因此，這項技術具有明顯的抗旱、抗寒效果。

3.2 邊坡臨界坡率和臨界坡長的研究

坡率和坡長因子是影響邊坡土壤沖刷量的主要地形因素，而邊坡土沖刷量的多少直接影響邊坡的穩定性，在一定范圍和條件下，土壤養分和水分流失量對邊坡植被的生長影響較大。

基于黃土地區植被防護、土壤侵蝕、植被的生態水文效應研究和大呼高速公路路基邊坡設計中采用的邊坡坡率（1∶0.75和1∶1）和坡長（3 m），提出并確定了本項目土壤侵蝕的臨界坡率和臨界坡長。

在自然降雨條件下，經過對不同土質和不同坡率的侵蝕量分析，測定得出表1。

表1 不同土質和坡率下的年均侵蝕量 t/km2·a

從表1可以看出，在相同雨強和雨量情形下，均存在隨坡率增大，侵蝕量呈增大的趨勢，可以認為1∶0.75為該工程沿線不同土質的臨界坡率，即為侵蝕量最大的坡率。邊坡施工中可盡量避開臨界坡率范圍，減少坡面土壤的流失量，為植物生長提供良好的水肥環境，降低了坡面土壤的改良和恢復技術要求，為植物的生長提供了一個相對穩定的土壤環境，更有利于提高綠化的成活率。

根據我國的土壤侵蝕強度分級指標和本地區高速公路邊坡現場情況來看，坡面平均侵蝕深度大于4 mm/hm2時，坡面就出現較為嚴重的沖刷。因此，可以認為此時采取植草防護已無法滿足沖刷防護的要求，應采取相應的工程防護措施，坡面平均土壤侵蝕深度為4 mm/hm2時的坡長即為臨界坡長。臨界坡長的研究采用的是現場試驗和數學模型的方法，不同土質不同坡率年均侵蝕深度的試驗結果見表2。

表2 風化巖土、粗質粉砂土、鹽漬土夾砂土液化土、濕陷性黃土4類土年均侵蝕深度 mm/hm2

從表2可以看出，隨著坡長的增加，坡面土壤侵蝕深度也呈增大的趨勢。以坡長（x）為自變量，邊坡年侵蝕深度為因變量（y），建立表2坡長與年平均侵蝕深度關系預測趨勢線，結果表明二者最佳擬合為對數關系：

因1∶0.75為臨界坡率，工程應避開此坡率取值。因此，該方程適合求解臨界坡長的數學模型，根據侵蝕強度分級指標求得4種土質類型邊坡坡率為1∶1時的臨界值約為10.5 m。

3.3 填充基質的研制

采用深打孔并填充基質法。針對生土層養分缺乏、干旱缺水、沙化嚴重的缺點，采用深打孔基質與生土混勻填充的方法，使土壤中水肥環境得到明顯的改善，有利于小苗快速發育，提高抗性，成活率高。基質與生土混勻后，可改善植物生長的小環境，為植物生長提供充足的養分條件，也減少了遠運種植土填充栽植孔的費用。

采用的基質分為秸稈育苗缽內的填充基質和栽植孔內營養土配制基質，缽內填充基質成分組成為壤土+農家肥+礦粉（顆粒狀的硅石、珍珠巖和粗砂）+復合肥，組成比例為50%+15%+25%+10%。栽植孔內營養土基質的配制，首先對邊坡土壤進行理化性質分析，針對不同土質條件配制不同成分的營養基質，提供植物生長所需的各種元素。

3.4 試驗段養護及效果

栽植初期的養護主要是澆水，裝苗后要及時灌足第一次水，以濕透全部營養土為宜。植被發育期間，每天澆水2次，養護期約為10 d。當植被生長成形，根系已穿透育苗缽后，深入邊坡原有土壤時，即可實現“零養護”[1]。

如植株根莖沒有木質化時，易受冬季凍害，因此，需在栽植當年的冬季進行冬季養護。主要方式是在入凍之前（第一次霜降之后）澆防凍水，灌水保溫利用水熱容量大的特點，保持土溫較少凍土深度，減少地面熱輻射，能顯著減輕凍害程度[1]。

2009年8月，采用該植被恢復技術在本項目實體工程路塹邊坡栽植檸條12000 m2，坡面土壤有粗質粉砂土、膨脹土、濕陷性黃土等類型，土壤構成較為復雜，栽植當年年均降水量442.8 mm，年平均氣溫3.6℃，極端最高溫36℃，極端最低溫-40.4℃，對植物生長極為不利。栽植當年進行了一次冬季養護，次年植被存活率達到了90%以上。

秸稈育苗缽一體化綠化技術成本計算將秸稈原料費、黏合劑費用、制缽機械費用、人工費、電費和水費均包括在內，將秸稈育苗缽大棚育苗和上坡打孔栽植及養護費用均計算在內，秸稈育苗缽綠化成本約為20元/m2。

4 整體采用該技術后的效果及效益分析

經過試驗段的試驗驗證，該技術在本項目的邊坡綠化中取得了較好的環境效益和經濟效益，因此，在全線加以推廣應用。選用了本項目中部分土質較差（如濕陷性黃土、膨脹土、風化砂巖等）的路段采用該技術，推廣的面積約為50000 m2，該技術的工程方案總投資為98萬元，原設計圬工防護的總投資約為590萬元[4]，該技術比原圬工防護方案總投資節約83%以上。

采用本技術綠化后只需在坡面栽植后進行10 d左右的澆水養護，即可實現零養護，與周邊的植被群落一樣依靠自然降水實現自然生長，大大地提高了養護便利化水平，節約了大量的養護成本。

經觀測，采用該技術的不同土質和地質邊坡在綠化3年后，基本建立了穩定、覆蓋度高的植被生態系統，依靠檸條根系強大的橫向加筋，縱向錨固作用，基本實現了穩定坡面的效果，運行7年來，邊坡未發生滑坡和滑塌事件。

5 結語

本文介紹的秸稈育苗缽一體化綠化技術充分考慮了邊坡立地條件的特點，提出了保水、保肥營造植物生長小環境的綠化新技術，篩選了適應性強的鄉土植物，提出了邊坡的臨界坡長和臨界坡率，可實現后期零養護。從公路全生命周期來分析，該技術將植被恢復的施工和養護一并考慮，有效降低了養護成本，是踐行綠色交通，促進公路發展轉型升級，建設綠色公路的有益實踐。該技術成功解決了黃土地區寒、旱、沙化條件下高速公路植被成活率低、恢復困難的問題，極大地促進了植被恢復技術進步。