不同高陡邊坡植被配置的水土保持效益研究

馮樂 韶關市水利水電勘測設計咨詢有限公司惠州分公司

現階段，種植植被的方式是邊坡防護施工最為常用的技術之一。傳統的“水泥+石板”的邊坡防護工程雖然可以基本完全保證邊坡水土不會流失，但是該防護措施基本不具有美觀性和防滾石的能力。不同植被配置對水土保護能力均有所不同，為此本文將重點對不同植被配合及配合比進行研究，通過設計植被覆蓋密度以及植被扎根深度等元素對水土保護效益的影響進行研究，通過植被特征能力挑選的方式設計4種草木結合模式，以實驗研究的方式對4中模式牢固水土效果性能進行分析，探究最適合高陡邊坡水土保護效益的植被配置。

1.研究設計

1.1 實驗概況

本文將以某國道兩側高陡邊坡的植被配置設計為實驗場地進行不同草木配比的水土牢固研究。該實驗地區整體以剝蝕低丘地貌為主，邊坡全線平均海拔高度在34～87m，平均坡度為32.1°～42.7°，邊坡朝向為東西朝向，地處亞熱帶季風氣候區，近兩年最大年降雨量約為1836.1mm，最小年降雨量約為845.6mm，年均氣溫在16.7℃～18.1℃，日均日照時長約為14.5h。

1.2 材料與方法

考慮到當地的氣候條件與周邊植物物種長勢情況，將以灌木科的洋槐、草木科的百日菊、狗牙根、早熟禾以及高羊茅等植物作為邊坡植被配置基礎植物，以多種植物結合的方式設置草木結合、花草結合、灌木草結合及喬草結合等4種植被搭配模式，每種植被搭配模式均重復3次，將此區分為12個徑流小區域，設定每個徑流小區域的種植面積為10m×5m，區域邊界可結合實際邊坡地質情況進行微調。12個小區域均按照1:1.5的坡度設定進行配置，且每個區域下層均設置3個徑流桶，就是采用七孔分流法對降雨時邊坡產流產沙進行收集。設計4種植物結合模式的徑流小區域種植布置數據如表1所示。

表1 各徑流小區配置表

實驗于2018年3月開始，將上述植被配置種植到邊坡之中，經兩年的生長與修剪所有植被均能夠達到邊坡防護的要求，并與2020年4月起進行為期一年的高陡邊坡植被配置水土效益檢測，在觀測期內還需要對當地的降雨及溫度情況進行掌握，若出現惡劣的天氣應考慮終止實驗，以保證實驗結果能夠代表多數情況下植被對水土保持效益的影響。

2.降雨數據

影響高陡邊坡水土流失的重要因素為當地降雨量與降雨強度，當坡面上方和坡面的滲水系數小于降雨量之后，雨水就會在坡面處形成匯流，進而導致坡面會在雨水的不斷沖刷下造成嚴重的沙土流失。對觀測期全年的降雨數據進行統計分析，在剔除于研究嚴重偏差的影響條件之后，從4月份開始至次年4月份的月季度降水量分別為15.8mm、57.6mm、21mm、38.6mm、74.9mm、78.6mm、91mm、185.3mm、133mm、36.2mm、71.3mm；降雨歷時有準確的記錄，經過計算得出平均降雨強度分別為20.24mm/h、4.30mm/h、7.2mm/h、0.61mm/h、0.74mm/h、0.53mm/h、0.43mm/h、0.69mm/h、1.67mm/h、0.47mm/h、0.17mm/h。由此可得出，實驗觀測期內降水特征呈季候性分布，平均降雨強度也相對較高。

3.結果與分析

3.1 不同植被配置模式下高陡邊坡的產流特征分析

經上述實驗設計與降水量的影響下得出草木結合模式、花草結合模式、灌木草結合模式以及喬草結合模式下邊坡水土產流量分別為：16.33±1.26m3、25.66±3.34m3、21.7±5.75m3、15.3±2.46m3，以實驗收集數據的年均值對4種模式的產流量進行對比，得出在實驗觀測期內各植被結合模式的水土產流大小順序為：喬草模式＜草木模式＜灌草模式＜花草模式，其中喬草和草木與花草和灌草之間差異較大(p＜0.05)，彼此間差異較小(p＞0.05)，而草木與喬草間差異較小(p＞0.05)。由此可得出，花草配置模式下邊坡水土產流量最大，并且是邊坡水土產流量最小的喬草配置模式的1.7倍，是草木配置模式的1.56倍；灌草配置模式的邊坡水土產流量是喬草的1.45倍，是草木的1.33倍。另外，在同等降雨條件下，草木與喬草的水土產流量最小，證明草木和喬草配置模式下邊坡能夠具有更高的水源儲含能力。花草與灌草兩種配置模式之所以水土產流量較大，是因為該模式下的植物種子成活率不高且植物扎根能力不強，從而導致植被成熟后覆蓋不夠密集，對上流降水的攔截能力較小，在雨水的不斷沖刷下會出現部分土壤裸露的情況，造成水土過度流失。

3.2 不同植被配置模式下高陡邊坡產沙效果分析

經上述實驗設計能夠得出花草結合模式、灌木草結合模式以及喬草結合模式下邊坡的產沙量依次為48.94±6.57kg、63.34±15.01kg、69.94±20.02kg、30.36±3.11kg，以實驗收集數據的年均值能夠得出在實驗觀測期內各植被結合模式的產沙量大小順序為：喬草模式＜草木模式＜花草模式＜灌草模式，其中灌草和花草與喬草和草木間差異較高(p＜0.05)，彼此間差異較小(p＞0.05)，草木與喬草間具在較高差異(p＜0.05)。其中以灌草模式下實驗邊坡的產沙量最大，是實驗邊坡中產沙量最小的喬草的2.3倍，是草木的1.42倍；其次是花草結合模式，是喬草的2.1倍，是草木的1.3倍，由上述數據能夠證明，在實驗觀測期內喬草與草木兩種結合配置模式具有更強的固土能力。在同等的降雨條件下，造成草木與喬草配置模式下邊坡產沙量較小的主要由于兩種植被結合模式能夠極大地緩解雨水對地面的沖擊力，且植被覆蓋面積較廣能夠在植被之間形成防護罩，可以進一步降低雨水對邊坡土壤的侵蝕。

3.3 不同植被配置模式下高陡邊坡土壤侵蝕量分析

經上述實驗設計能夠得出花草結合模式、灌木草結合模式以及喬草結合模式下邊坡土壤的侵蝕情況為977.81±132.68t/km2、1265.67±302.4t/km2、1398.1±363.9t/km2、606.49±262.8t/km2，經分析得出在實驗觀測期內各植被結合模式下邊坡的土壤侵蝕程度為：喬草模式＜草木模式＜灌草模式＜花草模式，其中灌草和花草與喬草和草木間差異較高(p＜0.05)，彼此間差異較小(p＞0.05)，草木與喬草間具在較高差異(p＜0.05)。4種植被結合模式中以花草模式下邊坡土壤的侵蝕量最大，是實驗邊坡中土壤侵蝕量最小喬草的2.3倍，是草木的1.44倍；灌草結合種植模式次之，是喬草的0.7倍，是草木的0.85倍，由此能夠證明，本文設計的喬草與草木兩種配置種植模式下邊坡土壤的抗侵蝕能力最強，造成該現象的主要原因一部分與上述植被覆蓋率有關，另一部分與植被的扎根深度與根系廣度有關。

4.結論

綜上所述，影響高陡邊坡水土保障效益的因素很多，如當地的降水量、降水強度以及防護方法等。就上述4種植被結合種植模式而言，以“樹木+草本植物”的防護方式最為有效，這種邊坡防護方式共能夠形成四層防護結構，即由樹冠間組成的一級緩沖防護、由草本植物在地面上形成的二級緩沖防護、由草本植物根系在地表中形成的三級表層土壤牢固防護以及由樹木根系在深層土壤中形成的四級土壤牢固防護。

本文設計的高陡邊坡指標配置保障效益影響分析中，選擇草木結合、花草結合、灌草結合以及喬草結合4種模式為基礎進行研究，在于上述4種植被配置模式均具有較高的恢復能力且便于觀察，而灌木科的植物均具有扎根密度高扎根范圍廣的能力，但是在高陡邊坡下灌木會嚴重影響底層草本植物的生長，甚至灌木底層不會生長任何植物，進而導致在水流的沖刷下形成溪流，邊坡土壤會從溪流中不斷流失，進而使得灌木草結合模式下邊坡水土保持效益會低于喬木和草木配置模式。因此，我國的高陡邊坡指標配置防護模式應當結合當地情況，合理的選擇喬木或草木結合配置方法進行邊坡的水土防護工作，提高高陡邊坡土壤自身的牢固能力。