云南安楚高速公路岩石边坡生态恢复植物适应性研究

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简介： 针对云南高速公路岩石边坡生态恢复技术研究课题中的植物选择及配置方面进行研究, 在对云南省安楚高速公路沿线自然环境条件分析及野生植物资源调查的基础上, 进行植物生长试验, 并以安楚高速公路岩石边坡作为工程示范点, 对适用的植物种类、种子配方进行研究。并对灌草关系进行分析, 对边坡绿化施工工艺提出改良意见。
关键字：高速公路 岩石边坡 生态恢复 植物 灌草关系

Abstract: Aiming at the selection and collocation of plants for the expressway rocky side slope ecological recovery in Yunnan , the research on plants growing was carried out based on investigation of the natural condition and analysis of wild plants resources along Anchu expressway in Yunan1 Using the expressway as demonstration project , the authors focused on the study of adaptive plants and the collocation of seeds1In addition , the relationship between shrubbery and grasses was also analyzed and the improving measures were recommended about construction process of ecological recovery on rocky side slope。

Key words: Expressway ; Rocky side slope ; Ecological recovery ; Plants ; Relationship between shrubbery and grasses

　　近年来, 随着云南经济的飞跃发展, 国家每年都在高速公路的建设中投入大量资金。在开山辟路的过程中, 造成大量原始地貌的破坏, 加之云南的地形地貌多有山高沟深的特点, 形成大量裸露的岩石边坡。据估计, 云南省因修建高速公路和其它工程建设每年将产生约300 万m2 的岩石边坡。如何因地制宜采取合理的办法来进行高速公路岩石边坡生态恢复及环境治理一直是政府和交通部门比较棘手的问题。目前云南省岩石边坡生态恢复主要采取客土喷播技术及其它绿化措施, 无论何种绿化措施的成功都需建立在边坡绿化植物适应、生长的基础上, 针对高速公路复杂的地质和自然环境条件, 研究对岩石边坡适应性良好,绿化效果好的植物成为岩石边坡生态恢复的重中之重, 是实现公路交通与环境可持续发展的根本出路。

1　研究目的和方法

　　为筛选出适合滇中地区安楚高速公路适生的边坡植物品种, 同时解决绿化施工中灌木与草本植物难于实现共同生长等问题, 我们主要在3 个方面进行深入研究: (1) 植物品种适应性研究; (2) 灌草合理配置研究; (3) 施工工艺的改进研究。同时将整个工作过程划分为植物资源调查、苗盘试验、补充试验、人工模拟边坡试验及工程示范5 个阶段。

2　研究过程与分析

2.1　植物资源调查

　　云南省安楚高速公路位于滇中高原中部, 地形复杂, 盆岭相间, 起伏明显, 属高原构造, 以中山、低中丘陵为主。年平均气温1418～1711 ℃, 最热为每年7 月, 极端最高气温为3412 ℃, 最冷为每年1 月, 极端最低气温- 710 ℃。干湿季节明显, 降雨量受地形影响大, 年平均降雨量为82914～1 533mm , 且降雨多集中在6～10 月, 占全年降雨量80 %以上。

　　云南安楚高速公路沿线植被多属滇中山原河谷季风常绿阔叶林区, 全线海拔高差大, 植被垂直变化显著。在海拔1 700m以下多见野生及人工栽植的云南松、车桑子、短萼灰叶、赤桉、柠檬桉、圣诞树、臧柏、滇橄榄等树种, 草本以蒿草、茅草、黄竹草、戟叶酸模、狗牙根、牛筋草、云南知风草、狗尾草较多, 沿线受外来物种紫茎泽兰侵害严重。

2.2　苗盘试验(见图1)

图1 苗盘试验

　　在植物资源状况调查的基础上, 初步筛选出车桑子、戟叶酸模、云南知风草、狗尾草、牛筋草、短萼灰叶、狗牙根、木豆、黄野菊等乡土植物作为苗盘试验的主要植物品种, 同时为增加边坡植物品种的多样性, 补充云南省内公路边坡绿化效果较好的植物品种: 黑麦草、白三叶、苇状羊茅、紫花苜蓿、弯叶画眉、大翼豆、多花木兰等, 以各种不同的优势草种进行比例调节, 配置出4 个不同的植物品种配方, 利用温棚灵活方便、生长条件便于控制的特点, 模拟安楚高速公路沿线温度、湿度条件, 将植物种子配方与客土喷播基材配方结合, 进行32 个苗盘的平行苗盘试验, 植物种子配方作为一个重要因素进行评价, 在验证客土喷播材料配方合理性的同时, 也验证了植物配方的科学性。根据生长情况对各个试验苗盘进行综合评分, 并对配置合理程度进行评价。

　　结果显示, 灌木与草本植物混合撒播, 草本充分体现出发芽率高、生长快的特点, 特别是黑麦草、苇状羊茅、云南知风草等禾本科植物; 而灌木植物如车桑子、短萼灰叶等, 出芽率较低, 生长速度慢且参差不齐; 部分植物如戟叶酸模、黄野菊出现明显的不适应; 值得一提的是白三叶, 不同苗盘生长效果差异明显, 初步估计是受基材影响的结果。

2.3　补充试验(见图2)

图2 补充试验

　　为排除客土喷播材料因素、植物之间竞争关系对试验结果的影响,保证种子试验的科学性,在基材草种试验初见成效后, 选择生长最好的基材配方, 对植物种子进行补充试验, 重点观察不同植物种群在不受其它物种影响情况下的生长状况, 增强苗盘试验的说服力。

　　通过补充试验, 大部分灌木生长速度有了明显变化, 验证了灌木受草本影响的事实, 同时也验证了部分植物如戟叶酸模、黄野菊生长受基材影响严重, 表现出明显的不适应。

2.4　人工模拟边坡试验(见图3)

图3 人工模拟边坡试验

　　由于苗盘试验仅限于温棚中进行, 模拟环境条件受到一定的局限性, 为更好地验证苗盘试验的结果, 进行人工模拟边坡试验。

　　在苗圃试验基地修筑人工模拟岩石边坡,利用石质底层构筑, 重点在于模拟岩石边坡特点, 利用苗盘试验及补充试验的优秀基材及优良种子配方进行喷播试验, 配合合理的草种配方进行喷播, 观察植物生长情况, 试验结果为后期的示范工程提供前提条件。

2.5　示范工程(见图4)

图4 示范工程

　　苗盘试验和人工模拟边坡试验在一定程度上能反映种子适应性、配置合理状况, 但在温度、湿度、光照、水分条件方面与实际边坡存在差异, 这些因素也是在苗盘试验、补充试验、人工模拟边坡试验中所不能模拟的, 因此,借2004 年安楚高速公路边坡绿化全面施工的机会, 对安楚公路K76、K79 两个边坡25 000m2左右的岩石坡面进行客土喷播绿化示范, 对植物生长的适应性、灌草的合理搭配等方面进行全面观察, 详细记录植物生长情况进行综合评估。

3　结果与讨论

3.1　植物品种推荐

　　通过5 个阶段研究, 特别是高速公路实地边坡示范工程对植物的观察, 并参考沿线边坡绿化植物情况, 筛选出以安楚高速公路为代表的滇中地区适生的边坡植物, 划分为5 大类型进行介绍。

3.1.1 速生型

　　植物生长速度直接影响边坡植被的覆盖率, 对于雨季时期大面积裸露的土质坡面, 及客土喷播的新坡面, 特别需要表层植物迅速覆盖, 形成表层保护层,缓解雨水造成的面蚀及坡面水流形成的沟蚀, 从而达到减缓水土流失的目的, 并为其它植物生长创造先决条件。

　　在众多的植物中, 草本植物生长速度较快, 如多年生黑麦草、狗牙根、云南知风草、牛劲草、白三叶、大翼豆等。其中以禾本科植物如多年生黑麦草、云南知风草的生长速度最快, 能在播种后两周内实现坡面完全覆盖。豆科的白三叶、大翼豆还具有固氮根瘤菌, 且两者都是分蘖生长植物, 既能增加土壤肥力、改良土壤, 又能增加坡面覆盖率, 适合在难绿化坡面上应用。狗牙根在国内大量野生分布, 生长速度快, 分蘖能力更强, 茎节遇土易生根, 具有良好的护坡效果, 大面积狗牙根覆盖的坡面, 还能防止侵害性植物紫茎泽兰的生长, 这在云南省紫茎泽兰危害的重灾区显得尤为重要。

3.1.2 改良土壤型

　　公路边坡多有土壤贫瘠, 保水保肥性差的特点,安楚高速公路更不例外。边坡绿化选择植物光耐贫瘠、耐干旱不能保证坡面生物的可持续发展。豆科植物如木豆、短萼灰叶、猪屎豆、白三叶等具有根瘤菌, 能将空气中的氮转化到土壤中增加土壤肥力, 据资料显示, 每公顷白三叶可固定200kg氮。草本植物如黑麦草、白三叶、狗牙根等植株相对矮小, 密度高, 覆盖率大, 不但能阻断阳光对坡面表层的直接照射, 且其锁蒸腾作用产生的水汽能缓解土壤干燥的作用, 改变坡面小环境, 逐渐改变坡面土壤水肥条件,为后期野生植物生长提供良好条件。

3.1.3 反季节生长型

　　冬季(旱季) 雨水较少, 平均温度较低, 昼夜温差大, 大部分植物在冬季都普遍枯黄, 特别是草本植物, 对一年绿化的景观影响极大。其中部分植物品种具有冬季生长的特点。毛苕子、紫花苜蓿等都能在冬季生长, 维持坡面常绿景观。另外, 选择的大部分灌木品种都是常绿灌木, 虽然在冬季生长较慢, 但能维持坡面常绿景观。对旱季阳光强烈、湿度较小的情况下, 缓解坡面表层土壤温度, 调节坡面湿度, 防止坡面草本植物被太阳晒伤。

3.1.4 多年生型

　　大部分草本植物生命周期短, 如自身繁衍能力较差, 对边坡生物可持续发展极其不利。在其他高速公路绿化中, 也常有大面积植被退化而形成裸露坡面的现象。所以, 灌木护坡在长期护坡效果中起到主导,这是因为大部分灌木具有根系深、生长周期长、覆盖率高、叶片不集中凋落的特点。在安楚高速公路边坡绿化中常选择戟叶酸模、短萼灰叶、车桑子、木豆、云南松、猪屎豆、多花木兰、双荚槐、紫穗槐等多年生木本植物。在草本植物方面也选择多年生黑麦草为主的多年生草本植物。

3.1.5 景观点缀型

　　安楚公路是昆明通往滇西北、滇西南的重要通道, 是关系云南旅游业发展的重要道路, 所以坡面绿化中考虑水土保持效应的同时强调景观效果。公路沿线植物景观营造与城市庭院景观绿化有其不同之处,它的管理比庭院、城市景观绿化要粗放, 另外公路沿线景观强调高速行驶下景观的快速变化及线性韵律的变化。绿化较好的边坡, 以深绿为主基调, 适当点缀花色叶色植物, 能给边坡景观营造画龙点睛。叶色植物单价较高, 所以一般高速公路边坡绿化运用较少,常用的叶色植物有爬山虎、地锦等, 只能在深秋季节叶色随霜冻变红色, 大面积栽植景观效果也特别醒目。公路边坡绿化花色植物较多, 为节约绿化成本常以种子栽植为主, 如波斯菊、孔雀草等在安楚高速公路边坡上大量应用, 这些花色植株较一般草本植物要高大, 花朵大而醒目, 花期较集中, 在安楚高速公路沿线形成特色风景线。

3.2　灌木和草本植物的关系

3.2.1 灌草的互补关系(见图5)

　　草本植物具有生长速度快, 覆盖率高的优点; 而灌木具有生长周期长, 根系发达的优点。草本护坡在初期因有较高的覆盖率, 能减缓雨水对坡面造成的面蚀及沟蚀。然而单纯草本护坡, 养护成本较高, 且难于维持四季常绿的景观效果, 且生态群落单一, 层次结构简单, 对于恶劣气候抵抗能力差, 容易引起大面积退化, 不适合边坡生物防护的可持续发展。灌木护坡, 植株充分发育后, 灌幅扩张, 能达到铺有效的坡面覆盖, 根系深入坡面土层或岩石缝隙中, 起到生物锚杆的作用, 且用豆科灌木护坡, 其根瘤菌具有固氮作用, 能逐步增加坡面土壤肥力, 从而逐步改善坡面土壤结构, 有利于其他植物的生长。但单纯的灌木护坡存在绿化初期植被覆盖率较低、植物层次单一等问题。灌草结合的护坡形式, 充分利用草本植物速生、覆盖率高及灌木植株较高、灌幅大、根系深的优点, 形成灌草结合的混合植物护坡结构, 发挥植物间的互补依存关系, 逐渐改善坡面微环境, 实现植物护坡的可持续发展。

图5 灌草关系

3.2.2 灌草的制约关系

　　根据混合植物苗盘试验及边坡绿化实践证明, 灌木相对草本植物发芽率低且生长较慢, 草本植物生长迅速会对灌木的生长形成竞争, 一般草本植物生长旺盛的地方灌木生长稀少且矮小。灌草在相互依存的同时存在明显的制约关系。

3.2.3 灌草的比例关系

　　每平方草种的密度直接影响到灌木种子的发芽,草种的密度与灌木种子的发芽率成反比关系(见图6) 。

K = C/P

　　其中, K 为灌木生长密度; P 为草本植物生长密度;C 为常数, 其值变化比较复杂, 不同的边坡土壤条件、气候条件、坡度坡向等条件都会影响其值变化。

3.2.4 灌草施工工艺的改进

　　为了发挥灌木和草本植物的护坡有点, 缓解灌草的制约关系, 建立良好的灌草护坡体系, 可从以下几个方面对绿化施工工艺进行改进:

(1) 在保证达到基本覆盖率的前提下, 尽量减小草本植物的种植密度, 并适当地增加灌木密度数, 使两者达到最佳结合点。

(2) 绿化施工采取两步施工法, 根据灌木种子比草种发芽生长慢的特点, 方法1 : 先将灌木种子和一部分颗粒较大的草本种子与客土混合喷播到坡面上,再喷播颗粒较小的草本种子与纸浆、纤维等混合的生长层, 避免颗粒较大的种子因重力脱落引起的分布不均匀。方法2 : 前期利用速生草本植物迅速覆盖坡面, 再栽植灌木袋苗。

(3) 在客土喷播的基材中, 混合部分为开挖坡面表层腐殖土进行喷播。利用当地腐殖土中含有大量当地野生物种种子, 这些植物具有很强的适应性, 为边坡植物多样性, 协调边坡绿化与周边景观一致, 还为后期当地植物入侵提供条件。

图6 灌草关系曲线

4　小结

　　在对滇中安楚高速公路沿线植物资源调查的基础上, 根据沿线气候、土壤等方面环境条件, 利用苗盘试验对植物品种对基材适应性及灌草合理比例进行配置试验, 同时利用补充试验, 排除基材对苗盘试验对植物生长造成的影响; 进行人工模拟边坡试验, 人工模拟岩石边坡进行4 个草种的配方试验, 并将试验配方应用到示范工程中, 观察边坡实地植物生长情况,对全线边坡绿化的植物生长情况进行评价, 分析出灌草种子合理品种, 及灌草的配比关系, 并提出施工改良意见, 对滇中地区甚至整个云南省高速公路边坡绿化特别是岩石边坡生态恢复起一定的参考作用。

参考文献:

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