香根草在石吉高速公路棄渣場治理中的應用

魏 偉，張 聃，張靖宇，秦曉蕾

（江西省水土保持科學研究院，江西南昌330029）

隨著社會經濟的發(fā)展，各類開發(fā)建設項目造成的人為水土流失現(xiàn)象日益突出，作為重要基礎設施的高速公路在建設過程中，具有擾動范圍廣、破壞面大、土石方工程量多的特點。高速公路建設所產生的棄渣，特別是隧道開挖多余的棄渣，在經過綜合利用后還不能平衡的時候，需要設置棄渣場來堆放，而棄渣場的設置一般選擇在地形低洼處或溝谷之中，由于棄渣多采用自然堆置，堆渣量大，渣體未經碾壓，形成裸露的松散堆積邊坡，邊坡處于臨界狀態(tài)，極易發(fā)生水土流失危害，給周邊環(huán)境帶來不良后果。因此，高速公路建設中棄渣場的恢復效果如何，顯得尤為重要。在采用植物防護方式進行生態(tài)恢復日益受到重視的今天，如何選擇一種既能夠節(jié)省投資，又能適應惡劣立地環(huán)境，快速、有效并取得較好生態(tài)恢復效果的防治措施，是一個全新的課題。

已有研究表明，香根草在高速公路路基邊坡水土流失防治方面成效顯著，在一定程度上可以代替工程護坡措施［1，2］，但香根草在棄渣場植被恢復中大面積實際使用還不多。筆者通過香根草在石吉高速公路棄渣場的應用進行總結，進一步探討香根草在其他工程中棄渣場應用的可行性。

1 項目概況

江西石城至吉安段高速公路是泉南高速公路江西境內的東段，路線全長190.719 km，由東向西經贛州市的石城縣、寧都縣、興國縣和吉安市的泰和縣，項目沿線地貌類型以中低山、丘陵、微丘高崗地為主。土壤類型主要以紅壤為主，非地帶性土壤類型有水稻土和紫色土。項目沿線屬亞熱帶濕潤季風氣候區(qū)，四季分明，雨量充沛，多年平均降水量1 400～1 800 mm，10年一遇最大24 h降雨量為322 mm，多年平均氣溫15.5℃～19.4℃，項目沿線區(qū)域成土母質以泥質巖類、砂質巖類、花崗巖類和近代河湖沖積物為主。

石吉高速公路于2008年9月開工建設，2010年9月通車，全線設橋梁30 083延米/139座，其中特大橋2 268延米/2座，大橋24 295.3延米/83座，隧道20 821延米/19座，橋隧比為27.1%，全線設置有100處渣場，在已采取植物措施進行恢復的渣場中，有15%的渣場采用了香根草進行防護，且渣場多為隧道棄渣。

2 香根草生物工程技術護坡原理及效果

2.1 香根草的特點及其護坡原理[1]

香根草生物工程技術是舉世公認的實用技術，已有一百多個國家在公路、鐵路、堤壩等不同領域中應用，早在10年前被國際評估委員會評為全球71項持續(xù)發(fā)展技術中最為優(yōu)秀者，從而獲得約翰可持續(xù)發(fā)展獎。

香根草成為防治土壤侵蝕、提高斜坡穩(wěn)定性的世界公認首選理想植物在于其有以下特點[2]：

（1）香根草長勢挺立、莖稈堅硬、生長旺盛、3～4個月可基本長成籬笆，從而發(fā)揮減緩侵蝕、阻擋泥沙的作用。

（2）根系發(fā)達、網狀交錯深扎土體，一年間一般可深入地下2～3 m，隨著生長年限伸延，根系越長越深，最深可超5 m。

（3）濃密長大的葉子，光合蒸騰作用大。在民用建筑中，坡地坡度大，香根草籬垂直行距與農田相比更近，多為1 m以下，因而水分散失更大。一旦草籬形成，其強大的蒸騰作用對斜坡的穩(wěn)定更有利；根系張力強，其抗張強度為40～180 MPa，平均為75 MPa。

香根草的護坡原理：香根草發(fā)達深扎的根系在土層內形成一排排抗滑的“生物樁”，猶如活的鉚釘，大大加強土體的抗剪強度，從而固結土壤，防止淺層滑坡；同時，發(fā)達的根系交錯連接，形成高密度的地下網狀結構，對土體發(fā)揮像鋼筋似的增強作用而阻擋塌方；在地表上香根草籬濃密、堅硬的莖葉形成“籬笆墻”而攔截地表徑流；蒸騰加快了土壤的固結和硬化；莖葉的覆蓋有效地緩沖雨滴的擊濺力、減緩地表雨水的沖刷力，防止表土流失，從而達到保持水土、抗滑、固土護坡的效果[3][4]。

2.2 防護效果

石吉高速公路渣場采用香根草防護2年后，渣場水土流失得到有效控制，裸露地表得到有效覆蓋，渣場土壤得以改良，其初步顯示特點如下：

2.2.1 快速綠化，保持水土

觀察所見，各渣場香根草栽植后經5～12 d緩苗期，陸續(xù)返青成活，不斷長出新葉、新苗。生長一個季節(jié)，平均每叢株數(shù)增至12～15株，多的超過20株；主莖株高達1 m以上。5月底至8月上旬旺盛生長，一行行草籬已初步形成，大都已是很繁茂，每叢株數(shù)再次成倍增長。據(jù)2011年10月調查，2009年種植的香根草平均每叢在60～80株，株高超越1.2 m。2010年種植的香根草平均每叢30～40株，占總面積的70%～80%，好的超50株，占總面積的10%～15%，最差的20株以下，占總面積的10%以下。表現(xiàn)出香根草耐瘠、耐旱，適應能力強，發(fā)蔸（分蘗）快，生長勢強，易成繁茂草籬。從兩年栽植不同長勢看出，香根草在栽植第二年，比第一年更盛，所形成一行行草籬更加茂密，其保持水土效果更強，即使不加護理其效果也將延續(xù)不斷。

2.2.2 根系發(fā)達，固土護坡

香根草生長一個季節(jié)，其根系已伸入土中1 m以下，其根系發(fā)達、網狀、量多（每叢株數(shù)達到40株以上時，其每叢根系數(shù)超越50根）。從縱斷面可見，即使根系處在深1 m時，其蔸下30～40 cm幅寬中，密密麻麻根系縱橫穿插在土中，將土粒交織在一起，起到加固土層的作用。根據(jù)有關資料，香根草根系的力學特性平均抗拉強度75 MPa，約為軟鋼材極限抗拉強度的1/6，香根草的力學特性和頑強的生活力，決定其穿扎力特強，可穿扎在經推土機碾壓緊實的渣體內，從而防止滑坡的發(fā)生[4]。已實施香根草的渣體堆積坡面在香根草籬長成的兩年時間內，幾經大雨、暴雨，都未發(fā)生滑坡。

2.2.3 節(jié)省投資，可持續(xù)發(fā)展

實施香根草生物技術的投入主要是栽植香根草的各項成本，約30元/m2，其材料及資金投入約為漿砌片石護坡的1/5[5]，不僅投資省，而且效果更好。使用香根草進行渣場防護，少用了水泥、沙、片石等非再生資源，既美化了道路景觀，又改善了生態(tài)環(huán)境。

3 香根草群落穩(wěn)定性分析

目前，生態(tài)護坡工程多采用國外引進草種，容易產生植被退化和外來種入侵問題。因此，護坡植物更多地考慮選用鄉(xiāng)土植物或先鋒植物。已有研究表明，香根草不存在外來種入侵問題［1，6］。香根草在自然條件下一般不結實，也沒有根狀莖或匍匐莖，種植后僅靠分蘗繁殖，因而不會向周邊環(huán)境傳播，在區(qū)域范圍內不會成為入侵植物而造成危害。在人工種植或入侵植物長大成林時，香根草會自然退化。并且香根草生長分蘗快，可在坡面先期形成密集草帶，并通過草帶固定土壤、攔截徑流、改善坡面土壤條件，為后期鄉(xiāng)土植物入侵提供了一個相對較好的生存環(huán)境，促使鄉(xiāng)土植物逐漸入侵，最終完成植被類型的自然演替。因此，香根草在護坡工程中適宜作為先鋒植物，尤其在棄渣場邊坡生態(tài)護坡工程中，可以作為首選植物考慮。

4 結論

香根草生物工程技術在石吉高速公路渣場防護的實踐表明，雖然渣場立地條件較差，環(huán)境惡劣，但使用香根草進行渣場治理時，生態(tài)恢復效果顯著，渣場表層土壤流失得到有效控制，而且隨時間變化香根草籬防治土壤流失的效果越發(fā)明顯，經治理后的棄渣場不僅擁有較強的生態(tài)能力，而且能夠自我維持，符合低養(yǎng)護和融入自然環(huán)境的生態(tài)要求，是一種投資省、生態(tài)環(huán)保的渣場生態(tài)恢復措施，尤其在公路立地條件較差的渣場治理中具有推廣價值。

［1］夏漢平，敖惠修，劉世忠.香根草生態(tài)工程應用于公路護坡的效益研究［J］.草業(yè)科學，2002，19(1)：52-56.

［2］姚 環(huán)，沈 驊，等.香根草固土護坡工程特性初步研究［J］.中國地質災害與防治學報，2007，18(2)：63-68.

［3］ 徐禮煜.香根草研究與展望［M］.北京：中國農業(yè)出版社，1998.7-15.

［4］Diti Hengchaovanich.香根草技術在工程上的應用——穩(wěn)定斜坡，減輕侵蝕［M］.北京：中國農業(yè)科技出版社，1998.118-130.

［5］馮子元.香根草技術在道路邊坡中的應用與成本分析［J］.公路，2003，(4)：136-139.

［6］潘樹林，王 麗，辜 彬.論邊坡的生態(tài)恢復［J］.生態(tài)學雜志，2005，24(2)：217-221.