榆綏高速公路植被邊坡防護效益分析

張 梅

(榆林市林業(yè)科學研究所，陜西 榆林 719000)

榆綏高速公路植被邊坡防護效益分析

張 梅

(榆林市林業(yè)科學研究所，陜西 榆林 719000)

本文根據(jù)榆(林)綏(德)高速公路建設(shè)路段涉及毛烏素沙地沙丘、黃土丘陵溝壑和無定河河谷三種復(fù)雜地貌類型，生態(tài)環(huán)境極為脆弱的特點；根據(jù)高速公路邊坡防護植被選擇的原則，通過植物根系與邊坡巖土體的相互作用等相關(guān)試驗研究，并參閱大量文獻的基礎(chǔ)上，研究了植物根系與邊坡巖土體的相互作用機理，分析總結(jié)了高速公路植被邊坡防護效益以及適合該路段邊坡防護植被和道路兩側(cè)碎落臺景觀樹種的選擇。

高速公路；植被；邊坡防護；效益

公路是社會經(jīng)濟發(fā)展的一個必備條件，完善的公路系統(tǒng)是確保國民經(jīng)濟順利發(fā)展的先決條件[1-3]。高速公路作為全封閉式運輸通道，景觀環(huán)境效益日益成為發(fā)展中新的主題，提高綠化水平和邊坡防護效益[4-5]，已成為高速公路建設(shè)新的要求。沿途景觀環(huán)境不僅能豐富司乘人員的視覺環(huán)境效果，避免視覺疲勞，提供安全、舒適的道路環(huán)境，同時還對改善公路兩側(cè)生態(tài)環(huán)境與邊坡防護植被發(fā)揮著極其重要的作用。榆綏高速項目地處陜北榆林，路線穿越毛烏素沙地沙丘、黃土丘陵溝壑和無定河河谷三個地貌單元，地貌類型復(fù)雜，施工難度大，邊坡防護技術(shù)要求高。如何防護高速公路邊坡的生態(tài)環(huán)境，充分發(fā)揮植被護坡功能，是公路建設(shè)和管理者必須重視的問題[6-8]。為盡可能避免對原本十分脆弱的生態(tài)環(huán)境造成破壞，榆綏高速公路建設(shè)提出“綠色榆綏、生態(tài)榆綏”定位，采取建設(shè)與生態(tài)環(huán)保同步發(fā)展，動態(tài)設(shè)計的方式，對公路綠化、景觀設(shè)計進行了優(yōu)化，確保在項目建成后形成綠化景觀“點、線、面”三級格局，“喬、灌、草”相結(jié)合的立體綠化體系[9]。本文結(jié)合建設(shè)過程中邊坡防護和綠化樹種的選擇，并參閱我國高速公路建設(shè)邊坡防護的相關(guān)文獻資料，分析總結(jié)了高速公路植被邊坡防護效益以及適合該路段邊坡防護植被和道路兩側(cè)碎落臺景觀樹種的選擇，以期為今后我國同類型地區(qū)高速公路邊坡防護提供科學依據(jù)。

1 榆綏高速公路概況

榆(林)綏(德)高速公路是陜西省級高速公路榆商線的重要路段，也是陜西省“2367”高速公路網(wǎng)規(guī)劃和榆林市“兩縱兩橫”主骨架規(guī)劃中的組成部分，路線起于榆陽區(qū)牛家梁鎮(zhèn)與榆神高速公路相接，向南上跨包西鐵路，沿榆林規(guī)劃區(qū)東側(cè)設(shè)線，路線全長118.809 km，途經(jīng)榆陽、橫山、米脂、綏德四縣(區(qū))13個鄉(xiāng)鎮(zhèn)127個行政村。連通國家高速公路主干線包茂高速、青銀高速，在榆林國家能源重化工基地形成一個高速公路環(huán)線，對緩解區(qū)域發(fā)展公路瓶頸制約，推動區(qū)域城鎮(zhèn)化建設(shè)進程，加快以榆米綏鹽化工業(yè)區(qū)為代表的能源重化工基地的建設(shè)，縮短了榆林、內(nèi)蒙優(yōu)質(zhì)煤炭經(jīng)青銀高速吳堡黃河大橋出陜供應(yīng)華北、華東地區(qū)的距離，進一步暢通了我國西煤東運和北煤南運通道[9]。但是該建設(shè)路段地貌類型復(fù)雜多變，涉及毛烏素沙地沙丘、黃土丘陵溝壑和無定河河谷三種地貌，生態(tài)環(huán)境極為脆弱，在道路建成的同時，周邊環(huán)境遭到不同程度的破壞，如果不根據(jù)地形地貌和氣候特點及時進行邊坡防護恢復(fù)植被，會造成更大的水土流失和道路的毀壞，因此，采取工程措施和生物措施相結(jié)合的邊坡防護措施顯得尤為重要。

2 邊坡防護植被選擇的原則

植被護坡功能的實現(xiàn)以坡面植物的健康生長為前提。對于原始植被已被嚴重破壞的坡面，恢復(fù)其植被須遵循植被生態(tài)學的基本規(guī)律，盡可能的選擇鄉(xiāng)土樹種和鄉(xiāng)土植物品種，使植物與環(huán)境之間形成一個特有的內(nèi)部環(huán)境或植物環(huán)境的相互關(guān)系,以抵御各種災(zāi)害。

2.1 選擇適合當?shù)貧夂驐l件的植物

針對項目區(qū)生態(tài)環(huán)境以及邊坡的地形、地質(zhì)土壤條件，要選擇適合當?shù)厣L的植物種類，充分發(fā)揮其固坡作用。氣溫是選擇護坡植物的首要條件，最高和最低氣溫決定植物是否能安全越夏和越冬，因此，在陜北榆林應(yīng)選擇暖季型植物，即根系發(fā)達入土深，分生能力強，耐旱、耐寒、耐瘠薄、綠期長的鄉(xiāng)土樹種和花草。沙漠地貌護坡植物可采用沙地柏、紫穗槐等灌木樹種，碎落臺可采用油松、樟子松、旱柳、新疆楊等喬木樹種；黃土梁峁溝壑地貌和無定河河谷地貌護坡植物可用波斯菊、高羊茅、早熟禾、多年生黑麥草、紫穗槐、檸條等花灌植物，碎落臺可采用油松、旱柳、新疆楊、山杏、國槐、側(cè)柏等喬木樹種。

2.2 選擇根系發(fā)達、分生能力強的植物

植物根系對邊坡加固作用主要通過深根的錨固作用和淺根的加筋作用完成。根的直徑、長度及延伸方向共同決定了其對邊坡穩(wěn)定所起的作用。須根在土壤中生長時交錯盤結(jié)，使邊坡土體與須根成為土與根結(jié)合體，有利于加固土壤、提高抗剪強度和抗淺位滑坡的能力[4]；垂直根系穿過邊坡淺層的松散風化層，伸進基巖的裂縫中，起到樁與錨桿的作用，可將土層中的剪應(yīng)力變換成植物根的拉應(yīng)力。根系地下生長量越大，根系分布越深，保持水土能力越強，植物的抗逆性也強。根的含量越大，由植物根系提供的粘結(jié)力就越大，土體抗沖刷的能力就越大。因此，應(yīng)選擇根的分蘗能力強，根的含量多，根系抗拉強度和抗剪強度大的植物，或者根據(jù)根系特性混合播種和栽植。

2.3 選擇抗性強、耐瘠薄的植物

根據(jù)陜北地區(qū)地形地貌和氣候特點，針對生態(tài)環(huán)境極為脆弱的特征以及高速公路邊坡護坡路段地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，土壤較為貧瘠、保水性能差，養(yǎng)護強度低，管理粗放以及車流量大、污染嚴重等特點，選擇耐旱、耐瘠薄、易成活、易管護、抗性強的植物品種。適宜當?shù)刈匀粭l件的喬灌木作為綠化栽植苗木，在栽植過程中采取鋪設(shè)草簾或草方格的方式，防沙、固沙、防滑、保墑，有效地提高了苗木的成活率。因此，應(yīng)選擇耐寒、耐旱、較耐瘠薄、抗污染、抗病性強等特性的植物種，可選用樟子松、山杏、旱柳、紫穗槐、波斯菊等。結(jié)合地形地貌特點，在沙漠段挖方上邊坡將不易成活的混播草優(yōu)化為栽植紫穗槐，在骨架拱形護坡和非沙漠區(qū)的上邊坡中增加波斯菊，有效地點綴了坡面綠化效果，同時，在碎落臺增加樟子松等常綠喬木，并間隔栽植山杏等灌木，確保營造四季常青的綠化效果。

3 植物根系與邊坡土體的相互作用

3.1 草本植物根系與邊坡巖土體的相互作用

草本植物的根系為直徑小于1 mm的須根，其密度隨土壤深度的增加表現(xiàn)出不同特點，即在0-30 cm土層急劇減少，在30-70 cm土層逐漸減少及在70-120 cm土層保持最低水平，在0-30 cm土層內(nèi)根系分布占總根數(shù)的90%，30-70 cm土層內(nèi)約占總根數(shù)的8.5%，70 cm以下土層僅占總根數(shù)的1.5%左右。圖1為早熟禾根系隨土壤深度變化的分布圖。

圖1 草本植物根系密度隨土層深度的變化

從圖1可以看出，根量隨著土層深度增加的變化曲線與根系隨土層深度的變化曲線基本相似，在0-30 cm土層內(nèi)分布總根量的86%，30-70 cm土層內(nèi)約占總根量的8%，70-150 cm土層內(nèi)僅占總根量的6%。

由草本植物根系的分布特征得知，根系在土壤中的分布密度自地表向下逐漸減小。在根系集中分布區(qū)內(nèi)，由于根系的盤結(jié)作用，邊坡土體可看作由根系與土組成的根-土復(fù)合體，為土層提供了附加“粘聚力”，一方面使原土體的抗剪強度向上推移，一方面又因限制了土體的側(cè)向膨脹使最大剪應(yīng)力減小，這兩種作用使邊坡土體的承載力提高。

3.2 木本植物根系與邊坡土體的相互作用

其根系分布按形態(tài)特征，可分為主直、散生和水平三個類型。主直根型是由明顯地近乎垂直的主根和眾多側(cè)根所構(gòu)成，主根發(fā)達，垂直向下生長，深可達3～5 m。散生根型無明顯主根，由若干支原生和次生的根，成輻射狀結(jié)構(gòu)向地下擴展成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的吸收根群。水平根型由具有固著作用的發(fā)達側(cè)根和不定根組成，根系多水平方向擴展，分布在20-30 cm的土壤表層。

木本植物的垂直根系由于主根可垂直扎入土體的深層，通過主根和側(cè)根與周圍土體的相互作用把根系與周圍土體聯(lián)系起來；而水平根系由于主根扎入邊坡土體不是足夠深，其對邊坡的防護作用還依賴于邊坡的類型。

4 高速公路植被邊坡防護效益分析

4.1 防止地表沖刷，提高路基的穩(wěn)定性

植被邊坡防護是利用植被地上莖葉對邊坡的覆蓋作用、根系對邊坡的固土作用，減弱雨水對地表的直接擊打和沖刷，減少道路邊坡的地表徑流，保護路基邊坡免受雨水與地表徑流的侵害[4]。植被葉面通過攔截高速下落的雨滴，減弱或分散雨滴對土壤表面的直接沖刷，減少滴濺能量及飛濺的土粒，大大降低了雨水的沖刷能力[4,12，13]，而且多數(shù)灌木植物根系發(fā)達，根系在土體中穿插、纏繞，根系的新陳代謝旺盛，周圍的生物活動頻繁，增加了土壤的孔隙度，降低了土壤的容重，使土壤形成了良好的理化性狀[1]。同時，根系生長過程中的分泌物及枯落物和死亡根系腐爛分解形成的腐殖質(zhì)，提高了土壤有機質(zhì)的含量，使土壤形成良好的結(jié)構(gòu)體，穿插在土體中的細小根系可防止土體在水中分散、破碎，發(fā)達的根系增加地表粗糙度和土層滲透性，對水源的分流、吸收和一定程度的抗拉、抗剪強度，消弱地表徑流,降低了對土壤的沖刷程度[2-4]。植物的垂直根系穿過邊坡淺層的松散風化層，錨固到深處較穩(wěn)定的巖土層上，起到預(yù)應(yīng)力錨桿的作用；須根在土中錯綜盤結(jié)，使邊坡土體成為土根的結(jié)合體，從而達到固土護坡，控制土壤流失，路基的穩(wěn)定性逐漸增強[10-13]。

4.2 改善道路景觀，恢復(fù)沿線的生態(tài)環(huán)境

通過公路兩側(cè)的植被邊坡防護，使沿線因施工破壞的環(huán)境得到改善，恢復(fù)原有的植被景觀。特別是四季交替變化的樹木花草賦予了道路沿線不同的景觀容貌，不僅反映了道路線形的優(yōu)美，而且給司乘人員提供了動態(tài)變化的視野景觀環(huán)境，讓乘客感到心曠神怡，讓司機消除疲勞。結(jié)合地形地貌和氣候特點，針對陜北地區(qū)生態(tài)環(huán)境極為脆弱的特征，在沙漠段挖方上邊坡將不易成活的混播草優(yōu)化為栽植紫穗槐，在骨架拱形護坡和非沙漠區(qū)的上邊坡中增加波斯菊，有效地點綴了坡面綠化效果，同時，在碎落臺增加樟子松等常綠喬木，并間隔栽植山杏等灌木，確保營造四季常青的綠化效果。隧道洞門周邊綠化以當?shù)匚锓N為主，洞頂樹木花草與栽植風格以及坡面生長的樹木一致，以自然疏密狀況向稍遠的地方栽植，在兩隧道間中分帶處栽植了較大的觀賞喬木與灌木進行點綴[14]。對互通立交區(qū)地勢較低匝道環(huán)內(nèi)選擇樟子松、旱柳、楊樹等進行綠化；服務(wù)區(qū)停車場采取綠化帶的方式區(qū)分不同的停車區(qū)域；收費站所綠化以景觀園林為主，以人為本，采用高大、形美的景觀樹種和適于當?shù)厣L的常綠喬灌木與花草結(jié)合的方式進行美化；對公路兩側(cè)路域視線內(nèi)環(huán)境較為復(fù)雜或景觀較差路段，栽植樟子松、山杏、新疆楊或旱柳，以改善路域不良視覺感受；路域邊角空地進行整理平順、邊坡放緩、坡角倒圓的方式處理，同時散植小葉楊，點植樟子松，林下空地撒播混播草籽；隧道洞頂進行樟子松和刺槐混交栽植，隧道仰坡栽植紫穗槐、檸條，撒播草籽，洞口坡角處散植楊樹，點植樟子松，林下空地撒播混播草籽，真正做到了全方位、無死角的綠化效果。全方位立體式的改善道路景觀，恢復(fù)沿線的生態(tài)環(huán)境。

4.3 凈化沿途空氣，減弱環(huán)境噪音

在環(huán)境保護和生態(tài)恢復(fù)方面，行駛的車輛排放出大量的有害氣體SO2、CO2、CO，并伴隨大量塵土，嚴重污染了道路周邊大氣環(huán)境。護坡植被和碎落臺喬灌木樹種起著隔塵、降噪、抑菌、調(diào)節(jié)氣候的作用。圓柏、側(cè)柏和云杉等樹木對SO2、HF、Cl2、HCl等多種有害氣體都有較強的抗性和吸收能力，油松、樟子松、新疆楊等具有很好的防塵作用等，國槐、丁香等具有吸收汽車尾氣SO2的能力。因此，高速公路兩側(cè)應(yīng)選擇抗旱、抗寒、抗污染特性較強植物和樹種吸收大量有害氣體，凈化空氣，保護生態(tài)環(huán)境，同時具有消音減噪的功能，可以有效地減小車輛噪音，保證行車安全，具有良好的經(jīng)濟、社會和生態(tài)效益。

5 結(jié)論

5.1 邊坡防護技術(shù)有利于水土保持和生態(tài)環(huán)境的保護

隨著人們對環(huán)境保護意識的不斷增強，裸露邊坡采取生態(tài)防護措施也將成為主流，植物防護技術(shù)已成為今后邊坡防護的首選技術(shù)。邊坡防護技術(shù)是高速公路建設(shè)的重要技術(shù)，應(yīng)根據(jù)高速公路邊坡土體和植物根系固土作用的不同，選擇不同的草本植物和木本植物，不僅能夠確保高速公路的邊坡穩(wěn)定和行車安全，有利于水土保持和生態(tài)保護，而且能夠達到協(xié)調(diào)周圍環(huán)境、美化公路景觀的效果。

5.2 邊坡防護技術(shù)應(yīng)采用生物措施和工程措施相結(jié)合的方法

高速公路工程的修建，形成了大量裸露的邊坡，造成了水土流失并導(dǎo)致邊坡塌方，破壞了生態(tài)景觀。采用生物措施與工程措施相結(jié)合的方法進行邊坡防護，克服了因工程自身缺陷出現(xiàn)垮塌的問題，同時還可重建生態(tài)景觀。

5.3 邊坡防護植被和道路兩側(cè)綠化樹種的選擇

行駛的車輛不僅排放出大量有害氣體SO2、CO2、CO等，并伴隨大量灰塵，嚴重污染了道路周邊大氣環(huán)境。護坡植被和碎落臺喬灌木樹種起著隔塵、降噪、抑菌、調(diào)節(jié)氣候的作用。護坡植被應(yīng)選擇抗旱抗寒性強的灌草植物，即紫穗槐、沙地柏、胡枝子、沙打旺、草木樨、小冠花、冰草、早熟禾、高羊茅等，碎落臺喬灌木樹種應(yīng)選擇抗旱、抗寒、抗污染特性、防塵作用和吸收能力較強植物樹種，如側(cè)柏、云杉、油松、新疆楊、國槐、丁香等，以吸收大量有害氣體，凈化空氣，保護生態(tài)環(huán)境。

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Analysis on the Benefit of Slope Protection by Vegetation along the Yu (lin)- Sui (de) Highway

ZHANG Mei

(ForestryInstituteofYulin,Yulin,Shaanxi719000)

Based on the condition in the Maowusu sandy hills,loess hilly gully and Wuding river valley along the Yu (Lin) -Sui (De) highway construction,vegetation applied for slope protection and fixation were researched and observed in terms of the interaction between plant roots and the slope rock and soil. Benefits from the slope protection by vegetation and selection of vegetation and trees suitable for road side protection and segmented landscape were recommended and listed.

Highway; vegetation; slope protection; benefit

2015-04-08

張梅(1973-)，女，陜西子洲人，工程師，現(xiàn)主要從事林業(yè)技術(shù)推廣和開發(fā)工作。

S731.8

A 文章編號:1001-2117(2015)03-0064-04