減少生態(tài)護(hù)坡過密種植對淺層邊坡穩(wěn)定性的影響

羅皓鵬 （合肥工業(yè)大學(xué)，安徽 合肥 242000）

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展、環(huán)保意識的增強(qiáng)，城市建設(shè)過程中的邊坡治理逐漸走向生態(tài)化，工程建設(shè)的同時保護(hù)環(huán)境是現(xiàn)階段的發(fā)展趨勢。在邊坡的治理上調(diào)整原有的高耗能、環(huán)境不友好材料使用為環(huán)保節(jié)約材料是必不可少的。生態(tài)邊坡工程即利用植物的優(yōu)良性質(zhì)對邊坡產(chǎn)生較好治理效果而具有良好的前景，目前正被廣泛研究并使用。但是，就現(xiàn)有研究發(fā)現(xiàn)在園林的植物種植上會產(chǎn)生過密種植情況，導(dǎo)致了對環(huán)境、資源、經(jīng)濟(jì)的不利影響[1]。當(dāng)過密種植發(fā)生在生態(tài)邊坡這類功能性工程中時，不僅會帶來嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，更會導(dǎo)致人員的傷亡。因此，研究過密種植對于生態(tài)邊坡穩(wěn)定性具有重要意義。

1 試驗過程

實驗材料選取豬屎豆、胡枝子、多花月季等植物，種植地點為臨湖邊坡，為多腐殖質(zhì)土壤，其平均坡度為36°，全年平均氣溫15.6℃，年平均降水1350mm，試驗選取坡度均勻，每塊1m×1m的場地，種植密度如表1所示。

實驗布置 表1

其中預(yù)布置500株/m2為相對高密度組，300株/m2為相對低密度組。植株同時種下，培育1年，其間定期除草防止雜草對實驗影響，配置防沖刷裝置防止降雨對表層土壤沖刷，定時定量于裝置上高密泡沫施水使水穩(wěn)定下滲，使土壤保持水分合適。培育期到后用剪刀剪去地面枝干部分，用6.18cm內(nèi)徑、20mm高環(huán)刀在實驗區(qū)域距地表15～25cm范圍內(nèi)取樣，在實驗地區(qū)隨機(jī)取樣各20塊，取好后用環(huán)刀盒封裝，并做保水處理，未擾動情況下帶至實驗室進(jìn)行直剪試驗，由于土壤抗剪強(qiáng)度直接決定淺層邊坡的穩(wěn)定性，測定試樣的抗剪強(qiáng)度。

2 實驗結(jié)果

圖1 各參量試樣性能曲線

在100kPa、200kPa、300kPa作用壓強(qiáng)下利用直剪實驗讀出量力環(huán)量表讀數(shù)，可得到對應(yīng)于定壓力條件下的剪切應(yīng)力，得如圖1曲線。土壤剪切力采用庫倫公式：

τ：剪切力（kPa）

R：量力環(huán)量表讀數(shù)（0.01mm）

k：測力計率定系數(shù)（kPa/0.01mm）

σ：垂直壓力（kPa）

φ：內(nèi)摩擦角（。）

c：粘聚力（kPa）

實驗結(jié)果如表2所示。

由結(jié)果可知，對于以上植物種類，在實驗范圍內(nèi)，種植密度越大會導(dǎo)致內(nèi)摩擦角越小，而粘聚力則相應(yīng)增大，對于豬屎豆組，可見其粘聚力增加較大，對于胡枝子和多花月季組可見其粘聚力增加較少；就內(nèi)摩擦角減少程度來看，豬屎豆的內(nèi)摩擦角減少較大，而多花月季和胡枝子減少較少。

各組摩擦角及粘聚力 表2

分析可知：種植密度各類之間平均相差2.77%，最大相差3.6%，并且通過隨機(jī)采樣方式，由于植株密度帶來的誤差可忽略不計。植物根系對于土壤的力學(xué)作用主要表現(xiàn)在泥土與植物根系的摩擦力上，與其比表面積有關(guān)[2]。經(jīng)實驗測得：豬屎豆組植株主根平均長度32.7cm，平均直徑2.4mm，須根平均長度12.7cm，平均直徑1.1mm，平均主根∶須根=1∶60豬屎豆組平均比表面積：

同理測量得多花月季組平均比表面積：

上式：

α1：豬屎豆組平均比表面積

α2：多花月季組平均比表面積

S1：平均主根表面積（mm2）

S2：平均須根表面積（mm2）

l1：平均主根長度（mm）

l2：平均須根長度（mm）

d1：平均主根直徑（mm）

d2：平均須根直徑（mm）

3 結(jié)果分析

經(jīng)觀察，種植豬屎豆組屬明顯直根系植物，有明顯主根，較少側(cè)方須根，作為主根單獨布置組，主根長度在20～40cm范圍。多花月季有明顯主根，并有較多側(cè)根和須根，側(cè)根和須根散射裝分布，主要分布與主根生長方向呈45?！?0。，屬混合布置組。胡枝子組為明顯散生根系，無主根，須根在與豎直方向呈0。～60。分布，屬須根單獨布置組。此處根據(jù)實驗結(jié)果，可看出主根密度與須根密度變化相關(guān)性較低，意味著可將主根密度與須根密度作為2個變量，因此將根系的作用分為主根加筋[3]，須根網(wǎng)結(jié)作用。

從粘聚力方面來看，種植以上植物都能夠提升土壤的粘聚力。由實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，就主根而言,增加種植密度可以明顯提高土壤的粘聚力；但對于須根而言，粘聚力的大小對于密度改變并不是很敏感，胡枝子組粘聚力在相對低密度布置時便達(dá)到素土的3倍左右并隨密度變大保持穩(wěn)定；在須根與主根同時存在時，對土壤粘聚力提升的效果要優(yōu)于兩者單獨作用。

從摩擦角方面看，適量的根都能夠少量提升土的內(nèi)摩擦角，過量的根都導(dǎo)致內(nèi)摩擦角下降，但對于側(cè)根和主根共存條件下，摩擦角下降效應(yīng)被大大減弱。

主根過量引起的摩擦角下降可解釋為過密的豎直根會導(dǎo)致土的整體性不好類似鋼筋混凝土的超筋效應(yīng)，根系與土壤之間存在摩擦力，摩擦力與根表面積的大小有關(guān)[4]。實驗發(fā)現(xiàn)給予須根定義的網(wǎng)結(jié)作用體現(xiàn)在過量須根不會引起摩擦角的大量下降，并且可以改善主根的超量效應(yīng)，即比表面積α的增大會緩解由于過量主根引起的粘聚力下降的現(xiàn)象。

分析認(rèn)為：一方面單株植株的須根包絡(luò)植株下方土壤，通過須根的摩擦力使其整體性增強(qiáng)，成為須根、土塊絡(luò)合體；另一方面輻射狀生長的須根在較密情況下可交接生長，在離土壤表層20～30cm形成網(wǎng)絡(luò)體系，增加種植地區(qū)的整體性以保證穩(wěn)定性。

4 結(jié)論

通過實驗及分析，確定在生態(tài)護(hù)坡的邊坡治理中，單純種植須根系系列植物并不能達(dá)到最好穩(wěn)固效果，其效果對種植密度不敏感，單純種植直根系系列植物不僅在少量時難以起到穩(wěn)固作用，在超量時則對摩擦角下降過大，反而與預(yù)想效果背道而馳，因此需要控制適宜種植密度，間隔種植適量須根系系列植物可以緩解其摩擦角的下降，并且其效果保留了對種植密度的不敏感性，并且對于粘聚力也比單類種植要高，是理想的種植形式，對配置技術(shù)要求較低，治理效果較好。因此，對于未種植植物的邊坡，選擇同時具有主根和側(cè)根的植物效果會更好，對于種植的技術(shù)要求更低，因此可適用范圍更廣；對于已發(fā)生過量種植的邊坡，則可以選擇在原有種植植物的基礎(chǔ)上選擇其空隙部分種植須根系類植物以改善過密種植的影響。