新型生態(tài)植被毯邊坡防護(hù)技術(shù)水土保持效應(yīng)分析與探究

黃彥

摘 ?要：文章對植被毯的防護(hù)原理進(jìn)行分析，對其在邊坡防護(hù)中的應(yīng)用加以闡述。同時(shí)，以實(shí)驗(yàn)探究的方式，針對不同類型植被毯的應(yīng)用效果進(jìn)行分析，通過土壤抗蝕性、植被覆蓋率、有效根密度、地表徑流量四項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行體現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，應(yīng)用植被毯的邊坡的水土保持效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過對照邊坡，具有較強(qiáng)的實(shí)效性。

關(guān)鍵詞：生態(tài)植被毯;邊坡防護(hù);水土保持

中圖分類號：S157 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）35-0161-02

Abstract： This paper analyzes the protection principle of vegetation blanket and expounds its application in slope protection. At the same time， through experimental exploration， the application effects of different types of vegetation blankets were analyzed， which were reflected by four indexes： soil anti-erodibility， vegetation coverage， effective root density and surface runoff. The experimental results show that the soil and water conservation effect of the slope with vegetation blanket is much higher than that of the control slope.

Keywords： ecological vegetation blanket; slope protection; soil and water conservation

引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，生態(tài)環(huán)境不斷惡化，水土流失現(xiàn)象越發(fā)明顯。植被覆蓋層能夠有效減少降雨對地面的沖擊，增加地面摩擦力，使水流和氣流的作用力被分散，進(jìn)而達(dá)到邊坡防護(hù)、保持水土的目標(biāo)?，F(xiàn)階段，新型生態(tài)植被毯被廣泛應(yīng)用于水土保持工作中，具有十分廣闊的發(fā)展前景。

1 植被毯的防護(hù)原理

植被毯主要包括植物纖維層、保水劑、營養(yǎng)土等。其中，植物纖維層能夠鎖住種子、肥料與保水劑，促進(jìn)植物的快速生長，使植被根部與土壤之間形成保護(hù)層，提高抗剪、抗拉能力。纖維層主要包括黏合劑、木質(zhì)纖維、有機(jī)礦物催化劑等內(nèi)容，在生物降解作用下產(chǎn)生土壤肥料，促進(jìn)植物生長，形成良性循環(huán)。將植被毯與錨桿結(jié)合起來，并固定在坡面上，不但可減少降雨對地面產(chǎn)生的沖擊，還可以對種子進(jìn)行保護(hù)，使其免受雨水沖刷。當(dāng)植物長成之后，根系更加發(fā)達(dá)，可與植被毯、邊坡之間形成牢固的復(fù)合體，進(jìn)而有效避免土壤受到侵蝕[1]。

2 植被毯在邊坡防護(hù)中的應(yīng)用優(yōu)勢

由于植被毯的特殊取材，使其在控制侵蝕、保護(hù)水土等方面具有顯著優(yōu)勢，在工程應(yīng)用中前景十分光明，主要優(yōu)勢體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）變廢為寶。我國是農(nóng)業(yè)大國，每年產(chǎn)生大量的秸稈，為了便于后續(xù)耕作，通常以焚燒的方式對這些農(nóng)業(yè)廢棄物進(jìn)行處理，在焚燒中不可避免的對空氣造成污染。而植被毯由秸稈、稻草、椰絲等原料構(gòu)成，能夠?qū)⒋罅哭r(nóng)業(yè)廢棄物吸收進(jìn)來變廢為寶，通過一系列加工制成植被毯，應(yīng)用到水土保持工程中，不但可使農(nóng)民的收入增加，還可有效緩解水土流失情況。

（2）縮短工期。將植被毯應(yīng)用到工程中，與其他工程相比，在工期方面明顯縮短，究其原因，在刷坡工作完成后，只需沿著坡面鋪設(shè)植被毯即可，在坡頂和坡底開20cm深的錨固溝，將植被毯的四周埋入其中并壓實(shí)，再在外面用U型釘固定即可。同時(shí)，植被毯的應(yīng)用無需引入大型設(shè)備，且可全線同時(shí)施工，有效縮短工期，在諸多技術(shù)中脫穎而出。

（3）造價(jià)較低。植被毯原料的來源廣泛，且生產(chǎn)制造難度較小，造價(jià)投資較低。據(jù)調(diào)查，2017年英國什羅普郡實(shí)驗(yàn)中使用的椰絲毯投資金額5.6-13.6元/m2，稻草毯的金額為3.4-6.8元/m2;在我國，2018年對108國道邊坡進(jìn)行修護(hù)，采用的植被毯造價(jià)金額僅為28元/m2，三維植被網(wǎng)防護(hù)為21元/m2，北京新開渠采用的植被毯造價(jià)為18元/m2。

（4）節(jié)約水源，后續(xù)維護(hù)簡單。在植被毯鋪設(shè)完畢后，能夠蓄水保墑，有效減少空氣對土壤內(nèi)水分的蒸發(fā)，減少灌溉量和頻率，只需在天氣干旱時(shí)進(jìn)行適量澆灌，保障其順利發(fā)芽即可[2]。

3 植被毯邊坡防護(hù)水土保持效應(yīng)分析

現(xiàn)階段，植被毯的類型多種多樣，為了對不同類型植被毯在水土保持方面的效果進(jìn)行分析，本文將不同類型植被毯作為研究對象，分別對土壤抗蝕性、植被覆蓋率、有效根密度、地表徑流量進(jìn)行分析，從中選出最佳植被毯類型。

3.1 實(shí)驗(yàn)材料

本次實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)為某省高速公路的路基邊坡，總長度為200m，填方最高點(diǎn)為5.5m，修整為二級邊坡，坡率為1：1和1：0.8，邊坡土壤以粉砂性土為主，含泥量和含水量較低，具有良好的透水性能。當(dāng)?shù)貫榕瘻貛Т箨懠撅L(fēng)氣候，年均降水量為327.5mm，且每年的7月8月為雨季。在本次實(shí)驗(yàn)中，采用純麥秸型、純椰絲型、椰絲麥秸混合型三種植被毯，規(guī)格均為2.5m×30m，密度為300g/m2，植物種子為高羊茅、黑麥草、苜蓿種子，發(fā)芽率高于85%。

3.2 實(shí)驗(yàn)方法

采用上述三種類型的植被毯對該施工段進(jìn)行分段鋪設(shè)，每段長為20m，選擇上述三種種子進(jìn)行植被培育，每段長為20m，植被毯的密度規(guī)格為300g/m2，同時(shí)對于未鋪設(shè)的坡段也進(jìn)行植被培育，用作對比分析。在植被培育10個(gè)月之后均已長成，便可對不同類型植被毯的防護(hù)效果進(jìn)行測定。

（1）對土壤抗蝕性的測定。采用環(huán)刀在樣地內(nèi)取出5cm深的原狀土，采用浸水法對土壤完全崩解所需時(shí)長進(jìn)行測定，在植被長成后進(jìn)行測定，反復(fù)測定三次，取三者的平均值。

（2）對植被覆蓋率的測定。主要包括植被覆蓋度和葉面積指數(shù)，前者采用針刺樣點(diǎn)法，樣方尺寸為1m×1m，用插釬垂直插下所接觸到的植物枝葉數(shù)量與總針數(shù)之間的比例;后者是將邊長為20cm的正方形鐵絲框隨機(jī)放到實(shí)驗(yàn)材料上方，對框內(nèi)全部葉片進(jìn)行快速封存，用測量儀對葉片的總面積進(jìn)行測定，反復(fù)測定三次，取三者的平均值[3]。

（3）對有效根密度的測定。植物通過根徑小于1mm的根系來增強(qiáng)抗蝕性，對于100m2的土壤截面來說，有效根密度為抗沖性具有增強(qiáng)效應(yīng)的經(jīng)級低于1mm的根數(shù)。針對本次實(shí)驗(yàn)場所進(jìn)行隨意調(diào)查，從四個(gè)剖面對各個(gè)土方經(jīng)級中低于1mm的根數(shù)進(jìn)行檢查，獲得任意土方的須根數(shù)量，再計(jì)算出3個(gè)土方須根數(shù)的均值。

（4）地表徑流量的測定。對于相同坡面的預(yù)期來說，其邊界處采用塑膠板圍成，面積為3m×5m，在區(qū)域下方設(shè)置集水桶，對坡面徑流進(jìn)行收集。采用稱量法對降水和徑流量進(jìn)行測定;通過對集水桶內(nèi)的泥沙進(jìn)行測量，獲取泥沙流失量，在降水之后將沉淀池中的水過濾出去，進(jìn)而將泥沙全部取出;采用簡易比重方式對懸沙進(jìn)行測量，在充分干燥狀態(tài)下進(jìn)行稱量，反復(fù)測定4-5次之后，計(jì)算出單位面積內(nèi)的侵蝕量。

3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.3.1 對土壤侵蝕量的影響

在單位面積內(nèi)，土壤侵蝕量能夠更加直觀的體現(xiàn)出植被的水土保持效應(yīng)，該項(xiàng)指標(biāo)的測定結(jié)果為：當(dāng)降雨量為95.5mm時(shí)，純麥秸型植被毯的土壤侵蝕量為87.1m3·hm-2，純椰絲型為85.9m3·hm-2，二者混合型為86.5m3·hm-2，對照場地為125.0;當(dāng)降雨量為40.8mm時(shí)，純麥秸型植被毯的土壤侵蝕量為74.2m3·hm-2，純椰絲型為71.5m3·hm-2，二者混合型為76.1m3·hm-2，對照場地為105.0;當(dāng)降雨量為32.7mm時(shí)，純麥秸型植被毯的土壤侵蝕量為65.2m3·hm-2，純椰絲型為62.4m3·hm-2，二者混合型為62.8m3·hm-2，對照場地為92.5。由此可見，上述三種植被毯與對照場地相比，可使土壤侵蝕量降低30-39%。

3.3.2 植被覆蓋率

該項(xiàng)指標(biāo)能夠?qū)⒅脖桓采w情況直觀的體現(xiàn)出來，當(dāng)雨滴落到植物莖葉上后，在莖葉吸附作用下，形成水珠緩慢的落到地表，在一定程度上可減輕降雨對土壤產(chǎn)生的沖擊力。同時(shí)，植被覆蓋還可減慢土壤中水分的蒸發(fā);葉面積指數(shù)能夠直觀體現(xiàn)出植被水土保持效果。在培育10個(gè)月后，測定結(jié)果如下：純麥秸型的植被覆蓋率為93.6%，葉面積指數(shù)為7.8;純椰絲型的植被覆蓋率為94.7%，葉面積指數(shù)為8.0;二者混合型的植被覆蓋率為96.5%，葉面積指數(shù)為8.1;對照的植被覆蓋率為82.4%，葉面積指數(shù)為5.8;從植被覆蓋情況上便可看出，三種植被毯在覆蓋率方面均超過90%，差異不夠顯著，與對照實(shí)驗(yàn)場地的82.4%相比較高。由此可見，三種類型植被毯的葉面指數(shù)均較高，超過對照組的34.4-39.6%，可見在降雨截留方面均有明顯優(yōu)勢。

3.3.3 有效根密度

土壤抗蝕性與土壤根系含量存在一定關(guān)聯(lián)，而植被毯可有效促進(jìn)植被建植，提高地表覆蓋率，形成緊密的根系，提高土壤的固結(jié)能力，進(jìn)而阻擋和緩解地表徑流對土壤產(chǎn)生的沖刷力，測定結(jié)果如下：純麥秸型崩解所需時(shí)間為266min，有效根密度為54條;純椰絲型崩解所需時(shí)間為268min，有效根密度為58條;二者混合型崩解所需時(shí)間為277min，有效根密度為62條;對照場地的崩解所需時(shí)間為185min，有效根密度為49條。從上述數(shù)據(jù)可知，與對照坡面相比，采用三種植被毯的土壤崩解時(shí)間更長，且有效根密度也超過對照坡面，可在邊坡生態(tài)恢復(fù)中得到廣泛應(yīng)用。

3.3.4 坡面地表徑流量

本文在多種降雨情況下對不同類型植被毯的應(yīng)用效應(yīng)進(jìn)行測定，結(jié)果如下：當(dāng)降雨量為95.5mm時(shí)，純麥秸型植被毯的地表徑流量為0.032m3·hm-2，純椰絲型為0.032m3·hm-2，二者混合型為0.031m3·hm-2，對照場地為0.040;當(dāng)降雨量為40.8mm時(shí)，純麥秸型植被毯的地表徑流量為0.013m3·hm-2，純椰絲型為0.014m3·hm-2，二者混合型為0.013m3·hm-2，對照場地為0.022;當(dāng)降雨量為32.7mm時(shí)，純麥秸型植被毯的地表徑流量為0.008m3·hm-2，純椰絲型為0.007m3·hm-2，二者混合型為0.007m3·hm-2，對照場地為0.015。由此可見，與對照邊坡相比，植被毯具有明顯的蓄水減流效應(yīng)，尤其是在降雨量越多的情況下，減流效應(yīng)更加明顯。對于不同降雨量來看，對照邊坡的地表徑流量小于20.5-54.1%，可見植被毯在此方面的作用和優(yōu)勢。

4 結(jié)束語

綜上所述，新時(shí)期背景下，為了改善當(dāng)前生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀，提高水土保持效果，將新型生態(tài)植被毯應(yīng)用到防護(hù)工程中顯得十分必要。對此，在未來的工程建設(shè)中應(yīng)樹立生態(tài)觀念，注重植被毯的推廣和應(yīng)用，充分發(fā)揮優(yōu)良植物護(hù)坡基材的作用，使水土流失情況得到有效緩解，生態(tài)環(huán)境得到切實(shí)保護(hù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]馬文寶，姬慧娟，宿以明，等.植被毯邊坡防護(hù)特點(diǎn)及其研究應(yīng)用[J].中國水土保持，2018（1）：30-33.

[2]趙廷華，牛首業(yè)，郭紅超，等.新型生態(tài)植被毯邊坡防護(hù)技術(shù)水土保持效應(yīng)研究[J].人民長江，2017，48（13）：20-22.

[3]李宏鈞，孔亞平，張巖.植物纖維毯生態(tài)防護(hù)效益研究述評[J].中國水土保持科學(xué)，2016，14（3）：146-154.