云南安楚高速公路巖石邊坡生態(tài)恢復(fù)植物適應(yīng)性研究

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簡介： 針對云南高速公路巖石邊坡生態(tài)恢復(fù)技術(shù)研究課題中的植物選擇及配置方面進(jìn)行研究, 在對云南省安楚高速公路沿線自然環(huán)境條件分析及野生植物資源調(diào)查的基礎(chǔ)上, 進(jìn)行植物生長試驗, 并以安楚高速公路巖石邊坡作為工程示范點, 對適用的植物種類、種子配方進(jìn)行研究。并對灌草關(guān)系進(jìn)行分析, 對邊坡綠化施工工藝提出改良意見。
關(guān)鍵字：高速公路 巖石邊坡 生態(tài)恢復(fù) 植物 灌草關(guān)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

　　近年來, 隨著云南經(jīng)濟(jì)的飛躍發(fā)展, 國家每年都在高速公路的建設(shè)中投入大量資金。在開山辟路的過程中, 造成大量原始地貌的破壞, 加之云南的地形地貌多有山高溝深的特點, 形成大量裸露的巖石邊坡。據(jù)估計, 云南省因修建高速公路和其它工程建設(shè)每年將產(chǎn)生約300 萬m2 的巖石邊坡。如何因地制宜采取合理的辦法來進(jìn)行高速公路巖石邊坡生態(tài)恢復(fù)及環(huán)境治理一直是政府和交通部門比較棘手的問題。目前云南省巖石邊坡生態(tài)恢復(fù)主要采取客土噴播技術(shù)及其它綠化措施, 無論何種綠化措施的成功都需建立在邊坡綠化植物適應(yīng)、生長的基礎(chǔ)上, 針對高速公路復(fù)雜的地質(zhì)和自然環(huán)境條件, 研究對巖石邊坡適應(yīng)性良好,綠化效果好的植物成為巖石邊坡生態(tài)恢復(fù)的重中之重, 是實現(xiàn)公路交通與環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的根本出路。

1　研究目的和方法

　　為篩選出適合滇中地區(qū)安楚高速公路適生的邊坡植物品種, 同時解決綠化施工中灌木與草本植物難于實現(xiàn)共同生長等問題, 我們主要在3 個方面進(jìn)行深入研究: (1) 植物品種適應(yīng)性研究; (2) 灌草合理配置研究; (3) 施工工藝的改進(jìn)研究。同時將整個工作過程劃分為植物資源調(diào)查、苗盤試驗、補充試驗、人工模擬邊坡試驗及工程示范5 個階段。

2　研究過程與分析

2.1　植物資源調(diào)查

　　云南省安楚高速公路位于滇中高原中部, 地形復(fù)雜, 盆嶺相間, 起伏明顯, 屬高原構(gòu)造, 以中山、低中丘陵為主。年平均氣溫1418～1711 ℃, 最熱為每年7 月, 極端最高氣溫為3412 ℃, 最冷為每年1 月, 極端最低氣溫- 710 ℃。干濕季節(jié)明顯, 降雨量受地形影響大, 年平均降雨量為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線植被多屬滇中山原河谷季風(fēng)常綠闊葉林區(qū), 全線海拔高差大, 植被垂直變化顯著。在海拔1 700m以下多見野生及人工栽植的云南松、車桑子、短萼灰葉、赤桉、檸檬桉、圣誕樹、臧柏、滇橄欖等樹種, 草本以蒿草、茅草、黃竹草、戟葉酸模、狗牙根、牛筋草、云南知風(fēng)草、狗尾草較多, 沿線受外來物種紫莖澤蘭侵害嚴(yán)重。

2.2　苗盤試驗(見圖1)

圖1 苗盤試驗

　　在植物資源狀況調(diào)查的基礎(chǔ)上, 初步篩選出車桑子、戟葉酸模、云南知風(fēng)草、狗尾草、牛筋草、短萼灰葉、狗牙根、木豆、黃野菊等鄉(xiāng)土植物作為苗盤試驗的主要植物品種, 同時為增加邊坡植物品種的多樣性, 補充云南省內(nèi)公路邊坡綠化效果較好的植物品種: 黑麥草、白三葉、葦狀羊茅、紫花苜蓿、彎葉畫眉、大翼豆、多花木蘭等, 以各種不同的優(yōu)勢草種進(jìn)行比例調(diào)節(jié), 配置出4 個不同的植物品種配方, 利用溫棚靈活方便、生長條件便于控制的特點, 模擬安楚高速公路沿線溫度、濕度條件, 將植物種子配方與客土噴播基材配方結(jié)合, 進(jìn)行32 個苗盤的平行苗盤試驗, 植物種子配方作為一個重要因素進(jìn)行評價, 在驗證客土噴播材料配方合理性的同時, 也驗證了植物配方的科學(xué)性。根據(jù)生長情況對各個試驗苗盤進(jìn)行綜合評分, 并對配置合理程度進(jìn)行評價。

　　結(jié)果顯示, 灌木與草本植物混合撒播, 草本充分體現(xiàn)出發(fā)芽率高、生長快的特點, 特別是黑麥草、葦狀羊茅、云南知風(fēng)草等禾本科植物; 而灌木植物如車桑子、短萼灰葉等, 出芽率較低, 生長速度慢且參差不齊; 部分植物如戟葉酸模、黃野菊出現(xiàn)明顯的不適應(yīng); 值得一提的是白三葉, 不同苗盤生長效果差異明顯, 初步估計是受基材影響的結(jié)果。

2.3　補充試驗(見圖2)

圖2 補充試驗

　　為排除客土噴播材料因素、植物之間競爭關(guān)系對試驗結(jié)果的影響,保證種子試驗的科學(xué)性,在基材草種試驗初見成效后, 選擇生長最好的基材配方, 對植物種子進(jìn)行補充試驗, 重點觀察不同植物種群在不受其它物種影響情況下的生長狀況, 增強(qiáng)苗盤試驗的說服力。

　　通過補充試驗, 大部分灌木生長速度有了明顯變化, 驗證了灌木受草本影響的事實, 同時也驗證了部分植物如戟葉酸模、黃野菊生長受基材影響嚴(yán)重, 表現(xiàn)出明顯的不適應(yīng)。

2.4　人工模擬邊坡試驗(見圖3)

圖3 人工模擬邊坡試驗

　　由于苗盤試驗僅限于溫棚中進(jìn)行, 模擬環(huán)境條件受到一定的局限性, 為更好地驗證苗盤試驗的結(jié)果, 進(jìn)行人工模擬邊坡試驗。

　　在苗圃試驗基地修筑人工模擬巖石邊坡,利用石質(zhì)底層構(gòu)筑, 重點在于模擬巖石邊坡特點, 利用苗盤試驗及補充試驗的優(yōu)秀基材及優(yōu)良種子配方進(jìn)行噴播試驗, 配合合理的草種配方進(jìn)行噴播, 觀察植物生長情況, 試驗結(jié)果為后期的示范工程提供前提條件。

2.5　示范工程(見圖4)

圖4 示范工程

　　苗盤試驗和人工模擬邊坡試驗在一定程度上能反映種子適應(yīng)性、配置合理狀況, 但在溫度、濕度、光照、水分條件方面與實際邊坡存在差異, 這些因素也是在苗盤試驗、補充試驗、人工模擬邊坡試驗中所不能模擬的, 因此,借2004 年安楚高速公路邊坡綠化全面施工的機(jī)會, 對安楚公路K76、K79 兩個邊坡25 000m2左右的巖石坡面進(jìn)行客土噴播綠化示范, 對植物生長的適應(yīng)性、灌草的合理搭配等方面進(jìn)行全面觀察, 詳細(xì)記錄植物生長情況進(jìn)行綜合評估。

3　結(jié)果與討論

3.1　植物品種推薦

　　通過5 個階段研究, 特別是高速公路實地邊坡示范工程對植物的觀察, 并參考沿線邊坡綠化植物情況, 篩選出以安楚高速公路為代表的滇中地區(qū)適生的邊坡植物, 劃分為5 大類型進(jìn)行介紹。

3.1.1 速生型

　　植物生長速度直接影響邊坡植被的覆蓋率, 對于雨季時期大面積裸露的土質(zhì)坡面, 及客土噴播的新坡面, 特別需要表層植物迅速覆蓋, 形成表層保護(hù)層,緩解雨水造成的面蝕及坡面水流形成的溝蝕, 從而達(dá)到減緩水土流失的目的, 并為其它植物生長創(chuàng)造先決條件。

　　在眾多的植物中, 草本植物生長速度較快, 如多年生黑麥草、狗牙根、云南知風(fēng)草、牛勁草、白三葉、大翼豆等。其中以禾本科植物如多年生黑麥草、云南知風(fēng)草的生長速度最快, 能在播種后兩周內(nèi)實現(xiàn)坡面完全覆蓋。豆科的白三葉、大翼豆還具有固氮根瘤菌, 且兩者都是分蘗生長植物, 既能增加土壤肥力、改良土壤, 又能增加坡面覆蓋率, 適合在難綠化坡面上應(yīng)用。狗牙根在國內(nèi)大量野生分布, 生長速度快, 分蘗能力更強(qiáng), 莖節(jié)遇土易生根, 具有良好的護(hù)坡效果, 大面積狗牙根覆蓋的坡面, 還能防止侵害性植物紫莖澤蘭的生長, 這在云南省紫莖澤蘭危害的重災(zāi)區(qū)顯得尤為重要。

3.1.2 改良土壤型

　　公路邊坡多有土壤貧瘠, 保水保肥性差的特點,安楚高速公路更不例外。邊坡綠化選擇植物光耐貧瘠、耐干旱不能保證坡面生物的可持續(xù)發(fā)展。豆科植物如木豆、短萼灰葉、豬屎豆、白三葉等具有根瘤菌, 能將空氣中的氮轉(zhuǎn)化到土壤中增加土壤肥力, 據(jù)資料顯示, 每公頃白三葉可固定200kg氮。草本植物如黑麥草、白三葉、狗牙根等植株相對矮小, 密度高, 覆蓋率大, 不但能阻斷陽光對坡面表層的直接照射, 且其鎖蒸騰作用產(chǎn)生的水汽能緩解土壤干燥的作用, 改變坡面小環(huán)境, 逐漸改變坡面土壤水肥條件,為后期野生植物生長提供良好條件。

3.1.3 反季節(jié)生長型

　　冬季(旱季) 雨水較少, 平均溫度較低, 晝夜溫差大, 大部分植物在冬季都普遍枯黃, 特別是草本植物, 對一年綠化的景觀影響極大。其中部分植物品種具有冬季生長的特點。毛苕子、紫花苜蓿等都能在冬季生長, 維持坡面常綠景觀。另外, 選擇的大部分灌木品種都是常綠灌木, 雖然在冬季生長較慢, 但能維持坡面常綠景觀。對旱季陽光強(qiáng)烈、濕度較小的情況下, 緩解坡面表層土壤溫度, 調(diào)節(jié)坡面濕度, 防止坡面草本植物被太陽曬傷。

3.1.4 多年生型

　　大部分草本植物生命周期短, 如自身繁衍能力較差, 對邊坡生物可持續(xù)發(fā)展極其不利。在其他高速公路綠化中, 也常有大面積植被退化而形成裸露坡面的現(xiàn)象。所以, 灌木護(hù)坡在長期護(hù)坡效果中起到主導(dǎo),這是因為大部分灌木具有根系深、生長周期長、覆蓋率高、葉片不集中凋落的特點。在安楚高速公路邊坡綠化中常選擇戟葉酸模、短萼灰葉、車桑子、木豆、云南松、豬屎豆、多花木蘭、雙莢槐、紫穗槐等多年生木本植物。在草本植物方面也選擇多年生黑麥草為主的多年生草本植物。

3.1.5 景觀點綴型

　　安楚公路是昆明通往滇西北、滇西南的重要通道, 是關(guān)系云南旅游業(yè)發(fā)展的重要道路, 所以坡面綠化中考慮水土保持效應(yīng)的同時強(qiáng)調(diào)景觀效果。公路沿線植物景觀營造與城市庭院景觀綠化有其不同之處,它的管理比庭院、城市景觀綠化要粗放, 另外公路沿線景觀強(qiáng)調(diào)高速行駛下景觀的快速變化及線性韻律的變化。綠化較好的邊坡, 以深綠為主基調(diào), 適當(dāng)點綴花色葉色植物, 能給邊坡景觀營造畫龍點睛。葉色植物單價較高, 所以一般高速公路邊坡綠化運用較少,常用的葉色植物有爬山虎、地錦等, 只能在深秋季節(jié)葉色隨霜凍變紅色, 大面積栽植景觀效果也特別醒目。公路邊坡綠化花色植物較多, 為節(jié)約綠化成本常以種子栽植為主, 如波斯菊、孔雀草等在安楚高速公路邊坡上大量應(yīng)用, 這些花色植株較一般草本植物要高大, 花朵大而醒目, 花期較集中, 在安楚高速公路沿線形成特色風(fēng)景線。

3.2　灌木和草本植物的關(guān)系

3.2.1 灌草的互補關(guān)系(見圖5)

　　草本植物具有生長速度快, 覆蓋率高的優(yōu)點; 而灌木具有生長周期長, 根系發(fā)達(dá)的優(yōu)點。草本護(hù)坡在初期因有較高的覆蓋率, 能減緩雨水對坡面造成的面蝕及溝蝕。然而單純草本護(hù)坡, 養(yǎng)護(hù)成本較高, 且難于維持四季常綠的景觀效果, 且生態(tài)群落單一, 層次結(jié)構(gòu)簡單, 對于惡劣氣候抵抗能力差, 容易引起大面積退化, 不適合邊坡生物防護(hù)的可持續(xù)發(fā)展。灌木護(hù)坡, 植株充分發(fā)育后, 灌幅擴(kuò)張, 能達(dá)到鋪有效的坡面覆蓋, 根系深入坡面土層或巖石縫隙中, 起到生物錨桿的作用, 且用豆科灌木護(hù)坡, 其根瘤菌具有固氮作用, 能逐步增加坡面土壤肥力, 從而逐步改善坡面土壤結(jié)構(gòu), 有利于其他植物的生長。但單純的灌木護(hù)坡存在綠化初期植被覆蓋率較低、植物層次單一等問題。灌草結(jié)合的護(hù)坡形式, 充分利用草本植物速生、覆蓋率高及灌木植株較高、灌幅大、根系深的優(yōu)點, 形成灌草結(jié)合的混合植物護(hù)坡結(jié)構(gòu), 發(fā)揮植物間的互補依存關(guān)系, 逐漸改善坡面微環(huán)境, 實現(xiàn)植物護(hù)坡的可持續(xù)發(fā)展。

圖5 灌草關(guān)系

3.2.2 灌草的制約關(guān)系

　　根據(jù)混合植物苗盤試驗及邊坡綠化實踐證明, 灌木相對草本植物發(fā)芽率低且生長較慢, 草本植物生長迅速會對灌木的生長形成競爭, 一般草本植物生長旺盛的地方灌木生長稀少且矮小。灌草在相互依存的同時存在明顯的制約關(guān)系。

3.2.3 灌草的比例關(guān)系

　　每平方草種的密度直接影響到灌木種子的發(fā)芽,草種的密度與灌木種子的發(fā)芽率成反比關(guān)系(見圖6) 。

K = C/P

　　其中, K 為灌木生長密度; P 為草本植物生長密度;C 為常數(shù), 其值變化比較復(fù)雜, 不同的邊坡土壤條件、氣候條件、坡度坡向等條件都會影響其值變化。

3.2.4 灌草施工工藝的改進(jìn)

　　為了發(fā)揮灌木和草本植物的護(hù)坡有點, 緩解灌草的制約關(guān)系, 建立良好的灌草護(hù)坡體系, 可從以下幾個方面對綠化施工工藝進(jìn)行改進(jìn):

(1) 在保證達(dá)到基本覆蓋率的前提下, 盡量減小草本植物的種植密度, 并適當(dāng)?shù)卦黾庸嗄久芏葦?shù), 使兩者達(dá)到最佳結(jié)合點。

(2) 綠化施工采取兩步施工法, 根據(jù)灌木種子比草種發(fā)芽生長慢的特點, 方法1 : 先將灌木種子和一部分顆粒較大的草本種子與客土混合噴播到坡面上,再噴播顆粒較小的草本種子與紙漿、纖維等混合的生長層, 避免顆粒較大的種子因重力脫落引起的分布不均勻。方法2 : 前期利用速生草本植物迅速覆蓋坡面, 再栽植灌木袋苗。

(3) 在客土噴播的基材中, 混合部分為開挖坡面表層腐殖土進(jìn)行噴播。利用當(dāng)?shù)馗惩林泻写罅慨?dāng)?shù)匾吧锓N種子, 這些植物具有很強(qiáng)的適應(yīng)性, 為邊坡植物多樣性, 協(xié)調(diào)邊坡綠化與周邊景觀一致, 還為后期當(dāng)?shù)刂参锶肭痔峁l件。

圖6 灌草關(guān)系曲線

4　小結(jié)

　　在對滇中安楚高速公路沿線植物資源調(diào)查的基礎(chǔ)上, 根據(jù)沿線氣候、土壤等方面環(huán)境條件, 利用苗盤試驗對植物品種對基材適應(yīng)性及灌草合理比例進(jìn)行配置試驗, 同時利用補充試驗, 排除基材對苗盤試驗對植物生長造成的影響; 進(jìn)行人工模擬邊坡試驗, 人工模擬巖石邊坡進(jìn)行4 個草種的配方試驗, 并將試驗配方應(yīng)用到示范工程中, 觀察邊坡實地植物生長情況,對全線邊坡綠化的植物生長情況進(jìn)行評價, 分析出灌草種子合理品種, 及灌草的配比關(guān)系, 并提出施工改良意見, 對滇中地區(qū)甚至整個云南省高速公路邊坡綠化特別是巖石邊坡生態(tài)恢復(fù)起一定的參考作用。

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