植被毯边坡防护特点及其研究应用

马文宝，姬慧娟，宿以明，刘兴良，何建社，张 利

(1．四川省林业科学研究院，四川成都610081;2．阿坝州科学技术研究院，四川汶川623000)

近年来随着我国经济水平的快速发展，铁路、公路、水利水电等基础设施建设突飞猛进，建设中对边坡的开挖破坏了原有的植被覆盖层，造成大量的次生裸地及严重的水土流失;再加上自然灾害频发，地震、泥石流发生之后也形成很多裸露的土石坡面。传统的边坡治理形式主要采用浆砌石、混凝土等工程措施护坡，造价较高，而且形成刚性裸露硬面层，对环境保护不利［1］。随着环保意识的增强，人们认识到在对坡面进行保护的同时，还要进行绿化美化，因此边坡生态防护就应运而生。边坡生态防护又叫“植物固坡”［2］、“坡面生态工程”，国外定义为“用活的植物，单独用植物或者植物与土木工程和非生命的植物材料相结合，以减轻坡面的不稳定性和侵蚀”［3］，其途径与手段是通过种植植物，利用植物与岩土体的相互作用(根系锚固作用)对边坡表层进行防护和加固［4］。

与传统的护坡形式相比，边坡生态防护不仅能稳定边坡，保持水土，而且节约成本［5］。在常用的边坡生态防护形式中，植被毯边坡防护技术以其良好的经济效益和社会效益越来越受到人们的关注［6］，其实施和研究在我国尚处于初级阶段，具有十分广阔的发展前景。

1 植被毯及其应用

在欧美，应用于边坡防护的成卷水土保持产品统称为植被毯，根据制作尺寸大小分为生态毯、生态垫和植物培育垫。植被毯护坡是国外近十多年新开发的一项集坡面加固和植物防护于一体的复合型边坡植物防护措施，是通过特殊工艺将植物纤维层和草种、保水剂、营养土混合物及木浆纸层聚合形成三维复合草毯结构［7］，提供土壤防侵蚀控制保护层和植物生长基质、养料及水分的边坡绿化防治新技术。主要应用于岩石、劣质土坡、陡坡，在劣性土质和岩质边坡使用效果显著。其施工成本低，工艺简单，施工后养护管理成本较低［6］，是国际上常用的最简捷有效的水土保持植被恢复措施［8］，在国外广泛应用于园林园艺、公路、铁路、河道等边坡防护以及沙漠治理领域［9］，而在国内的研究与应用始于2002—2004年中德农业科技合作项目“可降解材料在困难立地造林中的应用”［10－11］和北京市林业局中马合作项目“生态垫在京津风沙源治理中的研究”［12－14］等课题。

2 植被毯边坡防护原理

植被毯是由植物纤维层和草种、保水剂、营养土混合物复合形成的三维复合草毯结构。植被毯的植物纤维层可以把植物种子和肥料、保水剂锁住，为植物的生长提供一个稳定的平台，从而使植被根系与泥土形成一个牢固的柔性保护层，具有很高的抗拉、抗剪能力。植物纤维层由木质纤维、自然黏合剂和有机矿物催化剂组成，生物降解后增加土壤肥料、为植物提供丰富的生长基质，形成一个良性循环［15］。将植被毯结合锚杆固定在坡面上，既可以保护土壤表面免遭风雨的侵蚀［15］，还可以在播种初期稳固植物种子，保护植物在萌发和生长早期免遭雨水冲刷［16－18］。植被长成后，其发达的根系与植被毯及边坡土层形成一个牢固的复合体，可有效地防止土壤侵蚀［19］。

3 植被毯边坡防护技术特点

植被毯边坡防护技术充分考虑了立地条件和后期养护允许条件。该技术手段的特点是:种子能够在坡面驻留，不会被雨水和浇灌用水冲跑;能够混合肥料，在贫瘠的立地条件下为植物的生长提供养分，保证植物生长所需养料的持续供给;采用保水剂，能够保证种子发芽成活;在边坡表层中起到加筋加固作用，从而有效防止表层土体的滑移;草毯可进行异地移植，能快速防护，施工工艺简捷，施工成本低廉，施工后养护管理成本较低［20］;能够100%生物降解，贴地性好［21］。

4 植被毯的种类

南亚和东南亚国家研究了采用椰子壳纤维做成织造或非织造的土工织物，即采用纯天然材料椰子纤维通过冲压针刺加工制成供植物生长的基带，呈长方体网孔状结构，再根据工程需要加入肥料、保水剂、各类植物种等［22］。椰纤维植被毯可以保持水分，为种子发芽、幼苗生长提供优良的条件。椰纤维降解以后，取而代之的是发达的植物根系［23］。马来西亚利用棕榈树外壳纤维经过特殊处理，通过有机的方式制作成一种新型环保覆盖材料，质地较坚硬，丝网状，对生态环境无污染，易降解，能防风固沙［24］。

瑞士开发的苎麻纤维培育垫，采用编链衬纬组织，将苎麻和丙纶(其中丙纶纤维经过特殊处理，即加入了降解组分，并可根据需要，控制添加剂的用量来调节降解时间)两种纱线编织成方形小网格，纵向组织丙纶，横向的衬纬是苎麻。采用这种结构的培育垫，有规律地加入植物种子，将垫子置于土壤中，种子逐渐发芽生长，而培育垫中的苎麻纤维开始分解，纵向的丙纶仍保护幼苗生长，直至植物长大到一定程度，丙纶才逐渐分解，这时植物的根取代了培育垫。这种垫子既可保持水土，防止滑移，又可绿化环境，保持生态平衡［24］。

德国萨克森研究所研制的一种用来增强斜坡防护、保持土壤、帮助草种发芽的土工布，原料为亚麻纤维，采用Maliwatt 缝编工艺编织成亚麻纤维网，同时用一种特殊的计量器将草种均匀地置入网中，用缝合线连接而成。这种垫子具有多孔结构，草根极易穿过植物伸入土壤，吸取所需养料和水分。草种生根发芽后，亚麻便逐渐分解到土壤中，对环境无污染［24］。

德国电气自动化设计有限公司研制了一种新型的防止土壤侵蚀与改良土壤结构的材料，是利用稻草、麦秸等为原料生产出来的，在载体层添加草种、保水剂、营养土等材料。该植被毯的结构分为上网、植物纤维层、种子层、木浆纸层和下网五层［10，25］。

湖南天泉科技开发有限公司研发了“天泉7 号”强力护坡无土基质草毯，适用于护坡工程，其生产原料是无土基质、无纺布、强力筋、塑料薄膜、进口草种和生物药肥。该草毯能改良土壤、耐贫瘠、运输方便，因为采用无土营养基质做载体，不破坏土壤耕作层［26］。

李素英以废棉纤维、聚丙烯(PP)纤维和麻纤维为原料，采用非织造技术加工成了不同结构性能的针刺非织造材料，用作公路护坡生态毯［27］。

5 植被毯边坡防护在国内外的研究应用

Krenitsky 等通过在斜坡上做模拟降雨试验，指出以稻草和黄麻为材料的植被毯可以有效地减少径流和泥沙流失［28］。Jankauskas 等将棕榈垫应用于路边陡坡，棕榈垫的保水功能有利于多年生草本根系的生长，草本的干物质量增加了18.2%，土壤中蚯蚓的数量和质量也增加了，铺设棕榈垫一年半以后土壤流失率降低了94.89%，表明在易受侵蚀的边坡上应用棕榈垫具有明显的水土保持效益［29］。2007—2008年Bhattacharyya 等对应用棕榈垫保护沙质土壤进行了研究，通过在一个15°的斜坡上进行试验，得出棕榈垫可以有效地防止土壤侵蚀［30］。2007—2009年Bhattacharyya等又研究了棕榈垫对土壤性质的影响，分析表层土壤(0—5 cm)后发现，经过两年的流水侵蚀，棕榈垫有效地保存了土壤中的有机质、全碳和全氮［31］。

杨晓晖等将椰纤维生态垫用于京北石质山区盘山公路边坡绿化工程，通过对铺设生态垫和未铺设生态垫造林坡面的对比，发现生态垫可以减少土壤侵蚀和肥力流失，促进植被恢复［32］。彭雪梅等在渝湛高速公路(广东段)边坡早期树林绿化时，采用铺二维网、三维网、椰丝毯以及客土喷播、灌草混播等进行试验，结果表明铺椰丝毯能够使公路边坡达到早期树林化［33］。陈瑞生等将加筋椰丝毯应用在惠河高速公路的排水系统中(即生态水沟)，取代传统的浆砌石材料，结果发现其具有施工方便、进度快、造价低廉、绿化效果好和环保等优点［34］。肖兴福等利用棕榈纤维垫保持土壤、涵养水分的功能，在洋河水库岸边裸露的沙砾、岩石基底上，铺盖棕榈纤维垫，覆盖约5 cm 厚的土壤，扦插柳枝、芦苇并种植各种生活习性的植物，成功地恢复了库边植物［35］。赵方莹等以采石形成的坡面的植被恢复为例，因地制宜地采用了生态植被毯铺设、客土大苗造林和生态灌浆等技术组合模式，取得了较好的生态修复效果，为其他类似坡面的植被恢复提供了借鉴［25］。潞安集团王庄煤矿在矿山生态治理理念的指导下，结合煤矸石山现状及边坡治理的特殊要求，先采取工程措施，然后采用铺设生态植被毯的方法恢复边坡植被，选择适宜树种进行合理配置，使矸石山边坡的治理初见成效［36］。苗红昌认为，在弃土边坡植树的同时铺设生态植被毯，一是可以缩短沙土裸露时间，二是可以形成高、中、低立体防沙植物体系，既能有效拦挡沙粒移动，又能收到更好的防风固沙效果［37］。赵方莹等为了使河道坡面稳定以达到生态治理的目的，通过建立边坡绿化试验小区，选择液力喷播、铺设生态植被毯、三维植被网等生态护坡技术，对各自的经济、生态效果进行分析，并对各类生态护坡技术进行评价，结果表明，铺设生态植被毯是一项经济可行、防护效果理想的技术措施［38］。逄红等对北京市人民渠开展边坡绿化研究时，选择液力喷播、铺设生态植被毯等不同的边坡防护措施，结果发现铺设生态植被毯的坡面没有发生明显的土壤流失［39］。曹波等在对北京市废弃矿山进行绿化时，也采用了生态植被毯铺植技术［40］。护坡草毯(天泉7 号)在常张高速公路岩石坡面生态防护工程上应用后长势良好，经受住了夏季高温干旱和冬季严寒的考验，草坪草成活率高，产生了很好的边坡景观效果和良好的生态效益［26］。

6 讨 论

分析国内外研究和应用结果可知，植被毯边坡防护是一种新型的边坡防护技术，该技术与传统的边坡防护技术及其他生物防护技术相比较，具有一定的经济和技术优势，有良好的生态效益、经济效益和社会效益。目前，各国都非常重视环境问题，植被毯作为一种环保材料，在边坡生态防护中将呈现出广阔的应用前景。

纵观以往的研究和应用结果，植被毯主要应用于造林地、公路边坡和河渠水道等，并取得了不错的治理效果，但目前尚未见植被毯应用于地震区、泥石流滑坡带的报道。我国是一个自然灾害多发的国家，特别是“5·12”汶川地震后，区域生态环境遭受了巨大破坏，建议将植被毯应用到地震造成的山体崩塌、滑坡和泥石流地区，这对改善震区脆弱的生态环境具有重要的意义。

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