榆绥高速公路植被边坡防护效益分析

张 梅

(榆林市林业科学研究所，陕西 榆林 719000)

榆绥高速公路植被边坡防护效益分析

张 梅

(榆林市林业科学研究所，陕西 榆林 719000)

本文根据榆(林)绥(德)高速公路建设路段涉及毛乌素沙地沙丘、黄土丘陵沟壑和无定河河谷三种复杂地貌类型，生态环境极为脆弱的特点；根据高速公路边坡防护植被选择的原则，通过植物根系与边坡岩土体的相互作用等相关试验研究，并参阅大量文献的基础上，研究了植物根系与边坡岩土体的相互作用机理，分析总结了高速公路植被边坡防护效益以及适合该路段边坡防护植被和道路两侧碎落台景观树种的选择。

高速公路；植被；边坡防护；效益

公路是社会经济发展的一个必备条件，完善的公路系统是确保国民经济顺利发展的先决条件[1-3]。高速公路作为全封闭式运输通道，景观环境效益日益成为发展中新的主题，提高绿化水平和边坡防护效益[4-5]，已成为高速公路建设新的要求。沿途景观环境不仅能丰富司乘人员的视觉环境效果，避免视觉疲劳，提供安全、舒适的道路环境，同时还对改善公路两侧生态环境与边坡防护植被发挥着极其重要的作用。榆绥高速项目地处陕北榆林，路线穿越毛乌素沙地沙丘、黄土丘陵沟壑和无定河河谷三个地貌单元，地貌类型复杂，施工难度大，边坡防护技术要求高。如何防护高速公路边坡的生态环境，充分发挥植被护坡功能，是公路建设和管理者必须重视的问题[6-8]。为尽可能避免对原本十分脆弱的生态环境造成破坏，榆绥高速公路建设提出“绿色榆绥、生态榆绥”定位，采取建设与生态环保同步发展，动态设计的方式，对公路绿化、景观设计进行了优化，确保在项目建成后形成绿化景观“点、线、面”三级格局，“乔、灌、草”相结合的立体绿化体系[9]。本文结合建设过程中边坡防护和绿化树种的选择，并参阅我国高速公路建设边坡防护的相关文献资料，分析总结了高速公路植被边坡防护效益以及适合该路段边坡防护植被和道路两侧碎落台景观树种的选择，以期为今后我国同类型地区高速公路边坡防护提供科学依据。

1 榆绥高速公路概况

榆(林)绥(德)高速公路是陕西省级高速公路榆商线的重要路段，也是陕西省“2367”高速公路网规划和榆林市“两纵两横”主骨架规划中的组成部分，路线起于榆阳区牛家梁镇与榆神高速公路相接，向南上跨包西铁路，沿榆林规划区东侧设线，路线全长118.809 km，途经榆阳、横山、米脂、绥德四县(区)13个乡镇127个行政村。连通国家高速公路主干线包茂高速、青银高速，在榆林国家能源重化工基地形成一个高速公路环线，对缓解区域发展公路瓶颈制约，推动区域城镇化建设进程，加快以榆米绥盐化工业区为代表的能源重化工基地的建设，缩短了榆林、内蒙优质煤炭经青银高速吴堡黄河大桥出陕供应华北、华东地区的距离，进一步畅通了我国西煤东运和北煤南运通道[9]。但是该建设路段地貌类型复杂多变，涉及毛乌素沙地沙丘、黄土丘陵沟壑和无定河河谷三种地貌，生态环境极为脆弱，在道路建成的同时，周边环境遭到不同程度的破坏，如果不根据地形地貌和气候特点及时进行边坡防护恢复植被，会造成更大的水土流失和道路的毁坏，因此，采取工程措施和生物措施相结合的边坡防护措施显得尤为重要。

2 边坡防护植被选择的原则

植被护坡功能的实现以坡面植物的健康生长为前提。对于原始植被已被严重破坏的坡面，恢复其植被须遵循植被生态学的基本规律，尽可能的选择乡土树种和乡土植物品种，使植物与环境之间形成一个特有的内部环境或植物环境的相互关系,以抵御各种灾害。

2.1 选择适合当地气候条件的植物

针对项目区生态环境以及边坡的地形、地质土壤条件，要选择适合当地生长的植物种类，充分发挥其固坡作用。气温是选择护坡植物的首要条件，最高和最低气温决定植物是否能安全越夏和越冬，因此，在陕北榆林应选择暖季型植物，即根系发达入土深，分生能力强，耐旱、耐寒、耐瘠薄、绿期长的乡土树种和花草。沙漠地貌护坡植物可采用沙地柏、紫穗槐等灌木树种，碎落台可采用油松、樟子松、旱柳、新疆杨等乔木树种；黄土梁峁沟壑地貌和无定河河谷地貌护坡植物可用波斯菊、高羊茅、早熟禾、多年生黑麦草、紫穗槐、柠条等花灌植物，碎落台可采用油松、旱柳、新疆杨、山杏、国槐、侧柏等乔木树种。

2.2 选择根系发达、分生能力强的植物

植物根系对边坡加固作用主要通过深根的锚固作用和浅根的加筋作用完成。根的直径、长度及延伸方向共同决定了其对边坡稳定所起的作用。须根在土壤中生长时交错盘结，使边坡土体与须根成为土与根结合体，有利于加固土壤、提高抗剪强度和抗浅位滑坡的能力[4]；垂直根系穿过边坡浅层的松散风化层，伸进基岩的裂缝中，起到桩与锚杆的作用，可将土层中的剪应力变换成植物根的拉应力。根系地下生长量越大，根系分布越深，保持水土能力越强，植物的抗逆性也强。根的含量越大，由植物根系提供的粘结力就越大，土体抗冲刷的能力就越大。因此，应选择根的分蘖能力强，根的含量多，根系抗拉强度和抗剪强度大的植物，或者根据根系特性混合播种和栽植。

2.3 选择抗性强、耐瘠薄的植物

根据陕北地区地形地貌和气候特点，针对生态环境极为脆弱的特征以及高速公路边坡护坡路段地质结构复杂，土壤较为贫瘠、保水性能差，养护强度低，管理粗放以及车流量大、污染严重等特点，选择耐旱、耐瘠薄、易成活、易管护、抗性强的植物品种。适宜当地自然条件的乔灌木作为绿化栽植苗木，在栽植过程中采取铺设草帘或草方格的方式，防沙、固沙、防滑、保墒，有效地提高了苗木的成活率。因此，应选择耐寒、耐旱、较耐瘠薄、抗污染、抗病性强等特性的植物种，可选用樟子松、山杏、旱柳、紫穗槐、波斯菊等。结合地形地貌特点，在沙漠段挖方上边坡将不易成活的混播草优化为栽植紫穗槐，在骨架拱形护坡和非沙漠区的上边坡中增加波斯菊，有效地点缀了坡面绿化效果，同时，在碎落台增加樟子松等常绿乔木，并间隔栽植山杏等灌木，确保营造四季常青的绿化效果。

3 植物根系与边坡土体的相互作用

3.1 草本植物根系与边坡岩土体的相互作用

草本植物的根系为直径小于1 mm的须根，其密度随土壤深度的增加表现出不同特点，即在0-30 cm土层急剧减少，在30-70 cm土层逐渐减少及在70-120 cm土层保持最低水平，在0-30 cm土层内根系分布占总根数的90%，30-70 cm土层内约占总根数的8.5%，70 cm以下土层仅占总根数的1.5%左右。图1为早熟禾根系随土壤深度变化的分布图。

图1 草本植物根系密度随土层深度的变化

从图1可以看出，根量随着土层深度增加的变化曲线与根系随土层深度的变化曲线基本相似，在0-30 cm土层内分布总根量的86%，30-70 cm土层内约占总根量的8%，70-150 cm土层内仅占总根量的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渐减小。在根系集中分布区内，由于根系的盘结作用，边坡土体可看作由根系与土组成的根-土复合体，为土层提供了附加“粘聚力”，一方面使原土体的抗剪强度向上推移，一方面又因限制了土体的侧向膨胀使最大剪应力减小，这两种作用使边坡土体的承载力提高。

3.2 木本植物根系与边坡土体的相互作用

其根系分布按形态特征，可分为主直、散生和水平三个类型。主直根型是由明显地近乎垂直的主根和众多侧根所构成，主根发达，垂直向下生长，深可达3～5 m。散生根型无明显主根，由若干支原生和次生的根，成辐射状结构向地下扩展成网状结构的吸收根群。水平根型由具有固着作用的发达侧根和不定根组成，根系多水平方向扩展，分布在20-30 cm的土壤表层。

木本植物的垂直根系由于主根可垂直扎入土体的深层，通过主根和侧根与周围土体的相互作用把根系与周围土体联系起来；而水平根系由于主根扎入边坡土体不是足够深，其对边坡的防护作用还依赖于边坡的类型。

4 高速公路植被边坡防护效益分析

4.1 防止地表冲刷，提高路基的稳定性

植被边坡防护是利用植被地上茎叶对边坡的覆盖作用、根系对边坡的固土作用，减弱雨水对地表的直接击打和冲刷，减少道路边坡的地表径流，保护路基边坡免受雨水与地表径流的侵害[4]。植被叶面通过拦截高速下落的雨滴，减弱或分散雨滴对土壤表面的直接冲刷，减少滴溅能量及飞溅的土粒，大大降低了雨水的冲刷能力[4,12，13]，而且多数灌木植物根系发达，根系在土体中穿插、缠绕，根系的新陈代谢旺盛，周围的生物活动频繁，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状[1]。同时，根系生长过程中的分泌物及枯落物和死亡根系腐烂分解形成的腐殖质，提高了土壤有机质的含量，使土壤形成良好的结构体，穿插在土体中的细小根系可防止土体在水中分散、破碎，发达的根系增加地表粗糙度和土层渗透性，对水源的分流、吸收和一定程度的抗拉、抗剪强度，消弱地表径流,降低了对土壤的冲刷程度[2-4]。植物的垂直根系穿过边坡浅层的松散风化层，锚固到深处较稳定的岩土层上，起到预应力锚杆的作用；须根在土中错综盘结，使边坡土体成为土根的结合体，从而达到固土护坡，控制土壤流失，路基的稳定性逐渐增强[10-13]。

4.2 改善道路景观，恢复沿线的生态环境

通过公路两侧的植被边坡防护，使沿线因施工破坏的环境得到改善，恢复原有的植被景观。特别是四季交替变化的树木花草赋予了道路沿线不同的景观容貌，不仅反映了道路线形的优美，而且给司乘人员提供了动态变化的视野景观环境，让乘客感到心旷神怡，让司机消除疲劳。结合地形地貌和气候特点，针对陕北地区生态环境极为脆弱的特征，在沙漠段挖方上边坡将不易成活的混播草优化为栽植紫穗槐，在骨架拱形护坡和非沙漠区的上边坡中增加波斯菊，有效地点缀了坡面绿化效果，同时，在碎落台增加樟子松等常绿乔木，并间隔栽植山杏等灌木，确保营造四季常青的绿化效果。隧道洞门周边绿化以当地物种为主，洞顶树木花草与栽植风格以及坡面生长的树木一致，以自然疏密状况向稍远的地方栽植，在两隧道间中分带处栽植了较大的观赏乔木与灌木进行点缀[14]。对互通立交区地势较低匝道环内选择樟子松、旱柳、杨树等进行绿化；服务区停车场采取绿化带的方式区分不同的停车区域；收费站所绿化以景观园林为主，以人为本，采用高大、形美的景观树种和适于当地生长的常绿乔灌木与花草结合的方式进行美化；对公路两侧路域视线内环境较为复杂或景观较差路段，栽植樟子松、山杏、新疆杨或旱柳，以改善路域不良视觉感受；路域边角空地进行整理平顺、边坡放缓、坡角倒圆的方式处理，同时散植小叶杨，点植樟子松，林下空地撒播混播草籽；隧道洞顶进行樟子松和刺槐混交栽植，隧道仰坡栽植紫穗槐、柠条，撒播草籽，洞口坡角处散植杨树，点植樟子松，林下空地撒播混播草籽，真正做到了全方位、无死角的绿化效果。全方位立体式的改善道路景观，恢复沿线的生态环境。

4.3 净化沿途空气，减弱环境噪音

在环境保护和生态恢复方面，行驶的车辆排放出大量的有害气体SO2、CO2、CO，并伴随大量尘土，严重污染了道路周边大气环境。护坡植被和碎落台乔灌木树种起着隔尘、降噪、抑菌、调节气候的作用。圆柏、侧柏和云杉等树木对SO2、HF、Cl2、HCl等多种有害气体都有较强的抗性和吸收能力，油松、樟子松、新疆杨等具有很好的防尘作用等，国槐、丁香等具有吸收汽车尾气SO2的能力。因此，高速公路两侧应选择抗旱、抗寒、抗污染特性较强植物和树种吸收大量有害气体，净化空气，保护生态环境，同时具有消音减噪的功能，可以有效地减小车辆噪音，保证行车安全，具有良好的经济、社会和生态效益。

5 结论

5.1 边坡防护技术有利于水土保持和生态环境的保护

随着人们对环境保护意识的不断增强，裸露边坡采取生态防护措施也将成为主流，植物防护技术已成为今后边坡防护的首选技术。边坡防护技术是高速公路建设的重要技术，应根据高速公路边坡土体和植物根系固土作用的不同，选择不同的草本植物和木本植物，不仅能够确保高速公路的边坡稳定和行车安全，有利于水土保持和生态保护，而且能够达到协调周围环境、美化公路景观的效果。

5.2 边坡防护技术应采用生物措施和工程措施相结合的方法

高速公路工程的修建，形成了大量裸露的边坡，造成了水土流失并导致边坡塌方，破坏了生态景观。采用生物措施与工程措施相结合的方法进行边坡防护，克服了因工程自身缺陷出现垮塌的问题，同时还可重建生态景观。

5.3 边坡防护植被和道路两侧绿化树种的选择

行驶的车辆不仅排放出大量有害气体SO2、CO2、CO等，并伴随大量灰尘，严重污染了道路周边大气环境。护坡植被和碎落台乔灌木树种起着隔尘、降噪、抑菌、调节气候的作用。护坡植被应选择抗旱抗寒性强的灌草植物，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，碎落台乔灌木树种应选择抗旱、抗寒、抗污染特性、防尘作用和吸收能力较强植物树种，如侧柏、云杉、油松、新疆杨、国槐、丁香等，以吸收大量有害气体，净化空气，保护生态环境。

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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

张梅(1973-)，女，陕西子洲人，工程师，现主要从事林业技术推广和开发工作。

S731.8

A 文章编号:1001-2117(2015)03-0064-04