点播灌木绿化技术在南广铁路路基边坡植被防护中的应用
2015-11-25柯尧
柯 尧
(中铁二院工程集团有限责任公司,成都 610031)
点播灌木绿化技术在南广铁路路基边坡植被防护中的应用
柯 尧
(中铁二院工程集团有限责任公司,成都 610031)
近年来点播灌木绿化技术在公路绿化工程中应用较多,但在铁路边坡绿化工程中很少大面积应用。为实现“灌草结合,以灌为主”的植被目标,针对南广铁路的工程环境特点,结合路基边坡防护工程开展了点播灌木绿化技术的应用研究。通过对典型工点施工工艺和绿化效果的对比分析,总结了一般地区点播灌木的技术要点。
铁路路基；边坡；点播灌木；绿化； 植被防护
1 概述
近年来，植被防护作为固土护坡、保持水土以及生态修复的有效措施，已逐渐成为铁路路基边坡防护的重要形式。传统铁路路基边坡植被防护多采用喷播植草、移植草皮或移栽灌木的方式，但往往存在草皮退化快，移栽灌木成本高，成活率低等￣￣问题。而理想的边坡灌木是用种子直接建植的实生苗木，对比营养钵苗(或扦插苗)，实生苗灌木具有根系发育伸展，根系间连结性强，防护能力好等优点，更加符合坡面生态恢复的要求[1-3]。
新建南广铁路黎塘西至肇庆东段，沿线跨桂、粤两省区，正线全长400.314 km。线路所经地区属亚热带季风气候，年平均气温在21 ℃左右，雨量和光照充沛，有明显的干湿两季之分，年降水量在1 300～1 700 mm，6～9月为当地暴雨多发季节[4]。工程沿线地形复杂，产生大量高填深挖路基边坡。其中路堑边坡多为软质岩或生土，生物积累量较少，坡面十分贫瘠。路堤填料多为级配碎石和改良土，坡面回填土层薄(10 cm左右)，边坡保水保肥性差，植物生长十分困难。
针对南广铁路沿线的气候特征及工程特点，在路基边坡植被防护工程中普遍应用了点播灌木灌草护坡绿化技术(以下简称“点播灌木绿化技术”)，涉及绿化面积约273万m2。目前，南广铁路已全线通车。路基边坡植被经过近4年的生长，覆盖率基本达到100%，起到了良好的固土护坡和美化环境的效果。
2 技术原理
根据郑煜基等人[5]的试验观察，草本、灌木混播在坡面绿化防护中植被的演替有如下特点：前期(20 d前)以草本生长形成的景观为主，灌木隐于草丛中，以后灌木逐渐高出草面，形成草、灌共生的景观，在60 d后坡面覆盖率一般可达到85%以上。半年以后，随着灌木生长，冠幅加大，坡面基本被灌木覆盖，草本则逐渐退化，只存在于灌丛的边缘或空隙地带。由于适于播种的灌木大多能开花结荚，其种子成熟后散落于坡面能自然萌发生长。因此，随着坡面植被的演替，灌木越长越密，底层的草本则呈现退化的趋势[5]。
点播灌木绿化技术正是根据草本、灌木混播时的自然演替规律，通过一定的施工工艺和栽培措施，调节灌草间的生长平衡机制，从而构建以灌木为主的复层植被群落。在边坡绿化的前期，利用先锋草本植物萌芽快，横向蔓延能力强的特点，迅速覆盖坡面、稳固表层土壤，同时起到保水保肥等作用，为一些生长速度较慢的目标植物创造生长条件[6]。工程后期，随着草本的逐渐退化，点播的灌木逐渐形成均匀的植被群落。这时，灌木地上密集的茎叶可对强降雨起到有效的拦截和缓冲作用，地下纵横交错的发达根系又可以深入土壤甚至岩石裂缝中，起到对坡面土壤的加筋和锚固作用[7]。从而更有利于减少边坡水土流失，增强坡体的稳定性。
3 施工工艺
3.1 清理边坡
待路基骨架等圬工结构施作完成后，清除坡上的碎石、浮土和其他杂物，凿削或嵌补坡面至平整。
3.2 坡面覆土
根据边坡土质、岩性、坡率、骨架预留深度的不同，在坡面覆盖一定厚度的种植土作为植物生长的基质。覆土时以回填的种植土能否稳定为原则，灵活采取横向开沟、挂网、植生袋客土等措施。回填的种植土应黏砂适中，酸碱适度(pH值6～8)，含有植物生长必需的养分，且最大粒径应小于20 mm。
3.3 浸种催芽
播种前应根据不同植物种子的发育特点进行浸种催芽，提高发芽率。山毛豆种子用50 ℃温水浸种0.5 h；银合欢种子用70 ℃热水浸种2 d，每24 h换一次70 ℃热水处理；木豆种子采用30 ℃热水浸种2 d；多花木兰种子采用30 ℃热水浸种半天[8]。
3.4 挖穴点播
选择2～3种灌木在坡面自上而下按“品字形”点播，每2～3行交换一个品种，点播间距30～50 cm。点播采用竹筒或铁铲开穴，穴径6 cm，深度6～10 cm，并根据土壤肥力情况在穴中加入适量营养土。点播时应根据不同的施工季节以及不同批次种子发芽率的情况灵活调整点播密度，确保植被建成后每平米灌木数量在4株左右。见图1。
图1 灌木平面布置及点播穴大样(单位：cm)
3.5 撒播植草
若在雨季施工，为防止暴雨冲刷，应在灌木点播后立即进行植草，然后覆盖无纺布。若在非雨季施工，可以等灌木出苗以后再进行撒播植草。撒播时在草籽中掺入3倍于种子体积的干细沙，沿不同的方向连撒均匀3遍。撒完种后适当喷水，喷水时最好能形成雾状，尽量避免冲溅，水量的大小以充分湿润表土，又不见明水为宜。
3.6 覆盖无纺布
点播灌木和植草完成后，为了保温保湿、改善种子萌生环境，可采用15～40 g/m2的无纺布从上至下进行铺盖，并用竹签或U形钉固定。待苗出齐后应适时揭开无纺布，保证苗木正常生长。在暴雨季节可用草帘代替无纺布。
3.7 栽后管理养护
加强栽后管理养护，尤其是灌木发芽生根期的养护，直至植被生长稳定。苗期应根据天气情况控制浇水量，确保种子发芽、生长所需水分。养护期内应根据植物生长情况及时进行追肥、补植和病虫害防治。在草本成坪、灌木稳定生长后(约3个月后)逐渐减少浇水次数，锻炼植物的适应能力。但在1年内尤其在旱季要对其进行不定期养护，使植被逐渐进入自然生长状态。
4 典型工点绿化效果及分析
4.1 工点A绿化效果4.1.1 工点概况
DK40+624.38～DK40+749左右侧，人字形截水骨架内灌草护坡，绿化面积1 936 m2，坡高约7 m，坡率1∶1.5，部分为路桥过渡段，路堤填料为级配碎石，骨架内回填土厚度约10 cm。
4.1.2 施工过程
该工点于2010年6月11日开始施工。点播灌木选择山毛豆、木豆、银合欢，密度约4～9穴/m2，4粒/穴，在灌木生长至10～20 cm后撒播狗牙根，密度为5 g/m2。施工后经过多次补填土、施肥、补种，并在坡面覆盖稻草，减轻雨水冲刷。
4.1.3 绿化效果及分析
该工点灌木总体出苗率约85%，其中山毛豆、木豆出苗率约90%。银合欢出苗率次之。工程前期，山毛豆、木豆、银合欢可以正常发芽，但生长较为缓慢。狗牙根覆盖不均匀，基本呈斑块状分布。一年后边坡植被覆盖率达到90%。2010年雨季过后，部分木豆、山毛豆死亡。究其原因主要是回填土含砂量太大，加之坡顶挡水缘没有施工，雨水对边坡造成直接冲刷。由于狗牙根播种于土壤表层，受雨水冲刷严重，直接造成了土壤和草种的流失，成坪效果不明显。另一方面，由于幼苗期的灌木根系较浅，土壤的流失导致灌木根系外露，灌木幼苗在强烈的日照和高温影响下死亡。本工点在灌木长高后才撒播狗牙根，草本对灌木的生长影响较小，但同时也加重了雨水对边坡冲刷的危害。如表1所示。
表1 工点A灌木生长状况(叶片数或植株均高/cm)
4.2 工点B绿化效果4.2.1 工点概况
DK77+240～DK77+908左右侧，人字形截水骨架内灌草护坡，绿化面积3 577 m2，坡高约9 m，坡率1∶1.5，路堤采用A、B组土质填料，骨架内回填种植土厚度约15 cm。
4.2.2 施工过程
该工点于2010年7月12日开始施工。先点播山毛豆、木豆、银合欢，密度4～9穴/m2，4粒/穴，点播完成后撒播狗牙根，密度为5 g/m2。灌木高约5 cm后开始追肥，1个月后局部补种灌木。施工后在干旱季节进行了多次浇水养护。
4.2.3 绿化效果及分析
该工点灌木总体出苗率约90%，其中山毛豆、木豆出苗率最高，达到90%以上。银合欢出苗率次之，可能是前期生长缓慢，受到山毛豆、木豆及狗牙根的竞争影响。一年后边坡植被覆盖率达到100%。该工点路基填料以土质为主，相对填石路堤边坡保水保肥能力强，为植物提供了较好的生长条件。本工点在灌木与草种几乎同时播种，草本对灌木的生长有一定的影响，山毛豆、木豆1个月后的高度均小于工点A。如表2所示。
表2 工点B灌木生长状况(叶片数或植株均高/cm)
4.3 工点C绿化效果4.3.1 工点概况
IDK152+775～IDK153+016左右侧，拱形截水骨架内灌草护坡，绿化面积约1 000 m2，坡高约5 m，坡率1∶1.5，路堤采用A、B组土质填料，骨架内回填种植土厚度约10 cm。
4.3.2 施工过程
该工点于2010年6月20日施工，先点播山毛豆、银合欢、多花木兰，密度约4～9穴/m2，4粒/穴，一周后撒播狗牙根，密度为3 g/m2。1个月后追肥，3个月后局部补种灌木。
4.3.3 绿化效果及分析
该工点灌木总体出苗率约70%，其中山毛豆出苗率最高，达到80%。银合欢与多花木兰前期出苗率不高，表明灌木之间也存在种间竞争，山毛豆具有较强的竞争优势。一年后边坡植被覆盖率达到90%。由于坡面填土厚度不一，导致植被高低不均匀。该工点边坡较矮，坡度较缓雨水冲刷危害较小，故适当减少了草籽的用量。如表3所示。
表3 工点C灌木生长状况(叶片数或植株均高/cm)
4.4 工点D绿化效果4.4.1 工点概况
1DK188+476～1DK188+587左侧，拱形截水骨架内灌草护坡，绿化面积约400 m2，坡高约9 m，坡率1∶1.25，土质路堑边坡，坡面以粉质黏土为主。
4.4.2 施工过程
该工点于2010年6月9日进行绿化施工，坡面交替点播山毛豆、银合欢、多花木兰，密度约4～9穴/m2，4粒/穴，一周后喷播狗牙根，密度为5 g/m2。1个月后追肥，5个月后局部补种灌木。
4.4.3 绿化效果及分析
该工点灌木总体出苗率约50%，其中山毛豆出苗率约70%。多花木兰与银合欢出苗率不高，前期生长缓慢。受到2010年冬季强降温天气影响，部分灌木上半部分枯萎，第二年才重新发芽生长。1年后边坡植被覆盖率达到95%。该工点坡面粉质黏土有机质含量低，且受雨水冲刷危害较大，故采用了喷播植草。工程表明喷播植草在短期内覆盖坡面的效果显著，但应选择较好的时机，避免对灌木生长造成影响。如表4所示。
表4 工点D灌木生长状况(叶片数或植株均高/cm)
4.5 对比分析4.5.1 总体绿化效果对比(图2，图3)
虽然各工点所处地理位置，施工工艺及养护管理水平不同，但通过对各工点的立地条件及总体绿化效果的对比(表5)，也不难发现一定的规律。即：(1)种子的发芽主要与植物种类、种子质量、环境的温度、湿度以及催芽处理措施等多种因素有关，故4个工点的灌木出苗率差异较大；(2)点播灌木在土质深厚、土壤水分和有机质含量高的边坡，后期整体绿化效果更好。可见坡面的岩土状况对植被群落的形成具有直接的影响。
图2 各工点施工1个月后绿化效果
图3 各工点施工1年后绿化效果
项目边坡形式岩土状况灌木出苗率/%1年后覆盖率/%工点A路堤级配碎石上覆砂性土8590工点B路堤A、B组土质填料上覆黏土90100工点C路堤A、B组土质填料上覆砂性土7090工点D路堑粉质黏土5095
4.5.2 植物生长速度对比
选取在4个工点均有应用的山毛豆和银合欢两种植物进行生长过程中植株平均高度动态分析。从图4和图5的对比可以发现，山毛豆和银合欢在4个工点高度呈现出此消彼长的整体趋势。如，山毛豆在各工点平均高度基本可用A
图4 山毛豆在各工点植株高度动态
图5 银合欢在各工点植株高度动态
图6 各工点山毛豆与银合欢的高度动态对比
5 结论及建议
南广铁路沿线属于典型的亚热带季风气候，为植物生长提供了充沛的光热条件。但该区域雨季较长，并伴随着高温酷暑，加之铁路边坡土质条件差，养护管理难[9]等特点，使得植被恢复非常困难[10]。通过对部分典型工点绿化效果的对比分析，并结合全线绿化工程施工经验以及边坡植被的后期表现，可将一般地区点播灌木绿化技术的要点归纳如下。
5.1 优选植物种类及配置模式
植物作为边坡植被防护的主体，是决定边坡防护效果的首要因素。针对边坡土壤普遍贫瘠的特点，优先选用一些根系发达、覆盖度好、发芽率高，具有根瘤固氮能力的豆科植物。同时还应将常绿植物与落叶植物，速生植物与慢生植物相搭配，并根据各种植物的生长速度和成年后高度的不同进行合理配置，丰富边坡植被群落结构。另外，还应充分考虑灌木的成长高度是否会影响行车安全[11]，如银合欢成年后高度可达4 m，需用在离铁轨较远的边坡。
5.2 确保边坡土壤厚度和肥力
土壤是植物生长的载体，边坡土壤的质量直接影响着植物的成活率及后期生长效果。对于石质路堑边坡和绝大部分路堤边坡，播种前应在坡面回填不小于20 cm的种植土。施工时应充分利用工程清表时收集的熟土。对贫瘠的土壤或石砾含量过大的土壤，需根据实际情况添加有机肥、复合肥等进行改良。
5.3 根据边坡立地条件灵活调整施工工艺
铁路工程往往里程跨度大，需要穿越各种复杂的地理环境，造成全线路基边坡的立地条件也存在很大的差异。施工时需根据不同边坡的高度、坡率、坡向、岩土条件等综合因素灵活调整工艺流程和设计参数。例如：填石路堤边坡相对于一般土质路堤边坡来说，坡面保水能力差，宜采取“少量多次”的浇水原则。
5.4 合理调节草灌及灌木种间竞争
相对于草本植物来说，灌木前期生长一般较缓慢，植被覆盖度低，需要配合采用草本植物防护坡面，以控制早期土壤侵蚀，但草本植物生长过旺会影响灌木建成[12]。研究发现，草种的密度与灌木种子的发芽率一般成反比关系[13]。因此，需根据边坡立地条件合理调节草籽用量，并通过水肥控制及刈割等手段调节草本与灌木之间的竞争，以便形成“灌草结合，以灌为主”[14]的植被群落结构。当灌草同时播种时，可通过人工施肥来调节草灌生长速度，前期施肥时应选用含氮较少、含磷较多的肥料，复合肥的氮磷钾养分配比可考虑P>N>K，从而为灌木生长提供更多的养分。在非暴雨季节施工时，可采用两步施工法，即先点播灌木，等灌木长出真叶后再喷播(撒播)植草，使得灌木先一步发芽生长，保证了其在与草本植物的竞争中取得相对优势[15]，同时，由于不同灌木之间也存在种间竞争，优势种往往会压制其他植物的生长导致边坡植被群落结构单一化，可通过浸种催芽、调节种子相对数量的方法促进各种植物平衡生长。
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The Application of Dibble Seeding Shrubs Greening Technology in Subgrade Slope Vegetation Protection of Nanning-Guangzhou Railway
KE Yao
(China Railway Eryuan Engineering Group Co., Ltd., Chengdu 610031, China)
Recently, dibble seeding shrubs greening technology has been commonly used in highway greening engineering, but rarely in railway. In order to achieve the goal of "combination of shrub grass, shrub dominated vegetation ", study on the application of dibble seeding shrubs greening technology is carried out according to the environmental characteristics of the Nanning～Guangzhou railway project. Through comparative analysis of the process and greening effect for some typical work sites, the application of dibble seeding shrubs greening technology in normal areas is summarized.
Subgrade; Side slope; Dibble seeding shrubs; Greening; Vegetation protection
2015-01-12；
2015-01-31
铁道部科技研究开发计划(2006G034)
柯 尧(1984—)，男，工程师，2009年毕业于北京林业大学园林学院，工学硕士，E-mail：723350139@qq.com。
1004-2954(2015)08-0030-05
U213.1+5
A
10.13238/j.issn.1004-2954.2015.08.007
