穴植角度对公路边坡植被恢复的影响

2017-04-21赵乾程王玉君

中国水土保持 2017年3期

关键词：柽柳冬青土工

张军，任珺，赵乾程，闫洁，王玉君

(1.兰州交通大学环境与市政工程学院环境生态研究所，甘肃兰州 730070；2.甘肃省环境科学设计研究院，甘肃兰州 730030)

穴植角度对公路边坡植被恢复的影响

张军1,2，任珺1，赵乾程1，闫洁1，王玉君1

(1.兰州交通大学环境与市政工程学院环境生态研究所，甘肃兰州 730070；2.甘肃省环境科学设计研究院，甘肃兰州 730030)

公路边坡；植被恢复；穴植角度；多重比较；成活率；株高

为了对兰州(新城)至永靖沿黄河快速通道边坡植被进行恢复，选取沙冬青、紫穗槐、梭梭、花棒和柽柳等5种本地苗木作为边坡植被恢复物种，在坡比为1∶0.75的坡面上采用3个穴植角度90°、60°和30°进行人工移植，对苗木在3个穴植角度下的成活率和株高进行比较。结果表明：同种苗木的成活率因穴植角度不同而不同，穴植角度为60°时苗木的成活率最高、生长最好；不同苗木在同一穴植角度下成活率不同，花棒在穴植角度为90°时成活率不足50%；在边坡防护工程中使用较少的沙冬青抗逆性强、根系发达、固沙保土性能好，并且在穴植角度为60°时的成活率高达92.5%，可以大规模应用。

近年来，我国高速公路建设进入了迅猛发展时期，截至2014年底，全国高速公路总里程为11.19万km，居世界首位。公路建设中，产生大量无法自然恢复的岩土边坡，破坏了原有的表土层及原生植物群落，加剧了水土流失和生态恶化，甚至威胁行车安全[1-2]。近年来，在边坡上建立一种结构稳定、功能完善、能够自我维持的土壤生态系统，成为我国边坡绿化和水土保持研究的热点问题之一[3]。公路边坡的生态防护作为公路绿化的一个重要组成部分，具有多种功能[4]，除了稳定边坡，防止土壤风化及水土流失，还能有效地阻滞烟尘、飘尘和交通噪声，并吸收汽车尾气中的有害气体，减轻污染[5]，产生良好的经济效益、社会效益和生态效益[6]。

兰州(新城)至永靖沿黄河快速通道(以下简称“兰永一级公路”)是甘南州、临夏州与青海、河西走廊及新疆之间交通往来的重要通道，是兰州市南滨河路“黄河风情线”的延伸段，是整合区域特色旅游资源、打造沿黄河特色生态旅游线路的重要通道。因此，开展典型路段的生态防护技术研究，对于降低工程造价，保证路基施工质量和黄河水质，确保该条高等级生态公路工程建设质量和建设水平，都具有重要意义，也尤为迫切。本课题属于兰永一级公路建设的一部分。兰永一级公路处于干旱地区，在自然条件下边坡植被很难恢复，为此分析了不同植物种及不同穴植角度对边坡植被恢复的影响。

1 研究区概况与试验方法

1.1 研究区环境

研究区为兰永一级公路K35+495—K35+768路段，地处陇西黄土高原的西北部，大部分地区为黄土覆盖，沿线地貌类型为丘陵沟壑与河谷阶地。属中温带半干旱大陆性季风气候，多年平均气温9.4～9.8 ℃，年均降水量281.2～327.0 mm，年均蒸发量1 446.4～1 500.0 mm，≥10 ℃年有效积温2 989～2 950 ℃，无霜期165～177 d，最大冻土深98～102 cm。土壤类型主要有黄绵土、栗钙土、灰钙土和灌淤土等。植被类型属半干旱草原植被，林草覆盖率10%～25%。研究区内主要河流有黄河及其支流湟水河。水土流失类型以水力侵蚀为主，土壤侵蚀模数平均为2 600 t/(km2·a)，其中河谷阶地区为2 000 t/(km2·a)，丘陵沟壑区为4 000 t/(km2·a)。

根据兰州阶段降水量大、降水年内分布不均匀、全年蒸发量大于降水量、气候干燥的特征，在植物的选择中应注重植物的气候适应性、土壤适应性，以及抗寒、抗旱、抗冲刷等特性；采取的工程措施应以增强边坡的稳定和边坡坡面的抗风沙侵蚀、雨水冲刷为重点。

1.2 试验材料与方法

土工格室护坡是在展开并固定在坡面上的土工格室内填充种植土，然后均匀撒(喷)播草种进行绿化的一种护坡技术[7]。由于土工格室能对流水起到缓速消能作用，可促使其携带物沉淀在格室中，有效避免草籽及幼苗被雨水冲走，大大提高了草被覆盖度，在目前的工程建设中得到了越来越广泛的应用[8]，因此本试验采用菱形土工格进行护坡。同时，边坡植物的选择尤为重要，要以本地乡土植物种为主、外来优良植物种为辅，植物材料须繁殖方便、适应性强[9]。通过对路线所在区域不同立地类型和植物分布的实地调查与分析，筛选出抗性强、易成活、易生长的乡土植物作为生态防护设计的主要材料，所选植物种为沙冬青(Ammopiptanthusmongolicus)、紫穗槐(Amorphafruticosa)、梭梭(Haloxylonammodendron)、花棒(Hedysarumscoparium)、柽柳(Tamarixchinensis)。

试验边坡坡比为1∶0.75，菱形土工格边长为1.5 m，在1.5 m×1.5 m的菱形土工格中平均分布有16个移植穴(图1)。将根系和高度基本一致的同种苗木按照90°、60°和30°的穴植角度(图2)分别移植在不同的土工格内，每个穴植角度6个重复，即6块菱形土工格。移植后每3 d人工喷灌1次，30 d后调查同种苗木同穴植角度的6块菱形土工格中植株的成活率，90 d后在每块菱形土工格中选3株具代表性的苗木测定同穴植角度的植株平均株高。

图1 护坡土工格中苗木移植穴分布示意

图2 土质急坡苗木穴植角度示意

1.3 数据处理方法

用STATISTICA(Version 6.0)软件进行数据处理，对沙冬青、紫穗槐、梭梭、花棒、柽柳5种苗木的成活率进行种间和处理间邓肯氏多重比较检验，并对5种苗木90 d后的株高做处理间邓肯氏比较检验。

2 结果与分析

2.1 穴植角度对苗木成活率的影响

对沙冬青、紫穗槐、梭梭、花棒、柽柳5种苗木的成活率进行邓肯氏多重比较检验，结果见表1。总体上，穴植角度为90°和60°时，沙冬青、紫穗槐、梭梭、花棒、柽柳5种苗木的成活率差异极显著；穴植角度为30°时，5种苗木的成活率差异较显著。当穴植角度为90°时，沙冬青、梭梭、柽柳的成活率没有显著性差异，但显著高于花棒的成活率，显著低于紫穗槐的成活率。当穴植角度为60°时，沙冬青、紫穗槐的成活率没有显著性差异，梭梭、柽柳的成活率没有显著性差异，但花棒的成活率显著高于梭梭、柽柳的成活率，显著低于沙冬青、紫穗槐的成活率。当穴植角度为30°时，沙冬青、紫穗槐的成活率没有显著性差异，梭梭、花棒、柽柳的成活率没有显著性差异，但沙冬青、紫穗槐的成活率显著高于梭梭、花棒、柽柳的成活率。

表1 兰永一级公路边坡穴植苗木的成活率及多重比较结果

注：表中数据为6个重复的平均值；F值标“***”表示处理间或种间差异极显著(P<0.001)，标“**”表示处理间或种间差异较显著(0.0010.05)；带有相同大写和小写字母的平均数，分别表示种间和处理间经过邓肯氏多重比较检验没有显著性差异(P>0.05)。

对5种苗木不同穴植角度处理间进行邓肯氏多重比较检验，总体上，沙冬青、花棒在不同穴植角度的成活率差异极显著，紫穗槐、柽柳在不同穴植角度的成活率差异较显著，梭梭在不同穴植角度的成活率无显著差异。沙冬青在穴植角度为60°时的成活率显著高于穴植角度为30°、90°时的成活率，而穴植角度为30°时的成活率显著高于穴植角度为90°时的成活率。紫穗槐在穴植角度为30°、90°时的成活率无显著性差异，但均显著低于穴植角度为60°时的成活率。花棒在穴植角度为60°时的成活率显著高于穴植角度为30°、90°时的成活率，而穴植角度为30°时的成活率显著高于穴植角度为90°时的成活率。柽柳在穴植角度为60°、30°时的成活率无显著性差异，但均显著高于穴植角度为90°时的成活率。

2.2 穴植角度对苗木生长的影响

对沙冬青、紫穗槐、梭梭、花棒、柽柳5种苗木在不同穴植角度的株高进行邓肯氏比较检验，结果见表2。总体上，紫穗槐、梭梭在不同穴植角度下的株高差异极显著，沙冬青、柽柳在不同穴植角度下的株高差异较显著，花棒在不同穴植角度下株高差异显著。沙冬青在穴植角度为90°、30°时的株高无显著性差异，但显著低于穴植角度为60°时的株高；紫穗槐在穴植角度为90°、30°的株高无显著性差异，但显著低于穴植角度为60°时的株高；梭梭在穴植角度为30°时的株高显著高于穴植角度为90°时的株高，显著低于穴植角度为60°时的株高；花棒在穴植角度为30°时的株高显著高于穴植角度为90°时的株高，显著低于穴植角度为60°时的株高；柽柳在穴植角度为90°、30°时的株高无显著性差异，但显著低于穴植角度为60°时的株高。