结合肇庆地域水土保持现状谈工程植物生态模式

2017-06-21李学伟

中华建设科技 2017年4期

关键词：生态模式技术特点水土保持

【摘要】针对当前我区水土流失现状、成因和水土保持生态的原理进行分析，提出水保措施尤其要特别注重生态措施，才能形成具有良好的生态系统。通过本文对生态模式的分析，有助于引起社会对水土保持生态工程的重视，以构筑宜人的水保生态环境。

【关键词】水土保持；生态模式；技术特点

Discussion on Plant Ecological Model Based on Present Situation of Soil and Water Conservation in Zhaoqing Region

Li Xue-wei

（Four city water conservancy and hydropower survey and design instituteSihuiGuangdong526200）

【Abstract】In view of the current situation of soil erosion in our region， the causes and the principles of soil and water conservation ecology， this paper puts forward that the measures of water conservation and water conservation should pay special attention to ecological measures in order to form a good ecological system. Through the analysis of the ecological model， this paper will help to pay attention to the ecological engineering of soil and water conservation in order to build a pleasant ecological environment.

【Key words】Soil and water conservation；Ecological model；Technical characteristics

1. 引言

水土保持工程设计是我院的主要专业之一，工程设计普及到肇庆地区各个市县。特别是近几年，随着基本建设项目的不断增加，水土保持工程呈现量大面广，设计工程所形成的成果，关系到生态环境的可持续发展重大问题。因此，我们在水保设计中不断地要求引入新概念、新措施，以构筑宜人的生态环境。经查阅了相关资料获悉：我国目前仍是世界上水土流失严重的国家之一。土壤侵蚀遍布全国，而且强度高，成因复杂，危害严重，水土流失是影响可持续发展的最大环境问题。过去开发建设项目水土保持措施大都是注重工程措施，却忽略了植物生态措施，如何形成具有良好结构水保生态系统，值得深度讨论（图1、2、3、4）。

图1水土流失是环境的最大问题图2采土场水土流失状况

图3道路开挖引起的坡面崩塌图4取土场裸岩风化

2. 水土保持的生态模式

开发建设通常会直接扰动土壤、破坏植被，减少了绿地面积，或使原有完整绿地破碎化，直接或间接破坏生态系统的结构与功能。因此，保护和恢复重建植被是建设项目水保工作的核心任务，而人工重建主要是模拟自然植物群落的种类成分和群落结构特点，建造并推动植

物群落的顺行演替，以尽快形成为周围环境协调的稳定植物群落。近年国内外兴起的“生态工法”、“植被生态工程”等，成为当今工程水土保持的趋势。

2.1生态模式中的必要工程措施。

（1）生态模式强调工程措施与生物措施的有机结合，最终发挥植物群落的作用。对开发建设项目在基建施工和生产运行中由于开挖地面或堆置弃土、弃石、弃渣等形成的不稳定边坡，首先应采取必要的固土护坡工程措施。护坡工程主要有以下几种（图5、6、7、8）：

图5厂房背山分层护坡绿化图7植被护坡效果

图6阶梯护坡绿化图8护坡面铺草后一年效果

A.对边坡高度大于4m、坡度大于1.0：1.5的，应采取削坡开级工程；

B.对边坡小于1.0：1.5的土质或沙质坡面，可采取植物护坡工程；

C.对堆置物或山体不稳定处形成的高陡边坡，或坡脚遭受水流淘刷的，应采取护坡工程；

D.对条件较复杂的不稳定边坡，应采取综合护坡工程；

E.对滑坡地段应采取滑坡治理工程。

（2）常用的工程护坡措施有干砌石护坡、浆砌石护坡、抛石护坡、混凝土护坡、喷浆护坡、胶泥喷涂护坡、灰浆或三合土等抹面护坡、锚喷护坡、锚喷网护坡。常用的植物护坡主要包括种草护坡和造林护坡，前者适用于坡比小1.0：1.5，土层较薄的沙质或土质坡面，可选用生长快的低矮葡伏型草种。后者适用于坡度10°～20°，在南方坡面土层厚15cm以上、北方坡面上层厚40cm以上、立地条件较好的地方，宜采用深根性与浅根性相结合的乔灌木混交方式，同时选用适应当地条件、速生的乔木和灌木树种。在坡面的坡度、坡向和土质较复杂的地方，将造林护坡与种草护坡结合起来，实行乔、灌草相结合的植物或藤本植物護坡/更多情况下是采用工程护坡与植被护坡相结合的综合护坡工程，包括砌石草皮护坡、格状框条植被护坡、三维网植草护坡、纤维土等厚层基材喷射绿化工法护坡等，具体应用各种植物与工程措施时应该综合考虑进行有针对性的选择（图9、10）。

（3）据报道：日本的各种地面绿化工程享有盛名，值得我们在建造坡面生态时借鉴。例如在日本鹿儿岛县屋久公园这一列入世界自然遗产的公园绿化时，认识到如使用喷射厚层基盘材料、种子及化学肥料的传统施工方法会扰乱原有生态系统，但当地年降雨量非常大，而且公园土质为黏性质土，在坡面表层部分的土壤易侵蚀造成植物着生困难。为了解决坡面不稳定的问题，他们采用了在坡面上铺设可降解的、对环境负面影响小的自然纤维植被垫防止侵蚀。铺设这种纤维垫后，有效地防止雨水冲击而造成的土壤团粒结构的破坏和土壤流失，从而稳定了土壤坡面，形成了植物的扎根环境。即使不进行播种（喷播种子），经过一定的时间也会恢复自然植被。这种施工方法特别是在自然公园内恢复自然植被时效果非常好。当然这种方法有时也受到坡地土质、坡度等的限制（图11、12、13、14）。

图11道路转弯挡土护坡植被图13楼房边坡绿化

2.2生态模式的植物群落设计与配置。

（1）建设项目水土保持的生态模式的设计与配置，关键是结合工程需要，遵循生态规律，以植被护坡保土为中心，推动群落演替和生态恢复。在植物措施应用过程中应该充分认识当地的生态条件，注意遵循优先使用乡土植物、提高生物多样性、优化绿地配置等原则。首先要按照生物适宜性原理选择物和营造适合它们生长的生境条件。优先使用乡土植物，是因为当地物种是经过长期与环境协同进化而来的。进行生态恢复前，要对当地的气候、土壤和野生植物资源进行必要调查，找出与当地环境相适宜物种，尤其是野生草种、野果灌木和乔木等物种和经济植物，以便根据这些物种的特性营造易于生存的土壤等条件，达到有目的的生态植被恢复。然后促进生物群落按进展演替进行生态恢复，即推动植物群落从先锋植物（一般人工选择草类植物）→当地草种→灌木→乔木（陡坡或土层太薄则不一定能恢复到乔木群落）的序列发展。前期植物的选择尤其重要，因为它关系到初期有效保持和改良人工固定的土壤，一般应选择根系发达，生长迅速的一年生草类，为更快改善土壤结构和养分自给能力，应考虑客土、增施基肥，甚至结合使用豆科植物和菌肥。同时要根据生态位理论及生物多样性原理，在生态恢复过程中避免引进生态位相同的物种，尽可能地使物种的生态位错开，避免种群间的直接竞争。

（2）在城市等人群来往较多的场所如公园和道路的出入口等处的各种坡面，为了尽快绿化和稳定坡面，防止坡面土壤侵蚀，一般情况下是先栽种草坪草，但其后的培育目标及对应的管理则不明确，其结果经常出现次生演替，导致杂草丛生和植被退化。因此，在经常进入人们视野的坡面上设计植被生态工程，应该积极采用花草造景和地方特色园林树种的绿化方案，提高其景观生态效果。设计时要充分考虑到绿化对象的坡面形状、周边环境状况等，以提高绿化景观效果（图15、16、17、18）。

3. 開发建设项目水土保持生态模式的研究

生物控制或生物建造工程，也指利用植被进行坡面保护和侵蚀控制的途径与手段。随着人们对植被和侵蚀之间的因果关系以及对植被坡面保护作用的认识不断加强，使植被越来越成为控制侵蚀和稳定斜坡的一个有效措施。不同的工程项目可能造成不同形式和程度的扰动土壤、裸露地表和坡面，其水保策略和措施也应有针对性，特别是坡面生态重建。例如，目前我国公路边坡坡比一般为1：1，即45°，有的甚至达到60°以上。在欧美许多国家为了减少公路水土流失，恢复自然植被，一般采用很缓的边坡。但边坡越缓，占地越多，土方量越大，造价也就大增加，这在我国不太现实。而在陡峭的边坡上地行植物种植无疑存在很大的困难。

4. 坡面生态工程技术特点

坡面生态工程技术主要包含如下方面：

4.1土壤保持技术。

它通过对坡面的有效固定和覆盖，及时保护表土，防止表土侵蚀和土壤退化。主要技术包括草皮移植、草籽播种、乔灌播种、抗蚀网格和活技网格，目前高陡边坡护坡工程上广泛推广应用的有客土喷播、三维植被网护坡、土工格室植草（灌）护坡、浆砌片石格框植草（灌）护坡和蜂巢格网植草护坡等技术。前几种方法后面将有详细介绍，而蜂巢格网植草护坡就是运用一种经特殊处理后既具有一定强度，又具有不生锈、防静电、耐腐蚀功能的涂膜钢丝，经机械纺织形成蜂巢格网箱笼后，充填石料或结合喷播等植草，用于公路、堤岸、山坡等水土易流失坡面的防护技术，有些护坡虽有植被，但绿意不足（图19、20）。

图19道路边坡绿意不足图20桥头护坡植草

4.2地表加固技术。

（1）它通过植物根系固持土壤，降低土壤空隙水压来加固和提高抗滑力。主要技术包括活扦插、枝条篱墙、活枝捆垛、排水式活枝捆垛、沟壑式栽种、压条和枝干篱墙等。

目前我区的坡面生态工程基本上以草本植物治理为主，主要技术有草种散播、种植槽植草、植生带、喷播技术和加筋草皮卷，其中喷播技术是目前较先进的一项技术，已在许多高速公路工程边坡治理中得到全面应用，并取得了良好的效果。“客土喷播”技术的核心是在岩石坡面上营造一个既能让植物生长发育而种植基质又不被冲刷的多孔稳定结构。它利用专用的喷射设备将土壤、有机质、保水材料、肥料、改良剂、专用防蚀剂、专用黏合剂和植物种子等混合后喷射到岩土上，由于专用黏合剂和防蚀剂的黏结作用，混合物可在岩石表面上形成一层连续的具有孔隙的硬化体。一定程度的硬化使种植基质免遭冲蚀，而混合物中的保水材料、营养成分适合植物种子的生根发育。为保持基质的保水要求，最好在基质中加入保水剂，保水剂是遇水可以反复吸收膨胀500～1000倍的一种化学材料，无毒无害，在干旱时，保水剂中的水分又可以缓释给植物的根系。当种植基层中的保水剂全部吸水膨胀后，可以供应草坪持续干旱30～60天的生长需要。保水剂又称为高吸水性树脂、超强吸水剂、固体水或高分子吸水剂，是利用强吸水树脂制成的一种具有强力吸水、保水能力的高分子聚合物。它能迅速吸收比自身重数百倍甚至上千倍的去离子水，数十倍至近百倍的含盐水分，并且具有重复吸水的功能，吸水后膨胀为水凝胶，然后缓慢释放水分供种子发芽和作物生长利用，从而增强土壤保水性能、改良土壤结构、减少水的深层渗漏和土壤养分流失、提高水分利用率。保水剂适合在降水稀少、雨水分布不均匀的地区以及缺少灌溉水源的地区使用（图21、22）。

（2）随着生态学理论日渐被越来越多的人接受和应用于坡面治理，植物在治理严重水土流失中的重要地位得到更进一步的确认，控制侵蚀的效果也有明显的提高。全由于对植被演替的规律的深层次规律认识不足，工程的实施仍带有很大的盲目性和随意性，不少坡面治理失败很大程度上与此有关。

4.3裸露区植被工程原理的深入研究。

一项技术的应用必须要有完善的科学理论来支持，就我国岩石边坡植被护坡的发展现状来看，尽管越来越多的人关注这一技术途径，其原理和方法也得到迅速的发展和应用，但是到目前为止，它还基本上建制在定性的和经验的发展阶段，特别是岩石坡面条件下植被根系力学效应的定量研究，还不足从理论上支持这一技术途径，深入研究其科学原理，对技术的应用具有重要的科学意义（图23、24、25、26）。

4.4裸露区植被生态系统主导生态因子的动态过程研究。

对诸如岩石边坡这样的特殊生境，其水分、养分的保蓄能力极低，热容量小、温度日变幅大，使一般的植物难以正常生长。因此，在人工植被群落建植过程中，阐明水分、养分及热通量等主要生态因子的动态变化过程、植物生长过程与主要生态因子的相互作用关系是构建开发工程裸露区水保植物群落的理论基础。深入研究人工植被群落建植过程主控生态因子的动态变化过程，可建立裸露区植被生长过程与生态因子之间的耦合模型和调控技术体系，实现建立裸露区稳定植被群落的目标。

4.5植被水保工程效应效果评估及预测预报信息系统开发。

信息技术在水保工程植被护坡建设中的应用应以建立和完善网络运行和效果评价为突破，包括植被护坡工程效果的信息采集、处理、传输、共享技术的网络化系统；计算机控制作业技术的研究；应用遥感等监测岩石边坡植被生态环境的变化以及工程效应效果评价技术体系等（图27、28、29、30）。

4.6工程措施与植被措施的有机结合。

工程护坡的不足之处是缺乏生态效果，但是对边坡有支挡加固作用，为植被生长提供稳定环境，特别是在边坡植被防护与工程防护有机结合尤为重要，不仅是做到坡面绿化，而是将工程防护和植被防护有机结合起来，形成稳固而生态景观效应的防护结构体系。因此，在进行植被护坡设计时，首先判断边坡是否稳定，若不稳定，则采取合理措施支挡加固，然后进行边坡绿化设计。对于稳定边坡，有时为了防止表层局部坍塌、风化、雨水冲刷等因素引起的表层也需要预先采取工程防护。工程防护和植被防护更好地有机结合，达到既有效地支挡加固坡体，又在坡面上看不见工质结构，显现植被和优美景观的目的（图31、32、33、34、35、36、37）。

5. 景观效果的优化设计

（1）目前植被护坡发展趋势是不满足于单一品种的植草绿化，而是选用多品种结合取得综合绿化效果。正因为如此，护坡的景观设计应运而生。因此在进行景观效果设计时应考虑以下两个问题。

（2）一是与周围环境相协调。在选择植被种类时，应考虑边坡所在地的植物类型、植被环境。这样做的目的是让边坡的“小环境”与当地植被的“大环境”协调一致，产生一种总体的

景观效

果，否则小环境的景观设计再好也无济于事不能持久。更重要的是在一定时间后，应使“小环境”融合于“大环境”。

（3）二是合理选择主景。主景的选择很关键，应根据边坡所在地的环境条件来确定。例如根据边坡环境条件选择草原被作为护坡目标，则应以草坪为主景，将乔、灌、花按一定比例合理配置在草坪的不同位置，用来加深和衬托草坪主气氛。草坪草应以多种草类混栽，做到四季常青。

总之，我区的植被坡面生态工程还处于起步和探索应用阶段，我们不仅要善于借鉴和引用国际上的研究结果，更要结合本地的实际情况，加强完善和做好水土保持生态领域的工作。

参考文献

[1]丁運华，关于生态恢复几个问题的讨论，中国沙漠2000，20（3）；341～344.

[2]吴发起，水土保持学概念，北京：中国农业出版社，2003.

[3]许文年等，挖方岩石边坡绿化技术研究，三峡大学学报，2003.25（2）101～104.

[文章编号]1619-2737（2017）04-10-562