不同高陡边坡植被配置的水土保持效益研究

冯乐 韶关市水利水电勘测设计咨询有限公司惠州分公司

现阶段，种植植被的方式是边坡防护施工最为常用的技术之一。传统的“水泥+石板”的边坡防护工程虽然可以基本完全保证边坡水土不会流失，但是该防护措施基本不具有美观性和防滚石的能力。不同植被配置对水土保护能力均有所不同，为此本文将重点对不同植被配合及配合比进行研究，通过设计植被覆盖密度以及植被扎根深度等元素对水土保护效益的影响进行研究，通过植被特征能力挑选的方式设计4种草木结合模式，以实验研究的方式对4中模式牢固水土效果性能进行分析，探究最适合高陡边坡水土保护效益的植被配置。

1.研究设计

1.1 实验概况

本文将以某国道两侧高陡边坡的植被配置设计为实验场地进行不同草木配比的水土牢固研究。该实验地区整体以剥蚀低丘地貌为主，边坡全线平均海拔高度在34～87m，平均坡度为32.1°～42.7°，边坡朝向为东西朝向，地处亚热带季风气候区，近两年最大年降雨量约为1836.1mm，最小年降雨量约为845.6mm，年均气温在16.7℃～18.1℃，日均日照时长约为14.5h。

1.2 材料与方法

考虑到当地的气候条件与周边植物物种长势情况，将以灌木科的洋槐、草木科的百日菊、狗牙根、早熟禾以及高羊茅等植物作为边坡植被配置基础植物，以多种植物结合的方式设置草木结合、花草结合、灌木草结合及乔草结合等4种植被搭配模式，每种植被搭配模式均重复3次，将此区分为12个径流小区域，设定每个径流小区域的种植面积为10m×5m，区域边界可结合实际边坡地质情况进行微调。12个小区域均按照1:1.5的坡度设定进行配置，且每个区域下层均设置3个径流桶，就是采用七孔分流法对降雨时边坡产流产沙进行收集。设计4种植物结合模式的径流小区域种植布置数据如表1所示。

表1 各径流小区配置表

实验于2018年3月开始，将上述植被配置种植到边坡之中，经两年的生长与修剪所有植被均能够达到边坡防护的要求，并与2020年4月起进行为期一年的高陡边坡植被配置水土效益检测，在观测期内还需要对当地的降雨及温度情况进行掌握，若出现恶劣的天气应考虑终止实验，以保证实验结果能够代表多数情况下植被对水土保持效益的影响。

2.降雨数据

影响高陡边坡水土流失的重要因素为当地降雨量与降雨强度，当坡面上方和坡面的渗水系数小于降雨量之后，雨水就会在坡面处形成汇流，进而导致坡面会在雨水的不断冲刷下造成严重的沙土流失。对观测期全年的降雨数据进行统计分析，在剔除于研究严重偏差的影响条件之后，从4月份开始至次年4月份的月季度降水量分别为15.8mm、57.6mm、21mm、38.6mm、74.9mm、78.6mm、91mm、185.3mm、133mm、36.2mm、71.3mm；降雨历时有准确的记录，经过计算得出平均降雨强度分别为20.24mm/h、4.30mm/h、7.2mm/h、0.61mm/h、0.74mm/h、0.53mm/h、0.43mm/h、0.69mm/h、1.67mm/h、0.47mm/h、0.17mm/h。由此可得出，实验观测期内降水特征呈季候性分布，平均降雨强度也相对较高。

3.结果与分析

3.1 不同植被配置模式下高陡边坡的产流特征分析

经上述实验设计与降水量的影响下得出草木结合模式、花草结合模式、灌木草结合模式以及乔草结合模式下边坡水土产流量分别为：16.33±1.26m3、25.66±3.34m3、21.7±5.75m3、15.3±2.46m3，以实验收集数据的年均值对4种模式的产流量进行对比，得出在实验观测期内各植被结合模式的水土产流大小顺序为：乔草模式＜草木模式＜灌草模式＜花草模式，其中乔草和草木与花草和灌草之间差异较大(p＜0.05)，彼此间差异较小(p＞0.05)，而草木与乔草间差异较小(p＞0.05)。由此可得出，花草配置模式下边坡水土产流量最大，并且是边坡水土产流量最小的乔草配置模式的1.7倍，是草木配置模式的1.56倍；灌草配置模式的边坡水土产流量是乔草的1.45倍，是草木的1.33倍。另外，在同等降雨条件下，草木与乔草的水土产流量最小，证明草木和乔草配置模式下边坡能够具有更高的水源储含能力。花草与灌草两种配置模式之所以水土产流量较大，是因为该模式下的植物种子成活率不高且植物扎根能力不强，从而导致植被成熟后覆盖不够密集，对上流降水的拦截能力较小，在雨水的不断冲刷下会出现部分土壤裸露的情况，造成水土过度流失。

3.2 不同植被配置模式下高陡边坡产沙效果分析

经上述实验设计能够得出花草结合模式、灌木草结合模式以及乔草结合模式下边坡的产沙量依次为48.94±6.57kg、63.34±15.01kg、69.94±20.02kg、30.36±3.11kg，以实验收集数据的年均值能够得出在实验观测期内各植被结合模式的产沙量大小顺序为：乔草模式＜草木模式＜花草模式＜灌草模式，其中灌草和花草与乔草和草木间差异较高(p＜0.05)，彼此间差异较小(p＞0.05)，草木与乔草间具在较高差异(p＜0.05)。其中以灌草模式下实验边坡的产沙量最大，是实验边坡中产沙量最小的乔草的2.3倍，是草木的1.42倍；其次是花草结合模式，是乔草的2.1倍，是草木的1.3倍，由上述数据能够证明，在实验观测期内乔草与草木两种结合配置模式具有更强的固土能力。在同等的降雨条件下，造成草木与乔草配置模式下边坡产沙量较小的主要由于两种植被结合模式能够极大地缓解雨水对地面的冲击力，且植被覆盖面积较广能够在植被之间形成防护罩，可以进一步降低雨水对边坡土壤的侵蚀。

3.3 不同植被配置模式下高陡边坡土壤侵蚀量分析

经上述实验设计能够得出花草结合模式、灌木草结合模式以及乔草结合模式下边坡土壤的侵蚀情况为977.81±132.68t/km2、1265.67±302.4t/km2、1398.1±363.9t/km2、606.49±262.8t/km2，经分析得出在实验观测期内各植被结合模式下边坡的土壤侵蚀程度为：乔草模式＜草木模式＜灌草模式＜花草模式，其中灌草和花草与乔草和草木间差异较高(p＜0.05)，彼此间差异较小(p＞0.05)，草木与乔草间具在较高差异(p＜0.05)。4种植被结合模式中以花草模式下边坡土壤的侵蚀量最大，是实验边坡中土壤侵蚀量最小乔草的2.3倍，是草木的1.44倍；灌草结合种植模式次之，是乔草的0.7倍，是草木的0.85倍，由此能够证明，本文设计的乔草与草木两种配置种植模式下边坡土壤的抗侵蚀能力最强，造成该现象的主要原因一部分与上述植被覆盖率有关，另一部分与植被的扎根深度与根系广度有关。

4.结论

综上所述，影响高陡边坡水土保障效益的因素很多，如当地的降水量、降水强度以及防护方法等。就上述4种植被结合种植模式而言，以“树木+草本植物”的防护方式最为有效，这种边坡防护方式共能够形成四层防护结构，即由树冠间组成的一级缓冲防护、由草本植物在地面上形成的二级缓冲防护、由草本植物根系在地表中形成的三级表层土壤牢固防护以及由树木根系在深层土壤中形成的四级土壤牢固防护。

本文设计的高陡边坡指标配置保障效益影响分析中，选择草木结合、花草结合、灌草结合以及乔草结合4种模式为基础进行研究，在于上述4种植被配置模式均具有较高的恢复能力且便于观察，而灌木科的植物均具有扎根密度高扎根范围广的能力，但是在高陡边坡下灌木会严重影响底层草本植物的生长，甚至灌木底层不会生长任何植物，进而导致在水流的冲刷下形成溪流，边坡土壤会从溪流中不断流失，进而使得灌木草结合模式下边坡水土保持效益会低于乔木和草木配置模式。因此，我国的高陡边坡指标配置防护模式应当结合当地情况，合理的选择乔木或草木结合配置方法进行边坡的水土防护工作，提高高陡边坡土壤自身的牢固能力。