（水土保持与荒漠化防治专业论文）四川地区高速铁路路基边坡植物防护研究.pdf

独创性声明 学位论文题目：四j ! 地区高速筮堕堕基边缝撞堑随控殛究 本人提交的学位论文是在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 论文中引用他人已经发表或出版过的研究成果，文中已加了特别标注。对本研究 及学位论文撰写曾做出贡献的老师、朋友、同仁在文中作了明确说明并表示衷心 感谢。 学位论文作者： 纭谕 签字日期：2 0 l f 年6 月弓日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解西南大学有关保留、使用学位论文的规定，有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。 本人授权西南大学研究生院( 筹) 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数 据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书，本论文：口不保密，口 保密期限至年月止) 。 学位论文作者签名：豸饮瑜 签字日期：, z o l l 年石月弓日 导师签名： 签字日期：如f f 年占月弓日 目录 目录 目录 摘要。 a b s t r a c t i 第1 章文献综述1 1 1 研究背景1 1 2 边坡生态防护的概念2 1 2 1 植物护坡的概念。2 1 2 2 植被护坡的作用机理3 1 2 3 植被在边坡防护中的作用。5 1 2 4 边坡防护植被的选择与配置。6 1 3 国内外研究进展7 1 3 1 国外研究进展7 1 3 2 国内研究进展一8 1 3 3 存在问题与发展趋势9 第2 章绪论1 3 2 1 研究目的与意义1 3 2 2 研究内容与技术路线1 3 第3 章研究区概况环境调查1 5 3 1 地理位置及工程简介1 5 3 2 研究区概况1 6 3 2 1 气候1 6 3 2 2 土壤1 6 3 2 3 水文1 6 3 3 地形地质1 7 3 2 1 地形地貌1 7 3 3 2 地层岩性。1 7 3 3 3 地质构造1 8 3 4 植物调查1 8 第4 章成灌高铁护坡防护植物筛选研究方法1 9 4 1 外业调查方法1 9 4 1 1 研究区样地调查1 9 4 1 2 四川地区常用护坡植物模式调查研究方法1 9 西南大学硕士学位论文 4 2 内业分析方法2 0 4 2 1 成灌高速铁路边坡水土流失防护植物选择研究方法2 0 4 2 2 成灌高速铁路边坡防护植物配置的研究方法2 3 第5 章成灌高速铁路边坡水土流失防护植物选择研究2 5 5 1 立地条件分析2 5 5 2 成灌高铁边坡防护和绿化植物的选择2 6 5 2 1 各因子权重的求解2 6 5 2 2 层次一致性检验2 7 5 3 成灌高速铁路护坡植物的筛选2 8 5 3 1 成灌高速铁路草本护坡植物的筛选2 8 5 3 2 成灌高速铁路灌木防护植物的筛选2 9 5 3 3 成灌高速铁路藤本护坡植物的筛选3 0 5 3 4 成灌高速铁路乔木防护植物的筛选3 1 第6 章成灌高速铁路边坡防护植物的配置3 3 6 1 成灌高速铁路植物配置的法则3 3 6 1 1 生态位法则3 3 6 1 2 互生共生法则3 3 6 1 3 群落演替法则3 4 6 1 4 生物多样性法则3 5 6 2 成灌高速铁路边坡防护植物种问合理搭配3 6 6 2 1 种间联结关系。3 6 6 2 2 结果分析3 6 6 2 3 四川地区道路边坡防护植物种间搭配调查4 0 6 2 4 成灌高速铁路边坡防护植物草种配置4 0 6 2 5 ，j 、结4 1 第7 章成灌高速铁路边坡失稳植物防护力学分析4 3 7 1 影响成灌高铁边坡不稳定因素分析4 3 7 1 1 成灌高铁边坡破坏类型4 3 7 1 2 破坏成灌高速铁路边坡的影响因素。4 4 7 2 植物防护成灌高速铁路边坡失稳力学分析4 5 7 2 1 成灌高速铁路坡面径流侵蚀的能量分析4 5 7 2 2 成灌高速铁路坡面冲刷水动力学分析4 5 7 2 3 植物与成灌高速铁路边坡相互作用的力学分析4 7 7 2 4 成灌高速铁路坡面力学计算4 9 目录 7 2 5 乔灌草综合防护成灌高速铁路边坡的失稳力学分析5 0 7 3 小结5 2 第8 章结论与讨论 ! ；：i 8 1 结论! ；：i 8 2 讨论! ；：i 参考文献5 5 摘要 四川地区高速铁路路基边坡植物防护研究 水土保持与荒漠化防治专业硕士研究生：张瑜 指导教师：孙凡教授 摘要 随着我国高速铁路的不断发展，高速铁路路基边坡的防护和绿化作用显得至 关重要。路基边坡防护采用传统的工程防护技术，既破坏了原有的植物覆盖层， 又不利于环境保护和生态平衡，因此植物边坡防护和绿化的研究逐渐成为主流。 植物边坡防护对于植物的选择是重中之重，因此植物的筛选和配置成为了当前研 究的热点。 为使成灌高速铁路达到既定的建设目标，更为四川省在未来的高速铁路边坡 植被恢复建设中能有更科学的理论指导。本文依托成灌高速铁路工程，采用实地 工程调研、内业分析等方法，在边坡植物选择、配置以及植物根系的力学分析方 面进行研究，其主要结论如下： ( 1 ) 通过对四川i 地区成灌高速铁路等道路的沿线植物调查，利用层次分析法 ( a h p ，a n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s s ) ，总结出了四川地区边坡防护植物选择的影响因 子序列；利用s p s s 软件进行聚类分析，对所调查的植物种进行了综合等级评价， 筛选出了可供试草、灌、藤、乔植物，分别为：草本有百喜草、狗牙根、野鸢尾、 野菊花、高羊茅、无芒雀麦、多年生黑麦草、白三叶、紫花苜蓿、草木犀、弯叶 画眉草、马唐、杂三叶、紫羊茅、沙打旺、二月蓝、石竹、波斯菊等等；灌木紫 穗槐、刺槐、沙棘、山茶花、马桑、锦鸡儿、月季、多花木兰、蔷薇、山桅子、 火棘等；藤本植物有爬山虎、葛藤、油麻藤和三叶木通等；边坡道路两旁可栽植 乔木植物有马尾松、樟树、柳杉和桤木等。可在高速铁路边坡绿化中应用。 ( 2 ) 通过s p s s 软件x 2 检验和关联度系数的测定，确定了筛选出的3 5 种植物种 间关联度系数，选择正联结性大的植物种对进行科学配置，总结出了1 6 7 对呈正 向关联的植物种配置组合，结果表明：狗牙根一多年生黑麦草、狗牙根一无芒雀 麦、杂三叶一紫穗槐、高羊茅一弯叶画眉草、白三叶一弯叶画眉草、紫花苜蓿一 白三叶、紫花苜蓿一草木犀、山栀子一蔷薇等八对种间连接性指数相对较大，植 l i i a b s t r a c r m a j o r ：s o i la n dw a t e rc o n s e r v a t i o na n dc o m b a t i n gd e s e r t i f i c a t i o n m a s t e rc a n d i d a t e ：z h a n gy u a d v i s o r ：p r o s u nf a n w i t ht h ec o n t i n u o u sd e v e l o p m e n to fh i l g hs p e e dr a i l w a yi no u rc o u n t r y ，h i g hs p e e d r a i ls l o p ep r o t e c t i o na n dg r e e n i n ga c t i o ni sc r i t i c a l e m b a n k m e n ts l o p ep r o t e c t i o na d o p t s t r a d i t i o n a le n g i n e e r i n gp r o t e c t i o nt e c h n i q u e ，w h i c hd e s t r o y e dt h eo r i g i n a lp l a n tc o v e r i n g l a y e r ，a n da g a i n s te n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o na n de c o l o g i c a lb a l a n c e ，s op l a n t so fs l o p e p r o t e c t i o n a n dg r e e n i n g g r a d u a l l yb e c o m em a i n s t r e a mr e s e a r c h p l a n t s o fs l o p e p r o t e c t i o nf o rp l a n t sc h o i c ei st h et o pp r i o r i t y ，s op l a n t ss c r e e n i n ga n dc o n f i g u r a t i o n b e c a m et h ec u r r e n tr e s e a r c hh o ts p o t t on o to n l ye n s u r et h ee x p e c t a t i o no ft h ec h e n g g u a nh i g hs p e e dr a i l w a yi sc o m p l e t e l yf u l f i l l e d ，b u ta l s of o rt h ef u t u r ed e v e l o p m e n to ft h ee c o - h i g h s p e e dr a i l w a y st o b e n e f i tf r o mt h es c i e n t i f i cp r o v e nt h e o r i e s i nt h i sp a p e r ，b a s e do nt h er e c o n s t r u c t i o n p r o j e e to fc h e n g g u a nh i g hs p e e dr a i l w a ya n du s i n gt h em e t h o d so ff i e l d i n v e s t i g a t i o n ， a n a l y s i si nt h ei n d u s t r yi nt h es l o p ev e g e t a t i o nr e s t o r a t i o nt e c h n i q u ea n da l l o c a t i o no f p l a n tt os t u d y i t sm a i nc o n c l u s i o n sa r e a sf o l l o w ： ( 1 ) t h r o u g ht o t h es i c h u a nr e g i o na l o n gt h ew a yi n t oi r r i g a t i o np l a n t ss u c ha s i n v e s t i g a t i o n ，u s i n ga n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s s ，i ns i c h u a np r o v i n c ew e r es u m m a r i z e d t h ei n f l u e n c eo fs l o p ep r o t e c t i o np l a n tc h o o s ef a c t o rs e q u e n c e ；s p s ss o f t w a r e ，c l u s t e r a n a l y s i st ot h ei n v e s t i g a t i o no fp l a n ts p e c i e s ，ac o m p r e h e n s i v er a n ke v a l u a t i o nc a nb e s e l e c t e da n t i f o n d i n gg r a s s ，i r r i g a t i o n ，c a n e ，t a l lt r e e s t h e r ea r ea m o r p h af r u t i c o s al ， r o b i n i ap s e u d o a c a c i a l , h i p p o p h a er h a m n o i d e sl i n n ，c a m e l l i aj a p o m i c a ，c o r i a r i a s i n i c am a x i m ，c a r a g a n as i n i c a ，r c h i n e n s i s ，m a g n o l i am u l t i f l o r am c w a n ge tc ， r o s am u l t i f l o r a ，g a r d e n i aj a s m i n o i d e s ，p y r a c a n t h af o r t u n e a n af o rs h r u be t c ；p a s p a l u m n a t a t u ，c y n o d o n d a c t y l o n ( l i n n ) p e r s ，i r i sd i c h o t o m ap a l l ，d e n d r a n t h e m ai n d i c u m ( l ) s e l e c t i o na n dt h eb e s tr a t i o ( 3 ) t h ep a p e rd i s s e r t a t et h ea c t i o no fh i g hs p e e dr a i l w a ys l o pp l a n tp r o t e c t i o nb yt h e a n a l y s i si fs l o p ed e s t r u c t i o no nt h et h e o r y t h ep a p e rv e r i f yt h ea c t i o no fs l o p ep l a n t p r o t e c t i o nb yt h eu s eo fh y d r a u l i e sa n ds e d i m e n tc o r r o s i o nt h e o r y t h ep a p e rb r i n g f o r w a r dt h ew a yo fm e c h a n i c sc a l c u l a t i o na b o u ts i d es l o p e k e yw o r d s ：h i g h - s p e e dr a i l w a y s i d es l o p ep l a n ts e l e c t i o np l a n td i s p o s i t i o n p l a n tm e c h a n i c sa n a l y s i s i v 第1 章文献综述 第1 章文献综述 生态建设与环境保护是本世纪人们共同关注的热门话题，同时也是世界各国 人民努力不懈想要解决的焦点问题。各项开发建设项目的快速发展，生态环境各 个方面的不协调，逐渐导致人类的生存环境遭到严重生态破坏，不仅制约了社会 经济的可持续发展，同时也对人类的生存发展构成了很大威胁。再加上一直以来 不甚合理的土地开发方式和利用强度，交通环境问题成为当今主要的环境问题之 一【1 ，2 】o 矿山、交通、水利等各行业大型交通建设和工程的项目，在建设过程中，不 可避免的要对施工区进行高挖深埋的作业，尤其是工程规模大、项目多且涉及面 广的施工区，面对复杂多变、地形起伏较大的施工区，开挖、填筑将改变原有的 自然地貌，破坏原来的稳定生态环境，造成水土流失加剧，自然景观与人文景观 廊道的破坏，导致环境问题受到严重威胁。近年来，我国已对边坡防护方面有了 一些研究，并对如何有效的防护边坡进行了探索和尝试。2 0 0 7 年，中华人民共和 国铁道部下发了“关于印发铁路绿色通道建设实施指导意见的通知”( 铁建设 函2 0 0 7 1 4 7 2 号) ，通知中提到绿色通道建设应与主体工程同步设计、同步施工、同 步验收，说明了生态建设与环境保护的重要性，这对整个工程建设的可持续发展 战略的实施起到了推动作用。随着人们生态环保意识的提高，如何使开挖、高筑 的坡面迅速绿化，恢复自然植被生态群落，已成为水利、交通、铁路等各个行业 领域研究的热点问题【3 , 4 , 5 , 6 , 7 l 。 1 1 研究背景 中华人民共和国国民经济和社会发展第十二个五年规划纲一第十二章构建综 合交通运输体系章节中提到要“完善区际交通网络，加快铁路客运专线、区际干 线、煤运通道建设，发展高速铁路，形成快速客运网，强化重载货运网 。 在十二五期间国家继续加强铁路建设，尤其是近年来兴起的高速铁路( 简称 高铁) ，在铁路事业迎来新的高峰建设期的同时，也是对铁路建设过程中，边坡植 被防护技术的新考验。铁路建设与资源环境密切相关，路堑开挖、路堤填筑、取 土弃土、水土保持、地面排水等的设计与施工都涉及到了合理利用资源、保护资 源、保护环境、美化环境的问题，而边坡绿色防护工程则是边坡防护和绿化的有 机结合，是生态恢复的一种有效手段，可保护边坡、防治水土流失、保护生态、 修饰景观等，因此如何转变传统观念、统一认识，进一步推进铁路工程中的绿色 通道建设是当前需要解决的主要问题1 8 , 9 , 1 0 j 。 目前，高速铁路边坡植物防护方面的研究尚未全面展开，高速铁路边坡植物 防护与高速公路、水利等领域的边坡防护相近，高速公路的植物边坡防护代表着 西南大学硕十学位论文 植被防护研究的前沿【i i , 1 2 。高速铁路与高速公路一样，建设都是从破坏地表生态 开始的，如何能在工程建造过程中，减少或改善对原始自然生态环境的破坏，恢 复原有地表的自然状态，使高速铁路和周围的自然景观相协调和融合，促进高速 铁路两侧的旅游和经济发展，成为高速铁路建造过程中面临的首要问题。主要包 括两方面：一是治理的基础一高速铁路道路边坡排险，消除崩塌和落石隐患，二 是治理的目的恢复植被，充分发挥植被涵蓄水源、保水固土、消除滞尘等的 生态效能。因此，高速铁路边坡稳定基础上的植被恢复成为高速铁路路基生态环 境治理的目标。 植物是高速铁路边坡生态防护的主体。植物类型选择、植物种间的搭配及不 同类型植物的立地适宜条件等将直接关系到生态恢复的速度与改善能力，因此用 于高速铁路路基边坡防护植物的研究是高速铁路边坡生态防护研究的一个重要方 面。 1 2 边坡生态防护的概念 1 2 1 植物护坡的概念 植物护坡固坡的历史悠久，但因植被恢复只是生态恢复学范畴内的一小部分 内容而未形成一门真正的学科，研究领域狭窄且技术尚不成熟，因此至今国内外 还没有很确切的定义，国外有s o i lb i o e n g i n e e r i n g ，b i o t e c h n i q u e ，r c v e g c t a t i o n 或 v c g c t a t i o n 等之称，而国内也有植被护坡、坡面生态工程、植物固坡、边坡生态防 护等定义之称【1 3 j 。但很多人缺乏对植被护坡的理论认识，总是认为植被护坡便是 利用植物在坡上种树，以其通过植树达到稳定边坡，控制水土流失的目的。1 9 9 4 年，国际上以“植被护坡 为主题的会议在牛津首次召开，会议把“植被护坡 定义为“用活的植物，单独用植物或者植物与土木工程和非生命的植物材料相结 合，以减轻坡面的不稳定性和侵蚀 【1 4 】。 相比单纯的工程措施防护，边坡植被防护( 边坡生态防护) 主要是指利用有 生命的植物或者是活的植物与非生命的基质材料相结合的防护手段，以环境保护 和工程建设为目的【l 引，通过种植植物后，植物的枯枝落叶层、根茎之间的缠绕以 及植物根系与土壤间的相互附着力，以达到提高坡面的抗冲刷能力，减少水土流 失，稳定边坡的效果【1 6 】，是坡面防护中的一种有效固坡手段【1 7 】。近年来，通过人 们对植物防护边坡效果的研究，越来越意识到构建稳定的边坡生态植物群落才是 控制土壤侵蚀和稳定边坡的科学方法【1 8 l 。 植被护坡是一种以植物涵水保土为基本原理，以稳定边坡为目的，同时可以 美化生态环境的新技术。它集合了岩土工程、景观生态学、植物学、工程力学、 恢复生态学等多门学科于一体，是一项新型的综合工程技术。通过植物防护，不 2 第1 苹文献综述 仅可以达到减少水土流失，稳定边坡，增加绿地面积的效果，同时它还具有园林 作用，可以保障道路的行车安全，有的甚至可以形成独特的绿色长廊，沿线风景 线供行人观赏，营造旅程的舒适度，植被护坡还可以降低噪音和粉尘等的污染， 达到美化生态环境的效应。 1 2 2 植被护坡的作用机理 植物护坡主要依靠坡面植物的地下根系及地上茎叶的作用保护坡面不受冲刷 侵蚀，按照植被的空间分布，可将植被划分为灌层、干层、地表及枯枝落叶层以 及地下根系分布层。这些对护坡均有一定的影响。其作用可概括为根系的力学效 应、茎叶的水文效应以及植物的蒸腾排水效应三个方面。植物护坡机理如图1 - 1 所示。 图1 - 1 植物护坡的机理 f i g 1 1t h em e c h a n i s m o fp l a n ts l o p ep r o t e c t i o n 1 2 2 1 植物根系的力学效应 植物分草本植物和木本植物，由于这两类植物生物学特性不同，根系形态也 不相同，造成其作用机理也不同。根据根的形态特性，植物根系可分为木本类植 物的水平根系、垂直根系以及草本类植物根系等三种类型，从力学角度表现为植 物根系的浅根加筋与深根锚固作用： ( 1 ) 浅根加筋作用：浅根类植物根系在边坡表土层中盘结缠绕，形成厚约3 0c m 的加筋复合体保护层，盘结于土中，植物根系与土粒组成三维网状结构体。根系 的加筋作用一方面表现为增加了土层的“粘聚力”，另一方面表现为对土粒的网兜 3 土粒能被溅至5 0 c m 之高及1 5 m 之远。溅起的土粒在落到坡面时，土粒总是向坡 下方向移动居多，一场暴雨能将裸露坡地的土壤飞溅达2 4 0 t h m 2 之多【2 2 】，其中很 多土粒随径流流失。植被能够拦截高速落下的雨滴，通过地上茎叶的缓冲作用， 消耗雨滴大量的动能，当植被系统旺盛并分配合理时，可以明显削弱甚至消除雨 滴的溅蚀。 1 2 2 2 根系的蒸腾排水效应 绿色植被通过光合作用和蒸腾作用，对孔隙水施加张力，大部分植物在到达 4 第1 章文献综述 凋萎点之前能够对孔隙水施加1 m p a 一2 m p a 的张力【2 3 1 ，植物根系源源不断地吸取 土壤中的水分并通过蒸腾作用排到大气中，使得土壤中的水分减少，孔隙水压力 降低，甚至为负值。孔隙水压力的降低增强土体的抗剪强度，大大加强了边坡的 稳定性。此外，植物的根系具有向水源丰富的部位生长的特性，这种向水性，特 别是深根植物的向水性，还具有智能化、动态排水与加固效果。从这个角度来讲， 植物深根在阻止边坡的渐进破坏方面还具有一定的预防意义。 1 2 3 植被在边坡防护中的作用 同传统的土木工程措施相比，植被护坡在发挥其功效的同时，具有土木工程 措施无法比拟的优点，能够快速恢复由于人类工程建设所破坏的生态环境，保持 生态间的平衡，为生物的生存和繁衍提供了有利的场所。边坡植被的作用主要体 现在以下四个方面 2 4 1 ： ( 1 ) 减少水土流失 植被能拦截高速下落的雨滴，减少雨滴数量及飞溅的土粒，能够抑制地表径 流并削弱雨滴溅蚀，从而能控制土粒流失1 2 5 1 。此外，人工绿化所用的土壤基质可 以增加水的渗透性【2 6 1 ，减少地表径流。a n d r e s & j o r b a 在西班牙的实验表明：当边 坡植被的覆盖度小于2 5 时，坡面的侵蚀率是无法容忍的；只有当边坡植被覆盖 率大于5 0 时，坡面才能达到稳定的基本要求【2 7 1 。 ( 2 ) 造价低且边坡稳定性强 植被护坡造价低，经济性较工程护坡优越，而且可以避免工程加固措施随着 时间的推移，伴随岩石的风化、混凝土的老化、钢筋的腐蚀而产生强度降低、效 果也越来越差的问题。相反，采用植被护坡，随着植物的生长、植物的繁殖，对 减轻坡面不稳定性和侵蚀方面的作用会越来越大。 植物增加边坡的稳定性主要体现在两个方面：第一：植物根系可以穿过坡体 表层的松散风化带，锚固到深处较稳定的岩土层上，起到预应力锚杆的作用。第 二：降雨是诱发滑坡的重要因素之一，边坡的失稳与坡体水压力的大小有着密切 关系。而植物通过吸收和蒸发坡体内水分，可以降低土体的孔隙水压力，增加土 体吸力，提高土体的抗剪强度，从而有利于边坡体的稳定。 ( 3 ) 净化大气，降低噪声及光污染，保障行车安全 植物的光合作用能够吸收c 0 2 、释放0 2 ，同时能够稀释、吸收和固定周围大 气中的有害气体。植物还能有效降低噪声和强光照射，可以提高路标、警示牌的 可见度，能让驾驶者轻松愉快的驾车，从而保障行车安全【2 引。植物在净化大气、 调节小气候、降低噪声和光污染的同时还可通过其固有的色彩、形态等个性特色 和群体景观效应改变传统工程护坡的灰色效应，提升环境的景观功能和价值。 5 位置，用来加深和衬托草坪主景的气氛。草坪应以多种草类混栽，做到四季常青。 不同的区域，气候条件不同，植被群落也不同。不同的岩土，土壤特性不同， 提供给植物生长的条件亦不同。针对不同区域的不同岩土，应研究适应的土壤改 良措施和种植混合基材配方，以保证植被护坡效果的同时又降低工程造价。如西 南多雨地区和西北旱寒地区，植物生长特性有显著的区别；黄土、岩石风化层、 膨胀土，土壤特性差异很大。植被护坡工程应针对当地气候和土壤特性，选择适 应的土壤改良措施和经济合理的植物选型配方。 用于高速铁路边坡防护的植物种应尽量满足以下要求：适应当地气候土壤 条件，抗旱性强；根系发达、分生能力强，密度大的植物；抗性强、耐瘠薄、 耐粗放管理；种子丰富，发芽力强，容易更新；绿期长，多年生；育苗容 易并能大量繁殖；播种栽植的时期较长【3 0 】；具有美感。 6 第1 章文献综述 此外，在植物物种的选择方法上提出运用a h p ( 层次分析法) 以植物的抗逆性、 护坡效果【3 1 】、抗冲刷能力【3 2 】等作为评价指标，构建评价体系进行筛选，为植物材 料的选择提供科学的方法。 用于高速铁路边坡防护的植物种应遵循的植物配置原则：( 1 ) 保持物种多样 性，建立自然群落结构；( 2 ) 遵循生物多样性原理【3 3 】，遵从生态位原则，优化植物 配置；( 3 ) 合理搭配目标植物与先锋植物的比例。 1 3 国内外研究进展 鉴于高速铁路边坡植被防护国内外的研究较少，而代表边坡植被防护前沿的 研究主要是关于公路、水利等方面，由于高速铁路的边坡植被防护与这些相近， 所以，本综述包括公路、水利、铁路等领域边坡植被防护的研究成果，作为高速 铁路边坡路基植被防护深入研究的基础和前提。 1 3 1 国外研究进展 日本的坡面绿化工程在世界上享有盛名，早在1 6 3 3 年日本便以铺草皮、栽树 苗的途径来治理荒山荒坡，成为日本生态防护的起源。欧美各国也十分重视边坡 防护工程，1 9 3 6 年，美国加利福尼亚州的a n g e l e sc r e s t 公路在边坡治理中便采用 植被进行防护。这些事实都可以证明人们对于利用植被稳定边坡改善自然环境的 思想早已根深蒂固。日本对于坡面绿化与治理十分重视，关于坡面绿化的目标、 实现的方法及手段等理论问题，日本开展了大量研究。前崛幸彦认为，坡面绿化 应该首先植入“先锋植物”，使其迅速达到控制坡面土壤侵蚀的目的，在时间的推 移下，群落生态演替过程中，“先锋植物”逐渐被当地的乡土树种所代替，最终成 为边坡防护的永久植物【3 4 】。山寺喜成的研究表明：所谓绿化，是指以人工方法为 辅，促进植物充分发挥其自然恢复力【3 5 , 3 6 l ，最终形成的人工群落，以接近自然或 者是与自然相协调为绿化目标【3 7 ，3 8 ，3 9 1 。 边坡生态防护技术真正得已迅速发展是在2 0 世纪3 0 年代，生物护坡首次引 入中欧，得到迅速发展并在欧洲盛行，主导着世界植被护坡的研究和应用。植被 护坡技术在世界多数国家得到广泛应用是在上个世纪6 0 年代后。1 9 2 6 年，借鉴中 欧的经验，北美开始将植被运用到边坡防护中，主要致力于与道路建设以及农林 业有关的侵蚀控制。在英国，开始于上个世纪4 0 年代末，主要致力于陆地景观的 稳定、堤岸和交通线路边坡的稳定等【矧。而欧美国家的植被护坡技术大都应用于 公路边坡以及河堤等的植被防护，以防止坡面遭到雨水侵蚀为目的而进行研究。 植被控制侵蚀作用的定性研究始于上个世纪2 0 年代，直到6 0 年代，关于其定量 研究才见报道。 上个世纪5 0 年代末，草皮工业化生产开始出现并随之迅速发展，草种混播和 7 西南大学硕十学位论文 品种之间的混合在草皮生产中得到重视和研究。j u s k a 等【4 1 】发现2 5 的紫羊茅 ( f e s t u c a r u b r a ) 和7 5 草地早熟禾( p o a p r a t e n s i s ) m e r i o n 混播与普通紫羊茅和早熟 禾混播的草皮质量，均优于草地早熟禾单播的草皮质量。但因土壤养分逐渐衰竭 以及草坪品种退化等原因，单一性的草皮植被往往容易出现枯萎部分斑秃，严重 时甚至造成大面积草地变裸地，给以后的裸地二次绿化造成更大困难。山寺喜成 ( 1 9 9 7 ) 研究表明：单一的草本植物群落，存在着很多弊端，诸如容易引起品种退 化、防灾机能差、与周围景观不协调等【4 2 1 ，接近自然的以木本植物为主的植物群 落才是坡面绿化的理想目标群落。2 0 世纪7 0 年代后，日本加大了生态学在工程中 的应用范围，利用生态学原理作为植被边坡治理的理论指导，在草本的基础上引 种木本植物，使草木结合营造空间立体化绿化。在实践过程中，发现草花结合的 景观效果较好，在护坡上也逐渐开始采用l 矧。 绿化发展初期，世界各国均是从各地的乡土树种开始研究，但绿化水平的要 求和保护土地的效果并非十分理想，在这种情况下，首次选用的外来品种受到了 显著成效，引起了人们的注意。此后，各国便开始大范围的选用外来品种。直到 1 9 7 0 ，乡土树种再次受到重视，在日本，仓田益二郎等还特别将乡土树种作为课 题研究的重点【州，欧美一些国家也在相应领域对乡土树种展开深入研究。 1 3 2 国内研究进展 我国植物固坡的历史更是源远流长，早在1 5 9 1 年( 春秋战国时期) ，在安徽 寿县人们便利用草来加固土坝【4 5 1 。到明朝，开始出现用柳树来加固与保护河岸。 在1 7 世纪，中国就利用植被护坡来保护黄河河岸i 矧。 在现代，我国植被护坡技术的研究起步较晚，开始于上个世纪5 0 年代，主要 作用是水土保持与防风固沙。在中国，各个区域的植被护坡虽然目的不尽相同， 但采用的方式几乎大同小异，主要是起初小范围的采用撤草种、穴播或沟播等【纠】， 以及后来的铺草皮、片石骨架植草、栽植树木等护坡方法【5 , 7 1 。在进行草种单播时， 主要选用一些根系发达，生长势强并且具有一定量地下茎的草种，主要的草种有 冷季型的匍匐剪股颖( a g r o s t i s s t o t o n i f e r a ) 、草地早熟禾( p o a p r e t e n s i s ) 和高羊茅 ( f e s t u c a e l a t a ) 中的一些品种，而暖季型草坪草种则多为狗牙根( c y n o d o n d a c 钞l o n ) 假俭草饵r e m o c h t o a o p h i u r o i d e s ) 和结缕草( z o y s i a j a p a n i c a s t e u d ) 。但由于对植物防 护理论、功效以及设计等并没有得到系统性的认识，只是单纯的采用单一的草种 植物防护，其护坡效果并不理想。但随着人们对绿化植物的生态习性的研究，逐 渐认识相对于单一草种的防护效果，往往混播组合的边坡防护效果更佳1 4 6 1 。 植被护坡自上个世纪7 0 年代开始在我国得到了进一步的发展。随着经济的发 展，人民生活水平的提高使人们对环境的要求也随之提高，人们已经不满足于单 8 第1 章文献综述 纯的以水土保持为目的的植被护坡，景观元素也逐渐加入到植被护坡的概念中， 有些地方，甚至将景观改善作用评价植被护坡的重要方面【4 j 7 1 。 随着液压喷薄、草皮卷植草等新型绿色防护技术的引进，标志着我国植被护 坡技术的进一步发展。是传统边坡防护向植被绿色防护的重大转折。我国开始借 鉴和引用国外先进技术和成功经验，喷播采用“草+ 草 配置模式，但效果并不理 想，后来随着实践经验的提高，逐渐认识到灌木不仅具有良好的保土抗旱、保水 降尘、防风沙以及抗盐碱等优点，而且生长快、耐贫瘠，对土壤环境要求也不高， 相比草本植物优势显著，于是尝试了“草本十灌木力的新模式，筛选出适宜我国 不同气候带的优良护坡植物【鹌1 。因此，在植物边坡绿化过程中，植物种的选择应 以草本植物和灌木植物相配合为宜，让草本植物作为先锋植物，为灌木植物在边 坡的生长提供必要的生境，不仅有利于植物生态恢复，也有利于生态系统的正向 演替，还能使护坡效果快速持久。 自然界中的植被，多数是乔灌草混生的，由此形成的植物群落不仅水土保持 功能强，而且生物学稳定性高、生物量大，更重要的是具有近自然的生态功能和 生态结构，自身具有很强的自我恢复能力，因此，乔灌草的结合是人们模拟自然 所达到的较高目标。在此基础上添加一些草花，以增加景观效果。而藤本植物由 于其本身的独特性，在边坡绿化中，尤其是土石混合边坡或是坚硬的岩石边坡垂 直绿化中，可以充分发挥其优势，在其他植物的配合下，迅速完成景观成型的生 态防护功能。随着恢复生态学理论的逐渐引入，人们的观念也发生了很大转变， 从单纯的“种下去便是绿化”逐步转向“近自然的生态修复”，在植被护坡工程中， 大胆的尝试“乔、灌、草、花、藤相互结合的配置模式，不仅初期效果显著， 而且从景观的中、长期效果来看，几乎达到了近自然的生态景观需求【4 9 】，满足了 当代人对景观的需要。因此，将“乔、灌、草、藤、花”合理的组合，恢复生态 平衡，是实现由人工强制绿化到自然植被的自我繁殖的优良途径。 1 3 3 存在问题与发展趋势 1 3 3 1 存在问题 ( 1 ) 植物配置存在问题一重草本植物，轻乔木灌木植物 目前，在边坡植被工程绿化方面我国虽已取得一定成效，但对于植被演替规 律、群落与环境之间相互作用的生态关系，并没有得到深层次、规律性的认识， 边坡生态绿化仍然存在着很大的盲目性与随意性。有的甚至认为只要裸地复绿便 可以大功告成，普遍采用单一的或者简单的混合草种，而放弃草种与乔灌木相结 合，造成植被护坡前期效果还不错，但以此而建立的生态系统十分脆弱，极易遭 到破坏。 9 西南大学硕士学位论文 ( 2 ) 植物绿化设计理念达不到相应深度 由于人们对植物绿化设计的理论认识不够深，总觉得只要裸地栽种上绿色植 物便可以，不考虑植物的立地条件以及乔灌草结合的群落结构，植物美化设计简 单而随意。在植物的配置设计中，从不考虑主要树种与次生树种之间的关系，更 不会考虑树种密度、土壤中微生物对植物生长量之间的影响，严重时，甚至出现 植物群落的负面演替作用【5 0 】。 ( 3 ) 植被护坡生态恢复理念落后 在工程开发建设项目中，承接绿化工程的单位，往往只注重“前期抚育 和 “立竿见影 的短期效果，单纯的以能通过工程验收为目标，忽视植物群落以后 的长期管理维护和潜在的生态经济价值【5 1 1 。在绿化工程中，有的施工单位只注重 绿化的景观视觉效果，而忽视了自身的生态设计，导致植被恢复失败，又或者， 即使工程中引入的植物能够正常的生长，但与周边植被、环境等却不能融为一体 5 2 , 5 3 1 o ( 4 ) 植物选型存在问题，大量使用外来物种 选择护坡植物时，由于经济利益的驱使，施工单位只考虑自身利益，导致边 坡防护中应用植物措施时存在植物类型单一化，过多的把注意力放在国外物种的 引进上，广泛使用外来物种来恢复退化的植被，这种努力虽然有时可以取得短期 成功，但是长久下去，诸如生长缓慢、病虫害和火灾等问题也会随之而来。由于 外来物种的引入，其本身固有的自然控制因素往往不存在，这使得物种种群增长 异常迅速，然而，这些自然控制因素极有可能是控制其原产地种群数量的关键因 子，因此，新的引种地缺少了这些自然控制因素，生态免疫能力变弱，极大可能 对本土物种造成毁灭性的灾害。例如，扶芳藤在生长过程中可形成厚密的植被层， 从而影响本地物种的生存，但同时对生态系统的渗透进程也会影响【5 4 】。可见，一 些外来种的入侵，会给生态系统带来严重后果，危急到本地种的生存【5 熨。而本地 种则适应性更好，更易于形成良好的植物群落结构和稳定关系的地方草种【5 6 , 5 7 】。 1 3 3 2 发展方向 目前，关于我国道路边坡植物防护的研究很多，但铁路边坡植被防护方面的 理论研究还远落后于实践需要，今后的发展趋势如下： ( 1 ) 高速铁路边坡植物选型及组合应用 高速铁路边坡植物组合研究，不仅要研究灌、乔、花、藤、草等品种在不同 环境、各种季节、不同气候带以及各种土壤特性下的生长状况，更要结合植物的 根系、扩张性、生长速度、生长年限、抗逆性等方面因素综合考虑。植物品种的 选择，首先要对当地植物群落进行一定调查，与此同时要充分考虑外来物种和乡 土物种间的区别，最后在选择物种时应尽量选取一些与当地物种接近的植被或者 1 0 第1 章文献综述 野生植被，从而达到保护当地植物群落的目的。植物合理配置方面应充分考虑植 物的生态学特性，加强各种生境中草种、草花、各种树种混播组合的研究。在选 择植物配置的优良组合时，首先应考虑各草种之间的混播( 例如，豆科和禾本科 之间的结合) ，其次，要从绿化美观效果和群落长期稳定性方面考虑，合理配置草、 花以及树种间的混播。 ( 2 )