（植物学专业论文）山区高速公路生态边坡工程技术研究.pdf

摘要 本文以杭新景( 杭州一新安江一景德镇) 、台金( 台州一金华) 高速公路的生态 边坡工程建设为依托，通过室内外试验对山区高速生态边坡工程的设计、施工、 验收和评价等开展了研究，获得如下结论： 1 对拟用于边坡复绿工程的市售高羊茅、胡枝子等2 0 余种植物种子近2 0 个批次的室内萌发试验检测表明，草本植物种子的萌发率明显高于木本种子。 2 斜放于高速公路山野坡面及平放于城市地面容器上的同一喷播条件下新 长植被在植物个体生长形态上表现出明显的差异，前者植株低矮、粗壮、根系发 达、叶色浓绿，覆盖率低但生物多样性丰富度高，后者相反。 3 对5 种喷播工艺下形成的边坡绿化基质室内模拟抗雨水冲刷试验检测发 现，植被混凝土工艺喷播的基质抗冲刷性能最强，c f 挂网喷播的次之，喷混植 生居中，浙大改良型厚层基材相对不耐冲刷，日本厚层基材最不耐冲刷；基质的 吸水、保水能力则以日本厚层基材为最优，i 基质养分指标的含量和理化指标的适 宜程度在所抽检的t b s 、植被混凝土，喷混植生、c f 挂网、各类厚层基材、高次 团粒工艺中，高次团粒为最佳。 4 对8 种以上边坡复绿施工工艺在同一条高速公路不同试验边坡上应用后 的植被生长情况进行了跟踪拍照、物种演替和生物量调查，认为效果有好有差， 有其自身和环境的原因。 5 提出了山区高速公路生态边坡设计的设计思想、设计理念、设计目标、 设计原则、设计程序和设计方法，并附相应的工程实例。 6 制订出了用于边坡喷播绿化工程基质理化指标验收的标准和要求。 7 初步建立了一套边坡绿化工程生态评价的定量指标体系。 上述研究成果对我国边坡绿化工程技术的应用有一定的参考价值。 关键词：高速公路；边坡；生态修复；绿化；植被重建 a b s t r a c t b a s e do nt h ee c o l o g i c a ls i d es l o p ee n g i n e e r i n gc o a s t m c t i o mo fh a n g - x i n - j i n g ( h a n g z h o u - x i u a nr i v e r - j i n g d e z h e n ) a n dt a i j i n ( t a i z h o u - j i n h u a ) h i g h w a y si nz h e j i a n gp r o v i n c e ， t h i sp a p e rs u r v e y e dt h ed e s i g n , c o n s t r u c t i o n , a c c e p t a n c ec r i t e r i aa n de v a l u a t i o no fh i g h w a y e c o l o g i c a ls i d es l o p ee n g i n e e r i n gi nm o u n t a i n o u sa r e a m a j o rc o n c l u s i o n si n c l u d e ： 1 m o r et h a n2 0k i n d so fp l a n ts e e d s ，i n c l u d i n gf e s t u c aa r u n d i n a c e a ，l e s p e d e z ab i c o l o re t c ， u s e di ns i d es l o p er e v e g e t a t i o ne n g i n e e r i n gw e r et e s t e df o rt h e i rg e r m i n a t i o nr a t eo v e r1 0b a t c h e s t h er e s u l ts u g g e s t st h a th e r b a c e o u sp l a n t sp r e s e n td i s t i n c th i g h e rb u r g e o np e r f o r m a n c et h a n w o o d e ns p e c i e s ； 2 n e w l yr e b u i l tv e g e t a t i o n sc u l t i v a t e do nam o u n t a i ns l o p ee x h i b i t e dv i s i b l ed i v e m i t yo f i n d i v i d u a lg r o w i n gc o n f i g u r a t i o n , c o m p a r i n gt ot h ev e g e t a t i o n sf r o maf l a tg r o u n dc u l t i v a t e d c o n t r 0 1 t h ef o r m e rw e r em o r et h i c k s e t ，w i t hd a r kg r e e nl e a v e sa n db e t t e rr o o td e v e l o p m e n t , o f l o wc o v e r a g er a t eb u tr i c h e rb i o - d i v e r s i t y t h el a t t e rw e r eo p p o s i t e ； 3 f i v ek i n d so fs l o p es u b s t r a t e sf r o md i f f e r e n ts p r a y i n gt e c h n o l o g i e sw e r ee x p e r i m e n t e do n t h e i re r o s i o nr e s i s t a n c e ，a m o n gw h i c ht h es u b s t r a t eo fv e g e t a t i o n - g r o w i n gc o n c r e t ew a sr e v e a l e d t 0b et h em o s tr e s i s t a n t ，f o l l o w e db yc fn e t , m i x e dc o n c r e t ep l a n t i n g ，z h e d at l l i c kl a y e rb a s e m a t e r i a ls p r a y i n gt e c h n o l o g i e s j a p a n e s et l l i c kl a y e rb a s em a t e r i a ls p r a y i n gt e c h n o l o g ys h o w e d l e a s te r o s i o nr e s i s t a n c eb u ta l s o ，o nt h eo t h e r 姒t h eb e s tw a t e rp r e s e r v i n gr a t e h y p e r - o r d e r e d g r a n u l et e c h n o l o g ye x h i b i t e dt o ps u b s t r a t en u t r i e n tc o m e n ta sw e l la sa p p r o p r i a t ep r e s i c - c h e m i c a l i n d e x e s ； 4 o v e re i g h tf o r m so fs l o p er e v e g e t a t i o nt e c h n o l o g i e sw e r es t u d i e do nd i f f e r e n ts l o p e sf r o m o n e ，s a m es u b j e c th a n g q i a nh i g h w a y a r t i f i c i a l l yr e b u i l tv e g e t a t i o n s ，s p e c i e ss u c c e s s i o n , a n d b i o m e s sw e r es u r v e y e da n dr e c o r d e dw i t hd o c u m e n t a la n dp h o t o g r a p h i cd a t a t h er e s u l t sa r e c o m p r e h e n d e d i nv a r i a t i o n a le f f e c t s ，i n f l u e n c e db yi n h e r e n ta n de n v i r o n m e n t a lf a c t o r s ； 5 a d v a n c e dt h ei d e o l o g y ，c o n c e p t s ，t a r g e t s ，p r i n c i p l e s ，p r o c e d u r e sa n dm e t h o d so fe c o l o g i c a l e n g i n e e r i n go nh i g h w a ys i d es l o p e si nm o u n t m n o u sa r e a ； 6 e s t a b l i s h e dt h ea c c e p t a n c ec r i t e r i af o rt h e 埘d r o - s e e d l i n gs u b s t l a t e so fe c o l o g i c a ls l o p e s e n g i n e e r i n g ； 7 i m t i a l l ye s t a b l i s h e dt h eq u a n t i t i v ei n d e xs y s t e mf o rs i d es l o p ee c o l o g i c a lr e s t o r a t i o n e n g i n e e r i n ge v a l u a t i o n t h e s er e s u l t s o p e no u ti l l u m i n a t i o n sf o rt h ea p p l i c a t i o n o fs i d e s l o p er e v e g e t a t i o n t e c h n o l o g i e si nc h i n a k e yw o r d s ：h i g h w a y ；s i d es l o p e ；e c o l o g i c a lr e s t o r a t i o n ；r e v e g e t a t i o n ；v e g e t a t i o nr e b u i l d i n g 浙江大学研究生学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得逝鎏盘堂或其他教育机构的学位或 证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文 中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：签字日期：年月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解逝姿盘鲎有权保留并向国家有关部门或机 构送交本论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权逝姿盘堂 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和传播，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) 学位论文作者签名：导师签名： 签字日期：年月日签字日期：年月日 浙江大学硕士学位论文 1 绪论 随着近年来我国经济和社会发展步伐的加快，跨越山区的高等级公路建设 工程日益增多与平原地区不同的是，山区高速公路修建时往往需要劈山而过， “高填深挖”，因而会形成大量的裸露边坡。高速公路边坡可划分为不同种类n 1 ： 按照挖方、填方等可分为上边坡、下边坡；按照坡面岩土性质则可分为土质边 坡、岩质边坡和水泥锚喷边坡等；此外，边坡的高度、陡度、面积等也有多种 类型。这些经过人工扰动和失去植被覆盖的裸露边坡( 尤其是高陡岩质边坡) ， 坡面变得不稳定，容易风化和导致水土流失，甚至滑坡、塌方、泥石流等地质 灾害事件的发生，不利于抵抗恶劣的气候条件，难以保证高速公路的正常运转， 更谈不上良好的景观生态。因此，必须对山区高速公路边坡进行科学整治。 传统的边坡治理措施往往是借助刚性护坡手段，如水泥喷浆、浆砌片石等 来加固坡面。石头水泥的应用，要消耗大量的石质资源和制造水泥的能源，增 加了矿山的开采负荷；全线大面积边坡的“喷”、“砌”施工严重影响了整个工 程的进度；砌石和水泥锚喷面不仅景观难看，还将在今后数十到上百年内使植 被难以生长。其实常规的砌石和水泥锚喷坡面并非永久稳固坡面，在2 0 0 8 中国 公路学会举办的全国山区公路环境岩土工程学术交流会上国家山区公路工 程技术研究中心主任蒋树屏教授指出，水泥锚喷坡面在5 年后即会有可能发生 鼓起、开裂、塌落、损坏现象，且与植被防护不同的是，其维护和维修成本将 逐年加大。 随着近年来生态道路理念的兴起，人们开始更加关注道路建设对生态系统 的冲击影响乜1 及影响后的生态修复b 。1 。政府和设计单位也越来越重视将恢复生 态学和景观美学融入到边坡治理工程设计之中，而不只是局限于单纯的土木工 程作业。生态边坡修复工程就是在这样的基础上产生并逐渐应用起来的。公路 生态边坡建设代表了2 1 世纪公路发展的新方向，它是一个系统工程，涉及多学 科的工程，需要综合应用交通工程、土木工程、生态工程、环境科学和人文艺 术等多学科知识，以实现人和自然、以及生物与生物之间的和谐，实现公路建 设、交通运输和生态环境的可持续发展隅1 。 生态边坡修复工程技术是指通过人工手段来营造植物生长基质、恢复边坡 植被，借助植物根系的固着作用来稳定土壤、加固坡面结构，从而美化边坡环 浙江大学硕士学位论文 境的工程技术体系嗍 公路建设和矿山开采造成了大量裸露的边坡，并给原有的植被和环境造成 了严重的破坏。国外发达国家( 如日本、澳大利亚、美国、加拿大等) 的边坡 防护是与矿山开采、公路建设同步进行的，其防护手段多采用物理防护( 修筑 构造物工程) 和生物防护( 绿化植生工程) 相结合，并优先考虑生物防护n 钉 常用的工艺有钢筋水泥框格法、植生卷铺盖法、客土植生法、纤维绿化法、生 态多孔砼绿化法和厚层基材喷射绿化法等。日本、欧美等国家的边坡生态防护 工程实践开展较早，有许多经验值得学 - - j 借鉴例如，日本的边坡绿化工程技 术是以治山、砂防事业中的坡面治理工程为先导而发展起来的。从2 0 世纪5 0 年代开始出现了以铁路、公路建设为代表的大规模国土开发建设行为，迅速造 成了大量裸露坡面。快速喷浆绿化方法就是在这个契机下出现的，其首要目的 是防止水土侵蚀灾害发生。随着经济的高速发展，在新干线、高速公路等大规 模基础设施建设的同时，边坡的治理和绿化开始兴起和发展。目前比较普遍的 边坡防护方法是稳固的工程防护加客土喷播生物防护，在保证边坡稳定、安全 的同时，最大限度地恢复自然生态系统，绿化效果和景观恢复追求回归自然 1 3 ，1 4 1 我国对于高陡岩石边坡的防护先前( 如浙江的上三线、杭金衢高速) 仍主 要采用传统的水泥喷浆、浆砌石、干砌片石等工程( 物理) 防护的方式，不仅 造价高，施工慢，而且景观效果差。有些地方虽种植了一些攀缘爬藤或悬挂植 物，但由于种植难、生长慢等原因，固坡绿化效果不尽人意。在建设生态省、 落实科学发展、推进生态文明的要求下，有关部门对边坡的防护和植被重建工 作越来越重视。但由于技术的局限性，对坡度大、坡面高、以岩石面为主的边 坡，仍无法开展有效的防护和治理，特别是硬岩陡坡的绿化技术尚未完全过关。 有些公司在浙江省内外建造的边坡绿化工程多数基本停留在建“边坡草坪”的 初级阶段，没有从“生态修复”的高度进行高水平的复绿，刚建好时满山看上 去很好，遇5 6 月份高温高湿、7 8 月份高温干旱后则全部枯死，或冬季满坡 枯黄，灌木生长成苗率低，景观不良。 从2 0 世纪9 0 年代开始，我国引进了以喷播机器和喷播技术为代表的边坡 复绿新方法，经过十余年的消化吸收、发展与提高，初步建立了适合我国大部 2 浙江大学硕士学位论文 分地区公路和矿山等岩质边坡生态治理的技术和工艺，并在全国许多地方进行 了推广应用，取得了较好的效果。 目前国内边坡绿化行业上存在的问题有： 1 喷播工艺是企业定名的，行业和政府管理部门没有对此进行归类和勘 定： 2 施工配料( 种子和基质配方) 等也是企业内部秘密，业主和监理难以对其 进行明确要求； 3 没有边坡绿化施工的质量验收评价标准，使得最终质量效果难以掌控； 4 多数设计院的设计反映出对边坡绿化施工知之甚少。 以设计为例，以往的边坡绿化设计容易走入两种误区：一是片面追求边坡 绿化的“覆盖率”，只要植物能迅速覆盖坡面，达到快速绿化效果，不管其是否 物种单一或季节性死亡，忽略边坡植被群落的构建、长期稳定和可持续发展； 二是不分地点生搬硬套园林式的设计手法，大量使用不适合边坡立地条件的植 物图案，不能达到边坡治理“生态适应性、景观协调性、边坡稳定性、行车安 全性、养护简易性”的目标。 以施工为例，不顾季节、不顾边坡状况、不管草本木本植物种子萌发率和 生长速度的差异而采用同一配方、同一施工工艺进行施工，导致难以达到预期 的设计目标。 又以施工质量的验收和评价为例，缺乏合理可行的验收评价标准，以致质 量难以控制n 5 1 。 浙江省是一个以山区为主的省份，在修建高速公路的过程中不可避免地产 生了大量边坡。这些岩质边坡和隧道洞口水泥锚喷面的绿化难度很大，是生态 公路建设的难点和重点。为此，浙江省科技厅设立了重大科技攻关项目“生态 高速公路建设关键技术研究与示范”，省交通厅下达了“高速公路生态边坡工程 应用研究”等科研项目。在完成这些课题的过程中，课题组举办了中日边坡绿 化工程技术交流会，邀请了全国多家边坡绿化企业采用不同的工艺在同一条杭 新景( 杭n - 新安江一景德镇；也即杭千，杭州一千岛湖) 高速公路边坡上展开了 一系列试验研究。 日本治山大师、日本绿化工学会前会长山寺喜成先生提出，高水平的生态 3 浙江大学硕士学位论文 重建应该是能在严酷的岩石边坡环境上建立草、地被植物，灌木和乔木协调发 展且具有良好环保和景观作用的生态系统。作者认为该边坡绿化理论是目前最 切合中国实际、最为适用的。与恢复生态学等其它学科相比，当前边坡绿化的 理论研究还远远不能解决我国边坡绿化工程中所遇到的许多问题因此，比较 各类工艺的优缺点，开发技术含量高、 护管理粗放的岩石边坡综合防护技术， 成本低、效果好、便于机械化施工且养 以适合我省乃至我国多样的气候环境条 件，充实和丰富我国边坡绿化的理论基础，具有重要的现实意义和理论价值。 本硕士论文研究作为浙江省科技厅重大科技攻关项目“生态高速公路建设 关键技术研究与示范”、省交通厅科技计划项目“高速公路生态边坡工程应用研 究”等课题的重要组成部分，以浙江省内杭千、台金等高速公路为例，选择了 山区高速公路岩质边坡生态治理所涉及的几种主要植被修复工艺，检测了边坡 生态修复工程现场所使用的2 0 余种植物种子的萌芽率，研究了坡面和平地培养 下植被的生长差异，对比了不同喷播工艺下基质的理化性能、基质的抗冲刷能 力和保水持水性能，并对边坡植被群落进行了较长时间( 2 3 年) 的跟踪调查， 分析了各种边坡绿化工艺的特点和适用条件。基于本研究的成果，并广泛吸收 国内外同类工程建设的理论和经验，作者提出了高速公路生态边坡工程设计的 原则和方法，制定了公路边坡喷播绿化工程施工质量验收标准中的基质理化指 标要求，并且初步构建了边坡植被重建后的生态评价指标体系。 4 浙江大学硕士学位论文 2 山区高速公路边坡绿化工艺的试验研究 以喷播为主的岩质边坡植被重建工程技术经过多年来的发展，已形成多种 多样的工艺种类。然而，很少有关于不同工艺的特点和相应修复效果的对比试 验或案例说明。为此，在浙江省交通厅科技计划项目“高速公路生态边坡工程 应用研究”等课题的资助下，本研究联合业主和设计单位，邀请国内外有代表 性工艺的施工企业，一起在杭千、台金等高速公路上展开了不同工艺下的边坡 生态防护工程试验，并由浙江大学草坪花卉研究所采用统一检测方法进行边坡 绿化基质的检测和修复后植被的跟踪调查。除此之外，研究还进行了边坡植物 在不同坡度下的生长情况、边坡基质抗冲刷能力、保水持水能力、以及边坡植 物种子萌发等室内试验研究 本文中的试验涉及8 种以上的边坡喷播绿化工艺，包括：t b s 、厚层基材、 高次团粒、喷混植生、c f 挂网、日本厚层基材结合框格梁、植被混凝土，以及 浙大改良型厚层基材结合种植佛甲草( s e d u ml i n e a r e ) 等工艺。 2 1 边坡绿化用植物种子的萌发率检验 虽然关于单独植物种子萌发的生理生态已经有较多研究n 以”1 ，但专门以边 坡绿化使用的植物种子作为研究对象的则很少。目前生态边坡绿化工程中所使 用的植物种子来源复杂，有的是从商品种苗市场购买，有的则是施工单位自已 采集( 如野菊花即为一种乡土草花) ，因此种子质量的控制难以规范。为了保证 边坡生态修复效果，提高种子配方用量的科学合理性，本研究对施工单位所提 供的2 0 种市售种子进行了2 0 个批次的萌发率检测( 图2 1 1 ) 。测试方法参照 牧草种子检验技术规程g b t2 9 3 0 - 2 0 0 1 和( ( 浙江省林木种子检验方法。种子 在自来水下冲洗干净后用自来水浸种4 8 h 。对木本种子还要用5 的次氯酸钠溶 液浸泡1 0 1 2m i n 灭菌。每个直径9 c m 的培养皿中铺两层滤纸，在其上均匀播 种5 0 粒的种子，大粒种子可改为播种3 0 粒，每组3 个平行。将播好的种子置 于光照培养箱中发芽培养，培养温度为2 6 土1 ，全日照。从种子发芽那天起， 每天在固定时间记录发芽数，直到其不再变化为止( 图2 1 2 ) ，计算萌发率。 由表2 1 可见，大部分的草本植物如高羊茅、白三叶、黑麦草、狗牙根等 萌发率较高；马棘、胡枝子等灌木发芽率居中；而盐肤木、大叶女贞等木本植 物萌发率较低。总体上草本植物的萌发率大于木本植物的萌发率。 浙江大学硕士学位论文 边坡绿化施工时，应根据种子的萌发率高低、播种地土壤、水分供应和播 种期的气温状况等做出适当调整，控制草类植物种子用量，并根据种子( 尤其 是木本植物) 的萌发特性进行一定的预处理。既要满足一定的乔、灌木比例， 又要为乡土植物资源在边坡生态修复上的应用提供机会 表2 12 0 种边坡绿化用植物种子的萌发率 t a b l e2 1s e e dg e r m i n a t i o nr a t eo f2 0s l o p e p l a n ts p e c i e s 浙江 学戳l 学位* 女 j 褡篱豢黼 高蕾茅 器 耩薰褥 波斯菊一 兰苜蓿 伞房决明 辫i ；藤器。攀 卷黪霉 蛰 山合欢 紫穗槐马尾橙柠条 围21l 边坡绿化用植物种于的外彤照片 h 9 2 1 ，i m o “m _ o l r 女e d s 删i a 鲥c5 1 0 1 ”w d o d 但lr 耐o n “o ne l 晒d * n 2 江女学m i 学位论文 - 二生塑垫型丝! 图2 12 鄙分种子在培养皿中萌发成幼苗的形奄 f i g2 1 2 s 蝴ts c e d l u g s _ 日d m l t b o t s e l sg e r m l u a t e d i n m d i s h e s 2 2 平放和斜放条件下植被生长状况对比试验 22l 试验目的 与平地栽种相比，在边坡立地条件下生长的植物面临许多不同的环境因素 “为了干刀步分析坡度对边坡植物的影响，本研究比较了平面和坡面培养下 边坡植物的生长情况 2 22 材料和方法 2 0 0 5 年1 1 月2 1 日在杭千高速公路边坡绿化现场喷播，所使用术箱规格为： 长x 宽x 高= 4 0 c m x3 0 c = x 10 c m ，采用的喷播工艺为喷混檀生：将喷播好基 质和种子混合物的箱子取3 只逗至浙江大学草坪花卉研究所室外露天试验场水 泥地面上平放培养，另3 只培养箱仍留置于杭千高速边坡喷播现场45 。坡面上 培养两组木箱均不进行人工浇水和施肥。于2 0 0 6 年1 月15 日统一进行植物 生长情况检测( 圉2 21 ) 浙江大学硕士学位论文 2 2 3 结果分析 由形态观察和所测得数据可知，平地培养条件下的喷播植物只有高羊茅一 种，呈现出较高的密度和盖度。虽然其株高较高，但其苗重、根系生物量、分 蘖数、叶绿素含量等都不及在坡面条件下生长的植株。而坡面培养的边坡植被 还包括了白三叶，因而在多样性上较为占优( 表2 2 ) 在坡面培养的植被相对低矮，可能是由于野外自然条件下紫外线照射强烈、 干旱程度大，并经历了冬季低温锻炼等种种因素促进了植物根系向纵深发展( 图 2 2 2 ) 。另一方面，由于其生物量相对较低，更有利于其它物种的侵入，展现 出更为丰富的植被形态和组成。由此可知，坡面条件虽然不利于喷播后的边坡 植物迅速覆盖坡面，但其严苛的光温水气条件有利于锻炼植物的耐受能力，促 进植株强壮特别是根系的发育；在避免单一草种过于茂盛的同时，为提高边坡 的生物多样性提供了良好条件。 表2 2 平地和坡面培养下的高羊茅形态指标对比 t a b2 2c o n t r a s tb e t w e e nf e s t u c aa r u n d i n a c e ac u l t i v a t e do rd i f f e r e n tg r a d i e n t s * 江 乍ml 位论文 田221 喷混植生工艺喷播后平放于庭院中培养的边城植物( 左l 和斜王于喷播现埔培养的迎坡植斩( 右) 的整体差异 f , g2 l l o v r r a l 删t h t 帔d 5 i 呻瞎h “叩叫“伯t t d o “g m 岫d f l 出) _ 柚s l o p e j k i r j x h ) 图22 2 喷混植生啧播后在平地( 左) 和坡面( 右) 上培养的边坡植蜥种苗形态对比 h s 22 2 m 0 d a l l t k sc o n t 删b e t _ t 蛐g 呻耐i i 曲j i 口ds l o _ ：l n 出 c 憎州v q 帆 浙江大学硕士学位论文 2 3 边坡绿化喷播基质的抗冲刷性能试验 2 3 1 试验目的 边坡生态修复的重点之一是增强坡面的土岩稳定性，尽可能减少水土流失 1 2 0 , 2 1 1 。本研究比较了5 种不同施工工艺下的边坡绿化基质在模拟强大雨水冲击 下的抗冲刷性能 2 3 2 材料和方法 于2 0 0 5 年1 1 月1 2 月在杭千二期试验项目施工现场分别采用喷混植生、 日本厚层基材、浙大改良型厚层基材( h s s ) ，c f 挂网植被混凝土5 种工艺， 将边坡绿化基质通过机器喷附在木箱中，喷满直到与四周木板框相平，木箱尺 寸同2 2 。每种工艺重复喷3 个箱子。运到浙江大学生命科学学院草坪花卉研 究所试验场于2 0 0 6 年1 月1 5 日进行抗雨水冲刷测试 喷淋装置见图2 3 1 ，自来水龙头水压o 2 5m p a ，冲刷时将筏门开至最大， 流量为1 2 1 5m l s ，冲刷时间均为3 0 0s ，以计时器计时；木箱摆放位置、喷 头角度和距离都恒定，以保持对各种基质的冲刷条件一致。) 中刷结束后搁置3 0 图2 3 1 基质抗冲刷试验喷淋示意图 f i 9 2 3 1s k e t c ho f s u b s t r a t e se r o s i o nr e s i s t a n c et e s t m i n ，采用沙子填补法求得被冲刷掉的基质体积，计算基质的平均冲蚀量和冲蚀 率。根据不同工艺下基质的抗冲刷能力强弱进行排序。 浙江大学硕士学位论文 冲蚀百分率一冲蚀量原箱子中基质总量x 1 0 0 = 冲蚀量( m 1 ) ( 4 0x3 0 1 0 ) m l x 1 0 0 。 2 3 3 结果分析 从表2 3 和观察可知，本试验中植被混凝土工艺喷播的基质表现出最强的 抗冲刷性能，c f 挂网喷播工艺的基质次之，喷混植生工艺的基质居中，浙大改 良型厚层基材喷播工艺的基质相对不耐冲刷，日本厚层基材工艺的基质则最不 耐冲刷( 图2 3 2 ) 。 表2 3 喷播基质室内抗冲刷试验结果 t a b2 3e r o s i o nr e s i s t a n c et e s to fs u b s t r a t e si nd i f f e r e n th y d r o s e e d l i n gt e c h n i q u e s 需要说明的是，本试验是在极端状态下进行的，有一定的参考价值，至少 在同等条件下能说明问题。然而在野外自然条件下，如此强急的雨水冲击并不 多见，坡面基质遭受的冲刷程度还受到持续冲刷时间、基质雨水入渗速率、以 及根系发育情况、植被茂密程度等多种环境和生物因素的影响。 1 2 * “大学硕l 学位论立 l上ij毒t；lejgi点穹ilu!删lusnlhg 璋fq善捌嚣尊#匿雒巳，尊粤*呈求褰，霉硝唑世*，刊嚣乍一索罐”h彝阜蔫 言攥*七蛭带*州叫书恤抽署莓量术宙卜#辞昔茸量索田q蕾廿釜七鼍譬卜拍h笸*怔#再哥n n h 田 10-：一叫剥少，卜卜卜。匕 僵翻姐1 渐u 大学碗l ：学位论文 2 4 边坡绿化喷播基质的保水性能试验 2 4l 试验目的 比较5 种不同工艺施工下的边坡绿化基质的保水，持永能力 2 42 材料和方法 术箝规格和采取的喷播工艺同23 ，每种工艺重复喷3 个箱子，运到试验 场所于20 0 6 年1 月15 日i 因下雨多日后刚喃，土壤水分饱和) 一起环刀取样 测试，每种工艺的基质取3 个重复环刀所取土样为扁圆柱形，直径d - 62c ， 高h - 20c m ，体积v = 6 03 5c 一( 田24 1 ) 。 第一组试验时问从2 0 0 6 年1 月1 6 日至23 日，从1 月1 6 日上午8 时开始 第一次测定，时间为8h ，干燥温度为4 0 c ，无鼓风其余以2 4 h 为一个测定 周期，测定时间为下午1 6 时停止干燥后静置1 小时，待温度梢降后剥定重 量干燥温度为4 0 c ，2 4 h 为一个测定周期烘干温度为10 5 一1 1 0 c ，8 h ， 玲却到室温后测定。直至干燥到含水量基本不变 第一次干燥到含水量基本不变时，微雾加水，直到试样达到水饱和，用滤 纸将容器底部渗出的水拭去，静置3 0m i n 风干至不再有水渗出为止，进行第二 组试验。第二组试验时闻从2 0 0 6 年2 月6 日至1 1 日，干燥温度为4 0 c ，无鼓 风，24 h 为一个测定周期，停止干燥1 小时待温度稍阵后测定重量。2 0 0 6 年 2 月13 日在1 0 5 一1 10 c 烘干8 h 冷却到室温后测定干重利土壤重吸水后的 含水量。 根据数据列表作含水率变化曲线 胡24 1 环刀取样( 左) 和所取基城土掸( 右) 示意固 f i 9 2 4 1 脚蛐( 1 e f t ) 一p i i 啤t t h e j 蝴一p k l d g m ) o b m a i a e d 浙江大学硕士学位论文 2 4 3 结果分析 从图2 4 2 和图2 4 3 曲线可见，基质开始时的保水能力和重吸水后的持 水能力均以日本厚层基材为最优，植被混凝土工艺基质重吸水后的保水能力其 次；其它几种工艺的基质保水性能相差不大 0 7 0 6 0 5 0 4 0 3 0 2 0 1 单位体积含水率g c m 3 01234567891 0 d 图2 4 2 不同喷播工艺下边坡绿化基贡的保水能力比较 f i g 2 4 2w a t e rc o n t a i n i n ga b i l i t yo fs u b s t r a t e sf r o md i f f e r e n th y d r o - s e e d l i n gt e c h n i q u e s 单位体积含水率g c m 3 0 7 0 6 0 5 0 4 0 3 o2 0 1 o12 3 4567 d 图2 4 3 不同喷播工艺下边坡绿化基质的重吸水能力比较 f i g 2 4 3w a t e rr e - a b s o r b i n ga b i l i t yo fs u b s t r a t e sf r o md i f f e r e n th y d r o - s e e d l i n gt e c h n i q u e s 浙江大学硕士学位论文 2 5 边坡绿化喷播基质的理化性质检测 在喷播后现场坡面上选择三处有代表性的地方开洞，每洞挖取直径约9 c m ， 深度约8 e m 范围内的边坡绿化基质土样，土样松散混匀后送浙江省农科院中心 实验室作理化指标测试分析。 表2 5 边坡绿化基质理化测试检验结果 t a b2 5t e s to np h y s i c a la n dc h e m i c a li n d e x e so fs l o p er e - v e g e t a t i o ns u b s t r a t e s 注：取样时间2 0 0 6 年5 月1 6 日1 7 日 1 6 浙江大学硕士学位论文 2 6 厚层基材喷播工艺 厚层基材喷播工艺是利用空气动力学原理，把预先干式搅拌后的土壤稳定 剂、肥料、砻糠、保水剂、草炭土、草纤维、木纤维、地表土等通过空压机在 喷嘴出口处与从另一水管出来的水雾混合后，喷射附着到需要绿化的公路和矿 山边坡作业面上，形成一定厚度的基质层，并使植物在基质层上附着生长的一 种强制绿化法。 2 6 1 试验简介 该试验点位于杭千高速公路一期工程，k 10 4 9 7 右线风化岩山体上边坡。 2 0 0 4 年底厚层基材工艺喷播完工，边坡喷播基质层设计厚度8 c m ，坡面设计目 标群落为草灌结合型。施工执行单位为杭州某公司。 2 6 2 基质检测 见表3 1 厚层基材工艺，反映出基质性质偏酸( 6 1 4 ) ，除全k 含量外，有 机质、n 、p 等养分含量以及电导率、阳离子交换量均偏低。 2 6 3 植被调查 除了对喷播基质的试验，我们还对每种工艺下边坡人工植被进行了跟踪调 查。调查方法为：每个坡面取3 个有代表性的样方，每个样方大小4 0 c mx4 0 c m 。 植被调查指标包括：植物种类、盖度、生物量( 地上部分) 、茎杆密度、植株高 度等。物种种类：统计各样方内主要物种；盖度：以3 人目测取平均值；生物 量：自基部收割后，放入塑料袋，扎口，3 个小时内电子天平称鲜重；茎杆密 度：统计各样方内茎杆数量，考虑到1 个植株可能有多个分蘖，以茎杆数统计。 每种植物的株高测试在每个样方中先取1 0 株的平均值，然后再取3 个样方的平 均值。 调查时间2 0 0 6 年5 月1 6 1 7 日，结果见表2 6 以及图2 6 i - 6 。该坡面植 被总盖度8 1 7 ，地上部分生物量5 5 2 1 9 m 2 ，植被高度1 6 - 5 3 c m ，茎杆密度2 3 5 8 株m 2 ，物种有黑麦草、白三叶、狗牙根、截叶铁扫帚( l e s p p e d e z ac u l i e a t a ) 、 苗蓿及少量杂草，草类多样性丰富。但灌木仅偶见胡枝子( 图2 6 6 ) ，其它种 类和数量较少。 1 7 浙江大学硕士学位论文 表2 6 厚层基材工艺修复山体上边坡的植被考测结果 t a b2 6s l o p ev e g e t a t i o ns u r v e yr e s u l t so ft h i c k l a y e rb a s em a t e r i a ls p r a y i n gt e c h n o l o g y 样方1样方2样方3平均 植物种类 总盖度( ) 黑麦草盖度( ) 白三叶盖度( ) 截叶铁扫帚 盖度( ) 苜蓿盖度( ) 狗牙根盖度( ) 杂草盖度( ) 生物量( g - 2 ) 密度( 株- 2 ) 霎嘉豢釜莲懑鬻嚣 牙根、截叶铁扫帚及叶铁扫帚、苜蓿、白 一：”= ： 少量杂草三叶及少量杂草 6 0 0 2 0 0 2 0 o l o o 5 0 5 0 5 0 0 0 1 7 8 1 0 ( 其中黑麦草1 2 8 8 ， 白三叶1 7 5 ，狗牙根 1 5 6 ，截叶铁扫帚 8 8 ，杂草7 4 ) 8 5 o 1 5 o 5 0 3 5 0 1 0 0 l o o 1 0 o 5 3 1 3 2 2 5 6 0 ( 其中黑麦草1 7 5 0 株，狗牙根2 6 3 株， 截叶铁扫帚1 1 9 株， 苜蓿5 0 株，白三叶 3 8 株，杂草3 6 ) 1 0 0 0 1 0 o 2 0 0 5 0 0 2 0 0 6 2 5 0 黑麦草、白三 叶、狗牙根、截 叶铁扫帚、苜蓿 及少量杂草 8 1 7 2 0 2 1 5 0 5 0 8 3 1 0 4 2 1 7 12 6 3 3 5 8 2 1 7 2 4 6 1 1 7 7 6 5 5 2 1 6 5 0 3 0 3 8 0 ! 其中翌三根2 0 ? 2 3 5 8 0 4 - 6 3 4 7 株，黑麦草9 3 8 株， 截叶铁扫帚1 0 0 株) 截叶铁扫帚 5 1 34 0 06 7 701 394 0 0 株高( c 一) 白三叶株高( c m ) 2 0 0 1 3 3 1 6 7 4 7 狗牙根株高( c - ) 1 8 71 2 3 1 6 71 5 9 3 3 黑麦革株高( c - ) 2 6 72 7 0 2 9 3 2 7 7 i 4 苜蓿株高( c _ )一 2 9 3 2 9 3 一代表没有检测 2 6 4 讨论 厚层基材工艺是当前一种较为主流的边坡修复技术旺 。在本试验中该工艺 修复的边坡基质养分相对不足，植物生长不良，木本植物较少，景观效果欠佳。 浙大学碗l 学位论女 图261 厚屉基材工艺喷播后的边坡奎兢；摄于2 0 0 6 年5 月 f i r2 ls l o p e o f 聃u f t e r t h e ( h i c k l a y e r b a s e 眦t c r l a ls p r a y i n gr t n o r t 6 0 日 口h m o t a k e no m m a y , 加 圈262 犀屡基材工艺喷播后的遗址局郜；摄于2 0 9 6 年5 月 f 鲰2 62s l o p e l o c a l 曲”t k t h k k l a ，h 咕t m t e r i a l 卵n ”嵋n d w 州o n ；p h h o , i k e no n m a y , 肼 圈265 厚层基材啧播边坡样方3 n g2 6 5s i d es l o p e p k3a f t e r t h e t h i c k l a y e r bmterlals p r a y i n gt i o n 图264 厚层基材喷播边坡样方2 f i 9 26 , 4 s i d e d 叩es 蛐m e2 a e t e r t h e t h i c k h i y e r b r a e m a t “s p r a y i n g 惜1 w _ 6 目2 66 厚层基材啧播边坡上的胡枝子幼苗 ( 位于图中间的灌未) ；掇于2 0 0 6 年5 月 f i 9 2 6 , 6 l 脚d f f b i c o l o r 仰t h e 咖c k l a y e r b a s e m a t e d a ls p r m 2r m c 脚dd o p e ；p h o t ot a k e no b m a y , 2 0 0 6 浙江大学硕士学位论文 2 7 日本厚层基材结合框格梁喷播绿化工艺 该工艺的特点是在配方中使用了大量奶牛场粪便发酵后形成的有机肥，基 质疏松，养分和有机质含量高；在施工过程中使用了日本引进的工程喷播机械 和基材添加剂。另外，本工艺结合了工程稳坡的技术，顺边坡地势铺设了框格 梁并由日本技术人员全程指导施工和养护管理。 2 7 1 试验简介 该试验点位于杭千高速公路二期工程，千岛湖支线四标k 2 0 + 3 0 0 - k 2 0 + 3 6 0 风化岩山体上边坡( 图2 7 1 ) 2 0 0 5 年底日本厚层基材结合框格梁工艺喷播完 工，边坡喷播基质层设计厚度8 c m ，坡面设计目标群落为灌草结合型。施工执 行单位为日本与杭州某公司联合。 2 7 2 基质检测 相比其它4 种工艺，该工艺下的基质有机质最为丰富，n 、p 、k 含量高， 酸碱度适中( 表2 5 日本厚层基材工艺) ，并且有较强的持水能力( 图2 4 2 、 图2 4 3 ) 。但由于材质疏松，抗冲刷能力在5 种工艺对比中相对较弱( 表2 3 ) 。 2 7 3 植被调查 首次调查时间为2 0 0 6 年5 月1