草本植物根系网固土效果研究分析

摘要： 文章以东北林业大学实验林场公路边坡为试验地，通过种植紫花苜蓿，观察其发芽状况、生长速度、覆盖度、抗旱性、抗热性等生态适应性指标，作为评价其护坡效果的重要指标；并用环刀进行现场取样，进行大量含根土的直剪试验，测得含根土体的抗剪强度，与不含根土的抗剪强度进行对比，评判其根系固土能力。通过试验得出紫花苜蓿是一种适合东北地区公路边坡的理想的护坡植物。

关键词： 紫花苜蓿；护坡；效果；探讨

中图分类号：Q94 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2012）23-0316-02

0 引言

随着国家对基础设施建设投资力度的加大，黑龙江地区的高等级公路建设得到了迅猛地发展。目前，大量使用的工程护坡形式，如浆砌片石、块石、条石、实心混凝土预制块等，虽然抗冲刷能力强，但是造价太高，不美观、对环境有污染，而且不利于植被的恢复，破坏了生态的平衡，因此，植被护坡形式得到高度地重视。植被护坡是指用活的植物，单独用植物或植物与土木工程和非生命植物材料相结合，以减轻坡面的不稳定性和侵蚀[1]。植被护坡主要利用植物的水文效应和力学效应，它是涉及岩土工程、恢复生态学、植物学、土壤学、园林等多学科与一体的综合工程技术，不同学科都针对各自学科的需要进行了相应的研究[2]我国地域面积大，且不同的地理区域，植被差异很大，对于植被护坡地域性研究还不够完善，很多地方只是盲目地借鉴别人的经验，而没有进行实地的考察和研究，结果护坡效果很差。因此，我们应该加强植被护坡地域性研究。

1 试验方案

1.1 试验地概况 试验地位于东北林业大学实验林场兴安路，地处黑龙江省哈尔滨市动力区和兴路。该边坡坡度为1:1.5，土壤主要为砂土，且含有大量的砖石，土壤呈碱性，PH值为8.69，有机质含量为1.198%。土壤贫瘠，边坡表面几乎没有植物覆盖。

1.2 试验设计 试验用草种为紫花苜蓿，这种植物喜温暖半干旱气候，抗寒能力强，能耐-20℃～-30℃的低温，当有雪覆盖时，可耐-40℃的低温[4]。本试验地分为两块，每块面积为1.5m×5m，其中一块种植紫花苜蓿，另外一块保持土的原样。

1.3 播种及其播后管理 播种前清除坡面的砖块、石块，平整坡面；然后在表面平铺大约3cm厚的粘土，其PH值为7.09，有机质含量为3.363%，压实；轻轻松动表面的土壤，将紫花苜蓿的种子均匀的撒播在粘土中，在表面覆盖大约1cm的粘土，轻轻压实；在表面盖上草帘子；在草帘子表面浇水，使土壤吸收足够的水分。对于空白地也要在表面平铺大约3cm厚的粘土。当紫花苜蓿出苗后立即掀去草帘子，当其处于幼苗期时，要根据天气情况进行浇水。

1.4 观测项目及其测定方法 在其生长期内，记录天气状况、降雨情况、生长高度、覆盖度。其高度测量采用卷尺，当小草出苗之后，通过现场取样，随机抽取40株，每隔10天进行一次测量，计算其平均值作为它的高度；覆盖度的测量采用目测法。种植4个月后，对含紫花苜蓿根的土和空白地的土各取两组，每组4个土样，做土壤含水率实验和剪切实验。

土壤含水率试验采用烘干法，所用仪器设备为电热鼓风干燥箱、恒质量铝盒、电子天平。试验步骤为：①现场取土，每个土样大约15g左右，装进恒质量铝盒，盖上盒盖；②分别称量每个铝盒和湿土的质量；③将土样放进干燥箱，烘至土样质量不再变化为止，大约8-10个小时；④将烘干后的土样和铝盒冷却至室温，称量铝盒和干土的质量；⑤计算土样含水率。

土壤的剪切实验采用直剪（不固结快剪）方式，所用仪器设备为SDJ—Ⅱ型三速电动等应变直剪仪、电子天平、环刀、切土刀、塑料盒、剪刀。试验步骤为：①用剪刀剪去紫花苜蓿的地上部分，去除地表面的枯枝；②将环刀压入土内，尽量不要对土产生扰动，用切土刀将环刀从土中取出，将环刀外壁擦干净，平整的放进塑料盒；③将环刀两端的土削平，但不要松动根，用电子天平称重；④分别对土样进行剪切实验；⑤洗出土样中的草根，计算土样的含根率。

2 结果与分析

2.1 紫花苜蓿的生长情况分析 由于播种后降雨及时，天气好，紫花苜蓿在播种后第四天就开始出苗，出苗整齐，出苗率达到98%。在其生长期内，最高温度达35℃，最低温度达8℃。当其还处于幼苗期内，连续20天的晴天，没有一点萎蔫现象，仍然长势良好，抗旱能力强。种植后1个月，下了一场大暴雨，没有倒伏现象，可见抗倒伏能力强。虽然最高温度达到35℃，没有枯死现象，抗热能力强。播种后40天，生长高度达到5cm左右，且基本上能覆盖整个坡面。生长2个月，高度达到14cm，能完全覆盖整个坡面。生长3个月能达到40cm，4个月能达到50cm，生长速度很快。

2.2 紫花苜蓿根系情况分析 从土中取出紫花苜蓿的根，可见其主根粗大，侧根较发达。播种后4个月，其根系能深入土层50cm多。由于生长时间短，紫花苜蓿的根系大约85%都集中在0～25cm的土层中，大约15%的根系分布在25cm以下的土层中。

2.3 边坡冲刷效果分析 在整个试验过程中，有几次强度很大的降雨。通过现场观察发现，种植紫花苜蓿的试验地没有产生沟蚀现象；而空白地有明显的冲蚀而成的细沟，有的沟宽度达到10cm。降雨动能是坡面产生土壤侵蚀的原动力，雨滴从空中到达坡面的速度很大，产生的动能也很大，直接冲刷无植被的空白边坡，造成水土流失，产生沟蚀。有紫花苜蓿的边坡，由于边坡被繁茂的枝叶所覆盖，枝叶削弱了大部分降雨动能，而透过枝叶的部分降雨由于降落高度大大降低，使其达到坡面时的动能降到很低，因此对边坡的冲刷能力很弱，边坡无任何冲刷的痕迹。同时由于降雨形成地表径流，造成空白地土壤的板结，当温度升高时，坡面形成不同程度的裂缝，而种植紫花苜蓿的试验地没有产生裂缝。

2.4 紫花苜蓿固土效果分析 通过含水率实验，得出种植紫花苜蓿试验地土壤和空白地土壤的含水率分别为13.918%和17.795%。由于紫花苜蓿的蒸腾作用，以及植物本身也需要一定的水分来进行新陈代谢，降低了坡体孔隙水压力，从而提高了土体的抗剪强度。植物根系能将土壤单粒粘结起来，同时也能将板结密实的土体分散，并通过根系自身的腐解和转化合成腐殖质，使土壤有良好团聚结构和孔隙状况，从而提高了土体的渗透能力[5]。对含根的土和不含根的土进行直剪实验，抗剪强度见表1。从剪切后的土样中洗出紫花苜蓿的根，计算每个土样中根的含量，见表2。

从表中可以看出，即使土样中含有最少量的根，也能显著增加土的抗剪强度。通过直接作图法和按照标准[6]中的计算公式两种方法综合得出，含根土的内摩擦角为32°，粘聚力为49kPa，不含根土的内摩擦角为28°，粘聚力为21kPa。由于根的存在，使得土体粘聚力显著提高了28kPa，内摩擦角增加的幅度相对较小，只增加了4°。由于根在土壤中穿插，使得根周围的细粒土凝聚在一起，从而使得土的粘聚力增大，同时根又被周围的土体包围，锚固在其中，这就如同土中增设了许多的钢筋，从而使得土体的抗剪强度增大。

3 结论

从紫花苜蓿的生态适应性来看，该种植物能适应贫瘠的土壤条件，并且生长速度快、抗热、抗旱能力较强，因而能适应公路边坡种植条件；从种植紫花苜蓿试验地和空白地坡面冲刷效果分析可知，紫花苜蓿能有效地削弱降雨动能，抑制地表径流，从而减少降雨对坡面造成的冲刷；从对含紫花苜蓿根系的土样与不含根的土样进行直接剪切实验结果的分析可知，含根土样能显著提高土的抗剪强度，从而增加边坡的稳定性。本文的试验方法模拟了实际的工程情况，因而对工程施工有实际的指导意义。

参考文献：

[1]Ministry of works and transport. Use of bio-engineering in the road sector[J]. Geo-environmental unit,1999,20(2):5-10.

[2]高民欢，李辉等.高等级公路边坡冲刷理论与植被防护技术[M].人民交通出版社，2005（7）：230-233.

[3]程洪，颜传盛等.草本植物根系网固土机制模式与力学试验研究[J].水土保持研究，2006，13（1）：62-65.

[4]车晋滇.紫花苜蓿栽培与病虫草害防治[M].北京：中国农业出版社，2002.

[5]宋云.植物固土边坡稳定基本原理的研究以及固坡植物的选择设计[D].中南林学院，2005.

[6]中国计划出版社编.建筑地基与土工试验标准规范汇编[M].北京：中国计划出版社，1995.