宁合高速公路边坡应用香根草防护试验

1、宁合高速公路边坡应用香根草防护试验徐礼煜（中国科学院南京土壤研究所， 南京210008）摘 要：本文研究了宁合高速公路南京段易塌方地段土壤的基本性质，探讨了该地段频繁塌方的原因，以及香根草在该地区引种的情况。研究表明，香根草在该地区生长良好，有较强的适应性，并可在短时期内在边坡上形成稠密的绿蓠，既绿化了边坡，又能有效控制水土流失和稳定边坡。这一廉价的生物工程技术为香根草系统在该地区公路边坡防护上的应用和推广奠定了基础。 关键词：香根草篱； 边坡防护；道路绿化；高速公路香根草（Vetiveria zizanioides）属于禾本科岩兰属。系一种多年生草本植物。由于它根系发达，且向地下纵深发展，以

2、及它所具有的其他诸多特性，自二十世纪八十年代以来就收到世界各国的亲媚，成为人们熟知的水土保持和斜坡固定植物。香根草技术（Vetiver Grass Technology, 简称VGT）系指应用香根草进行侵蚀防治和斜坡稳固的技术。于2000年在泰国召开的第二届国际香根草会议上，又将香根草技术改名为香根草系统（Vetiver System）,特指实用的、价格低廉的、维护简单的水土保持、土地稳固和修复的生物工程技术。它的主要功能是将活体香根草应用于农业和非农业保护，而将其修剪物或干植株作为副产品应用于工艺品编织、食用菌培养、房顶覆盖、动物饲养和草药等等。在国际香根草网络的支持下，中国香根草网络于19

3、96年在中国科学院南京土壤研究所宣告成立1，为了总结经验，寻找差距，使香根草系统在我国有一大的发展，在世界银行的支持下，中国香根草网络于1997年在福州召开了国际香根草学术研讨会。会上，泰国学者Diti Hengchaovanich 介绍了将香根草技术应用于工程保护，尤其是公路边坡的理论基础和成功经验2。为了将他的经验成功引入我国，中国香根草网络于两年之后，即1999年10月又在南昌召开了“国际香根草生物工程技术保持水土与工程保护讲习研讨会”，会上邀请了国际知名专家向中国工程师们系统介绍了香根草技术在工程保护上的应用。会后香根草系统在我国公路边坡防护上逐渐推广开来，并扩展到了铁路、水库、矿山、

4、采石场、垃圾场等领域3。2003年10月在我国广州召开的第3届国际香根草会议又进一步促进了香根草系统在中国和世界上的应用与推广，尤其是有力推动了私营企业在香根草系统推广上的作用4 。但把香根草利用于南京和江苏地区公路边坡的防护和绿化，目前尚未见到有关研究报道。本研究目的是了解香根草在南京和江苏地区公路边坡防护上的可行性，从而为该技术在南京、江苏乃至华东地区的推广应用奠定基础。1试验材料与方法1.1 供试边坡笔者在对宁合高速公路江苏段边坡调查的基础上，选择了8个易塌方的上边坡，对边坡的坡度、坡向、植被、土壤侵蚀情况、边坡稳定程度等等进行研究，最终落实了3个最不稳定的上边坡作为试验研究对象。情况见

5、表1。1.2 香根草试验于2004年3月31日至4月6日采用等高栽植技术种植香根草，每垂直距离1米种植一行，穴距10cm，每穴6个分蘖，栽后浇一次水。由于栽植期间及栽植后天气干燥无雨，从8日起浇水，至18日下雨为止，每隔2天浇水一次。5月27日和6月23日分别施尿素60和80公斤。为了了解香根草的生长情况，在每个坡面随机抽取30株香根草，每16天观测记载一次高度。并定期观测其分蘖及根系生长情况。采用随机抽样法研究香根草的成活和生长情况，对坡面植被覆盖率的影响，以及对坡面稳定性的影响。表1. 宁合高速公路几个试验边坡的基本情况坡地编号坡向坡度面积（m²）描 述JP03-1座北朝南大部分

6、在25º左右3000坡面较陡且不规则；部分表面侵蚀严重，有冲刷沟；部分地段坡体已出现明显较宽的裂缝， 有随时塌方危险。局部地区出现红砂岩岩石露头。JP03-2座北朝南大部在20º-30º之间2500坡面相对单一，部分坡面较陡；部分表面侵蚀严重，有冲刷沟；局部坡体有裂缝，并下移数十厘米；植被分布不均匀。沿公路排水沟边有大量碎石。JP03-3座南朝北大部在20º-30º之间2500坡面很不规则，坑洼不平；部分坡面较陡；部分地表面蚀严重且无植被生长，有冲刷沟。为了了解不同种植密度和每丛株数对香根草成活和绿蓠形成的影响， 在JP03-2设2个5m x

7、5m样方分别用于丛距为10cm和20cm试验，每丛均含3株分蘖；为了了解香根草株数对其成活和绿蓠形成的影响，在JP03-3坡面分别设2个5m x 5m样方用于3个分蘖/丛和6个分蘖/丛试验。所有试验均在样方上面设加密保护行以减少坡面上部水土流失对样方的影响。2. 试验结果与分析2.1 不同坡面的理化性质几个坡面的机械组成分析见表2。从表中可以看出：几个上边坡中，>0.2mm 的石砾含量很低，尤其以JP03-1坡面为低，JP03-2坡面次之，JP03-3坡面略高。而<0.002mm的粘粒部分3个坡面含量均高。表3显示了几个不同坡面土壤的化学性质。从表中可以看出：该土壤pH大多在78之

8、间，适合大多数植物的生长，而且不会对香根草的生长构成影响。土壤有机质含量在1.46-8.44g/kg之间，但不同坡面变幅较大。其中JP03-1坡全剖面含量较高，而JP03-3坡全剖面含量均较低。此外，该剖面全N、水解N也明显偏低。但总的说来，在南京地区乃至江苏省土壤中处于中等水平 ，但全P含量如与江苏高沙土地区相比，含量偏低。从表3还可看出，几个坡面中各项分析数据从地表向下多呈现一定的变化规律，表明该地区土壤并未发生明显搅动。此外，从pH值、有机质等分析结果看来，3个坡面地表土壤均已经过一定的生物成土过程，因而有益于植物生长。全K含量表明，其在坡面中变化较小，可能主要受到成土母质的影响。这些坡

9、面土壤均来自细砂页岩。2.2 香根草的成活与生长情况香根草在种植后，一般都要经过一个或长或短的缓苗期。在本试验中，香根草在栽植约1周后绝大多数草苗逐渐枯黄，但大多数草苗中仍可发现个别幼小绿色或青黄色叶片。栽植表2 不同坡面的机械组成坡面号采样深度（cm）石砾（）各级颗粒含量(%)质地名称(国际制)（>0.2mm）20.02mm0.020.002mm<0.002mmJP03-10-20 0.35 26.33 35.60 38.08 壤粘土20-400.19 29.20 34.26 36.54 壤粘土40-600.10 31.50 33.70 34.80 壤粘土60-800.39 28

10、.95 34.71 36.34 壤粘土80-1000.31 27.58 35.07 37.35 壤粘土JP03-20-20 1.47 27.34 36.69 35.98 壤粘土20-40 1.12 28.11 35.92 35.98 壤粘土40-60 0.35 28.27 33.70 38.04 壤粘土60-80 0.69 27.82 34.71 37.47 壤粘土80-1000.93 25.12 34.95 39.94 壤粘土JP03-30-20 0.16 30.08 34.71 35.21 壤粘土20-402.58 31.82 34.46 33.71 壤粘土40-60 0.91 26.61

11、 28.69 44.70 壤粘土60-80 1.05 28.11 29.82 42.08 壤粘土80-1003.64 29.64 31.64 38.72 壤粘土中国科学院红壤生态实验站分析，分析方法：吸管法。表3. 宁合高速公路几个试验边坡土壤剖面化学性质样本编号采样深度(cm)有机质全N全P全K水解N速效P速效KpHCEC(Cmol(+)kg-1)- gkg-1 - mgkg-1 -JP03-010-208.440.610.5617.7293.13.571046.6115.9620-403.870.360.8018.8271.86.851187.0017.0340-603.260.310.9

12、318.9038.611.601287.3117.1860-803.380.290.9119.7530.611.221347.4616.8480-1002.610.290.9119.9427.911.901367.4117.24JP03-020-206.620.480.6917.4854.56.141086.9116.2920-404.020.370.6417.1741.26.081087.0717.3440-601.940.240.2516.5425.33.301087.8120.3860-801.570.220.2515.3020.02.641067.9919.5380-1001.460.

13、220.2214.3617.32.421068.0621.05JP03-030-204.670.460.9319.5249.27.121087.4416.2920-402.250.280.5617.4934.68.321087.7516.1040-601.890.260.3516.4831.95.481208.0520.5760-801.800.250.3015.6229.33.571228.0921.2480-1001.540.250.3116.2426.62.561288.1420.94CEC阳离子交换量。pH水提(1:2.5)。分析方法：有机质：参照GB7857-87，全N：GB7848

14、-87，速效K：GB7856-87，速效P：GB7853-87，水解性N：GB7849-87，pH值：GB7859-87，CEC:GB7863-87。中国科学院南京土壤研究所分析。约20天后草苗逐渐吐绿，具体表现在幼小嫩叶片开始复苏向棕色、深绿色转化。有的幼小分蘖从老茎杆叶鞘下部或是茎杆顶部长出。4月28日调查表明（表4）85%香根草已经返青，其中绝大多数都可成活。此外，随着时间的推移，又有一些草苗相继返青,至6月下旬，成活率已达95%左右。其返青和成活过程一直延续到6月下旬。可见只要按一定设计规范适时栽植，就可达到较高的成活率，同时也表明香根草需要较长的缓苗期。这可能是因为草苗来自于福建，那

15、里气温高，春季萌动早。在经过起苗、修剪和长途运输后影响到香根草的生长。相反，如果采用就地培育的草苗，在未萌动前种植，缓苗期可能仅一半左右。表4.香根草栽植22天后返青率调查坡面编号调查丛数返青丛数返青率（）JP03-0123121392JP03-0220016080JP03-0320616982合计63454285（平均）2.3 几种不同处理的香根草生长情况及其对剖面稳定性的影响不同的种植密度对香根草的成活和生长的影响见表5、6。从表中可以看出在不同丛间距的处理中，间距10cm的处理成活率高于间距20cm，可能因为密植后草苗之间相互影响，微环境温度、湿度发生变化的结果。表6表明，种植时如每丛分

16、蘖株数增多，种植成活后的分蘖也多，几乎成正比。很明显，种植时较多的分蘖数有利于草蓠的封行，从而早日起到保持水土和稳定斜坡的作用。表5.不同种植间距香根草的生长情况处理（丛间距cm） 成活率（） 高度（cm） 分蘖（数/丛） 平均最高平均最高 10 95 70902.75 20 85 70902.55调查时间：2004年6月14日。表6. 每丛内不同株数香根草的生长情况处理（株/丛） 成活率（） 高度（cm） 分蘖（数/丛） 平均最高平均最高 3 80 45602.55 6 93 45654.56调查时间：2004年6月14日。2.4 香根草蓠对保持水土和稳定斜坡的作用本文虽未对土壤侵蚀及香根草

17、蓠在控制侵蚀上的作用进行专门研究，但从对试验地的多次现场考察可以看出，所种植香根草的几个剖面在种植之前均存在一定的不稳定迹象，如有的坡面存在裂缝，长达数米，深60cm。局部地段约有10m³土体下移十多厘米（照片1）。2004年7月5日发现，该地段向下滑塌约1m，但绝大部分香根草篱已经长成，起到保护作用，此后未见新的冲沟、裂缝和险情（照片）。3年后，即2007年4月调查发现，3个种植了香根草的边坡稳定情况良好，香根草仍正常生长。其中JP03-01坡生长最好，该情况在2004年7月已经表现出来，很可能与该坡土壤中有机质含量较高有关。此外该坡在种植后每年都剪割一次，也有益于香根草的生长。此

18、外，香根草修剪物可用于编织，从而为当地农民带来直接经济效益，在此方面，新长铁路已经取得了初步成效。照片1 种植前坡地上的裂隙 照片2 种植后3个多月香根草篱已经初步形成3. 结论与讨论3.1 香根草是一种易种植、好管理的多年生草本植物。只要在种植时严把质量关，就可达到较高的成活率。如辅助以一定的肥水管理，就能在短期内生长成蓠。由于香根草的根系具有独特的力学特性5 ，因而不仅能使坡面快速绿化，而且起到很好的保持水土、稳固斜坡的作用，取代或是部分替代某些工程措施如混凝土挡墙和骨架。3.2 土壤中沙粒或粉砂粒含量过高，粘粒含量过低往往是边坡坍塌的原因，但本试验表明，若土壤中粘粒含量过高，而粗粒部分含量较低，会导致边坡土壤排水不畅。一到雨季，若遇连续降雨，在缺乏必要的排水设施的情况下，土壤就会吸收大量水分，体积膨胀，重量增加，当土壤含水量超过流限时，水膜变厚，土壤粘结力迅速减低，进入流动状态，在重力作用下便很容易下滑，导致塌方。这种不稳定性可能与粘土矿物的组成有关，有待进一步的研究。3.3 由于香根草适应性强，生长快，能有效改善种植