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香根草系統(tǒng)在鐵路邊坡防護(hù)上的應(yīng)用

發(fā)表時(shí)間:2022-6-15   瀏覽次數(shù):

從1997年中國(guó)香根草網(wǎng)絡(luò)在福州召開(kāi)了國(guó)際香根草學(xué)術(shù)研討會(huì)以來(lái),香根草系統(tǒng)在我國(guó)公路上的應(yīng)用發(fā)展很快。福建省公路局首先采納了這一新技術(shù),并發(fā)文要求在全省公路部門推廣。此后,香根草系統(tǒng)在江西、浙江、云南等省公路部門逐步推廣開(kāi)來(lái)。為了推動(dòng)香根草系統(tǒng)在鐵路邊坡固定上的應(yīng)用,中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所(中國(guó)香根草網(wǎng)絡(luò))與新長(zhǎng)鐵路有限責(zé)任公司合作,于2001年春首次在鐵路邊坡上進(jìn)行了試驗(yàn),并取得成功。同年10月召開(kāi)了“香根草應(yīng)用于鐵路邊坡防護(hù)試驗(yàn)成果鑒定會(huì)”。近40名專家出席了該會(huì),他們分別來(lái)自鐵道部各大設(shè)計(jì)院和工程技術(shù)部門,以及有關(guān)鐵路局和鐵路公司。會(huì)上中國(guó)香根草網(wǎng)絡(luò)介紹了香根草系統(tǒng)的由來(lái)與作用。與會(huì)代表參觀了應(yīng)用香根草保護(hù)鐵路邊坡的示范現(xiàn)場(chǎng),充分肯定了香根草系統(tǒng)在鐵路邊坡防護(hù)上的作用。此后,鐵路部門于2002年和2003年在江蘇、福建等地進(jìn)行了更為廣泛的應(yīng)用,并將向我國(guó)南方地區(qū)普遍推開(kāi)。
一、試驗(yàn)地點(diǎn)

  試驗(yàn)地點(diǎn)位于江蘇省太興市黃橋鎮(zhèn)新建的新長(zhǎng)鐵路,北緯32o21',東經(jīng)120o30',地處中緯度三角洲平原,屬亞熱帶季風(fēng)氣候,又臨近長(zhǎng)江入?冢瑢俸Q笮詺夂,四季分明,氣候濕潤(rùn),雨量充沛,無(wú)霜期長(zhǎng)。年平均氣溫15℃,平均年降雨量1,042mm,其中55.8%集中在7~9月份,年平均霜期143天,年主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|南風(fēng),平均風(fēng)速為3.4m/s,極端最高氣溫38℃,極端最低氣溫-12.5℃。
  該段屬?zèng)_積平原區(qū),地勢(shì)平坦,地下水位較高。土壤中細(xì)砂、粉砂含量較高,而粘粒含量較少。路基設(shè)計(jì)時(shí)一般當(dāng)填土高度超過(guò)5.5m時(shí),需進(jìn)行地基加固處理。本段屬高填方(5m左右)路基,邊坡坡度1:1.5,填料為取自兩側(cè)農(nóng)田或附近集中取土坑的海沖積物(砂性土),土質(zhì)松散,不穩(wěn)定,雨后邊坡水坑、水槽較多,易發(fā)生坍塌和滑坡。
  該段鐵路邊坡填方高,土質(zhì)松散,具備砂性土填料鐵路的典型性,種植條件較為惡劣,試驗(yàn)路段邊坡不僅需穩(wěn)定表層土壤,還要固定一定厚度的土層,使表面滲水不會(huì)導(dǎo)致下面土層的滑動(dòng)。如試驗(yàn)獲成功,將給鐵路、公路等邊坡的香根草種植積累經(jīng)驗(yàn)。

二、土壤測(cè)試分析

   為了確定香根草的具體種植方案,如行距、株距、施肥、澆水等初期養(yǎng)護(hù)管理等,通過(guò)采集路基兩側(cè)農(nóng)田,以及路基地面上的不同深度的土壤,對(duì)土壤的組成、溫度、養(yǎng)分、pH值、顆粒大小級(jí)配進(jìn)行了測(cè)試分析。具體數(shù)據(jù)見(jiàn)下表1-3。 


表5-1 試驗(yàn)區(qū)空氣和土壤溫度(℃)
深度(cm)一二三四五六七八九十十一十二平均02.94.910.117.223.328.131.932.025.819.311.75.117.753.24.79.015.521.125.729.829.224.618.511.65.516.6103.65.09.015.020.425.029.129.424.518.612.06.016.5154.05.18.914.820.124.628.629.124.618.812.56.416.5空氣1.93.88.014.919.223.927.727.522.516.810.64.415.0
表5-2 土壤機(jī)械組成(土壤取自路邊農(nóng)田)
深度(cm)顆粒大小(mm,%)>0.050.01-0.05<0.01<0.0010-122943281512-493145241349-713147221371-10026452917
表5-3 土壤養(yǎng)分分析 (土壤取自路邊農(nóng)田)

三、香根草栽種和管理

1、栽種情況

  2001年4月20日12萬(wàn)株香根草苗從大別山運(yùn)抵黃橋點(diǎn),分南、北坡等高法種植,種植面積4079m2。每穴種植草苗5株左右。栽種時(shí)將香根草叢均勻的由大到小逐步分開(kāi),將根部蘸上泥水,垂直栽種并壓實(shí),種后澆定根水。4月22日種植結(jié)束。

  2001年5月25日,調(diào)查發(fā)現(xiàn)第一次種下去的草苗完全成活的僅為40%,因此5月30日,又從蘇州運(yùn)了3萬(wàn)株苗,次日進(jìn)行了第二次栽植,天氣多云,種完后馬上澆水。

  第三次種植于2001年6月26~27日實(shí)施,主要是因?yàn)榈诙畏N植的草苗產(chǎn)自粘土水稻田,在分兜時(shí)用刀切斷大量根系,導(dǎo)致香根草受到一定程度的破壞,為了保證香根草能正常生長(zhǎng),再次進(jìn)行了補(bǔ)栽,種苗來(lái)自大別山。

  栽植和補(bǔ)種后共澆灌3次,另外在天旱時(shí)澆灌2次。7月26日進(jìn)行了一次除草,7月27~28日施了一次豬糞,8月17日追施了一次尿素,9月23日進(jìn)行了第二次除草,9月25日進(jìn)行了一次刈割,9月26日又施了一次尿素。

2、成活率及其原因分析

  第一次種植的成活率不高(2001年5月25日調(diào)查),僅40%,可能由以下原因引起:①初種施肥時(shí)沒(méi)有按要求在化肥上覆土,肥料接觸到了苗的根部;②栽植人員為了省工,栽得不緊,根土不緊密,部分草苗莖、葉留得太長(zhǎng),蒸發(fā)量過(guò)大,造成枯死;③部分苗子太長(zhǎng),種得過(guò)深,有一些草苗約20cm長(zhǎng)的莖被埋土中,影響了成活率;④每叢分株過(guò)細(xì)也是影響成活率的一個(gè)方面。⑤草苗本身質(zhì)量存在問(wèn)題。

  第二次5月31日種下去的苗到6月21日(20天后)成活了40%,但是到了6月26日(僅僅5天后)成活率提高到70%,7月2日成活了85%。出現(xiàn)這種成活過(guò)程較緩慢的主要原因是栽植時(shí)大多數(shù)苗根在分叢時(shí)被剪斷或損壞,只有極少數(shù)根須留下來(lái),新根萌發(fā)緩慢且空氣干燥,致使蒸騰量大于根系的吸收能力。6月下旬后,正值梅雨季節(jié)以及路基兩側(cè)大面積的水稻田正值灌溉期,土壤和空氣濕度都很大,葉片蒸騰與根系的吸收達(dá)到相對(duì)平衡,使香根草的成活率提高。

3、生長(zhǎng)情況 

   香根草栽種后,每個(gè)月內(nèi)常觀察,分別對(duì)株高、每叢的莖蘗數(shù)、根深及長(zhǎng)勢(shì)進(jìn)行了觀察和測(cè)量。

  5月23日進(jìn)行了第一次觀察,株高平均27cm (苗徑留長(zhǎng)20cm),最大株高34cm,最大分蘗數(shù)5個(gè),最大根深26cm,75%以上植株萌根,70%以上植株返青、增高。

  7月24日觀察時(shí)發(fā)現(xiàn)根系發(fā)達(dá),一叢香根草根數(shù)達(dá)60根,根粗約2.7mm,根最深達(dá)75cm,平均株高約130cm, 最高株達(dá)175cm,基本形成綠籬。

  8月30日第三次觀察,最大株高達(dá)到195cm,莖粗而硬,形成的綠籬能夠攔住從鐵路邊坡上部滾下的石子。

  9月22日第四次觀察,株高平均155cm, 最大株高220cm,行間雜草密布,根最深達(dá)125cm。根系發(fā)達(dá),稠密,植株下布滿粗細(xì)不等的根,株與株間的根連成一體,有的根粗約3.0mm,挖至表土下80cm處還可見(jiàn)到根系生長(zhǎng),表土下60cm以內(nèi)根系發(fā)達(dá)形成網(wǎng)狀。平均分蘗數(shù)15~22個(gè),最大分蘗數(shù)42個(gè)。

  此外,9月14日對(duì)三處香根草作了刈割試驗(yàn),分別留莖長(zhǎng)30、40、50cm,9月21日測(cè)得新枝平均長(zhǎng)高10cm,最高的長(zhǎng)了20cm,留50cm的那一處中最高的已經(jīng)長(zhǎng)到了70cm。 

四、邊坡防護(hù)效果

   DK377+887~DK378+187段路基2000年開(kāi)工填筑,2001年初全部成形,該段高填方路基在填筑過(guò)程中,遭受暴雨沖刷,坡面形成坑槽、沖溝,甚至滑動(dòng)、塌方,嚴(yán)重威脅著路基本身及行車的安全。雨水夾著泥土沖入兩側(cè)農(nóng)田,不僅造成土方嚴(yán)重流失,而且污染了農(nóng)作物,尤其是部分路基段施工中摻了石灰,雨后沖下的堿性洪水,破壞了路基兩側(cè)的生態(tài)系統(tǒng)。鐵路部門為了防止邊坡侵蝕,不得不用大量塑料薄膜將整個(gè)路基覆蓋。

  4月22日在坡上種植了香根草后,穩(wěn)定了表土層。6月中下旬當(dāng)?shù)孛酚昙竟?jié),連續(xù)降雨,空氣異常濕潤(rùn);7~9月份為每年的高溫期、暴雨集中期。然而五個(gè)月以來(lái),種植的香根草經(jīng)受住了持續(xù)陰雨、持續(xù)高溫以及暴風(fēng)雨和溫差驟變的考驗(yàn),根須發(fā)育、莖葉長(zhǎng)勢(shì)良好。路基邊坡在香根草的固持下,穩(wěn)定性好,未發(fā)現(xiàn)水槽、水坑和沉降現(xiàn)象,安全度過(guò)了雨季。當(dāng)然,由于局部土壤的差異(表4、5),香根草生長(zhǎng)也不一樣,在粒徑0.2~0.02 mm 含量高達(dá)84.8% 的地方發(fā)生了微域坍方,對(duì)這類土壤應(yīng)該注意地表排水,并可提前種植,以便香根草在雨季到來(lái)之前即可發(fā)揮固坡作用。


表5-4 土壤機(jī)械組成 (土壤取自路基邊坡不同部位)序號(hào)取土位置及香根草生長(zhǎng)情況顆粒直徑(mm,%)質(zhì)地2-0.20.2-0.020.02-0.002<0.0021南坡,生長(zhǎng)很好0.874.816.08.4砂質(zhì)壤土2南坡,首次種未成活0.584.09.85.7砂質(zhì)壤土3北坡,生長(zhǎng)較好處0.569.520.59.5砂質(zhì)壤土4北坡,微坍處0.584.89.55.2砂土,砂質(zhì)壤土表5-5 土壤養(yǎng)分分析 (土壤取自路基邊坡不同部位)序號(hào)取土位置及香根草生長(zhǎng)情況有機(jī)質(zhì)(g/kg)全氮(g/kg)全磷(P2O5) (g/kg)全鉀 (g/kg)速效氮(mg/kg)速效磷(P2O5) (mg/kg)速效鉀(mg/kg)pH(水)1南坡,生長(zhǎng)很好5.90.331.7019.878.163.7348.702南坡,首次種未成活處4.70.291.7220.863.9539.3908.513北坡,生長(zhǎng)較好5.50.321.2221.871.052.4328.864北坡,微坍處7.10.371.8719.693.794.1378.79




   通過(guò)試驗(yàn)分析,根據(jù)土力學(xué)原理,在填土邊坡上層和下層之間存在一個(gè)滑動(dòng)面,當(dāng)表面雨水沖刷,不僅會(huì)帶走表土,形成坑槽,還會(huì)因?yàn)闈B水使上下層之間的摩擦力降低。當(dāng)上層土自重在摩擦力反方向上的分力大于摩擦力時(shí),造成上層土滑坡。由于香根草深根性的特點(diǎn),能固結(jié)上下層土壤,增加橫向剪切力,穩(wěn)定滑動(dòng)面。另一方面,和同樣發(fā)達(dá)根系的喬木相比,香根草的重心更低,能在大風(fēng)暴雨天氣減少側(cè)向力,對(duì)邊坡的固結(jié)能力更強(qiáng)。
  另外,經(jīng)過(guò)本試驗(yàn),還可總結(jié)出香根草的一些特性和作用:
  1、 香根草具有生長(zhǎng)適應(yīng)性好、抗逆性強(qiáng)、立地條件低的優(yōu)點(diǎn)。
   濕度適應(yīng)范圍廣,具有耐干旱和其他不利的化學(xué)土壤條件、抗病害的特性。盡管鐵路土質(zhì)情況很差,但只要抓住季節(jié),趕在氣候轉(zhuǎn)暖在20℃左右,春雨時(shí)栽種,香根草極易成活。在夏季和初秋種植時(shí),按不同的土壤條件和環(huán)境,只要栽植技術(shù)和管理相適應(yīng),亦可正常生長(zhǎng)。
  2、 穩(wěn)定邊坡的作用
   (1) 綠籬作用:香根草長(zhǎng)勢(shì)挺直、莖桿粗壯、堅(jiān)硬,在斜坡沿等高線種植,4個(gè)月左右就可生長(zhǎng)成茂密的活籬笆,可明顯減緩坡面徑流,有效緩解坡面徑流侵蝕。成籬后無(wú)需特別管理,即可穩(wěn)定邊坡,固持土壤。同時(shí),在裸露的邊坡上,長(zhǎng)上幾排綠籬,促使邊坡的快速綠化和美化。
   (2) 根系作用:香根草生長(zhǎng)快,分蘗多,垂直深扎于土壤中,實(shí)驗(yàn)資料表明,其抗張強(qiáng)度為75Mpa。大量的根系增強(qiáng)了土壤的剪切力,因而提高了邊坡土壤的穩(wěn)定性。另外,由于香根草具有強(qiáng)大而深扎的網(wǎng)狀根系,高大茂密的莖桿和葉子形成綠籬,增加了土壤的水分蒸發(fā),從而有助于增強(qiáng)邊坡的穩(wěn)定性。
  3、 微生態(tài)環(huán)境作用 
   許多事實(shí)表明,在什么植物也不能生長(zhǎng)的裸地上,一旦種上香根草后,微生態(tài)環(huán)境即發(fā)生改變,香根草促使狗芽根等許多天然草類生長(zhǎng),并使坡面得到快速覆蓋。
五、效益綜合對(duì)比分析

  應(yīng)用香根草進(jìn)行鐵路邊坡防護(hù),有較高的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益。目前,道路邊坡保護(hù)所采取的措施無(wú)外乎工程措施和生物措施,鐵路上常用如下幾種方法:

  1、“硬”性工程措施,一般用于填高大于4米的高路堤,如砌干片石、塊石或砼預(yù)制塊,通常做法有滿鋪邊坡和做成拱形或網(wǎng)格形的排水骨架。 這種措施效果顯著,甚至可以一勞永逸,日后管理很小。但投資巨大,施工困難,工期較長(zhǎng),有些地方如蘇北地區(qū),由于石材嚴(yán)重短缺,不能就地取材,還導(dǎo)致運(yùn)費(fèi)大大提高。
  據(jù)有關(guān)資料:工程護(hù)坡最低價(jià)約36元/m2,而香根草僅約15元/m2,為工程護(hù)坡費(fèi)用的16%~36%。我們做試驗(yàn)的DK377+887~DK378+187段路基邊坡若按其相鄰坡段采用的“漿砌片石排水骨架護(hù)坡”進(jìn)行計(jì)算,投資為31.6萬(wàn)元,而改種香根草只需5.3萬(wàn)元(不含試驗(yàn)費(fèi)用),節(jié)省投資26.3萬(wàn)元(約占83%)。
  對(duì)于坡高且土質(zhì)差的路堤,一旦種植香根草籬,其它天然草類隨即快速生長(zhǎng),無(wú)須在其間再灑草籽。
  2、生物措施,一般用于4米以下的低路堤,如土工網(wǎng)墊內(nèi)噴播植草;種狗芽根草籽加插紫穗槐、夾竹桃等灌木;種植喬木類等。
  這些措施造價(jià)也不高(與種香根草相當(dāng)),綠化環(huán)境。但生長(zhǎng)慢,成效晚,對(duì)季節(jié)性要求高,固持土層較淺,對(duì)高邊坡或地基、土質(zhì)條件差的路堤防護(hù)效果不明顯,易發(fā)生整塊、整體性質(zhì)的坍滑。草籽出芽前后各半個(gè)月內(nèi),澆水、施肥、養(yǎng)護(hù)等管理工作量大且要求細(xì)致。另外,噴播對(duì)土壤酸堿度要求較高,pH值須控制在6.0~8.0之間,否則應(yīng)對(duì)土壤加以改良。喬木類由于重心較高,在暴風(fēng)雨下易折斷,且根系平均抗張強(qiáng)度沒(méi)有香根草高。這些措施適應(yīng)性、抗病蟲(chóng)害能力比不上香根草。
  在環(huán)境和社會(huì)效益方面,香根草護(hù)坡減輕了鐵路養(yǎng)護(hù)的工作量,節(jié)約了養(yǎng)護(hù)經(jīng)費(fèi),保證了行車的安全暢通,改善了生態(tài)環(huán)境,綠化了鐵路,美化了路容路貌。香根草是一種保護(hù)路基邊坡的良好植物品種,香根草應(yīng)用于鐵路邊坡防護(hù)是對(duì)國(guó)務(wù)院和鐵道部關(guān)于“進(jìn)一步推進(jìn)全國(guó)綠色通道建設(shè)的通知”精神的積極響應(yīng)和具體實(shí)施。結(jié)合鐵路、公路建設(shè)和運(yùn)營(yíng),應(yīng)用香根草實(shí)施綠色通道工程,不僅能夠改善鐵路沿線的生態(tài)環(huán)境,完成國(guó)土綠化的戰(zhàn)略要求,還可加強(qiáng)路基防護(hù),控制水土流失,減輕生態(tài)災(zāi)害,保障運(yùn)輸安全,促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)持續(xù)發(fā)展,使祖國(guó)的大好山河更加秀美。



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