近十余年来,我国公路、铁路等工程领域快速发展,产生大量裸露工程边坡,易诱发地质灾害。我国超半数地形因长期受雨水冲刷等因素出现地表裸露问题,土壤沙化和水土流失问题突出,地震等地质灾害诱发的山体滑坡等次生灾害进一步凸显边坡防护的紧迫性。生态护坡技术成为岩土工程领域防控灾害与保护生态的研究重点。
一、植被天然护坡效应
植物具备天然的抵御浅层滑坡与地表侵蚀的能力,体现在植物根系的力学加固效应、蒸腾作用产生的排水效应以及茎叶发挥的水文调节效应。这三种效应随植物生长逐渐增强,从不同角度对土质边坡形成协同防护,增强浅部地层的力学承载能力与水力传导稳定性,削减坡面雨滴溅蚀及径流冲刷的能量破坏效应。
二、植物多维度护坡效应及其作用机制
植物根系的锚定增强与加筋加固效应对土质边坡坡面稳定起决定性作用。其中,锚定机制主要由木本植物的垂直向根系实现,而加筋机制则广泛存在于各类草本植物的防护体系中。草本植物根系在土层中形成三维网状结构,产生加筋效果,且根系生长为微生物营造环境,微生物分泌的物质能强化加筋作用。学术界针对“根—土”复合体加筋力学特性形成摩擦加筋理论与准黏聚力理论。摩擦加筋理论将植物根系视作复合体中的柔性受拉单元,认为根系与土体间的摩擦效应能抑制土体变形;准黏聚力理论将“根—土”复合体视为整体,认为其抗剪强度的提升源于黏聚力的增强。
植物的蒸腾作用能提升土体吸力、降低土体渗透系数,改善坡面土体水力特性,还能排出根系吸收的大部分土体水分,降低土体孔隙水压力,提高抗剪强度,维持坡面结构稳定。
植物茎叶的水文效应是边坡植被防护体系的关键构成。茎叶能拦截雨滴,消耗其动能,削弱溅蚀破坏;抑制坡面径流集中,改善坡面局部小气候,抑制水土流失与坡面风化。枯落物能增加地表粗糙程度,降低径流流速,削弱径流冲刷能力。
三、影响边坡植被修复效果的因素
气候条件通过影响边坡土壤的水分与养分状况间接作用于修复成效,湿润及半湿润地区修复效果优于干旱与半干旱地区。在干旱、半干旱地区,可优先配置灌木物种。降水对边坡修复效果的影响机制需深入研究,不同气候区的土壤养分特征也存在差异。
土壤环境是决定边坡植被修复成效的控制性因素,基质的营养供给能力、土层发育厚度等理化参数直接关联修复工程的实施效果。在边坡修复中,合理增加土壤有机质含量,能增强土壤真菌活性,加速养分循环,从而改善边坡生态环境。土壤养分有效性较高且土层较厚时,更利于植物生长与开花。当土层厚度超过10cm时,植被恢复效果显著提升。
人类活动如踩踏、放牧等会干扰植被恢复。缓坡及阳坡地带受人为干扰较强,踩踏导致土壤压实、孔隙度减小、持水能力下降,进而引发土壤退化,影响植物生长与群落稳定。目前该领域研究仍较缺乏,需深入探索其作用机制以推动生态系统可持续发展。
四、总结与展望
未来,植被护坡研究可从以下方向展开:深化“植被—土壤—微生物”互作机制研究,开发基于气候适应性的智能选型技术,推动“生态—工程”一体化技术创新;针对干旱半干旱区岩石边坡开展修复技术研究,探索植被护坡的多功能拓展;系统研究土壤微生物群落结构对边坡植被演替的驱动机制,开发基于“微生物—植物”协同作用的生态修复制剂。