滑坡區毛竹根系生長分布及其護坡效果研究

，

(1.貴州省地質環境監測院， 貴陽 550031；2.貴州省環境地質研究所， 貴陽 550031； 3.中國水利水電科學研究院 泥沙研究所，北京 100048；4.水利部水土保持生態工程技術研究中心，北京 100048 )

滑坡區毛竹根系生長分布及其護坡效果研究

楊麒麟1，2，李柏3,4

(1.貴州省地質環境監測院， 貴陽 550031；2.貴州省環境地質研究所， 貴陽 550031； 3.中國水利水電科學研究院 泥沙研究所，北京 100048；4.水利部水土保持生態工程技術研究中心，北京 100048 )

為研究護坡毛竹根(莖)系的生長、分布及其護坡效果，于2012—2016年對七星關區(原畢節市)何官屯鎮北部大漁洞村某處毛竹生態護坡措施進行了為期5 a的調查監測研究。通過實地挖根及動態監測技術方法對研究區毛竹根(莖)系的生長、分布及其護坡效果等進行了調查研究。結果表明：毛竹種植后，毛竹根(莖)系的生物量逐年增加，根狀莖的生物量增加速度高于根系的生物量增加速度；毛竹根(莖)系長度在水平方向上逐年增加，但增加幅度逐年遞減，在2015—2016年研究區毛竹根(莖)系達到郁閉；研究區毛竹根(莖)系長度在垂直水平方向上逐年增加，但幅度逐年遞減；研究區種植當年的護坡效果不明顯，之后滑坡體沿坡面向下的平均位移量逐年遞減，且在2015—2016年有趨于穩定的趨勢。綜合分析認為：研究區毛竹護坡隨著種植年限增加，根系生長,其護坡能力大大增強，滑坡體在2015—2016年趨于穩定，毛竹護坡達到了預期的護坡效果，能夠為今后同類地區滑坡的治理提供參考和借鑒作用。

生態護坡；滑坡區；毛竹根系; 實地挖根；動態監測

1 研究背景

近年來，隨著人們對生態環境認知的增加，生態可持續發展的理念逐漸被大家接受，但目前在我國丘陵區、山區的一些滑坡、泥石流地區，群眾對退耕還林、還草等生態措施較為抵制。歸其原因在于，目前國家推廣的生態修復措施大多數不具備較為直接的經濟效益，退耕后老百姓的收入減少，生活困難，從而就會抵制甚至破壞各種生態修復政策及措施。在這種背景下，迫切需要找到一種既能保護水土、維持邊坡穩定、提高生態效益，同時又能持續穩定經濟回報價值的生物材料，來進行生態修復工程。

毛竹作為我國栽培歷史悠久、面積最廣的竹種，其竿形粗大，具有很高的經濟價值[1]：宜供建筑用，如梁柱、棚架、腳手架等;篾性優良，供編織各種粗細的用具及工藝品;枝梢作掃帚;嫩竹及竿籜作造紙原料;筍味美，鮮食或加工制成玉蘭片、筍干、筍衣等。與此同時，根據余芹芹等[2]、張興玲等[3]、李華坦等[4]的研究，植物根系對坡體具有類似于鋼筋混凝土中鋼筋的“加筋作用”，毛竹根系由于含有獨特的纖維結構，根系抗拉能力較強，因此毛竹護坡相對于其他植物，具有較好的坡面防治效果。

本文以我國南方常見植物“毛竹”為研究對象，通過調查和監測等方法，對毛竹根系生物量、空間分布的動態變化進行研究，明確了毛竹的邊坡防護效果，對其應用前景進行了分析論證，希望能夠對于今后我國邊坡防治措施的研究與發展提供一定的參考和借鑒。

2 研究對象及研究區概況

2.1 研究對象

毛竹(Phyllostachys heterocycla (Carr.) Mitford cv.Pubescens)：禾本科剛竹屬，單軸散生型常綠喬木狀竹類植物，竿高可達20多米，粗可達20多厘米。中國是毛竹的故鄉，自秦嶺、漢水流域至長江流域以南和臺灣省，黃河流域也有多處栽培。毛竹林多分布在亞熱帶濕潤氣候區，分布于400～800 m的丘陵、低山山麓地帶，適宜年均溫16～20 ℃，年降水量100～2 000 mm，相對濕度80%以上。土壤適宜排水良好的酸性、中性紫色土、黃壤土或紅黃壤。毛竹造林方法有移竹造林、移鞭造林、截稈移兜造林、實生苗造林和鞭節育苗造林等。

2.2 研究區概況

研究區位于七星關區(原畢節市)何官屯鎮北部大漁洞村大漁洞。距何官屯鎮駐地約3.5 km，堆積區地理坐標為105°14′23″E， 27°23′27″N,屬暖溫帶季風濕潤氣候，雨量充沛，氣候溫和，冬無嚴寒，夏無酷暑，無霜期較長。氣候特點：多雨霧，少日照，溫差大，年平均氣溫11.8 ℃。

在2012年綜合實地勘察的基礎上，沖門口泥石流溝進行了溝域的綜合治理工程，主要采取了工程措施和生物措施相結合的綜合治理措施。其中，在幾處滑坡區，筆者采用了密度均勻栽植毛竹的生物護坡措施，栽植毛竹采用同期苗木，株行距為1 m×1 m種植，同等管護條件，總治理面積為1.2 hm2。圖1為某處滑坡區治理現場。

圖1 滑坡區治理現場Fig.1 Photos of landslide area before and after treatment

3 研究內容與方法

3.1 研究內容

本文主要的研究內容為研究區毛竹根(莖)系生物量的動態變化，根(莖)系水平方向上的分布情況及其動態變化，根(莖)系垂直方向上的分布情況其動態變化，滑坡體沿坡面向下位移量的動態變化情況。

3.2 研究方法

3.2.1 毛竹根(莖)系分布及生物量的動態變化

為了保證2012年4種植毛竹的成活率，減少人為擾動，關于毛竹根(莖)系生物量的研究于2014年4月進行，2016年4月結束，共進行了3次整體挖根試驗[5]。每次調查隨機選取研究區10個2 m×2 m的調查樣方，且保證3次調查區域不相互重疊，避免調查區域相同造成數據誤差。

由于研究區毛竹栽植株行距為1 m×1 m，因此隨機選取一棵中心植株，以其為基點分別向四個方向延伸1 m，即可圍成2 m×2 m的正方形樣方，沿樣方邊緣垂直于坡面向下打入硬板，固定后采用手工挖掘和水沖的方法將樣方內的土壤由地表向地下逐層清除，整體挖根過程中，選取中心植株的整株根(莖)系為測量對象，測量其根(莖)系水平方向上的長度和垂直方向上的深度。

樣方內土壤全部清除后，將植株整體挖出，并將其根(莖)系分類后，進行烘干稱重。

3.2.2 滑坡體沿坡面向下位移量的動態變化情況

在研究區沿坡體選取40個監測點位，分為5行，每行8個監測樣點，行與行間距為5 m，點與點間距5 m，中間行位于滑坡體中部，在每個監測垂直于坡面插入30 cm的鋼釬，鋼釬頂部露出地表2 cm；同時在滑坡體外側10～20 m左右的地點設定5個固定基準點，為保證基準點的穩定性和準確度，固定基準點采用長2 m、直徑2 cm的鋼釬垂直于地面,將其固定在基巖中，2012—2016年間每年10月，采用激光測距的方法計算其位移量，并統計在表1。

4 結果與分析

4.1 根(莖)系生物量

毛竹的地下莖為單軸散生[6]，根據試驗設計，將2013—2016年沖門口毛竹地下根系單位面積生物量的調查數據統計整理成表2。并根據表2數據繪制成圖2毛竹地下根(莖)生物量密度圖。通過表2可以看出，研究區毛竹根系、地下莖的生物量都在逐年增加，但毛竹根系生物量5年漲了3.37倍，毛竹根狀莖5年漲了4.09倍。這說明，毛竹地下莖的生物量增加速度高于毛竹根系的生物量增加速度。分析原因認為，毛竹根狀莖具有儲藏營養物質的功能，由根系吸收的營養物質會有相當一部分貯存在根狀莖中，從而導致其生物量增加迅速。

從圖2毛竹地下根(莖)生物量密度趨勢圖中可以看出，2015—2016年，根狀莖的增加幅度相對于2012—2014,2014—2015年有明顯的增加。分析原因認為主要是由于2016年研究區毛竹開始萌發竹筍，統計時將其算為根狀莖的生物量，從而導致2015—2016年間根狀莖的生物量增加明顯。毛竹根系生物量的增加，能夠增加毛竹根系的固土能力，提高毛竹的邊坡防護效果。

表1監測點位沿坡面向下位移量統計
Table1Statisticaldataofdownwarddisplacementofmonitoringpointsalongtheslope

監測點各年份坡面向下的位移/cm20122013201420152016監測點各年份坡面向下的位移/cm201220132014201520161011.22.10.90.32107.72.70.50.0206.83.11.20.12205.92.20.90.1307.51.21.10.62304.43.11.00.2403.53.50.80.524010.91.51.50.4508.51.31.31.12501.91.70.50.5606.66.42.40.52605.63.40.80.3707.53.80.40.227012.31.90.71.2807.34.10.80.12809.42.41.20.2902.92.91.00.12904.92.91.10.51007.14.50.90.33003.13.10.90.41105.65.12.30.93109.71.10.50.11204.62.31.60.33208.70.90.80.51306.32.81.20.53306.52.60.60.11405.23.30.70.43404.63.31.20.51503.63.21.30.835011.11.81.20.61604.62.80.80.13604.72.50.90.21709.92.40.91.13705.53.90.91.218012.11.61.20.23806.52.52.10.91906.84.20.10.53901.71.80.50.52003.63.50.90.44007.92.21.20.1

表2 毛竹地下根(莖)系生物量年度統計Table 2 Annual biomass of bamboo root (stem) system

圖2 毛竹地下根(莖)生物量密度趨勢Fig.2 Trends of biomass density of bamboo root(stem) system

4.2 根(莖)系分布

毛竹地下根(莖)水平分布和垂直分布見圖3。

圖3 毛竹地下根(莖)水平分布和垂直分布Fig.3 Horizontal distribution and vertical distribution of bamboo root (stem) system

4.2.1 根(莖)系水平分布

根據研究區3次挖根調查數據，以植株為圓心，橫向最長根(莖)系的平均長度為半徑，繪制毛竹根(莖)系水平方向的分布圖(圖3(a))。

從圖3(a)中可以看出，毛竹根(莖)系水平方向上長度的增加幅度由逐年遞減的趨勢，且2015—2016年期間，相鄰兩株毛竹的根系出現重疊區域。分析原因認為，根系的生長需要的營養物質來自于植物體的光合作用，因此離主干越遠分配的營養物質就相對越少，從而導致其生長減速；與此同時，由于植物間競爭作用，隨著毛竹根(莖)系的生長，與鄰近的毛竹產生競爭，導致生長受到抑制，減緩其生長速度。

郁閉度指森林中喬木樹冠在陽光直射下在地面的總投影面積(冠幅)與此林地(林分)總面積的比，它反映林分的密度[7]。本文根據植物郁閉度的概念，創新性地提出了“根系郁閉度”的概念，指植物根系在垂直于地面方向上的投影面積與地面總面積的比，同時規定同種林分中，相鄰兩株植物根系在水平方向上出現交接時，認為該組林分根系達到郁閉。

根據雷相科等[8]關于根系固土方面的研究，植物護坡的功能主要通過地下根系來實現。而當根系達到郁閉時，原來單一的“點狀”根系護坡，由于根系間的交錯，達到“面狀”的根系護坡系統，從而使植物的護坡效果成倍的增加。綜合分析認為，研究區植株間距為1 m的毛竹護坡在2015—2016年間達到根系郁閉，并在之后形成面狀的根系網，邊坡穩定能力迅速增加，從而使得研究區域的滑坡體得到穩定。

4.2.2 根(莖)系垂直分布

根據研究區3次挖根調查數據，以地面為起點，縱向最長根(莖)系的平均長度為深度，繪制毛竹根(莖)系垂直方向的分布圖(圖3(b))。

根據圖3(b)可以看出，毛竹根(莖)系在垂直方向上有逐年遞增的趨勢，但遞增幅度逐年減緩。分析原因認為，研究土層厚土為1 m左右，且下層砂石較多，質地較硬，不利于植物根系的生長，因此,垂直方向根(莖)系增長幅度減緩。

根據文偉等[9]的研究，坡面植物體垂直方向上根系生物量的增加能夠增加坡體水平方向的抗剪切應力，從而促進坡體的穩定。但本次研究區由于本身土層厚度的局限性，不能夠充分顯示毛竹根系垂直方向上的生長狀況，因而后期還需通過其他的實驗進行驗證。綜合分析認為，研究區毛竹護坡根(莖)系在垂直方向的增加，有利于促進坡體穩定，能夠起到穩定坡體的效果。

4.3 滑坡體位移

本文對研究區40個滑坡體位移監測點位，從2012年10月—2016年10月進行了連續5 a的動態監測，將所得數據繪制成表1。規定2012年初始位移量為0。

圖4 監測點位沿坡面向下平均位移量趨勢Fig.4 Trend of average downward displacement of monitoring points along the slope

通過表1中監測點位沿坡面向下位移量統計數據，計算每年40個監測點位的評價位移量，并將其繪制成圖4。

根據表1和圖4，筆者可以看出研究區采用毛竹護坡后的第1年，即2013年,滑坡體沿坡面向下的平均位移量為6.6 cm，說明采用栽植毛竹護坡的第1年，毛竹根系對坡面的固定作用不大；而之后2014年滑坡體沿坡面向下的平均位移量為2.79 cm，說明毛竹護坡開始發揮一定的作用；2015年和2016年該數值進一步下降，并有趨于穩定的趨向，說明隨著毛竹的生長，根系固土能力進一步增加，逐漸使滑坡體達到穩定。

根據滑坡體沿坡面向下位移量的數據，筆者發現栽植株行距為1 m×1 m的毛竹護坡后，隨著毛竹的生長，根(莖)系固土能力的增加，坡體于2015—2016年間有達到穩定的趨勢，而結合本文3.2節中關于毛竹根(莖)系的研究，2015—2016年研究區毛竹根(莖)系達到郁閉。因此,本文大膽地猜想，判斷毛竹護坡區域穩定的標志是毛竹根(莖)系達到“郁閉”，如果這個猜想成立，可以為今后毛竹護坡下坡體穩定性的判定提供一個指標，但還需更多的試驗來進行驗證。

5 結論與展望

本文通過連續多年的調查監測研究，通過對數據結果的綜合分析得出以下結論。

(1) 毛竹種植后，毛竹根(莖)系的生物量逐年增加，根狀莖的生物量增加速度高于根系的生物量增加速度，毛竹根(莖)系生物量的增加，有利于增加毛竹的護坡效果。

(2) 研究區毛竹根(莖)系長度在水平方向上逐年增加，但增加幅度逐年遞減，在2015—2016年研究區毛竹根(莖)系達到郁閉；研究區毛竹根(莖)系長度在垂直水平方向上逐年增加，但增加幅度逐年遞減。

(3) 毛竹種植當年的護坡效果不明顯，之后隨之其根系的生長，滑坡體沿坡面向下的平均位移量逐年遞減，且在2015—2016年有趨于穩定的趨勢，猜想坡體達到穩定可能與根系達到郁閉有關。

根據毛竹的生長特性，毛竹一般于種植5 a后即可成材，且開始增發新筍，因此可以認為采用毛竹護坡在種植5 a后即可獲得經濟收益。綜合各種生態效益、經濟效益和社會效益等各種因素，筆者認為利用毛竹護坡在我國有巨大的前景，可以廣泛應用于我國南方地區的山坡治理。

值得注意的是，根據相關研究和本次措施實踐，毛竹的種植對土層厚度要求比較高，土層厚度一般在30 cm以上才能保證其成活率，因此在實際的推廣應用過程中，也要因地制宜，不能盲目進行種植。

[1] 曹先磊,吳偉光.不同地區毛竹林經營的經濟效益與固碳能力分析—基于福建、浙江與江西的對比[J].林業資源管理,2015，37(1):64-70.

[2] 余芹芹,喬 娜,盧海靜,等.植物根系對土體加筋效應的研究[J].巖石力學與工程學報,2012,31(增1):3216-3223.

[3] 張興玲,胡夏嵩.青藏高原東北部黃土區草本植物根系加筋土的抗剪特性[J].水土保持通報,2013,33(4):185-188.

[4] 李華坦,胡夏嵩,趙玉嬌,等.植物根系增強土體抗剪強度機理研究進展[J].人民黃河,2014,36(8):97-100.

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(編輯：劉運飛)

Growth Distribution of Bamboo Root System in LandslideArea and Its Slope Protection Effect

YANG Qi-lin1，2,LI Bai3，4

(1.Guizhou Institute of Geoenvironment Monitoring,Guiyang 550031,China; 2.Guizhou Research Institute of Environment and Geology,Guiyang 550031,China; 3.Department of Sediment Research,China Institute of Water Resources and Hydropower Research,Beijing 100048,China; 4.Research Center on Soil and Water Conservation of the Ministry of Water Resources,Beijing 100048,China)

In the aim of studying the growth and distribution of bamboo root(stem) system and its protection effect on slope,a 5-year investigation on ecological protection by bamboo was carried out in a village at Bijie City from 2012 to 2016.Field digging and dynamic monitoring technique were used in the area for the investigation.Results showed that 1) biomass of bamboo root(stem) system increased year by year after bamboo planting,and biomass increase of rhizomes was faster than that of root system; 2) in horizontal and vertical directions,the length of bamboo root system gradually increased,but the increasing rate alleviated over years,and the root(stem) system reached canopy in 2015-2016; 3) at the beginning,protection effect of bamboo on the slope was not obvious,then the average downward displacement of landslide body along the slope gradually decreased and showed a stable tendency in 2015-2016.In conclusion,the slope protection effect of bamboo greatly improved with the increase of planting age and the growth of root system,for the landslide body tended to be stable in 2015-2016.The results could be taken as reference for landslide treatment in similar areas.

ecological slope protection; landslide region; bamboo root system; field root-digging; dynamic monitoring

P642.23

A

1001-5485(2017)10-0045-05

2017-01-23；

2017-02-27

楊麒麟(1986-)，男，侗族，貴州鎮遠人，工程師，碩士研究生，主要從事水文地質、工程地質、環境地質方面的研究，(電話)13765067850(電子信箱)yqL70@qq.com。

10.11988/ckyyb.20170091 2017,34(10):45-49