，

(1.貴州省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院， 貴陽 550031；2.貴州省環(huán)境地質(zhì)研究所， 貴陽 550031； 3.中國水利水電科學(xué)研究院 泥沙研究所，北京 100048；4.水利部水土保持生態(tài)工程技術(shù)研究中心，北京 100048 )

滑坡區(qū)毛竹根系生長分布及其護(hù)坡效果研究

楊麒麟1，2，李柏3,4

(1.貴州省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院， 貴陽 550031；2.貴州省環(huán)境地質(zhì)研究所， 貴陽 550031； 3.中國水利水電科學(xué)研究院 泥沙研究所，北京 100048；4.水利部水土保持生態(tài)工程技術(shù)研究中心，北京 100048 )

為研究護(hù)坡毛竹根(莖)系的生長、分布及其護(hù)坡效果，于2012—2016年對七星關(guān)區(qū)(原畢節(jié)市)何官屯鎮(zhèn)北部大漁洞村某處毛竹生態(tài)護(hù)坡措施進(jìn)行了為期5 a的調(diào)查監(jiān)測研究。通過實(shí)地挖根及動態(tài)監(jiān)測技術(shù)方法對研究區(qū)毛竹根(莖)系的生長、分布及其護(hù)坡效果等進(jìn)行了調(diào)查研究。結(jié)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(qū)毛竹根(莖)系達(dá)到郁閉；研究區(qū)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(qū)種植當(dāng)年的護(hù)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(wěn)定的趨勢。綜合分析認(rèn)為：研究區(qū)毛竹護(hù)坡隨著種植年限增加，根系生長,其護(hù)坡能力大大增強(qiáng)，滑坡體在2015—2016年趨于穩(wěn)定，毛竹護(hù)坡達(dá)到了預(yù)期的護(hù)坡效果，能夠為今后同類地區(qū)滑坡的治理提供參考和借鑒作用。

生態(tài)護(hù)坡；滑坡區(qū)；毛竹根系; 實(shí)地挖根；動態(tài)監(jiān)測

1 研究背景

近年來，隨著人們對生態(tài)環(huán)境認(rèn)知的增加，生態(tài)可持續(xù)發(fā)展的理念逐漸被大家接受，但目前在我國丘陵區(qū)、山區(qū)的一些滑坡、泥石流地區(qū)，群眾對退耕還林、還草等生態(tài)措施較為抵制。歸其原因在于，目前國家推廣的生態(tài)修復(fù)措施大多數(shù)不具備較為直接的經(jīng)濟(jì)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(tài)修復(fù)政策及措施。在這種背景下，迫切需要找到一種既能保護(hù)水土、維持邊坡穩(wěn)定、提高生態(tài)效益，同時又能持續(xù)穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)回報價值的生物材料，來進(jìn)行生態(tài)修復(fù)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(jīng)濟(jì)價值[1]：宜供建筑用，如梁柱、棚架、腳手架等;篾性優(yōu)良，供編織各種粗細(xì)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(jù)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(dú)特的纖維結(jié)構(gòu)，根系抗拉能力較強(qiáng)，因此毛竹護(hù)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(diào)查和監(jiān)測等方法，對毛竹根系生物量、空間分布的動態(tài)變化進(jìn)行研究，明確了毛竹的邊坡防護(hù)效果，對其應(yīng)用前景進(jìn)行了分析論證，希望能夠?qū)τ诮窈笪覈吰路乐未胧┑难芯颗c發(fā)展提供一定的參考和借鑒。

2 研究對象及研究區(qū)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(dá)20多米，粗可達(dá)20多厘米。中國是毛竹的故鄉(xiāng)，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(qū)，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(shí)生苗造林和鞭節(jié)育苗造林等。

2.2 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于七星關(guān)區(qū)(原畢節(jié)市)何官屯鎮(zhèn)北部大漁洞村大漁洞。距何官屯鎮(zhèn)駐地約3.5 km，堆積區(qū)地理坐標(biāo)為105°14′23″E， 27°23′27″N,屬暖溫帶季風(fēng)濕潤氣候，雨量充沛，氣候溫和，冬無嚴(yán)寒，夏無酷暑，無霜期較長。氣候特點(diǎn)：多雨霧，少日照，溫差大，年平均氣溫11.8 ℃。

在2012年綜合實(shí)地勘察的基礎(chǔ)上，沖門口泥石流溝進(jìn)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(jié)合的綜合治理措施。其中，在幾處滑坡區(qū)，筆者采用了密度均勻栽植毛竹的生物護(hù)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(hù)條件，總治理面積為1.2 hm2。圖1為某處滑坡區(qū)治理現(xiàn)場。

圖1 滑坡區(qū)治理現(xiàn)場Fig.1 Photos of landslide area before and after treatment

3 研究內(nèi)容與方法

3.1 研究內(nèi)容

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

為了保證2012年4種植毛竹的成活率，減少人為擾動，關(guān)于毛竹根(莖)系生物量的研究于2014年4月進(jìn)行，2016年4月結(jié)束，共進(jìn)行了3次整體挖根試驗[5]。每次調(diào)查隨機(jī)選取研究區(qū)10個2 m×2 m的調(diào)查樣方，且保證3次調(diào)查區(qū)域不相互重疊，避免調(diào)查區(qū)域相同造成數(shù)據(jù)誤差。

由于研究區(qū)毛竹栽植株行距為1 m×1 m，因此隨機(jī)選取一棵中心植株，以其為基點(diǎn)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(nèi)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(nèi)土壤全部清除后，將植株整體挖出，并將其根(莖)系分類后，進(jìn)行烘干稱重。

3.2.2 滑坡體沿坡面向下位移量的動態(tài)變化情況

在研究區(qū)沿坡體選取40個監(jiān)測點(diǎn)位，分為5行，每行8個監(jiān)測樣點(diǎn)，行與行間距為5 m，點(diǎn)與點(diǎn)間距5 m，中間行位于滑坡體中部，在每個監(jiān)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(cè)10～20 m左右的地點(diǎn)設(shè)定5個固定基準(zhǔn)點(diǎn)，為保證基準(zhǔn)點(diǎn)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確度，固定基準(zhǔn)點(diǎn)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(tǒng)計在表1。

4 結(jié)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(jù)試驗設(shè)計，將2013—2016年沖門口毛竹地下根系單位面積生物量的調(diào)查數(shù)據(jù)統(tǒng)計整理成表2。并根據(jù)表2數(shù)據(jù)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(qū)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(rèn)為，毛竹根狀莖具有儲藏營養(yǎng)物質(zhì)的功能，由根系吸收的營養(yǎng)物質(zhì)會有相當(dāng)一部分貯存在根狀莖中，從而導(dǎo)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(rèn)為主要是由于2016年研究區(qū)毛竹開始萌發(fā)竹筍，統(tǒng)計時將其算為根狀莖的生物量，從而導(dǎo)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(hù)效果。

表1監(jiān)測點(diǎn)位沿坡面向下位移量統(tǒng)計
Table1Statisticaldataofdownwarddisplacementofmonitoringpointsalongtheslope

監(jiān)測點(diǎn)各年份坡面向下的位移/cm20122013201420152016監(jiān)測點(diǎn)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(tǒng)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(jù)研究區(qū)3次挖根調(diào)查數(shù)據(jù)，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(xiàn)重疊區(qū)域。分析原因認(rèn)為，根系的生長需要的營養(yǎng)物質(zhì)來自于植物體的光合作用，因此離主干越遠(yuǎn)分配的營養(yǎng)物質(zhì)就相對越少，從而導(dǎo)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(chǎn)生競爭，導(dǎo)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(jù)植物郁閉度的概念，創(chuàng)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(guī)定同種林分中，相鄰兩株植物根系在水平方向上出現(xiàn)交接時，認(rèn)為該組林分根系達(dá)到郁閉。

根據(jù)雷相科等[8]關(guān)于根系固土方面的研究，植物護(hù)坡的功能主要通過地下根系來實(shí)現(xiàn)。而當(dāng)根系達(dá)到郁閉時，原來單一的“點(diǎn)狀”根系護(hù)坡，由于根系間的交錯，達(dá)到“面狀”的根系護(hù)坡系統(tǒng)，從而使植物的護(hù)坡效果成倍的增加。綜合分析認(rèn)為，研究區(qū)植株間距為1 m的毛竹護(hù)坡在2015—2016年間達(dá)到根系郁閉，并在之后形成面狀的根系網(wǎng)，邊坡穩(wěn)定能力迅速增加，從而使得研究區(qū)域的滑坡體得到穩(wěn)定。

4.2.2 根(莖)系垂直分布

根據(jù)研究區(qū)3次挖根調(diào)查數(shù)據(jù)，以地面為起點(diǎn)，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(jù)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(rèn)為，研究土層厚土為1 m左右，且下層砂石較多，質(zhì)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(jù)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(yīng)力，從而促進(jìn)坡體的穩(wěn)定。但本次研究區(qū)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(shí)驗進(jìn)行驗證。綜合分析認(rèn)為，研究區(qū)毛竹護(hù)坡根(莖)系在垂直方向的增加，有利于促進(jìn)坡體穩(wěn)定，能夠起到穩(wěn)定坡體的效果。

4.3 滑坡體位移

本文對研究區(qū)40個滑坡體位移監(jiān)測點(diǎn)位，從2012年10月—2016年10月進(jìn)行了連續(xù)5 a的動態(tài)監(jiān)測，將所得數(shù)據(jù)繪制成表1。規(guī)定2012年初始位移量為0。

圖4 監(jiān)測點(diǎn)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(jiān)測點(diǎn)位沿坡面向下位移量統(tǒng)計數(shù)據(jù)，計算每年40個監(jiān)測點(diǎn)位的評價位移量，并將其繪制成圖4。

根據(jù)表1和圖4，筆者可以看出研究區(qū)采用毛竹護(hù)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(hù)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(hù)坡開始發(fā)揮一定的作用；2015年和2016年該數(shù)值進(jìn)一步下降，并有趨于穩(wěn)定的趨向，說明隨著毛竹的生長，根系固土能力進(jìn)一步增加，逐漸使滑坡體達(dá)到穩(wěn)定。

根據(jù)滑坡體沿坡面向下位移量的數(shù)據(jù)，筆者發(fā)現(xiàn)栽植株行距為1 m×1 m的毛竹護(hù)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(dá)到穩(wěn)定的趨勢，而結(jié)合本文3.2節(jié)中關(guān)于毛竹根(莖)系的研究，2015—2016年研究區(qū)毛竹根(莖)系達(dá)到郁閉。因此,本文大膽地猜想，判斷毛竹護(hù)坡區(qū)域穩(wěn)定的標(biāo)志是毛竹根(莖)系達(dá)到“郁閉”，如果這個猜想成立，可以為今后毛竹護(hù)坡下坡體穩(wěn)定性的判定提供一個指標(biāo)，但還需更多的試驗來進(jìn)行驗證。

5 結(jié)論與展望

本文通過連續(xù)多年的調(diào)查監(jiān)測研究，通過對數(shù)據(jù)結(jié)果的綜合分析得出以下結(jié)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(hù)坡效果。

(2) 研究區(qū)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(qū)毛竹根(莖)系達(dá)到郁閉；研究區(qū)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(dāng)年的護(hù)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(wěn)定的趨勢，猜想坡體達(dá)到穩(wěn)定可能與根系達(dá)到郁閉有關(guān)。

根據(jù)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(fā)新筍，因此可以認(rèn)為采用毛竹護(hù)坡在種植5 a后即可獲得經(jīng)濟(jì)收益。綜合各種生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會效益等各種因素，筆者認(rèn)為利用毛竹護(hù)坡在我國有巨大的前景，可以廣泛應(yīng)用于我國南方地區(qū)的山坡治理。

值得注意的是，根據(jù)相關(guān)研究和本次措施實(shí)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(shí)際的推廣應(yīng)用過程中，也要因地制宜，不能盲目進(jìn)行種植。

[1] 曹先磊,吳偉光.不同地區(qū)毛竹林經(jīng)營的經(jīng)濟(jì)效益與固碳能力分析—基于福建、浙江與江西的對比[J].林業(yè)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(yīng)的研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報,2012,31(增1):3216-3223.

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(編輯：劉運(yùn)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(zhèn)遠(yuǎn)人，工程師，碩士研究生，主要從事水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)方面的研究，(電話)13765067850(電子信箱)yqL70@qq.com。

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