利用各种非织造材料防护边坡、保持水土是许多发达国家广泛应用的一项措施。以土工材料制作的纤维毯最早在德国开始使用，用于控制侵蚀已经超过50 a^[1-2]。由椰丝加工而成的椰丝毯、亚麻加工而成的亚麻网等植物纤维毯因其具有一定固土强度，且可生态降解，自20世纪90年代在欧美等国开始大量应用于辅助植被修复^[3]。近年来，我国一些企业从国外引进了相关设备，开始生产用于边坡防护的可降解植物纤维毯(土壤毯)，由于具有快速施工绿化、防治水土流失、生态可降解等优点^[4]，迅速在北京、河北、河南、江西、安徽等地公路及河道边坡植被修复中得到利用^[5-10]。当前，对不同材质植物纤维毯对边坡防护与植被建成效应的对比研究不多，有研究表明纤维毯保水效果决定于试验点的气候条件，而不是纤维毯类型^[11]；研究人员从水土保持效果方面对比了遮光网、非编制网、稻草毯与裸露小区等不同材质的纤维毯的径流系数和产沙量^[12]，还研究了覆盖毯子与不覆盖的差异，结果表明覆盖抑制地表蒸发效果明显，相应的土壤含水量更高^{[8, 13]}。多数研究是针对植物纤维毯与液力喷播、客土喷播、三维网等的不同结合方式的对比差异^[14]。总的来看，由于不同材质植物纤维毯的纤维粗细致密程度不同，且其具有完全不同于传统植被修复中的无纺布的性质，其覆盖后并不从坡面揭除，其对植物出苗与后续生长的效应较缺少研究。为此，本项目依托河北石(家庄)-安(阳)高速公路边坡防护开展了3种类型的植物纤维毯(稻草毯、秸杆椰丝混合毯、椰丝毯)与传统无纺布覆盖对草灌混播植被建植影响试验，为公路边坡生态防护工程实践提供了参考。

试验地位于太行山东麓河北省高邑县境内石家庄至安阳高速公路路基下边坡，西向边坡。该处属暖温带半湿润大陆性季风气候，年平均日照时数为2 615.5 h，年平均气温为12.7 ℃，最高温度42 ℃，最低气温为-23.1 ℃，年平均降水量为513 mm，多集中在7、8月份，占全年降水量57.9%。

试验设计了草灌组合模式，具体配比为：扁穗冰草4 g/m²+披碱草4 g/m²+紫穗槐5 g/m²+荆条5 g/m²，4种覆盖材料，3个重复，每个重复35 m²，共12个试验小区，供试植物纤维毯的材质种类及基本性质如表 1所示。

试验小区于2013年7月28~29日2 d播种实施，播种后仅利用天然降水实现植被建成。建植当年，每周观测试验小区植物出苗与生长状况，建植次年，过渡到每半月测定1次。观测指标有：

(1) 株密度：植被建植后1周，在每个处理小区的边坡上部、中部和下部各固定选取1个样方，即每个小区3个样方，每种处理9个样方，样框面积50 cm×50 cm，进行植株密度的常规观测。植物纤维毯覆盖只对长出覆盖物表面的植株统计计数，作为该样框内植株数，换算成株/m²。

(2) 越冬毯表株数比：植被建植初期群落本身存在植株的自然死亡现象，其与正常越冬越夏死亡无法甄别，在时期间隔上难以准确划分，且植株发芽并长出覆盖物表面的时期不一，故本试验中特别定义，该指标采用9—10月观测植株密度的最大值与次年4—5月观测植株密度的最大值的百分比作为越冬毯表株数比，以反映植株越冬成活状况。对植物纤维毯根据毯表面植株数计算，对无纺布覆盖小区直接以地表植株计算，该指标在一定程度上反映植株的抗寒性。

(3) 越夏毯表株数比：该指标在建植次年植株密度大致达到稳定时进行测定，与冬季的计算相似，本研究中定义5—6月植株密度的最大值除以8—9月植株密度的最大值，对植物纤维毯根据毯表面植株数计算，对无纺布覆盖小区直接以地上植株计算作为夏季毯表株数比，该指标在一定程度上反映植株的抗热性。

(4) 植被覆盖度：采用针刺法测定植被覆盖度，以%计。

(5) 植被层高度：采用钢卷尺测量植被层的平均高度，以cm计。

在对植被质量观测同时，本研究还对不同处理土壤表面10 cm深处温度与含水量、大气降水量值分别在2个年度中各进行一个完整降雨周期的动态监测，以分析不同处理对植被微环境影响。

幼苗出土并穿透覆盖材料是植被建成的先决条件，早期植被生长性能还体现于植株高度增高、覆盖度扩大，为此选择毯表植株密度(无纺布为地表植株密度)、植被高度、覆盖度等3个指标评价植被的初期生长性能。各小区草本1周后即开始零星出苗，灌木在2周后开始出苗并生长。

图 1与图 2为植被建植当年9月的植株密度与植被盖度。从图 1可以看出，几种植物纤维毯的出苗密度略有不同，以无纺布出苗表现最好，椰丝毯最差，二者差异达到显著水平。图 2可以看出植被当年盖度，不同处理间表现出：稻草毯、混合毯＞无纺布＞椰丝毯。而植被层高度在几种覆盖材料下并未观测到显著差异。

图 1 不同毯子覆盖的植株密度 Fig. 1 Seedling density for different blanket coverage 注：图中字母表示差异显著程度，下同。

图 2 不同毯子覆盖的植被盖度 Fig. 2 Vegetation coverage degrees for different blanket coverage

为了研究植物纤维毯对植株种苗密度影响是否会影响群落结构，进一步分析不同覆盖处理对草灌比例影响。从当年植被群落结构来看，禾本科与豆科植物比例，在不同覆盖处理下差异较大，其中椰丝毯下比其他覆盖毯下高出近1倍，见图 3。椰丝纤维细，成毯密实，对种苗有较大阻碍作用，这可能是其出苗效果较其他覆盖下差的原因。可以看出，植物纤维毯对早期植被出苗具有阻碍作用，对于禾本科、豆科的阻碍作用强弱不同，使其初期植被建成具有不利于灌木建成的趋势。

图 3 土壤含水量(9月13日) Fig. 3 Water content in soil(Sep. 13)

土壤含水量从高到低依次为椰丝毯、无纺布、稻草毯、混合毯，但在不同时期有微小差异。降雨后，无纺布土壤含水量最高(9月13日，图 3)，与其他植物纤维毯土壤含水量差异达到显著水平；而在下一场降雨前(10月6日，图 4)，几种植物纤维毯土壤湿度较无纺布土壤湿度差距减少甚至高于无纺布土壤湿度，其中以椰丝毯覆盖下土壤含水量最高，这说明植物纤维毯对保持土壤水分具有显著作用，尤其以椰丝毯最好。

图 4 土壤含水量(10月6日) Fig. 4 Water content in soil(Oct. 6)

越冬后与越冬前、越夏后与越夏前的毯表株数之比是不同纤维毯覆盖下成活情况最为直接的反映。从越冬与越夏后毯表株数比值来看，几种纤维毯间以稻草毯与椰丝毯表现最优，毯表株数比在越冬后甚至超过了越冬前，越冬毯表株数比达到了123.6%与110.3%，由低到高依次为无纺布、混合毯、椰丝毯、稻草毯，见图 5。无纺布覆盖的株数比为26%，数量出现大幅下降，可见利用植物纤维毯覆盖可较传统无纺布覆盖大大提高植被越冬表现。如紫穗槐等豆科灌木种子存在硬实休眠习性，干旱条件不仅可影响种子发芽率，还可影响发芽时期^[15-16]，故部分灌木种子可能发芽较晚无法穿透毯表，或次年才发芽，从而增加了次年毯表株数，这可能是毯表株数比超过100%的原因。无纺布覆盖下草灌组合统计越冬率极低可能还与其种子随降雨冲刷流失作用较强有关。从次年越夏效果来看，几种覆盖处理间毯表株数比差异也较大，只有混合毯低于无纺布，椰丝毯最高，混合毯、无纺布、稻草毯、椰丝毯几种分别为34.1%，59.7%，61.9%与83.3%，见图 6。可见，植物纤维毯还较无纺布覆盖有提高植株越夏表现的趋势。

图 5 越冬毯表株数比 Fig. 5 Pre and post winter stand ratio above blanket

图 6 越夏毯表植株株数比 Fig. 6 Pre and post summer stand ratio above blanket

为了进一步分析植物纤维毯覆盖对植物越冬与越夏影响原因，分别在2个年度9月测定了其覆盖对气温与土温变化的响应，见图 7、8。图中A，C，D，F点是温度相对较高点，这些点位无纺布下温度最高，而B，E，G点是温度相对较低点，这些点位无纺布下温度最低，反映出覆盖植物纤维毯覆盖缓冲了自然温度变化对地温影响，从而降低气温骤变对植物生长的影响。前人有研究表明其可有效避免阳光对土壤的直射，减少了太阳辐射，缓和地表极端温度的波动幅度^[7]，也有人研究表明铺设生态垫可提高土壤温度，促进植物生长和群落形成^{[13, 16]}。本研究支持了前者结论，植物纤维毯在气温地温变化时期具有显著的缓冲效应，可以提高植被的越冬与越夏性能，从而利于植被建成。

图 7 各覆盖间地温变化(2013年) Fig. 7 Soil temperature change of different coverage in 2013

图 8 各覆盖间地温变化(2014年) Fig. 8 Soil temperature change of different coverage in 2014

对次年不同植物纤维毯覆盖下的植被盖度、植株密度与植被高度的处理效应观测结果表明，几种植物纤维毯覆盖下的植被盖度、植株密度均优于无纺布，植被盖度在50%以上，基本恢复到当地自然植被覆盖水平；而无纺布覆盖下植被盖度仅30%，建坪初步失败，见图 9。从植株密度来看，由于椰丝毯建植当年对植物出苗生长的阻碍作用，植株密度仍然延续了较低的水平，但由于植株成活良好，植株密度均优于无纺布，见图 10，而几种处理间植被层高度未观测到显著差异。可见，植物纤维毯覆盖对次年植被密度、盖度仍有显著影响。

图 9 不同覆盖处理次年植被盖度 Fig. 9 Coverage degree in the 2nd year by different coverage

图 10 不同覆盖处理植株密度 Fig. 10 Coverage degree in the 2nd year by different coverage

本研究结果表明，采用植物纤维毯进行植被建植初期覆盖有助于提高群落建成质量，促进植被成坪，在项目区环境条件下，可以靠天然降水成功建坪，但不同材质覆盖对种子出苗与初期生长、抗逆性及后期生长势效应不一。具体结论如下：

(1) 各种植物纤维毯覆盖对早期植被出苗具有阻碍作用，对于禾本科、豆科的阻碍作用强弱不同，使其植被建成具有不利于灌木建成的趋势。

(2) 植物纤维毯覆盖可大大提高植株越冬表现，无纺布毯表植株变化率为26%，而其他几种处理间达到110%~124%，植物纤维毯覆盖较无纺布覆盖大大提高了植株的越冬表现，并可改善植被越夏表现。

(3) 建植次年几种纤维毯覆盖下的植被盖度、植株密度均优于无纺布，其中植被盖度在50%以上，远高于无纺布33%的覆盖水平，植株密度以稻草毯、混合毯表现较佳，椰丝毯延续了较低的密度水平。

纤维毯可缓冲天气变化时地表10 cm温度的变化幅度，这种缓冲作用1 a后不再明显；植物纤维毯还有利于保持土壤湿度，从而提高植物的存活率。

本研究中，尽管未给予浇水养护管理，各种植物纤维毯覆盖均实现了灌木建成，建成了草灌混播群落，显示了其较以往无纺布工程绿化技术的相对优势，在工程应用中有较为广泛的利用前景。