我國高速公路邊坡生態恢復技術研究進展

　　摘要：近年來，我國高速公路發展迅猛，但公路邊坡生態恢復的研究卻嚴重滯后，極大地制約了高速公路生態型綠色通道的發展。結合工程實踐，文中從邊坡生態恢復的植物選擇、技術措施及生態功能等 3個方面研究和總結我國高速公路邊坡生態恢復技術的發展現狀，指出存在的問題，提出進一步研究的方向。

　　關鍵詞：高速公路，邊坡，生態恢復

　　高速公路邊坡生態恢復工程，主要是指利用植物措施對邊坡進行植被恢復，建立一個新的植物群落，以達到恢復生態環境、治理水土流失的目的；也指以環境保護和工程建設為目的的生物控制或生物建造工程，或利用植被進行坡面保護和侵蝕控制的途徑與手段1］。在美國、日本及歐洲一些發達國家和地區， 20世紀60年代就已經將生態保護和恢復措施納入了高速公路建設之中。目前，已由簡單的綠化工程發展為生態景觀綠化，通過多種生物工程措施最大程度地減少對環境的破壞，使公路建設與自然環境達到和諧。例如，用椰殼纖維和植物結合建造“土壤電梯”，防止高速公路斜坡的土壤侵蝕［2］；沿公路建立生物通道，保持自然及生物的連續性等。在德國，對于自然保護價值非常高的地段建設 “生態橋”，保障動物的正常遷徙；模仿自然池塘設置沉淀池，匯集路面雨水。荷蘭針對道路建設對自然環境的影響，盡量采取回避的方法；仍然無法回避時，道路建設就要使用沖擊最小化的方法。例如，采用動物地下通道來減少道路阻擋效應或使用金屬圍籬降低動物的傷亡。日本在公路綠化上采取了噴附綠化、袋筋綠化、巖盤綠化等許多針對不同路塹和路堤形式的坡面綠化方法來恢復公路的生態環境。

　　近年來，隨著我國高等級公路建設的快速發展和對生態環境的日益重視，開始圍繞生態公路的建設和植被恢復技術開展相關研究，包括云南小磨高速公路、重慶雷崇高速公路等多條高等級公路，取得了很好的效果。本文從邊坡生態恢復的植物選擇、生態恢復工程措施及其生態功能等 3個方面綜述我國高速公路邊坡生態恢復技術的發展現狀，提出今后的研究重點和方向。

　　1 邊坡生態恢復的技術

　　1.1邊坡生態恢復的植物選擇

　　1.1.1 以鄉土植物為主，引進繁殖方便、適應性強的外來優良植物品種

　　鄉土植物能較好地適應當地的氣候、土壤條件，因而在目前邊坡生態防護工程中，多趨向于選擇鄉土植物。選擇外來植物時，一般應選擇與當地植物習性相近的外來植物類型；同時，還應考慮繁殖的難易程度，以便于后期的施工。云南昆曲高速公路護坡植物主要采用高羊茅、紫花苜蓿、非洲狗尾草等進口草種，初期植物長勢良好，但隨后都出現大面積的退化和消亡。龔琴等對廣梧高速公路雙鳳至平臺段的自然條件、植被類型及植物種類進行了全面調查，結合植物本身的生物學、生態學及生理學特征，從中篩選出適于該段高速公路兩側綠化帶、邊坡綠化的鄉土植物 53種；并根據沿線具體的生境條件，按照群落學的原則對其組合應用進行了設計［3］。梁愛學在平西高速綠化項目中，創造性地將檉柳引入了高速公路路基邊坡綠化之中，從工程綠化的土壤條件、水分條件分析入手，針對這些難點提出檉柳的苗木選擇、土壤改良、保水保墑等管理措施，取得了顯著效果［4］。

　　1.1.2 以草灌結合和灌木為主，以喬木和藤本為輔，因地制宜進行配置

　　草本植物種植方法簡便，費用低廉，且早期生長快，對防止初期的土壤侵蝕效果較好，但公路邊坡的土壤水分、養分供應較差，單一品種的草坪極易退化和消亡；喬木、灌木的根系發達，但早期生長慢；藤本植物主要應用于堅硬巖石邊坡或土石混合邊坡的垂直綠化，其投資和用地較少，且美化效果好，但藤本植物完全覆蓋坡面所需時間長。邊坡生態防護宜采用喬灌草結合的立體生態系統，可以有效克服單一草被的退化［5］。鄧輔唐等選取單純植草、灌草結合、喬灌草結合等 3種植被恢復模式的代表性公路進行植被調查，進而評估生態恢復效果。結果表明，思小高速公路喬灌草結合的防護模式較單純植草和灌草結合的植被恢復模式具有更好的生態恢復效果，更豐富的群落結構和物種多樣性，并能夠更有效地阻止外來物種入侵［6］。

　　1.1.3 以抗旱耐瘠性、抗污染能力為主要指標篩選植物，兼顧植物的景觀價值

　　高速公路邊坡原有的植被已被完全破壞，在邊坡回填時大多是用保水、保肥性差的沙石礫或建筑廢料進行填充，土質貧瘠且保水性差，而且路邊有車輛排放的廢氣，所以邊坡綠化應選擇耐干旱、根系發達、生長速度快、枝葉茂盛且抗污染能力較強的苗木進行栽植。例如，用紫穗槐對丹拉國道主干線宣化至老爺廟段高速公路邊坡進行綠化的結果表明，紫穗槐抗旱性非常強，栽植后可以保持良好的生命力，直至在適宜的水分條件下萌芽，是邊坡植被恢復的優良樹種之一［7］。同時，高速公路配植的植物還應具有觀賞價值，給人以視覺、聽覺、嗅覺上美的感受，可以將形態各異且具色相變化的喬、灌、花、草及藤本植物等進行藝術組合，形成不同景觀，發揮植物美的魅力。

　　1.2邊坡生態恢復的工程措施

　　1.2.1 濕法噴播技術

　　濕法噴播是將配制好的種子、肥料、覆蓋料、土壤穩定劑等與水充分混合后，采用噴槍將混合物噴灑在邊坡表面上，能保證在較短時間內植株迅速覆蓋坡面，特別適合土質填方邊坡和不平整土地植被的種植。祝于華等在石家莊機場飛行區 5萬m2范圍內進行濕法噴播植草試驗工程。1998年 8月11日試播， 9月25日已郁閉成坪。草坪整齊美觀，無病蟲害，無高大雜草，且雜草密度小于 1%，草坪覆蓋度高達 95%，生長非常健壯［8］。

　　1.2.2 網袋植草技術

　　網袋植草技術是將植物種子、肥料、土壤混裝在纖維網或金屬網袋中，然后固定在邊坡上進行綠化。纖維網可根據其抗拉能力和固土能力的不同設計為2～ 5層，一般薄層應用于填方邊坡，厚層應用于挖方邊坡。對于土質貧瘠的挖方邊坡和土石混填的填方邊坡，可以起到固土防沖刷并改善植草質量的良好效果。廣州大學城公共綠地綠化工程在施工過程中，對坡面坡度大、坡面高的一些地塊采用了植被網噴播法進行草坪建植，取得了較好的綠化效果［9］。

　　1.2.3 植生帶技術

　　植生帶是將已成苗草皮或植物種子夾在織物或纖維墊中直接貼在邊坡表面進行快速綠化的方法，適用于需要迅速得到防護的土質邊坡和風化極嚴重的巖石邊坡。譚發剛等對土質邊坡直接植草護坡的加 固機理、主要的施工方法進行了詳細的研究［10］。劉朝暉等結合高速公路工程實際論述了邊坡生物防護的方法和選擇原則，對鋪設草皮的施工技術和方法進行了詳細的討論［11］。顧小華等以稻草、麥秸等為原料，添加草種、保水劑、營養土等材料，在 108國道對巖石、劣質土坡、陡坡進行了植被恢復試驗。結果顯示，在劣性土質和巖質邊坡鋪植植被毯防護效果顯著，草毯覆蓋層可以固定土壤，減少水分蒸發，增加地面粗糙度，緩解雨水對坡面表土的沖刷，穩定邊坡。其工期短，造價低廉，造價比采用傳統方法漿砌片石護面墻和三維植被網防護分別節約費用 75%和 28%以上［12］。

　　1.2.4客土噴播技術

　　客土噴播是以加工過的樹皮、養生材料、植物種子與少量優質土混合，添加營養劑、粘結劑和土壤穩定劑制成客土，借助噴播機用掛網噴射的方式均勻涂噴于坡面上，實現對巖石邊坡的綠化。汕梅高速公路梅州至畬江段工程建設過程中采用客土噴播技術進行邊坡防護綠化，高速公路變成了綠色通道，達到了路容景觀與自然景觀的統一、連續、和諧，解決了高速公路巖質邊坡綠化難的問題，為我國山區高速公路邊坡防護綠化提供了有益的參考［13］。

　　1.2.5噴混植草技術

　　噴混植草是將含草種、有機質的混凝土噴在巖石坡面上，在風化巖質坡面上營造一層既能讓植物生長發育的種植基質又耐沖刷的多孔穩定結構。廣東西部沿海高速公路珠海段在 2005年6月以前完成的噴混植生施工的巖石邊坡，經歷了 2005年6月連續的暴雨沖刷，各邊坡噴混基底無一垮塌，植物沒有被沖刷的痕跡。這表明在草坪植被與基材的共同作用下，基材的抗侵蝕性大大增強，并且隨著植物的進一步生長，草坪植物的根系會縱橫交錯，最終形成穩定的草灌結合的植物群落，從而可以達到長期護坡的目的［14］。

　　1.2.6仿原生態植被恢復技術

　　仿原生態植被恢復技術是在原開挖陡峭的邊坡采用直接掛網客土植草辦法難以成活，但局部位置具有植物生長的基礎，如石縫、溝壑、平臺及凹陷部位，采用植生袋或客土植草防護，使局部位置能盡快實現綠化；不能植草的陡峭、風化程度輕的母巖位置則采用著色的辦法使之與周邊巖石表層顏色基本一致。黃滔等對常張高速公路巖石邊坡仿原生態植被恢復技術的試驗研究表明，仿原生態植被恢復技術與傳統的邊坡防護相比較，投資省、見效快，且能穩定表層邊坡，綜合造價僅為客土噴播植草的 50%～ 60%，能在短期內使邊坡整體環境景觀效果與周邊協調一致，尤其適宜于對客土噴播植草難以成活的極陡邊坡(坡率大于 1:0.75)的生態防護［15］。

　　2邊坡生態恢復的功能

　　2.1防止水土流失

　　植被能阻擋雨水和減弱風速，其根系可以對土壤進行固定，具有控制侵蝕和保護高速公路斜坡的作用。楊煥輝等分析了植物根系與邊坡的力學效應，提出根系—土復合層增加抗剪強度公式，研究了植物根系對邊坡的降雨截留、徑流延滯、土壤防滲、土層固結等效應，初步探討了生態防護對邊坡的抗沖刷機理［16］。鄧輔唐等在思小高速公路邊坡進行的生態恢復試驗結果表明，林冠層、灌草層、枯枝落葉層均有保水固土和維持坡面穩定的作用，且喬木、灌木和草本植物在整個植物群落中均有不可替代的作用，喬灌草群落保持水土的能力要強于灌草群落和草本植物群落［17］。張銳等以滬蓉西高速公路湖北省宜昌至長陽Ⅳ標段為研究對象，對在典型地段采用插簽法和布設徑流小區獲取的觀測數據進行分析研究。結果表明，實施水土保持措施前后棄土(渣)場土壤侵蝕量分別為 5 247.7和 1 871.0 t/ ( km2 ·a)，填方段邊坡平均土壤侵蝕量分別為 4 781.1和 2196.6 t/( km2 ·a)，其土壤侵蝕量消減率分別達到 64.3%和 54.1%［18］。張春林等選取滬蓉西高速公路湖北宜昌至長陽段有代表性的 3類植物配置進行定位觀測和分析研究。結果表明，在相同降雨條件下，路堤棄土棄渣邊坡坡面的土壤平均侵蝕量為 26 796.7 t/km2，而拱形框架梁邊坡 3個實驗區的土壤平均侵蝕量為 19 306.4 t/km2，框架梁植物防護措施明顯減少了邊坡土壤侵蝕量；在草本混播、草灌混播和草灌喬混播 3類實驗區中，土壤侵蝕量分別為 19 206.4，19 806.6和 18 906.3 t/ km2，表明在植物生長初期 1年內喬灌草混播類型保土效益優于草本混播和草灌混播類型［19］。

　　2.2凈化大氣

　　高速公路在建設過程中產生的揚塵和道路通車以后車輛排放的尾氣對大氣環境造成嚴重污染，防護帶植被可起到有效的滯塵和凈化空氣的作用。姜紅衛等以蘇州繞城高速公路為研究對象，實測蘇州高速 公路綠化凈化粉塵污染的效果，分析不同植物之間的凈化吸收差異。結果表明，單位綠化面積滯塵效果喬木中以廣玉蘭最好，每周為 13.7 g/m2，是效果較差的深山含笑的 2.8倍；灌木中以夾竹桃最強，每周達到 11 g/m2，是滯塵效果較差的紫薇的 6.1倍；總體滯塵效果為喬木＞小喬木和灌木＞地被植物［20］。杜振宇等采用測定 SO2，NO2和 CO2氣體含量的方法，研究了山東省主要高速公路路側綠化帶、互通立交區、入口匝道區和服務區綠地對空氣的凈化效果。測定結果表明，路側綠化帶對 SO2有較明顯的凈化作用，互通立交區、入口匝道區和服務區的綠化對 SO2和 NO2均有較好的吸收凈化作用，而高速路綠化對 CO2含量的影響則較小［21］。

　　2.3減弱噪聲

　　防護帶的植被可以吸收、阻擋和分散聲音能量，從而起到減噪的目的。丁亞超等研究了林帶能見度對降噪效果的影響，結果表明，林帶的能見度與林帶寬度呈反比關系［22］。周敬宣等研究了林帶對交通的噪聲衰減效果。結果表明，林帶對噪聲的衰減效果與林帶的寬度呈正比，與能見度呈反比，灌木和喬木同時栽植的林帶才能產生最好的降噪效果［23］。杜振宇等采用選取試驗點進行原位調查的方法，研究了山東省 3條主要高速公路路側綠化帶對交通噪聲的衰減效果，發現高速公路綠化帶對交通噪聲有一定的減輕作用，但在不同的綠化模式下，衰減效果存在較大差別。交通噪聲的綠化衰減同林帶寬度有很大關系，對于較寬林帶，靠近聲源前半部分的林帶對噪聲有較好的減輕作用，但后半部分的減噪效果較小。林帶對噪聲的綠化衰減與林帶寬度以及寬度和郁閉度的乘積均呈極顯著的線性關系［24］。

　　2.4吸附重金屬污染

　　車輛排放的有害氣體中含有大量的重金屬，使土壤受到污染。利用特定的植物吸收和降解土壤中的重金屬元素，可達到凈化土壤的目的［25－26］。研究顯示，公路兩側的綠帶可有效降低土壤中重金屬污染程度，縮小污染范圍［27］。交通污染區綠化植物的葉片和樹皮 S含量均高于相對清潔區的樣品，且距機動車道越近，S含量越高［28］。智穎飆等對比分析了內蒙古西部公路沿線不同綠化植物及其不同器官對重金屬元素的吸收與積累特征。結果表明，綠化植物根際土壤對重金屬元素的吸附及污染程度以 Cd為最高；隨原子序數的遞增，小葉楊和油松的根部和莖葉 2種營養器官中重金屬的含量均表現出 “N”字形變動趨勢；小葉楊莖葉對重金屬元素 Cr，Ni和 Pb的富集能力較根部強，油松莖葉對重金屬元素 Cr，Ni，Cu和 Pb的富集能力也較根部強 ；公路綠化植物對根際土壤中重金屬元素的吸收和積累與重金屬元素有效態所占的比例有關［29］。

　　2.5美化環境，豐富路域景觀

　　綠色植物能增強高速公路的建筑藝術效果，豐富公路景觀。徽杭高速公路全線綠化以蜀柏、禿瓣杜英為基調樹種；在花色選擇上，春天以粉黃色的黃馨和紅色的豐花月季為主，夏天以紅色的夾竹桃、金黃色的金葉女貞和紅色的紅葉小蘗為主，營造出春夏繁花似錦、秋季紅葉濃烈的特色景觀［30］。胥應龍等對常張高速公路綠化植物種類進行實地調查，認為該線路植物生長狀況良好，春季開花的植物有紅花木、春鵑、海桐和桃花等，夏季開花的植物有夏鵑、紫薇和夾竹桃，秋季開花的有菊花、桂花、木芙蓉和小葉女貞等，冬季開花的植物有山茶和梅花等，成功創造了四季分明、色彩繽紛、常年鮮花綻放的自然優美的植物景觀［31］。

　　3小結

　　高速公路邊坡生態恢復采用與工程防護相結合的原則恢復和重建坡面植被，從而抑制徑流、穩定坡面和美化道路景觀。國內由于開展相關研究較晚，已開展的研究多集中于施工工程技術方面。由于我國幅員遼闊，各個地區的氣候和地質土壤條件差異較大，對邊坡綠化的植物種類和施工技術等都有不同要求，目前還沒有定型的模式和技術規范可循。雖然對生態恢復功能也做了不少研究工作，但不夠系統全面，且很少關注恢復后群落的物種演替狀況。因此，今后可從以下幾方面進一步開展研究 : 1)通過對高速公路所處的區域生態環境、植物生態習性作詳盡的調查研究，篩選出適宜綠化的鄉土植物種類，同時開展引進外來優質物種的相關研究 ； 2)研究適合于我國高速公路邊坡生態恢復的設計理論、施工設備和施工方法； 3)調查農田、草原、荒漠、山地等不同生態系統景觀本底的邊坡防護帶綠化模式，對影響邊坡植被生態功能的因子如植物搭配方式、種植密度、林分高度等進行研究，開展抗蝕性等防護功能的評價，對恢復后的植被群落進行跟蹤調查，研究群落的穩定性和演替變化。

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