高速公路邊坡生態(tài)防護(hù)研究與探討

羅 宇

(西安建筑科技大學(xué) 藝術(shù)學(xué)院，陜西 西安 710055)

0 引 言

邊坡是指為了保證路基穩(wěn)定，在路基兩側(cè)做成的具有一定坡度的坡面。在高速公路的建設(shè)過程中，邊坡的存在必不可少。然而，建筑活動，如公路和路基的填充挖掘可能導(dǎo)致的生態(tài)和環(huán)境問題，如對原生植被和土壤侵蝕破壞。因此，保護(hù)和建設(shè)高速公路邊坡的生態(tài)環(huán)境不僅需要美化了環(huán)境，也是確保公路安全的必要條件。

高速公路的生態(tài)防護(hù)是指協(xié)助退化的、受損的、被破壞的生態(tài)系統(tǒng)防護(hù)的過程。利用生物(主要指植物)對邊坡進(jìn)行植被防護(hù)以建立一個(gè)新的植物群落；或以環(huán)境保護(hù)和工程建設(shè)為目的的生物控制或生物建造；或利用植被進(jìn)行坡面保護(hù)和侵蝕控制。研究公路邊坡生態(tài)防護(hù)能更好地建設(shè)邊坡的生態(tài)環(huán)境。降低高速公路的維護(hù)成本。從景觀和經(jīng)濟(jì)的角度來看，可以達(dá)到美觀和效率的雙贏。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

自上世紀(jì)初以來，發(fā)達(dá)國家一直高度重視公路建設(shè)中的生態(tài)環(huán)境保護(hù)問題。在20世紀(jì)30年代，美國開始研究公路邊坡的植草防護(hù)技術(shù)。20世紀(jì)50年代，為實(shí)施生態(tài)保護(hù)，美國制定了新的高速建設(shè)生態(tài)保護(hù)法，以及將公路邊坡的生態(tài)保護(hù)作為研究的關(guān)鍵技術(shù)。日本在20世紀(jì)60年代實(shí)施了“環(huán)境優(yōu)先、自然再生”的戰(zhàn)略，逐步將工程措施和植被措施相結(jié)合，發(fā)展了邊坡生態(tài)保護(hù)技術(shù)，目前已成為世界技術(shù)領(lǐng)先者。據(jù)有關(guān)資料顯示，日本擁有大量國內(nèi)外植被保護(hù)專利技術(shù)，可根據(jù)不同的坡度條件和氣候條件選擇不同的種植方式。從發(fā)達(dá)國家公路生態(tài)保護(hù)技術(shù)的發(fā)展歷史可以看出，公路生態(tài)環(huán)境治理的主體是邊坡植被防護(hù)，高速公路生態(tài)防護(hù)的主要手段是采用先進(jìn)的綠化工程技術(shù)或者重建植被。目前，常用的兩種主要模式分別是：以歐美為典型的高養(yǎng)護(hù)型——濕式噴播快速植草技術(shù)；以日本為典型的高投入型——客土及厚層生長基礎(chǔ)噴播技術(shù)。

21世紀(jì)以來，我國在高速公路的建設(shè)過程中，逐漸由單一的工程為重心，轉(zhuǎn)變?yōu)樯鷳B(tài)與工程協(xié)調(diào)并重。2001年于新疆建成的“巴音布魯克天鵝湖”旅游生態(tài)公路，至2002年基于穿越秦嶺山脈的西安到漢中高速公路提出的公路建設(shè)生態(tài)保護(hù)技術(shù)研究課題，可以看作是我國對于生態(tài)高速公路的初步探索。2004年建成通車的寧杭高速公路(江蘇段)首次提出了“生態(tài)高速公路”的理念。這一階段的生態(tài)處理重點(diǎn)在于園林設(shè)計(jì)，通過“借景、引景、造景、遮景”等手段將高速公路與周圍環(huán)境進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，即在生態(tài)景觀中，高速公路得以融入周邊環(huán)境。近年來，高速公路生態(tài)的建設(shè)不僅僅局限于融入生態(tài)景觀中，還需要符合可持續(xù)發(fā)展的要求，在保證公路的社會、經(jīng)濟(jì)與文化的要求的同時(shí)，使高速公路融入生態(tài)環(huán)境中。

2 邊坡生態(tài)防護(hù)技術(shù)

符合生態(tài)環(huán)境的實(shí)施難度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于符合生態(tài)景觀。生態(tài)景觀建設(shè)的重點(diǎn)在于使用鄉(xiāng)土植物并達(dá)到美化與美觀的需要，而生態(tài)環(huán)境建設(shè)的重點(diǎn)在于植株之間的協(xié)調(diào)搭配，不僅需要鄉(xiāng)土植物的易存活性，還需要邊坡各個(gè)植株之間形成小的生態(tài)圈，并且這些小的生態(tài)圈和整體環(huán)境構(gòu)成穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)。因此在技術(shù)方面，以往常用的工程技術(shù)已經(jīng)很難滿足生態(tài)建設(shè)與生態(tài)防護(hù)的需要，生態(tài)防護(hù)技術(shù)的選用是需要做好的第一個(gè)決策。

不同于傳統(tǒng)的工程防護(hù)技術(shù)，生態(tài)防護(hù)技術(shù)充分利用植物自身特點(diǎn)并結(jié)合必要的工程防護(hù)，起到工程建設(shè)與環(huán)境保護(hù)兼顧的目的。在公路建設(shè)、運(yùn)行與養(yǎng)護(hù)的實(shí)例中，邊坡是高速公路生態(tài)環(huán)境中最脆弱的部分也得以證實(shí)，因此，做好邊坡的防護(hù)和綠化是高速公路生態(tài)建設(shè)的重點(diǎn)。

目前，我國常用的適用于土質(zhì)邊坡的生態(tài)防護(hù)技術(shù)有：液壓噴播植草護(hù)坡、蜂巢式網(wǎng)格植草護(hù)坡、OH液植草護(hù)坡、漿砌片石骨架植草護(hù)坡；適用于巖質(zhì)邊坡的生態(tài)防護(hù)技術(shù)有：挖溝植草護(hù)坡、噴混植生護(hù)坡、SNS柔性網(wǎng)防護(hù)；同時(shí)適用于土質(zhì)邊坡與巖質(zhì)邊坡的技術(shù)有：客土噴播、植生帶護(hù)坡；此外，還有三維植被網(wǎng)護(hù)坡適用于穩(wěn)定邊坡。

在上述常用的生態(tài)防護(hù)技術(shù)中，符合我國當(dāng)下國情、機(jī)械化設(shè)備使用程度，綜合經(jīng)濟(jì)性、適用性以及實(shí)施后的防護(hù)效果進(jìn)行全面考量，液壓噴播植草護(hù)坡、噴混植生護(hù)坡和客土噴播具有典型的生態(tài)防護(hù)技術(shù)效果。三種防護(hù)方法的主要特點(diǎn)見表1，在施工過程中，符合邊坡綠化工程的要求；在養(yǎng)護(hù)過程中，易于操作與管理；在生態(tài)工程中，符合可持續(xù)發(fā)展的理念。

具體來說，這三種生態(tài)防護(hù)技術(shù)施工簡單，同時(shí)成本較低，滿足了經(jīng)濟(jì)的要求。液壓噴播植草護(hù)坡和客土噴播在施工技術(shù)上簡便快捷，可以在短時(shí)間內(nèi)迅速成坪；噴混植生護(hù)坡雖然施工速度較慢，但是后期的穩(wěn)定性強(qiáng)。三種生態(tài)恢復(fù)技術(shù)涵蓋了常見的土質(zhì)邊坡與巖質(zhì)邊坡兩種邊坡環(huán)境，具有廣泛的適用性。需要注意的是，客土噴播和噴混植生護(hù)坡需要選擇穩(wěn)定的巖質(zhì)邊坡，不穩(wěn)定的巖質(zhì)邊坡需要加固達(dá)到穩(wěn)定條件才可使用，一般采用工程技術(shù)手段，或者使用SNS柔性網(wǎng)防護(hù)限制巖石土體的風(fēng)化剝落以及巖崩塌，可以起到一定的圍護(hù)作用。

表1 邊坡生態(tài)防護(hù)常用的方法及其主要特點(diǎn)與適用條件

3 邊坡生態(tài)防護(hù)的評價(jià)

我國在高速公路邊坡的生態(tài)防護(hù)技術(shù)方面起步較晚，與發(fā)達(dá)國家相比，在理論和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)方法都相對匱乏。同時(shí)，由于我國地域遼闊，從南道北跨熱帶、亞熱帶、暖溫帶、中溫帶、寒溫帶五種氣候帶，氣候復(fù)雜多樣；土壤分類為12個(gè)土綱共2 624個(gè)土種。因此邊坡生態(tài)防護(hù)的制定需要結(jié)合各地自身?xiàng)l件，并據(jù)此制定相應(yīng)的管理措施。即在進(jìn)行高速公路邊坡生態(tài)防護(hù)的過程中，同時(shí)需要做好對現(xiàn)有生態(tài)防護(hù)效果的評價(jià)，為往后的工作提供實(shí)踐基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上逐步完善管理措施。

根據(jù)實(shí)際觀測，邊坡生態(tài)防護(hù)技術(shù)中最突出的兩個(gè)難點(diǎn)問題是：邊坡植株的退化和噴播時(shí)的植物種子配比與最終植物狀態(tài)存在差異。從實(shí)施邊坡生態(tài)防護(hù)技術(shù)的第一個(gè)生長年之內(nèi)，適當(dāng)養(yǎng)護(hù)的情況下尚不足以反映植物群落真實(shí)的掩體情況與趨勢。鄉(xiāng)土植物和雜草等在邊坡外環(huán)境的作用下逐漸侵蝕邊坡，這一情況常常在第二年或者第三年展露，因此可以將實(shí)施邊坡生態(tài)防護(hù)的第二年或者第三年作為評價(jià)年。在評價(jià)年中，可能出現(xiàn)進(jìn)展演替和逆行演替兩種演替結(jié)果。前者可能受到鄉(xiāng)土植物等的入侵，植株種類增加且群落結(jié)構(gòu)趨于復(fù)雜且穩(wěn)定，邊坡整體的生態(tài)系統(tǒng)處于動態(tài)平衡；后者受到鄉(xiāng)土植物等的入侵，植株間存在生存沖突造成不能充分利用環(huán)境，植株種類減少且群落結(jié)構(gòu)趨于簡單且不穩(wěn)定，最終導(dǎo)致邊坡整體的生態(tài)系統(tǒng)破壞，坡面旱化，邊坡生態(tài)防護(hù)工程失敗。同時(shí)，高速公路邊坡防護(hù)工程不僅需要滿足生態(tài)穩(wěn)定的要求，同時(shí)需要滿足美化、美觀的要求，力爭做到“四季常綠”。

綜上所述，結(jié)合現(xiàn)有研究，邊坡生態(tài)防護(hù)效果的主要評價(jià)指標(biāo)有：(1)綠期；(2)蓋度；(3)多度；(4)綜合抗性；(5)截流量；(6)根系穩(wěn)定效果；(7)景觀優(yōu)美度；(8)養(yǎng)護(hù)管理水平。如表2所示。

表2 主要評價(jià)指標(biāo)

為了確定主要評價(jià)指標(biāo)的適用性和優(yōu)先順序，使用層次分析法確定各指標(biāo)在綜合評分中的權(quán)重，得到評判矩陣A(見表3)。

表3 評判矩陣A

各評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重結(jié)果見表4。

表4 各指標(biāo)的權(quán)重計(jì)算結(jié)果

一致性檢驗(yàn)結(jié)果為：判斷矩陣最大特征根λmax=8.809。一致性指標(biāo)CI=0.1156<1.41，一致性比例CR=0.082 0<0.1，可認(rèn)為該判斷矩陣通過一致性檢驗(yàn)。據(jù)此，各指標(biāo)按權(quán)重排序?yàn)椋壕C合抗性>根系穩(wěn)定效果>截流量>多度>蓋度>養(yǎng)護(hù)管理水平>綠期>景觀優(yōu)美度。

從各指標(biāo)權(quán)重的關(guān)系中，不僅可以為往后的評價(jià)工作提供側(cè)重點(diǎn)的選擇思路，而且可以將這種側(cè)重點(diǎn)反饋到生態(tài)防護(hù)建設(shè)的前期施工中。在前期施工和后期評價(jià)時(shí)，應(yīng)該以植物自身生長作為立足點(diǎn)。生態(tài)防護(hù)的重點(diǎn)是構(gòu)建與周邊環(huán)境相融合的邊坡綠化帶，而不是缺少養(yǎng)護(hù)便迅速枯萎的“面子工程”。

4 邊坡生態(tài)防護(hù)的要點(diǎn)

為了盡快防護(hù)生態(tài)系統(tǒng)，首先應(yīng)選擇速生的先鋒植物，為后續(xù)生長的植物創(chuàng)造條件，然后選擇耐熱、耐瘠、耐寒、耐旱、耐濕等生性粗放的優(yōu)良植物組合，以確保在極端不利條件下仍能保持良好的坡面植被覆蓋。由于生態(tài)系統(tǒng)的自適應(yīng)、自組織、自我修復(fù)功能，即使局部出現(xiàn)了小規(guī)模的滑移，但由于植物的再生和植物根系的穿插功能，邊坡很快會進(jìn)行自我修復(fù)。

邊坡生態(tài)防護(hù)工程需要綜合考量各項(xiàng)相關(guān)因素，以常用的高速公路邊坡生態(tài)防護(hù)評價(jià)指標(biāo)為基礎(chǔ)，以各項(xiàng)評價(jià)指標(biāo)的實(shí)際效用為依據(jù)，邊坡生態(tài)防護(hù)的要點(diǎn)如下。

(1)對防護(hù)邊坡的自然條件進(jìn)行充分調(diào)查，結(jié)合地質(zhì)條件、氣候特征、邊坡形狀以及土壤特性等相關(guān)因素綜合考量，確定總體設(shè)計(jì)規(guī)劃方案；

(2)“點(diǎn)、線、面”相結(jié)合，主道防護(hù)地段和匝道地段分設(shè)計(jì)；

(3)設(shè)計(jì)手法采用自然式與規(guī)劃式相結(jié)合；

(4)植物品種和種植形式從安全、美學(xué)的角度出發(fā)，形成色彩、色帶的韻律變化；

(5)結(jié)合待防護(hù)邊坡的自然條件，選擇適應(yīng)性強(qiáng)的植物品種，以提高根系穩(wěn)定效果，最大程度的防護(hù)在公路建設(shè)過程中破壞的環(huán)境；

(6)邊坡的生態(tài)防護(hù)以綠化、美化為主要，力爭做到“四季常綠”，一些特殊路段(如服務(wù)區(qū))，采用灌、花、草搭配的形式，達(dá)到“四季常綠，三季有花”的效果；

(7)植物品種的選擇上，盡可能采用本地植物，已達(dá)到與周圍環(huán)境融為一體的效果。灌、花、草相結(jié)合，以灌木為主、以中長期效果為主，同時(shí)兼顧前期效果；

(8)積極借鑒國內(nèi)外高速公路邊坡生態(tài)防護(hù)工程應(yīng)用的先進(jìn)技術(shù)、新經(jīng)驗(yàn)與新材料，拓展適應(yīng)不同高速公路環(huán)境的邊坡生態(tài)防護(hù)思路；

(9)建立人才培養(yǎng)和培訓(xùn)體系，培養(yǎng)生態(tài)防護(hù)專業(yè)人才。

5 小 結(jié)

目前，我國高速公路對生態(tài)邊坡的建設(shè)日益重視，從前期的措施與方法，到后期的生態(tài)防護(hù)效果，以及貫穿始終的生態(tài)防護(hù)效果評價(jià)，與發(fā)達(dá)國家的差距逐漸縮小。

長期以來，高速公路邊坡的植被覆蓋度常被作為生態(tài)邊坡建設(shè)成功與否的唯一標(biāo)準(zhǔn)，這是非常錯誤的。同時(shí)，由于我國地域遼闊，各個(gè)地區(qū)的氣候和地質(zhì)土壤條件差異較大，對植物品種和施工技術(shù)的要求也各不相同，很難確定固定的模式和技術(shù)規(guī)范。因此，可從以下幾個(gè)方面進(jìn)一步開展研究：(1)邊坡植物群落的綜合抗性，即邊坡植物是否能夠保持穩(wěn)定并自我進(jìn)行生態(tài)防護(hù)，是生態(tài)邊坡建設(shè)過程中更應(yīng)該關(guān)心的問題；(2)考慮的因素應(yīng)該從植物的個(gè)體指標(biāo)入手，考慮植物品種之間的相互依存，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行綠化、美化角度的考量；(3)著重貫徹生態(tài)邊坡的理念，引進(jìn)國內(nèi)外優(yōu)秀的護(hù)坡方法，重視人工誘導(dǎo)邊坡植物的群落演替；(4)落實(shí)切實(shí)有效的管理規(guī)劃體系，多方面、多角度的進(jìn)行生態(tài)邊坡防護(hù)建設(shè)。