公路邊坡生態(tài)修復研究進展

劉 爽,趙朝輝,李 鍵*,胡喜生

(1.福建農林大學林學院，福建 福州 350002； 2.福州市公路事業(yè)發(fā)展中心，福建 福州 350002；3.福建農林大學交通與土木工程學院，福建 福州 350002)

隨著改革開放力度不斷加強，我國經濟平穩(wěn)持續(xù)增長，交通運輸基礎設施建設取得巨大成就。根據(jù)國家統(tǒng)計局報告顯示，截至2018年底，我國鐵路營業(yè)總里程達13.2萬km，公路總里程達485萬km。公路建設為我國經濟快速發(fā)展提供巨大動力的同時，由于保護、生態(tài)修復不力，其沿線生態(tài)環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)受到了較大的破壞，引發(fā)了眾多生態(tài)問題。

公路建設過程中開挖山體、破山開路往往會破壞天然植被[1-3]，加上水土流失、巖石風化、山體滑坡等自然災害的影響，會形成大量巖土裸露的邊坡，破壞原本的生態(tài)環(huán)境和坡體平衡，影響路域生物圈并造成交通安全隱患[4]。由于沖刷侵蝕、水土流失等現(xiàn)象普遍存在于公路邊坡，邊坡上的植被難以在短時期內進行自我恢復。近年來，隨著國家對生態(tài)環(huán)境的日益重視，以及植被恢復技術的突飛猛進，邊坡生態(tài)修復工程相繼發(fā)展并得到了廣泛應用[5]。為深入推進我國公路生態(tài)型建設[6]，交通運輸部提出全面深化改革要求，在2016年發(fā)布《關于實施綠色公路建設的指導意見》，以期通過嚴密的修復工程最大限度地保護公路邊坡，恢復因工程建設而被破壞的生態(tài)環(huán)境。目前雖然生態(tài)恢復相關研究成果豐富，技術漸趨成熟，也形成了較多的生態(tài)修復評價方法，但由于我國生態(tài)防護與邊坡生態(tài)修復理念起步較晚，邊坡生態(tài)修復技術仍處于發(fā)展階段，且相關研究較為滯后，并未建立起完善的邊坡生態(tài)修復評價量化體系，在邊坡生態(tài)修復理論和實踐等方面仍存在較多問題。

本文通過總結公路邊坡生態(tài)修復技術和論述生態(tài)修復評價方法研究現(xiàn)狀，指出目前我國公路邊坡生態(tài)修復研究中存在的問題及未來的發(fā)展方向，為進一步開展相關研究提供參考。

1 公路邊坡生態(tài)修復技術研究現(xiàn)狀

發(fā)達國家十分重視公路建設中沿線生態(tài)環(huán)境的保護問題，在公路建設早期就已經將生態(tài)恢復措施納入其中，采用生態(tài)環(huán)境保護優(yōu)先原則，經過多年研究與發(fā)展，邊坡生態(tài)防護已從過去簡單的綠化進一步發(fā)展為目前具有景觀美學價值的生態(tài)綠化[7]。歐美發(fā)達國家邊坡生態(tài)修復理論和技術起步較早。美國在20世紀60年代就制定了高速公路綠化技術標準制，利用政策措施降低建設工程對生態(tài)環(huán)境的負面影響[2]；法國修建高速公路時，在公路沿線創(chuàng)建生物棲息場所，以保障動物的生存和安全[5]；瑞士和德國通過建設“生態(tài)橋”和動物通道來保障動物的正常遷徙[5,8]；英國、意大利等國將加筋土技術與植被防護技術相結合，修建了包裹式的加筋土植草墻面的擋土墻，在加固邊坡的同時，又綠化了生態(tài)環(huán)境[9]；日本于1963年建成第一條高速公路，公路建設雖然晚于西方國家，但在生態(tài)恢復技術研發(fā)方面處于世界領先地位[2]。日本在對歐美生態(tài)修復技術學習的基礎上，創(chuàng)造了新型生態(tài)修復技術，如采用噴附綠化、袋筋綠化等多種綠化技術，來修復公路邊坡生態(tài)環(huán)境[10]。

隨著國家環(huán)境保護意識不斷增強，環(huán)境保護工作在綠色公路建設中愈發(fā)突顯出重要性。20世紀90年代，我國開始開展公路邊坡生態(tài)綠化與修復技術的相關研究。在學習國外先進理論與技術的同時，我國根據(jù)國內不同地區(qū)公路邊坡地理環(huán)境和建設的實際情況，不斷轉變邊坡治理理念，改進和研發(fā)我國本土適用的修復技術，并于2017年開始編制《公路邊坡生態(tài)綠色防護技術規(guī)程》，以促進生態(tài)防護技術的推廣應用。目前，國內很多地區(qū)已根據(jù)當?shù)貧夂驐l件和公路生態(tài)環(huán)境，緊緊圍繞著綠色公路建設和邊坡生態(tài)修復這一主題，開展研究。

公路建設中被破壞的邊坡生態(tài)環(huán)境很難依靠自然界自行修復，目前國內外已形成多種邊坡生態(tài)修復技術。邊坡生態(tài)修復，是指用植物或者植物與非生命材料相結合的方式，對邊坡生態(tài)環(huán)境進行人為干預，快速恢復公路沿線生態(tài)環(huán)境，建立一個與原來相似的自維持植物群落，來加強破邊穩(wěn)定性[11-12]，同時它具備美化公路沿線景觀、減少噪音、降低粉塵污染、保障道路行車安全等功能。植物作為邊坡生態(tài)修復的主體，影響著邊坡恢復的效果[13]。在進行植被選擇時，要結合當?shù)貧夂驐l件，以鄉(xiāng)土植物為主[14]，首先應該選擇速生的先鋒植物[15-16]，再選擇具有較強分生能力和根系較多、抗耐性較強的外來優(yōu)良植物品種，同時兼顧經濟因素和植物景觀價值，因地制宜按照一定配比進行混合種植，從而快速提高邊坡的植被覆蓋率。本文總結了目前常用的生態(tài)修復技術，見表1。

表1 我國常用公路邊坡生態(tài)修復技術

修復技術簡介特點適用范圍人工植被人工種植植被,是一種最為基礎與簡單的恢復方法工程實施性強,投入低,過程簡便被損害植被面積小且邊坡坡度較緩的砂土類邊坡植生帶將植物種子或現(xiàn)成苗草皮夾在織物或纖維墊中貼在邊坡表面,以此實現(xiàn)快速綠化的方法運輸方便,施工簡單緩坡且坡表平整的土質或砂土質邊坡,以及需要迅速得到防護的土質邊坡和受風力侵蝕極嚴重的巖石邊坡液壓噴播植草技術將配制好的種子、肥料、覆蓋料等與水充分混合,隨后利用高壓噴槍均勻地將混合體噴灑于邊坡面上機械化程度高,施工時間短,實施效率高,植被易于成活緩坡或微風化巖質邊坡,土地不平整區(qū)域網袋植草技術將植物種子、有機養(yǎng)料與土體混合均勻裝在纖維網或金屬網袋中,并將其固定在邊坡上以實現(xiàn)綠化成本低廉,操作簡便,成效迅速較穩(wěn)定的巖質邊坡或土石邊坡框格工程在邊坡上裝砌具有一定強度的工程材料框格,將土壤堆填到框格內來進行綠化結合了圬工防護措施與生態(tài)防護措施易被風化侵蝕的巖質邊坡或坡度較陡的土質邊坡客土種子噴播將處理過的樹皮、養(yǎng)生材料、植物種子與適量土壤混合,添加植物生長營養(yǎng)劑、粘結劑和土壤穩(wěn)定劑形成客土,借助噴播機用掛網噴射的方式均勻涂噴于坡面表層,實現(xiàn)對巖石邊坡的綠化客土噴播生物防護加上穩(wěn)固的工程防護是最適宜的邊坡防護方法,它能夠保證邊坡的穩(wěn)固和安全,同時又能恢復邊坡生態(tài)坡度較大、巖石裸露的滑坡體后緣和崩塌體為巖石等損毀型土地厚層基材噴播將植物種子、植物生長基、粘結劑與水充分混合,使用砂漿噴槍噴射在邊坡表面,形成有一定厚度的有機質植被層固坡速度快,適用范圍廣,且基材抗侵蝕性強,能快速恢復植被較差的土質、土石以及穩(wěn)定巖質等地質土壤環(huán)境仿原生態(tài)植被恢復技術在原開挖陡峭的邊坡運用直接掛網的方法,達到局部位置盡快實現(xiàn)綠化的目的綜合造價低,且能穩(wěn)定表層邊坡,見效快特別適合于采用客土噴播植草恢復效果較差的極陡邊坡的生態(tài)防護 OH液植草護坡新型化工產品OH液與水按照一定比例混合,稀釋到所需濃度,利用機械工具將其與草籽一起噴灑于坡面耗時短,無需后期養(yǎng)護,邊坡防護和綠化效果較好多用于土壤肥力較弱的貧瘠土質邊坡以及受風力侵蝕影響較重的巖石邊坡三維植被網技術將活性植物與工程材料結合,在坡面構建一個自身具有生長能力的防護系統(tǒng),通過植物的發(fā)育和根系生長達到加固坡面的目的集合了土工網和植物護坡的優(yōu)點,在提高邊坡的穩(wěn)定性和抗沖刷能力方面作用明顯較陡坡度的邊坡、巖質邊坡

2 公路邊坡生態(tài)修復評價研究現(xiàn)狀

中國地域遼闊，且地形復雜，南北氣候與土壤質地存在較大差異，在實施公路邊坡生態(tài)恢復技術之后，客觀評價生態(tài)恢復效果，對改善現(xiàn)有生態(tài)修復技術、方法以及公路邊坡生態(tài)恢復研究工作，具有重要意義。國際生態(tài)修復學會于2016年發(fā)布《生態(tài)修復實踐國際標準》，要求從計劃階段開始監(jiān)測評估修復效果，制定相關監(jiān)測計劃，來確定所實行的恢復措施是否成功有效。余海龍等[17]以赤峰—通遼高速公路K6—K72標段邊坡生態(tài)恢復工程為評估案例，采用層次分析法和模糊評價法對研究路段實施生態(tài)修復評價，評價結果與實際觀察情況相符合，證明利用模糊數(shù)學方法評價生態(tài)護坡工程的生態(tài)效果是科學可行的；季貴斌等[18]運用層次分析法，評價了廣河高速公路邊坡混播植物物種的生態(tài)適應性，認為草灌混播的方式最適合當?shù)毓愤吰轮脖换謴?；洪文俊等[19]從影響植被恢復質量的因子中劃分出18類亞指標，建立了一個適用于農林交錯地帶高速公路邊坡生態(tài)修復成效評價體系，在評價長宜高速公路2個邊坡生態(tài)修復工程時采用該體系，生態(tài)修復成效與實際觀察情況符合，表明該評價體系應用性較強；曹娓等[20]調研河南省黃泛沙區(qū)大廣高速扶溝—項城段高速公路邊坡群落特征，采用主成分分析法比較同一路段5種具有代表性的群落恢復現(xiàn)狀；董方帥等[21]在吸收國內外相關生態(tài)評價方法的基礎上，初步構建了包含5個層次的巖質邊坡植被恢復生態(tài)評價體系，通過獲得每個層次指標分數(shù)并賦予權重，最終計算得到邊坡植被的評價總分，將重建后的生態(tài)評價結果分為優(yōu)、良、中、合格、差5個等級；苗保河等[22]評價了北京市門頭溝區(qū)石灰窯廢棄地及公路邊坡裸露地表8種生態(tài)修復模式的恢復效果，得出石灰窯人工景觀再建、框格+植被和擋土墻灌漿模式恢復效果較好，適合該研究區(qū)域進行生態(tài)修復；董文杰等[2]總結了常用的生態(tài)修復評價方法，包括德爾菲法、綜合指數(shù)法、灰色關聯(lián)度法、熵值法等，認為每個方法各具優(yōu)缺點，提出在實際評價生態(tài)恢復效果時，可綜合使用多種方法，做出更準確的評價。

目前，國內生態(tài)恢復評價體系處于發(fā)展階段，相關研究所提出的監(jiān)測體系具有局限性，未能涵蓋邊坡生態(tài)修復的全部內容，難以形成統(tǒng)一公認的標準。作者認為，在進行公路邊坡生態(tài)恢復評價時，不要囿于單一的評價模式，應考慮不同地區(qū)地質及土壤的不同，綜合選用評價方法，以獲得更加客觀合理的評價結果。

3 我國公路邊坡生態(tài)修復研究存在的問題及解決措施

3.1 缺少適用于多種地域環(huán)境的生態(tài)修復技術體系，應加強對特殊地理環(huán)境下公路邊坡生態(tài)恢復的研究

我國關于公路邊坡生態(tài)修復技術的研究較為豐富，但是由于我國幅員遼闊，公路沿線地質地貌環(huán)境錯綜復雜[23]，未能形成適用于多種地域環(huán)境條件下的生態(tài)修復技術體系，在氣候干旱、高陡裸巖坡面、土質松軟邊坡等特殊地理環(huán)境條件下的植被恢復技術研究較少。歐美國家以高養(yǎng)護型的濕式噴播為主要模式，日本以高投入型的客土及厚層生長基礎噴播為主要模式，可通過借鑒和消化吸收國外公路邊坡生態(tài)恢復工程的先進技術與經驗[24]，不斷改善我國現(xiàn)有生態(tài)修復技術，創(chuàng)建新的生態(tài)修復方法，以適應不同地理環(huán)境下生態(tài)修復工程建設。例如，在降雨較多地區(qū)，應考慮雨水沖刷所帶來的邊坡侵蝕效應，以及公路邊坡坡度較高時可能會產生滑坡現(xiàn)象，僅僅依靠植被的作用無法穩(wěn)定邊坡，應結合植被防護技術與工程防護技術進行生態(tài)修復；在北方干旱或半干旱區(qū)域，降水較少，應以工程護坡為主選種鄉(xiāng)土草本植物穩(wěn)定邊坡。

3.2 植被的選擇與配置存在不合理現(xiàn)象，應以種植地方物種為主，優(yōu)化其選擇與配置，提高公路邊坡物種多樣性

在高速公路生態(tài)修復工程中，僅選擇外來的一種或幾種速生型植物，忽視植物對當?shù)丨h(huán)境的適應性和多種植物的共生性，導致植物因出現(xiàn)病蟲害而死亡。同時，由于植物配置與組合方式不合理，物種間在空間和時間上缺少必要的補充和間隔，導致植被覆蓋率大大降低，邊坡生態(tài)修復工程效果不明顯。因此，在進行公路邊坡生態(tài)修復和建設時，應盡量選擇鄉(xiāng)土植物或與當?shù)丨h(huán)境相適應、且具有較強抗性的植物，并且確保所配置的植被組合可在不同季節(jié)和氣候下交替生長。例如：香根草作為一種熱帶旱生植物，在降水量較多地區(qū)仍能生長成活，其根系較長，因此具備良好的護坡效果，可種植于南方公路邊坡；狗牙根廣泛分布在我國黃河以南各省，是一種根莖蔓延力強且在邊坡環(huán)境下能較好生長的植物，但因其綠期較短，所以應搭配具有較長綠期的植被合理種植，以達到較好的穩(wěn)定邊坡效果。另外可采用喬灌草結合的模式，如在西北地區(qū)可選用榆樹、檸條、結縷草組合種植，保障植物群落即便處于低養(yǎng)護或無養(yǎng)護的情況，仍能保持自生自養(yǎng)。

3.3 邊坡生態(tài)修復后養(yǎng)護管理困難，生態(tài)修復效果具有短期性，應培養(yǎng)專業(yè)人才進行養(yǎng)護，提升邊坡生態(tài)效益

我國目前公路建設工程中存在“重建設、輕養(yǎng)護”的現(xiàn)象，養(yǎng)護措施嚴重滯后于公路建設，且邊坡生態(tài)養(yǎng)護投入低。盡管在公路建設時對邊坡生態(tài)進行過防護和修復，但由于生態(tài)監(jiān)測措施落實不到位，養(yǎng)護管理不及時，導致生態(tài)恢復效果大打折扣。因此，應加大對養(yǎng)護管理的資金投入，培養(yǎng)專業(yè)養(yǎng)護人員，定期檢查植物生長狀況，按需進行澆水施肥，加強病蟲害和雜草的防治，使生態(tài)修復措施能夠長期有效發(fā)揮作用，提升公路邊坡生態(tài)效益和植被景觀效果。

3.4 公路邊坡生態(tài)恢復評價體系不健全，應根據(jù)不同地質環(huán)境設計不同的評價模式，建立適用于公路邊坡的生態(tài)評價體系

生態(tài)修復評價方法眾多，但是目前仍未針對公路邊坡生態(tài)修復形成健全的評價體系。因此，要從公路邊坡的實際特點出發(fā)，對邊坡植被生態(tài)系統(tǒng)的動態(tài)變化進行長期監(jiān)測和對比，利用監(jiān)測數(shù)據(jù)和多種指標建立數(shù)學模型，設計可用于公路邊坡的生態(tài)評價模式，以促進落實生態(tài)防護和修復措施，有效保護公路生態(tài)環(huán)境。另外，應根據(jù)不同地區(qū)的地質地貌、氣候條件以及不同坡度、坡高、坡向選用不同的評價指標和評價標準，例如在風沙較嚴重的地區(qū)進行生態(tài)恢復評價時，除評價植被蓋度、物種豐富度等基礎指標外，應將邊坡的防風蝕能力考慮在內；在選擇評價參照系時，應選擇該地區(qū)同一生態(tài)類型受人類活動干擾較少的生態(tài)系統(tǒng)進行。

4 結語

邊坡生態(tài)修復工作是公路設計、建設和使用中的關鍵組成部分，并且對于穩(wěn)定邊坡、防止水土流失、減少噪音、降低風沙危害、維護生態(tài)平衡等具有重要作用，合理有效地運用生態(tài)修復技術將會提升公路的維護管理質量，產生巨大的生態(tài)效益。目前，我國有關公路邊坡景觀生態(tài)修復的研究已有很多，生態(tài)修復技術也愈加成熟，但與發(fā)達國家相比，仍存在較多問題。因此，可以從以下幾個方面進一步開展研究：(1)結合公路區(qū)域地質地貌環(huán)境和氣候條件，完善我國有關邊坡生態(tài)修復技術標準與規(guī)程的編制，讓邊坡生態(tài)修復工作有章可循。(2)調查研究公路所處的區(qū)域地理環(huán)境，篩選出適宜種植的鄉(xiāng)土植物，積極開展引進外來優(yōu)質物種的相關研究，合理配置邊坡植物群落組成。(3)進一步研究公路邊坡生態(tài)修復評價模式，健全修復評價體系，加強開展邊坡生態(tài)恢復后的研究，以提升對邊坡生態(tài)環(huán)境的科學認識。