3S-OER植被生態(tài)修復(fù)技術(shù)在公路邊坡的應(yīng)用研究

羅霄霞

（山西省交通環(huán)境保護(hù)中心站（有限公司），山西 太原 030032）

近年來(lái)我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，公路建設(shè)隨之加快，由此產(chǎn)生了大量的公路邊坡生態(tài)問(wèn)題。隨著人們生活水平的不斷提高，社會(huì)各界對(duì)生態(tài)環(huán)境提出了更高的要求，邊坡防護(hù)與建設(shè)已不再僅僅局限于對(duì)主體工程單一功能與安全的考慮，生態(tài)修復(fù)及效果逐漸提到現(xiàn)代公路工程建設(shè)的日程當(dāng)中[1]。目前國(guó)內(nèi)外有關(guān)邊坡恢復(fù)的工程實(shí)例頗多，但在黃土干旱寒冷地區(qū)邊坡生態(tài)修復(fù)方面，可查找的文獻(xiàn)資料及適宜實(shí)例十分有限。3S-OER植被生態(tài)修復(fù)技術(shù)作用于邊坡生態(tài)修復(fù)與防護(hù)，通過(guò)增強(qiáng)邊坡穩(wěn)定性與生態(tài)修復(fù)性，減少侵蝕度，加強(qiáng)植被恢復(fù)，起到護(hù)坡、穩(wěn)坡、美坡的作用。以右平高速公路為示范段，開(kāi)展3S-OER植被生態(tài)修復(fù)技術(shù)的示范工程應(yīng)用研究，探究具有重要的實(shí)踐價(jià)值和意義，并為其他黃土寒冷干旱地區(qū)公路邊坡生態(tài)修復(fù)提供參考。

1 項(xiàng)目區(qū)概況

右平高速公路地處晉西北地區(qū)黃土高原，穿越山西省朔州市的右玉縣（起點(diǎn)至K50+900）、平魯區(qū)（K50+900至終點(diǎn)），是山西省高速公路規(guī)劃“三縱十二橫十二環(huán)”的3個(gè)南北縱向高速公路之一，總長(zhǎng)64.448 km。右平高速公路位于晉北溫帶寒冷半干旱區(qū)，春、冬季節(jié)寒冷干旱，夏季降雨集中，風(fēng)蝕雨蝕嚴(yán)重；年最高溫度38.3℃，年最低溫度-40.4℃，冬季低溫干旱，植物易遭受凍害損傷，春旱時(shí)有發(fā)生，對(duì)植物生長(zhǎng)極為不利。經(jīng)實(shí)地調(diào)研檢測(cè)，項(xiàng)目區(qū)邊坡類(lèi)型復(fù)雜，主要為濕陷性黃土邊坡、膨脹土邊坡、強(qiáng)風(fēng)化砂泥巖邊坡等。

2 研究方法

2.1 取樣

為了更好地展現(xiàn)右平高速公路在使用3S-OER植被生態(tài)修復(fù)技術(shù)后植被的生長(zhǎng)狀況及發(fā)展趨勢(shì)，2019年10月，研究人員對(duì)后頭山隧道進(jìn)口、后頭山隧道出口、南背頭山隧道進(jìn)口、南背頭山隧道出口、小峰隧道進(jìn)口的仰坡等地進(jìn)行了植被現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查與分析。該次調(diào)查選取樣方大小范圍為：?jiǎn)棠?0 m×10 m，灌木5 m×5 m，草本1 m×1 m。每個(gè)樣方記錄內(nèi)容為：海拔、經(jīng)緯度、坡度等自然地理因素以及人為干擾因素等；群落的總蓋度；各物種的種名、高度、蓋度，喬木類(lèi)還包括枝下高、冠幅、胸徑、株數(shù)等。

2.2 數(shù)據(jù)處理

2.2.1 群落重要值數(shù)據(jù)處理

根據(jù)所調(diào)查群落的特征數(shù)據(jù)，計(jì)算每個(gè)物種的重要值，以重要值來(lái)確定群落主要成分，并以優(yōu)勢(shì)植物來(lái)區(qū)分群落，分析其動(dòng)態(tài)變化，其計(jì)算公式如下：

喬木重要值=（相對(duì)優(yōu)勢(shì)度+相對(duì)蓋度+相對(duì)頻度）/3，

灌木重要值=（相對(duì)蓋度+相對(duì)高度）/2，

草本重要值=（相對(duì)蓋度+相對(duì)高度）/2，

相對(duì)頻度=（該種的頻度/所有種的頻度總和）×100%，

相對(duì)優(yōu)勢(shì)度=（樣方中該種個(gè)體胸面積和/全部個(gè)體胸面積總和）×100%，

相對(duì)蓋度=（某一物種的分蓋度/所有物種分蓋度之和）×100%.

2.2.2 群落多樣性分析

選用Simpson豐富度指數(shù)、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)分析植物群落的物種多樣性，其計(jì)算公式分別如下：

式中：N代表樹(shù)種的個(gè)體數(shù)；pi表示第i個(gè)種的個(gè)體占所有個(gè)體數(shù)的比例。

3 結(jié)果與分析

植被調(diào)查區(qū)域緯度范圍是N：39.680216—39.820727；經(jīng)度范圍是E：112.381024—112.424395；海拔范圍為：1 100～1 250 m。野外共記錄樣方14個(gè)，物種數(shù)36種，得到36×14的原始數(shù)據(jù)矩陣（見(jiàn)第76頁(yè)表1）。為更好地對(duì)比分析，項(xiàng)目工程同時(shí)采用了3S-OER植被生態(tài)修復(fù)技術(shù)（見(jiàn)圖1右）和傳統(tǒng)點(diǎn)播技術(shù)（見(jiàn)圖1左）。采用3S-OER植被生態(tài)修復(fù)技術(shù)的邊坡植被覆蓋率仍可達(dá)到85%以上，邊坡植物大體枯黃、略顯嫩綠，但整體看植被長(zhǎng)勢(shì)比較良好；采用點(diǎn)播技術(shù)的邊坡明顯看到植被的覆蓋率小于10%，邊坡上面除了本土植物鐵桿蒿物種還能辨別外，其他物種幾乎難以辨別。

圖1 采用3S-OER植被生態(tài)修復(fù)技術(shù)和點(diǎn)播技術(shù)植被效果對(duì)比

3.1 物種科屬分析

從表1中可以看出，調(diào)查區(qū)域的植被共有12科，33屬，物種相對(duì)比較豐富，這與人工干預(yù)有關(guān)。物種占比最大的屬于禾本科，有9種物種，占全部種的25%；豆科有8種物種，占比為22.2%；菊科有5種；有1種物種的共有6科。

3.2 群落類(lèi)型劃分

依據(jù)《中國(guó)植被》[2]的分類(lèi)原則和系統(tǒng)，結(jié)合調(diào)查結(jié)果的生態(tài)分析和群落生境特征的指示種及其組合，右平高速公路生態(tài)修復(fù)區(qū)域植被劃分為4種群落類(lèi)型，分別代表4個(gè)群叢，它們分別是：

a）油松群叢（Asso.Pinus tabuliformis）。

該群叢為人工種植的群叢，位于右平高速公路南服務(wù)區(qū)，包括樣方3、樣方4，海拔1 100 m左右，總蓋度50%。其中，喬木層蓋度最高，為35%，優(yōu)勢(shì)種是油松，高1.2 m，胸徑3 cm，株數(shù)為36棵；其次為草本層，蓋度約20%，優(yōu)勢(shì)種是鐵桿蒿，伴生種包含狗尾草、灰綠藜等。這是為了提高服務(wù)區(qū)的物種多樣性，美化環(huán)境而進(jìn)行的綠化活動(dòng)，該活動(dòng)還在進(jìn)行中，對(duì)維持當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境質(zhì)量，保持生態(tài)平衡具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。

b）檸條-羊草群叢（Asso.Caragana Korshinskii Kom.-Leymus chinensis(Trin.)Tzvel.）。

該群叢位于右平高速公路的大挖方處，包括樣方12、樣方13，海拔1 200 m左右，坡度50°，總蓋度為90%。生態(tài)修復(fù)兩年，植被處于灌木和草本混合演替階段。草本層的蓋度為70%，優(yōu)勢(shì)種是羊草，蓋度為50%，平均高度50 cm，伴生種有高羊茅、苜蓿、鐵桿蒿、黃花草木樨、沙大旺、披堿草等，蓋度都小于5%；灌木層的蓋度30%，優(yōu)勢(shì)種是檸條，蓋度為25%，平均高度70 cm，伴生種有胡枝子和多花木蘭。

c）羊草-高羊茅群叢（Asso.Leymus chinensis(Trin.)Tzvel.-Festuca elata Keng ex E.Alexeev）。

該群叢為人工種植的群叢，位于右平高速公路隧道口及南服務(wù)區(qū)，包括樣方1、2、6、7、8、9、10、11，海拔1 200 m左右，坡度在35°～55°之間，總蓋度100%。優(yōu)勢(shì)種是羊草和高羊茅，蓋度分別是50%和35%，高度分別是60 cm和30 cm，伴生種有波斯菊、狗尾草、黃花草木樨、檸條、沙大旺、胡枝子、鵝絨委陵菜、鐵桿蒿等，蓋度都小于5%。這個(gè)群叢是右平高速公路利用3S-OER植被生態(tài)修復(fù)技術(shù)后植被的現(xiàn)狀，植物長(zhǎng)勢(shì)旺盛，茂密且稍綠，與周邊沒(méi)有使用該技術(shù)的邊坡比較，景觀效果十分可觀，植被覆蓋率接近100%，水土保持良好，充分體現(xiàn)該技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。

d）鐵桿蒿-狗尾草群叢（Asso.Artemisia gmelinii-Setaria viridis(L.)Beauv.）。

該群叢為草本群叢，包括樣方5、樣方14，海拔1 250 m左右，坡度在35°～55°之間，總蓋度35%。優(yōu)勢(shì)種是鐵桿蒿和狗尾草，蓋度分別是25%和15%，平均高度分別為45 cm和35 cm。伴生種有茵陳蒿、野豌豆、灰綠藜、打碗花、山杏幼苗、苦荬菜、油菜等，蓋度都小于5%。這個(gè)群叢是右平高速公路沒(méi)有使用3S-OER植被生態(tài)修復(fù)技術(shù)呈現(xiàn)的植被現(xiàn)狀，是植被自然演替的結(jié)果，水土保持效果差，會(huì)產(chǎn)生許多安全隱患。

表1 調(diào)查區(qū)域植物物種名稱(chēng)及特性

3.3 物種多樣性分析

群落多樣性是指生活在一定空間和時(shí)間內(nèi)，多種多樣的活的生命體彼此依賴(lài)，相互依存所組成的穩(wěn)定的生態(tài)綜合體，不僅僅包括動(dòng)物、植物，還包括微生物，且微生物在群落中的作用不可代替。群落的多樣性一般可以從基因、物種、生態(tài)系統(tǒng)、景觀等4方面表現(xiàn)，而物種多樣性是關(guān)鍵。一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中，群落物種越豐富，不同生物間相互依存制約的作用越大，群落布局結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，對(duì)外部環(huán)境的抵抗能力及恢復(fù)能力越強(qiáng)，表明該生態(tài)系統(tǒng)越穩(wěn)定。一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中生物一旦減少，生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性就要遭到破壞，物種的正常生存就會(huì)面臨威脅，甚至死亡。

生物種類(lèi)的數(shù)量和相互間作用關(guān)系（即群落的結(jié)構(gòu)布局）決定著群落的穩(wěn)定性，其中，物種數(shù)量的多少發(fā)揮著最基礎(chǔ)的作用。一個(gè)成熟穩(wěn)定的生態(tài)群落，物種豐富、各種生物之間錯(cuò)綜復(fù)雜，當(dāng)植被群落遭到外部環(huán)境的打擾或破壞時(shí)，能夠自動(dòng)抵御外界干擾，或者通過(guò)自我修復(fù)與調(diào)節(jié)，恢復(fù)群落的穩(wěn)定。但如果群落受到外界的干擾超過(guò)群落的承載能力范圍，那么該群落將會(huì)崩潰、瓦解。因此，對(duì)群落穩(wěn)定性而言，群落的多樣性發(fā)揮著重要的作用。

物種間競(jìng)爭(zhēng)能夠促進(jìn)群落多樣性發(fā)生改變，而降低競(jìng)爭(zhēng)緊張度可使更多的物種共存，也有利于群落向著更高一級(jí)的層次演替。在一個(gè)群落中，物種越多，它抵抗外界的能力就會(huì)越強(qiáng)，恢復(fù)能力也就越強(qiáng)，因此，人類(lèi)對(duì)自然的開(kāi)發(fā)利用應(yīng)該注意這一點(diǎn)，才能使我們與自然和諧共處，好好地利用自然，從而更好地為人類(lèi)服務(wù)。

通過(guò)對(duì)前面4個(gè)群落Simpson指數(shù)、Shannon-Wiener指數(shù)的計(jì)算（如圖2所示），可以看出群落Ⅲ（羊草-高羊茅群叢）的Simpson指數(shù)和Shannon-Wiener指數(shù)比其他3個(gè)群落的值都高，分別是5.9和1.4，說(shuō)明該群落物種豐富度較高、分布均勻、布局組織較為復(fù)雜、群落穩(wěn)定性良好。為了加快植物群落的演替進(jìn)度，可以人為地選取一些適合該區(qū)域生長(zhǎng)的植物，并且盡量創(chuàng)造出適合這些物種生長(zhǎng)的外在條件，以便群落能夠朝著良好的演替方向發(fā)展。

圖2 群落多樣性指數(shù)圖

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)右平高速公路在隧道洞口邊坡及洞頂仰坡等位置修復(fù)后植被調(diào)查分析研究發(fā)現(xiàn)，采用3S-OER植被生態(tài)修復(fù)技術(shù)的邊坡植被覆蓋率達(dá)到85%以上，邊坡群落處于穩(wěn)定狀態(tài)，整體長(zhǎng)勢(shì)良好，明顯好于沒(méi)有采用該技術(shù)的其他位置。從另外一個(gè)角度來(lái)說(shuō)，采用該技術(shù)地段的土壤、水分得到了很好的維持，有利于植被進(jìn)一步生長(zhǎng)、發(fā)育、繁殖及擴(kuò)展，為植物群落向多樣性和穩(wěn)定性演替提供了必要條件，也為其他區(qū)域進(jìn)行生態(tài)修復(fù)提供了參考和借鑒。3S-OER植被生態(tài)修復(fù)技術(shù)在黃土干旱寒冷地區(qū)邊坡修復(fù)具有可行性及實(shí)用性，對(duì)解決晉西北地區(qū)公路建設(shè)中邊坡生態(tài)修復(fù)問(wèn)題具有重要意義。