太舊高速邊坡生態(tài)修復(fù)SPF技術(shù)運(yùn)用研究

武建軍，劉秀珍

（1.山西交控集團(tuán) 太舊高速公路分公司，山西太原 030006；2.山西省交通環(huán)境保護(hù)中心站（有限公司），山西太原 030032）

0 引言

高速公路項(xiàng)目的建設(shè)對(duì)于區(qū)域經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定發(fā)展、交通質(zhì)量的提升以及經(jīng)濟(jì)文化交流等方面都發(fā)揮著重要的作用[1]。影響高速公路正常運(yùn)營(yíng)的因素很多，高速公路邊坡的穩(wěn)定性就是其一，它不僅對(duì)在高速公路上行駛車輛的安全方面產(chǎn)生威脅，也在逐漸破壞高速公路周邊的生態(tài)環(huán)境。

巖石邊坡通常不具備植被賴以生長(zhǎng)的土壤條件和養(yǎng)分條件，并且坡度都較大，雨水極易沖刷坡面，巖石邊坡的生態(tài)防護(hù)成為高速公路建設(shè)中的研究熱點(diǎn)和施工難點(diǎn)。高速公路邊坡修復(fù)方法很多[2-5]，本文以太舊高速公路邊坡防護(hù)與生態(tài)修復(fù)治理工程為依托，選擇位于西環(huán)高速舊街樞紐陽(yáng)泉、舊街匝道的邊坡為修復(fù)對(duì)象，采用SPF 高性能生態(tài)基質(zhì)噴播技術(shù)，在巖質(zhì)坡面上營(yíng)造一個(gè)能讓植物生長(zhǎng)發(fā)育的種植基質(zhì)而又不被雨水沖刷的多孔穩(wěn)定結(jié)構(gòu)層，達(dá)到生態(tài)修復(fù)邊坡的目的，同時(shí)為山西境內(nèi)其他類似的高速公路邊坡修復(fù)提供參考。

1 研究區(qū)域介紹

太舊高速公路橫貫太行山腹地，途徑復(fù)雜多樣的山地、丘陵，屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候，是山西省的第一條高速公路，對(duì)振興山西經(jīng)濟(jì)具有重要意義。本文以太舊高速公路邊坡防護(hù)與生態(tài)修復(fù)治理工程項(xiàng)目為依托，選取位于陽(yáng)泉繞城高速舊街樞紐陽(yáng)泉—舊街匝道外大段路塹為生態(tài)修復(fù)邊坡。該邊坡整體為強(qiáng)風(fēng)化巖石沙土坡面，雨季受水流沖刷、旱季受強(qiáng)風(fēng)沙侵蝕，導(dǎo)致土層逐漸風(fēng)化缺乏營(yíng)養(yǎng)，植被難以自然恢復(fù)。該工程需治理的坡面面積大約為4 200 m2，坡度65°左右，垂直高度為45 m，分為3個(gè)平臺(tái)：第一平臺(tái)長(zhǎng)100 m，高15 m；第二平臺(tái)長(zhǎng)90 m，高15 m；第三平臺(tái)長(zhǎng)90 m，高15 m。坡面下部建設(shè)有15 m 高的混凝土擋墻。

2 研究方法與過(guò)程

2.1 研究方法

目前，國(guó)內(nèi)邊坡修復(fù)技術(shù)方法很多，如濕法噴播技術(shù)、客土噴播防護(hù)技術(shù)等，根據(jù)坡度、巖土物質(zhì)組成、高度等因素，該項(xiàng)目采用SPF 高性能生態(tài)基質(zhì)噴播技術(shù)，在此技術(shù)的基礎(chǔ)上，還包括專家咨詢、資料收集、室內(nèi)試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查等。

2.2 室內(nèi)試驗(yàn)

為了進(jìn)一步了解SPF 高性能生態(tài)基質(zhì)噴播技術(shù)在山西高速砂質(zhì)邊坡上應(yīng)用的可行性，在2021年6月1日到7月20日期間，歷經(jīng)50 d 的室內(nèi)試驗(yàn)，該試驗(yàn)分兩部分：一是平面玻璃；二是垂直玻璃——窗戶。測(cè)試在木質(zhì)纖維上植被的生長(zhǎng)狀況及這種基質(zhì)的黏合性能。

a）木質(zhì)纖維厚度1 cm，按配比拌有保水劑、黏合劑、化肥等，物種包括早熟禾、波斯菊、胡枝子和黃刺玫4 種。

b）垂直地面的玻璃窗戶上拍了一塊約15 cm×15 cm的木質(zhì)纖維，厚度1 cm。

2.3 SPF 高性能生態(tài)基質(zhì)噴播技術(shù)

邊坡采用SPF 高性能生態(tài)基質(zhì)噴播技術(shù)進(jìn)行綜合治理，是利用空氣壓縮動(dòng)力裝置將預(yù)先配置并攪拌均勻的高性能生態(tài)基質(zhì)材料、綠化種子按設(shè)計(jì)要求噴射到掛網(wǎng)后的坡面上實(shí)現(xiàn)快速?gòu)?qiáng)制綠化的一種邊坡綠化技術(shù)。

SPF 高性能生態(tài)基質(zhì)噴播技術(shù)要求噴播厚度不低于10 cm，分為基質(zhì)層和表層，其中基質(zhì)層厚度約為8 cm，表層厚度約為2 cm，表層配入種子。噴播順序?yàn)樽陨隙?、多次覆蓋，分層噴播有利于提高出苗率、成苗率，縮短見(jiàn)綠與覆蓋時(shí)間，確保永久效果。

其中木纖維起到類似植物根莖的網(wǎng)絡(luò)加筋作用，從而形成有一定厚度的具有耐雨水、風(fēng)侵蝕，牢固透氣，與自然表土相類似或更優(yōu)的多孔穩(wěn)定土壤結(jié)構(gòu)，起到夾裹種子、涵養(yǎng)水分的作用。調(diào)和水量由試噴決定，應(yīng)該控制在噴射到巖面上的基質(zhì)稠度達(dá)到既能黏結(jié)在巖面上又不產(chǎn)生流淌為度。

2.4 噴播工藝

平臺(tái)通過(guò)液力噴播進(jìn)行植被重建。植被類型短期以草本為主，目的是固土和抗沖刷；后期以灌木和野生植物為主，逐步與周圍環(huán)境相融合。厚層基材噴播必須在刷坡、平整、保證邊坡穩(wěn)定的基礎(chǔ)上才能實(shí)施；施工時(shí)，通過(guò)對(duì)削坡后形成的坡面進(jìn)行表面平整、掛網(wǎng)、覆土、噴射含植物種子的混合基材、無(wú)紡布∕遮蔭網(wǎng)覆蓋、前期養(yǎng)護(hù)等工序?qū)崿F(xiàn)邊坡復(fù)綠。

2.5 種子種類選擇及配比

根據(jù)該地區(qū)的氣候條件，及治理區(qū)邊坡面特點(diǎn)（朝向、高度、坡度、潮濕度、坡面自然生長(zhǎng)的植被種類特性），選用的草、灌木種子種類及配比用量見(jiàn)表1。

表1 種子種類及配比用量表

3 數(shù)據(jù)分析與討論

3.1 室內(nèi)試驗(yàn)

太舊高速公路途經(jīng)復(fù)雜多樣的山地、丘陵，邊坡多以巖石、砂礫為主，而巖石邊坡通常不具備植被賴以生長(zhǎng)的土壤條件和養(yǎng)分條件，并且坡度都較大，雨水極易沖刷坡面，SPF 高性能生態(tài)基質(zhì)噴播技術(shù)能否被應(yīng)用到此處，目前沒(méi)有先例。為了達(dá)到生態(tài)修復(fù)邊坡的目的，先在室內(nèi)進(jìn)行模擬試驗(yàn)，在玻璃板上種植植物，玻璃窗戶上驗(yàn)證該技術(shù)的黏合性，歷經(jīng)50 d 的試驗(yàn)，觀察結(jié)果如圖1。

圖1 室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果展示

圖1 是室內(nèi)模擬巖石邊坡在玻璃板上種植植物的生長(zhǎng)過(guò)程。圖1a～圖1e 是播種第4 天到第50 天的植物生長(zhǎng)狀況，可以看到波斯菊、早熟禾從零星發(fā)芽到長(zhǎng)勢(shì)茂盛的過(guò)程，第33 天的時(shí)候，隨機(jī)抽查一棵早熟禾，測(cè)得高度大約17 cm，根系約4 cm（圖1d）；試驗(yàn)繼續(xù)進(jìn)行到第50 天，蓋度達(dá)到80%左右，試驗(yàn)基本完成，植物生長(zhǎng)狀況良好。

圖1f是進(jìn)行基質(zhì)黏附性試驗(yàn)，在垂直地面的玻璃窗戶上貼了一塊約15 cm×15 cm 的木質(zhì)纖維，厚度1 cm，每天適量噴水，歷經(jīng)一月有余，結(jié)果顯示材料配比的黏合力及黏附性都比較強(qiáng)，這為低于90°的有縫隙的石質(zhì)邊坡的生態(tài)修復(fù)提供了理論和試驗(yàn)支撐。

3.2 邊坡修復(fù)現(xiàn)狀調(diào)查分析

為了檢驗(yàn)SPF 高性能生態(tài)基質(zhì)噴播技術(shù)在該地段的應(yīng)用情況，于2022年10月26日對(duì)植被的生長(zhǎng)狀況進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，3 個(gè)平臺(tái)，共取9 個(gè)樣方，記錄植物種名、高度、蓋度、以及根系的長(zhǎng)度、固土的直徑等數(shù)據(jù)。表2 是邊坡修復(fù)植被現(xiàn)狀調(diào)查物種表。同時(shí)也調(diào)查了邊坡周圍的植被現(xiàn)狀，有早熟禾、狗尾草、小葉錦雞兒、臭椿等，大都是一些耐寒、耐旱的物種，為后期邊坡生態(tài)修復(fù)植物物種的進(jìn)一步優(yōu)選提供參考。

表2 修復(fù)邊坡植被現(xiàn)狀調(diào)查表

3.2.1 邊坡修復(fù)前后面貌對(duì)比

該工程經(jīng)過(guò)緊張地施工，于2022年8月31 號(hào)完成工程噴播過(guò)程。植物種子經(jīng)過(guò)一個(gè)多月的發(fā)芽、生長(zhǎng)，該邊坡的整體狀況發(fā)生根本性的改變，圖2 是邊坡生態(tài)修復(fù)前后坡面植被現(xiàn)狀的對(duì)比，圖2a 是修復(fù)前的原貌，可以看出坡面整體沙石化比較嚴(yán)重，不利于植被自然恢復(fù)，減弱對(duì)坡面的固土固沙作用，同時(shí)碎小砂石的跌落會(huì)對(duì)高速公路上行駛的車輛產(chǎn)生安全威脅；圖2b 是采用SPF 技術(shù)修復(fù)后的坡面，是植被生長(zhǎng)45 d 的面貌，可以看出，植被長(zhǎng)勢(shì)良好，達(dá)到修復(fù)邊坡、美化景觀的作用。

圖2 邊坡生態(tài)修復(fù)前后面貌對(duì)比

3.2.2 邊坡植被現(xiàn)狀調(diào)查分析

3.2.2.1 植被現(xiàn)狀與所選物種種類對(duì)比分析

修復(fù)后的邊坡目前植被長(zhǎng)勢(shì)良好（圖2b），但通過(guò)表2 與表1 比較，可以看到植被現(xiàn)狀與所選植物種類不完全匹配，發(fā)現(xiàn)新物種，如蘿卜苗、油菜花、鐵桿蒿、灰綠藜等；灌木物種發(fā)芽率很低，只發(fā)現(xiàn)多花木藍(lán)，而荊條、紫穗槐、沙棘等物種沒(méi)出現(xiàn)在修復(fù)后的邊坡上。原因可能是播種的種子純度不夠；鄉(xiāng)土物種適應(yīng)力強(qiáng)；播種的季節(jié)選擇欠佳。

早熟禾、荊條既出現(xiàn)在噴播選取的種子里，又在邊坡周邊出現(xiàn)，說(shuō)明SPF 技術(shù)所選的噴播種子比較適應(yīng)當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件。但就目前而言，灌木物種發(fā)芽率低，長(zhǎng)勢(shì)差，要求在今后邊坡的管護(hù)過(guò)程中加大對(duì)灌木物種的管理，結(jié)合周邊植被，可以適當(dāng)增加物種種類，形成喬-灌-草一體化，強(qiáng)化對(duì)邊坡修復(fù)的效果，實(shí)現(xiàn)修復(fù)長(zhǎng)效機(jī)制。

3.2.2.2 樣方調(diào)查植被高度分析

根據(jù)《中國(guó)植被》植物群落分類法，調(diào)查的9 個(gè)樣方屬于同一個(gè)群落類型：波斯菊+紫花苜蓿群落（Asso.CosmosbipinnatusCav.+MedicagosativaL.），總蓋度為85%。其中優(yōu)勢(shì)種是波斯菊和紫花苜蓿，蓋度分別為45%和35%，平均高度分別為46.7 cm 和18.3 cm（見(jiàn)表3）；伴隨物種有披堿草、早熟禾、多花木藍(lán)，蓋度分別為20%、25%和5%，平均高度分別為31.3 cm、25 cm和10 cm。鄉(xiāng)土物種鐵桿蒿和灰綠藜蓋度都小于5%，平均高度分別是6.5 cm 和17.8 cm。

表3 邊坡樣方植被高度調(diào)查表 單位：cm

從圖2 和表3 可以看出，邊坡通過(guò)SPF 高性能生態(tài)基質(zhì)噴播技術(shù)進(jìn)行生態(tài)修復(fù)后，植被長(zhǎng)勢(shì)良好。草本植物占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，灌木物種長(zhǎng)勢(shì)極差，只發(fā)現(xiàn)多花木藍(lán)，蓋度＜5%，高度也只有10 cm，而配比表中的紫穗槐、荊條、沙棘均沒(méi)有發(fā)現(xiàn)，正如前面所述，播種季節(jié)是秋末，氣候、溫度、土壤的環(huán)境條件不利于灌木種子的發(fā)育，進(jìn)一步提出今后的邊坡管護(hù)應(yīng)加大對(duì)灌木物種的培育、管理。

3.2.2.3 樣方調(diào)查植被根系長(zhǎng)度分析

圖3 是現(xiàn)場(chǎng)對(duì)波斯菊、紫花苜蓿的根系長(zhǎng)度進(jìn)行測(cè)量的展示，可以看出，植物根系長(zhǎng)勢(shì)旺盛，能夠較好地把土壤黏結(jié)在植物周圍，固土效果比較明顯。用同樣的方法，又對(duì)披堿草、早熟禾、蘿卜苗和油菜花的根系進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果如表4。

圖3 樣方植被根系現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量

表4 邊坡樣方植被根系長(zhǎng)度調(diào)查表 單位：cm

從表4 中可以看出波斯菊、紫花苜蓿、披堿草的根系平均長(zhǎng)度都超過(guò)10 cm，超過(guò)了SPF 技術(shù)噴播的厚度，說(shuō)明該技術(shù)選取的基質(zhì)層和表層土壤適宜所選植物的生長(zhǎng)條件，初步達(dá)到對(duì)邊坡的固土固沙作用。隨著植物根系的分蘗、發(fā)育、強(qiáng)壯，再加上SPF 技術(shù)的網(wǎng)格固定，后期對(duì)邊坡的修復(fù)效果會(huì)更加明顯。

3.3 結(jié)論與建議

高速公路建設(shè)與運(yùn)行容易對(duì)沿線生態(tài)環(huán)境造成非常大的影響[6]，邊坡修復(fù)是高速公路與自然環(huán)境相融合的紐帶。本文通過(guò)采用SPF 高性能生態(tài)基質(zhì)噴播技術(shù)修復(fù)邊坡，修復(fù)后的邊坡有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

a）對(duì)巖石邊坡的生態(tài)修復(fù)，進(jìn)行了植物和非生命材料相結(jié)合的人為干預(yù)工程方式,促使被破壞的邊坡生態(tài)環(huán)境快速恢復(fù)，達(dá)到穩(wěn)定坡面和防止侵蝕的目的[7]。圖2b 就充分體現(xiàn)了這一人工干預(yù)的優(yōu)勢(shì)，修復(fù)后的邊坡植被長(zhǎng)勢(shì)良好，初步達(dá)到固土防沙的作用。

b）該項(xiàng)目邊坡修復(fù)選用草灌相結(jié)合的植物搭配模式，遵循安全長(zhǎng)效、因地制宜、喬灌草相結(jié)合等原則，盡量減少被恢復(fù)的邊坡出現(xiàn)二次退化、植被數(shù)量減少、覆蓋度下降等問(wèn)題。

c）所選植物波斯菊、紫花苜蓿等長(zhǎng)勢(shì)良好，適應(yīng)當(dāng)?shù)氐淖匀画h(huán)境條件，說(shuō)明SPF 技術(shù)的運(yùn)用選擇得當(dāng)。同時(shí)發(fā)現(xiàn)鄉(xiāng)土植物鐵桿蒿和灰綠藜，說(shuō)明新形成的植物群落會(huì)受到鄉(xiāng)土植物的干擾，但也為與當(dāng)?shù)刂脖蝗跒橐惑w創(chuàng)造條件，減少養(yǎng)護(hù)成本，達(dá)到自維持狀態(tài)。

d）對(duì)植物根系的抽樣調(diào)查發(fā)現(xiàn)，根系長(zhǎng)度超過(guò)SPF 噴播技術(shù)的厚度，固土效果明顯。隨著植物的生長(zhǎng)、發(fā)育，加上SPF 技術(shù)的網(wǎng)格作用，邊坡的生態(tài)修復(fù)得以實(shí)現(xiàn)。

e）邊坡修復(fù)后灌木物種極少，參考邊坡周邊植被，在后期的邊坡養(yǎng)護(hù)、管理過(guò)程中，除補(bǔ)種沙棘、荊條、紫穗槐外，還可適當(dāng)增加灌木種類如小葉錦雞兒以及喬木物種如旱柳和榆樹(shù)，逐步提高群落的物種多樣性，以便實(shí)現(xiàn)邊坡修復(fù)長(zhǎng)效機(jī)制。

4 結(jié)語(yǔ)

高速公路邊坡修復(fù)將會(huì)是一項(xiàng)長(zhǎng)期而艱巨的工程，因地制宜選擇合適的生態(tài)修復(fù)技術(shù)勢(shì)在必行。本文在五十余天的室內(nèi)試驗(yàn)基礎(chǔ)上，提出采用SPF 高性能生態(tài)基質(zhì)噴播技術(shù)對(duì)山西太舊高速公路西環(huán)高速舊街樞紐陽(yáng)泉—舊街匝道進(jìn)行生態(tài)修復(fù)，效果明顯，該技術(shù)在山西省是首例，也為山西境內(nèi)其他類似地質(zhì)條件的邊坡修復(fù)起到示范作用。