線性工程建設對國家保護植物的影響分析和工程優(yōu)化研究

尹明云, 李瑞年, 鄭 煒, 王秀麗

(1.云南省生態(tài)環(huán)境工程評估中心, 昆明 650034; 2.招商局重慶交通科研設計院有限公司, 重慶 400067;3.四川水利職業(yè)技術學院 資環(huán)學院, 成都 611231; 4.四川大學 建筑與環(huán)境學院, 成都 610042)

21世紀,我國交通建設發(fā)展迅速[1],截至2022年底,我國公路總里程約535萬km,其中高速公路17.7萬km[2]。地處西南的云南省高速公路里程已突破1萬km[3],成為我國繼廣東省之后第2個高速公路里程超萬公里的省份。

公路建設作為人類改造自然生態(tài)環(huán)境的主要活動之一[4-5],經(jīng)常引發(fā)植被破壞、水土流失、景觀破碎等問題[6-7]。云南省地處中國西南山地、東喜馬拉雅山地和印緬地區(qū)3個世界生物多樣性熱點的交匯地帶,生物資源及其豐富[8]。而云南省在建、待建的高速公路工程眾多,且路線不斷延伸至新的區(qū)域[9],不可避免地對云南省的生物多樣性造成影響。盡管我國在生態(tài)建設方面已取得了很大成效,但生態(tài)環(huán)境保護仍然任重道遠。如何解決公路等基礎建設活動與生物多樣性保護的矛盾,有效維護云南省生物多樣性安全,仍是一個重大問題[10-11]。

本文以擬建的宣威至會澤高速公路為例,詳細闡述當公路建設工程涉及到大量國家重點保護植物黃杉(Pseudotsuga sinensis)[12]時,通過詳細調查和影響分析,制定對國家重點保護植物影響較小的優(yōu)化工程方案,即采取工程方案優(yōu)化策略,以期為今后西南地區(qū)公路建設工程中的植物多樣性保護提供參考。

1 工程概況

宣威至會澤高速公路地處曲靖市宣威市、會澤縣境內,屬于《云南省“十四五”綜合交通運輸發(fā)展規(guī)劃》中的“十四五”期間綜合交通八大重點工程中的高速公路“互聯(lián)互通”工程,是《云南省縣域高速公路“互聯(lián)互通”工程實施方案》(云辦通〔2020〕19號)中第67項地方高速公路項目。項目的建設將有利于完善國家高速公路網(wǎng)和云南省路網(wǎng)布局,提高云南省公路網(wǎng)等級結構,滿足地方交通發(fā)展需求,有利于加快區(qū)域社會經(jīng)濟發(fā)展。

該項目初步設計推薦路線主線起于宣威市北側下關沖村附近,接威寧至宣威高速公路,路線由東向西依次經(jīng)過馬街、龍?zhí)?、得祿、大井、者海、會澤機場,終點止于會澤縣五星鄉(xiāng)白泥井附近,接G85銀昆高速(會巧高速起點)。該方案在進行環(huán)境影響評價過程中,根據(jù)現(xiàn)場調查,發(fā)現(xiàn)工程沿線有國家二級保護植物黃杉(Pseudotsuga sinensis)分布,且數(shù)量較多。

國家重點保護植物對維護生物多樣性和生態(tài)平衡意義重大,在公路建設過程中需重點關注[13]。雖然建設項目的生態(tài)環(huán)境影響評價有相關的導則和方法,但每一個具體的公路建設項目,影響的生物多樣性都不一樣,需根據(jù)實際情況,采取相應的調查和評價手段。就本項目而言,因項目區(qū)黃杉集中分布,涉及數(shù)量巨大,需對其密度和數(shù)量進行估算。

2 調查與分析方法

本調查需同時了解黃杉群落特征以及數(shù)量特征,因此分別設置了群落特征調查樣方和統(tǒng)計樣方。

2.1 群落特征調查樣方布設

為了解黃杉所在路域群落結構特征,采用典型取樣法進行樣方調查。先確定典型的黃杉分布群落地段,設置4個20 m×20 m的樣方,布設情況見表1。后采用法瑞學派樣地記錄法進行群落調查,在測定樣方經(jīng)緯度、海拔、坡度、坡向、土壤類型、周圍環(huán)境影響等環(huán)境因子的前提下,記錄樣方中的植物信息。

2.2 統(tǒng)計樣方布設

為了解工程涉及的黃杉的密度和數(shù)量,除在黃杉散生區(qū)域進行數(shù)量調查外,還在龍?zhí)痘ネ爸苓?對應主線K18+740～K19+900)的黃杉集中區(qū)域設置了統(tǒng)計樣方,并統(tǒng)計每個樣方內黃杉的密度(即各樹高區(qū)間的黃杉數(shù)量/m2),且以此為基礎,結合黃杉集中區(qū)域的總面積估算工程涉及的黃杉的總體數(shù)量。

表1 群落樣方布設

統(tǒng)計樣方的布設原則為分段式,以工程內容及黃杉集中分布區(qū)為基礎,結合斑塊的坡向、坡位等環(huán)境特征因子,設置具有代表性的黃杉統(tǒng)計樣方。通過衛(wèi)星影像圖和現(xiàn)場調查,確認黃杉集中分布區(qū)共由6個分離的圖斑組成,其中斑塊2距工程較遠,且群落特征與斑塊1北端相似,因此不再布設統(tǒng)計樣方,最終布設6個統(tǒng)計樣方,如圖1所示。

(a) 遙感影像

(b) 統(tǒng)計樣方示意

黃杉集中分布區(qū)的群落類型為云南油杉和黃杉的共建種群落,現(xiàn)場調查到的黃杉集中分布區(qū)的群落結構多有喬木層和林下更新層,但由于部分林地潮濕,林下苔蘚層較厚且覆被,導致該類林下低于1 m的黃杉幼苗數(shù)量較少。結合這一特性,現(xiàn)場將所選定的樣方確定大小為20 m×20 m,分徑級(為了直觀且準確統(tǒng)計數(shù)量,野外實際按樹高劃分)記錄不同樹高區(qū)間的植株數(shù)量。具體劃分為3個級別:樹高5 m以上的喬木、樹高1 m～5 m之間的幼樹、樹高低于1 m的幼苗。

3 調查結果

3.1 黃杉群落特征

群落樣方調查到的黃杉主要為黃杉和云南油杉組成的共優(yōu)群落。其中,共優(yōu)群落的喬木層蓋度在70%～80%之間,且黃杉的數(shù)量不等。除了建群種云南油杉以外,還偶有云南松(Pinus yunnanensis)伴生。林中有牛筋條(Dichotomanthes tristaniicarpa)、棠梨(Pyrus pashia)常位于亞層,并有炮仗花(Rhododendron spinuliferum)、小鐵仔(Myrsine africana)、西南栒子(Cotoneaster franchetii)、野拔子(Elsholtzia rugulosa)、矮楊梅(Myrica nanta)等灌木伴生。林下多有云南油杉幼苗更新,多數(shù)林下無黃杉幼苗更新。林下多由苔蘚層覆被,草本植物稀少,常見云南兔耳風(Ainsliaea yunnanensis)、間型沿階草(Ophiopogon intermedius)、刺芒野古草(Arundinella setosa)、茜草(Rubia cordifolia)等少數(shù)種類。

3.2 黃杉密度和數(shù)量估算

1) 在圖1中設置的6處樣方分別統(tǒng)計各樹高區(qū)間的黃杉株數(shù),計算得到6處樣方分布的黃杉密度;2) 根據(jù)6處樣方對應的6處分割斑塊的面積分別估算黃杉分布數(shù)量;3) 求和獲得6個分割斑塊的黃杉總數(shù),黃杉集中分布區(qū)的黃杉數(shù)量共計29 455株,結果見表2;4) 結合其他路段散生黃杉密度,推算得到擬建公路評價區(qū)的黃杉分布數(shù)量約3.5萬株。

表2 集中分布區(qū)黃杉株數(shù)計算

根據(jù)現(xiàn)場樣方統(tǒng)計和調查,集中分布區(qū)的黃杉所在群落受到不同程度人為活動影響,同時存在坡向、坡位區(qū)別,導致分布密度存在差異。但群落中的成年大樹相對較少,成年植株的高度多低于10 m,群落中的黃杉均表現(xiàn)為增長型,年齡結構處于中、幼齡林階段,說明群落的黃杉種群更新良好。這與該區(qū)域曾開展的黃杉種群數(shù)量動態(tài)研究的調查結論較為一致[14]。

4 原初設與改進方案對黃杉影響分析

4.1 原初設方案對黃杉影響與避讓可行性分析

1) 原初設方案對黃杉影響分析

根據(jù)現(xiàn)場調查結合統(tǒng)計樣方密度估算,原初設方案對黃杉的影響見表3。工程原初設方案在黃杉集中分布路段占用黃杉約7 512株,其中喬木3 268株(樹高5 m以上)、幼樹2 899株(樹高1 m～5 m)、幼苗1 345株(樹高低于1 m)。另外,根據(jù)現(xiàn)場踏勘確認工程將在其他路段零散占用約200株黃杉。原初設方案占用黃杉數(shù)量約為8 000株。

2) 原初設方案路線避讓可行性分析

由于原初設方案占用黃杉集中分布區(qū)約7 500株黃杉,課題組優(yōu)先依照“不破壞就是最大保護”的原則,考慮路線對黃杉集中分布區(qū)進行避讓。原黃杉集中分布區(qū)是位于龍?zhí)舵?zhèn)東側的龍?zhí)痘ネǘ?該段旨在為龍?zhí)舵?zhèn)設置下道口,串聯(lián)該鎮(zhèn)區(qū)與周邊城鎮(zhèn)。根據(jù)鎮(zhèn)區(qū)周邊地形,結合線路走向,經(jīng)方案設計單位研判,選取主線沿線鄰近龍?zhí)舵?zhèn)區(qū)設置互通所需要的開闊地形,在龍?zhí)舵?zhèn)東西兩側設置3條避讓黃杉集中分布區(qū)的方案,分別是西線繞避方案、東線繞避方案、西南線繞避方案,如圖2所示。綜合安全、經(jīng)濟、環(huán)保、技術及其他方面進行綜合比選,單項比選結論見表4。

表3 原初設方案占用集中分布區(qū)黃杉株數(shù)統(tǒng)計

表4 繞避方案與原初設方案綜合比選

圖2 基于原初設方案的繞避黃杉集中分布區(qū)3方案示意

由表4可知,對3個技術可行的避讓方案,西線繞避不影響黃杉,但存在較大安全隱患;東線繞避對黃杉占用更多;西南線繞避雖占用黃杉變少,但存在經(jīng)濟不利、拆遷量大以及占用基本農(nóng)田等問題。綜合來看,原初設方案和西南線繞避相對影響更小,如果能優(yōu)化原初設方案,使之占用黃杉數(shù)量降低,則原初設方案更優(yōu)。

4.2 優(yōu)化方案對黃杉影響分析

1) 原初設方案優(yōu)化

受十字形河谷地帶居民房屋集中分布、學校等敏感點分布的限制,以及互通布設位置地形的限制,初設方案優(yōu)化制約較大,不能完全避免占用黃杉集中分布區(qū)?；诃h(huán)評編制單位提供的黃杉集中分布區(qū)分路段的黃杉密度和數(shù)量表,對線路前后進行了5次優(yōu)化調整。其中4次調整是針對局部選線,包括主線及互通和互通連接線的局部選線調整,如圖3所示,黃杉占用數(shù)量從7 000多株逐步減少至4 800多株,4 600多株、1 800多株,最后減少至1 100多株。

在線位無法進一步優(yōu)化的情況下,進行第5次在第5次綜合收縮挖方邊坡和橋面下方植株保留后的黃杉占用數(shù)量共計950株,較原初設方案的7 000多株共計減少6 000多株,較第4次優(yōu)化方案的1 207株減少257株。

圖3 基于初設方案的4次局部選線優(yōu)化示意

針對工程形式的調整,包括縮減挖方邊坡和保留高橋位下方植株的優(yōu)化,如圖4所示。通過對挖方路段增設加高樁板墻的方式收坡、在主線和互通減少挖方邊坡的占地,進一步縮減黃杉占用數(shù)量共計63株。同時,考慮到主線二臺地大橋(跨徑30.5 m的箱梁式大橋)局部凈高可達43 m,其所經(jīng)坡位屬陰坡,低凈空橋面的遮蔽將進一步減少光照,不利于作為陽生性樹種的云南油杉和黃杉為建群種的群落發(fā)育和喬木層植株的生長,因此將在此對橋面高度低于15 m的橋面投影區(qū)(即工程占地紅線范圍)內的黃杉全部進行移栽,對橋面凈高高于15 m(根據(jù)工程該段縱斷面圖,K19+200～K19+460、K19+955～K20+020橋面凈高度15 m～43 m之間)的橋面投影區(qū)(橋梁占地紅線區(qū))下方橋墩樁基位置的黃杉進行移栽,而對其他因有15 m凈空可獲得較為充足光照的黃杉進行保留。最終扣除橋梁高凈空路段橋墩基礎占地范圍,疊圖計入橋梁高凈空區(qū)將保留黃杉257株。

2) 優(yōu)化方案對黃杉影響分析

黃杉廣泛分布于我國云南、四川、貴州、湖北、湖南等地,多為建群的優(yōu)勢種與其他樹種混生組成優(yōu)勢群落[12]。宣威及會澤縣有大規(guī)模集中性質的黃杉分布,且當?shù)匾矂澏艘员Ｗo黃杉為主的自然保護區(qū)[15]。就現(xiàn)階段黃杉的數(shù)量而言,已經(jīng)在項目地區(qū)的部分區(qū)域形成單優(yōu)勢群落,原初設方案將對當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境和生物多樣性造成無法挽回的破壞。

圖4 第5次工程形式優(yōu)化示意

在5次優(yōu)化方案后,經(jīng)實地調查,工程占用黃杉共計950株。根據(jù)徑級劃定,1 m～5 cm內幼樹數(shù)量最多,共計395株,小于1 cm的幼苗共計121株,5 m～10 cm的共計129株,10 m～20 cm的共計178株,20 m～30 cm的共計53株,30 m～50 cm的共計38株,50 m～70 cm的共計36株。工程建設占用黃杉的數(shù)量不到評價區(qū)黃杉總數(shù)(約3.5萬株)的3%(約占2.71%),且所占用的黃杉將悉數(shù)移栽至當?shù)亓植莶块T指定的適宜生境進行集中保護。在采取移栽和育苗措施以及加強養(yǎng)護管理的基礎上,工程建設對黃杉的影響總體可控。

優(yōu)化后的工程選線基本沿著山腳黃杉集中分布區(qū)的斑塊邊緣布設,路基段占用區(qū)域基本位于黃杉集中分布區(qū)斑塊的邊緣地帶,而橋梁穿越區(qū)在增加橋梁高度的基礎上,可保留15 m以上橋面離地高度的植被,一定程度上保留了占地區(qū)范圍內云南油杉、黃杉群落的連續(xù)性和完整性,因此工程建設對云南油杉、黃杉群落的分割影響小,不會導致該區(qū)域黃杉所在群落的結構和功能減弱。整體而言,優(yōu)化后的工程建設對黃杉群落的影響較小。

3) 對受影響黃杉的保護對策

建設單位委托第三方對占地區(qū)內的950株黃杉全部進行移栽。移栽時間選擇在2022年9月—10月進行,移栽前將進行修剪、縮坨斷根處理、噴灑蒸騰抑制劑、土壤狀況調查等。結合黃杉移栽方案,最終確定黃杉移栽地址在宣威市得祿鄉(xiāng)務樂村委會以及會澤縣金鐘街道水城社區(qū)境內,這2個移栽點的優(yōu)勢在于擬移栽地生境相同,移栽后有專人管護,有水源處便于澆灌,有利于對黃杉資源的后期的管護。此外,建議選擇移栽較近的地塊,每年培育移栽數(shù)量的10%,用于黃杉的補植,增加保護區(qū)黃杉物種的數(shù)量。

4.3 影響分析準確性評價

本文在項目建設前的環(huán)境影響評價階段設計樣方并進行密度統(tǒng)計,估算得到優(yōu)化后方案占用黃杉數(shù)量共計950株。而公路建設單位委托相關林業(yè)調查公司提前進場,針對第4次優(yōu)化后的路線方案進行黃杉占用和移栽的詳細調查,得到全線黃杉占用(移栽)數(shù)量為1 207株,其中集中分布區(qū)的黃杉數(shù)量約為1 000株。這一統(tǒng)計數(shù)量與本文估算得到的占用株數(shù)接近,表明本研究的調查和統(tǒng)計分析準確性較高。

5 結論

1) 本文采用“群落樣方”+“統(tǒng)計樣方”結合法,得到占用黃杉的統(tǒng)計結果與實地移栽數(shù)量誤差小,該方法可行,在此基礎上進行的影響評價合理可信。

2) 通過環(huán)保與路線設計協(xié)同優(yōu)化,提出了4次局部線位優(yōu)化、縮減挖方邊坡和保留高橋位下方植株的優(yōu)化,最終保全的黃杉植株達6 000多株,取得了較大的保護成果,這一思路可供同類工程參考。

3) 在制定保護措施時,嚴格按照先避讓、再減緩、后修復的順序,將生物多樣性保護理念融入設計、施工、運營養(yǎng)護中。