我国高速公路边坡生态恢复技术研究进展

　　摘要：近年来，我国高速公路发展迅猛，但公路边坡生态恢复的研究却严重滞后，极大地制约了高速公路生态型绿色通道的发展。结合工程实践，文中从边坡生态恢复的植物选择、技术措施及生态功能等 3个方面研究和总结我国高速公路边坡生态恢复技术的发展现状，指出存在的问题，提出进一步研究的方向。

　　关键词：高速公路，边坡，生态恢复

　　高速公路边坡生态恢复工程，主要是指利用植物措施对边坡进行植被恢复，建立一个新的植物群落，以达到恢复生态环境、治理水土流失的目的；也指以环境保护和工程建设为目的的生物控制或生物建造工程，或利用植被进行坡面保护和侵蚀控制的途径与手段1］。在美国、日本及欧洲一些发达国家和地区， 20世纪60年代就已经将生态保护和恢复措施纳入了高速公路建设之中。目前，已由简单的绿化工程发展为生态景观绿化，通过多种生物工程措施最大程度地减少对环境的破坏，使公路建设与自然环境达到和谐。例如，用椰壳纤维和植物结合建造“土壤电梯”，防止高速公路斜坡的土壤侵蚀［2］；沿公路建立生物通道，保持自然及生物的连续性等。在德国，对于自然保护价值非常高的地段建设 “生态桥”，保障动物的正常迁徙；模仿自然池塘设置沉淀池，汇集路面雨水。荷兰针对道路建设对自然环境的影响，尽量采取回避的方法；仍然无法回避时，道路建设就要使用冲击最小化的方法。例如，采用动物地下通道来减少道路阻挡效应或使用金属围篱降低动物的伤亡。日本在公路绿化上采取了喷附绿化、袋筋绿化、岩盘绿化等许多针对不同路堑和路堤形式的坡面绿化方法来恢复公路的生态环境。

　　近年来，随着我国高等级公路建设的快速发展和对生态环境的日益重视，开始围绕生态公路的建设和植被恢复技术开展相关研究，包括云南小磨高速公路、重庆雷崇高速公路等多条高等级公路，取得了很好的效果。本文从边坡生态恢复的植物选择、生态恢复工程措施及其生态功能等 3个方面综述我国高速公路边坡生态恢复技术的发展现状，提出今后的研究重点和方向。

　　1 边坡生态恢复的技术

　　1.1边坡生态恢复的植物选择

　　1.1.1 以乡土植物为主，引进繁殖方便、适应性强的外来优良植物品种

　　乡土植物能较好地适应当地的气候、土壤条件，因而在目前边坡生态防护工程中，多趋向于选择乡土植物。选择外来植物时，一般应选择与当地植物习性相近的外来植物类型；同时，还应考虑繁殖的难易程度，以便于后期的施工。云南昆曲高速公路护坡植物主要采用高羊茅、紫花苜蓿、非洲狗尾草等进口草种，初期植物长势良好，但随后都出现大面积的退化和消亡。龚琴等对广梧高速公路双凤至平台段的自然条件、植被类型及植物种类进行了全面调查，结合植物本身的生物学、生态学及生理学特征，从中筛选出适于该段高速公路两侧绿化带、边坡绿化的乡土植物 53种；并根据沿线具体的生境条件，按照群落学的原则对其组合应用进行了设计［3］。梁爱学在平西高速绿化项目中，创造性地将柽柳引入了高速公路路基边坡绿化之中，从工程绿化的土壤条件、水分条件分析入手，针对这些难点提出柽柳的苗木选择、土壤改良、保水保墒等管理措施，取得了显著效果［4］。

　　1.1.2 以草灌结合和灌木为主，以乔木和藤本为辅，因地制宜进行配置

　　草本植物种植方法简便，费用低廉，且早期生长快，对防止初期的土壤侵蚀效果较好，但公路边坡的土壤水分、养分供应较差，单一品种的草坪极易退化和消亡；乔木、灌木的根系发达，但早期生长慢；藤本植物主要应用于坚硬岩石边坡或土石混合边坡的垂直绿化，其投资和用地较少，且美化效果好，但藤本植物完全覆盖坡面所需时间长。边坡生态防护宜采用乔灌草结合的立体生态系统，可以有效克服单一草被的退化［5］。邓辅唐等选取单纯植草、灌草结合、乔灌草结合等 3种植被恢复模式的代表性公路进行植被调查，进而评估生态恢复效果。结果表明，思小高速公路乔灌草结合的防护模式较单纯植草和灌草结合的植被恢复模式具有更好的生态恢复效果，更丰富的群落结构和物种多样性，并能够更有效地阻止外来物种入侵［6］。

　　1.1.3 以抗旱耐瘠性、抗污染能力为主要指标筛选植物，兼顾植物的景观价值

　　高速公路边坡原有的植被已被完全破坏，在边坡回填时大多是用保水、保肥性差的沙石砾或建筑废料进行填充，土质贫瘠且保水性差，而且路边有车辆排放的废气，所以边坡绿化应选择耐干旱、根系发达、生长速度快、枝叶茂盛且抗污染能力较强的苗木进行栽植。例如，用紫穗槐对丹拉国道主干线宣化至老爷庙段高速公路边坡进行绿化的结果表明，紫穗槐抗旱性非常强，栽植后可以保持良好的生命力，直至在适宜的水分条件下萌芽，是边坡植被恢复的优良树种之一［7］。同时，高速公路配植的植物还应具有观赏价值，给人以视觉、听觉、嗅觉上美的感受，可以将形态各异且具色相变化的乔、灌、花、草及藤本植物等进行艺术组合，形成不同景观，发挥植物美的魅力。

　　1.2边坡生态恢复的工程措施

　　1.2.1 湿法喷播技术

　　湿法喷播是将配制好的种子、肥料、覆盖料、土壤稳定剂等与水充分混合后，采用喷枪将混合物喷洒在边坡表面上，能保证在较短时间内植株迅速覆盖坡面，特别适合土质填方边坡和不平整土地植被的种植。祝于华等在石家庄机场飞行区 5万m2范围内进行湿法喷播植草试验工程。1998年 8月11日试播， 9月25日已郁闭成坪。草坪整齐美观，无病虫害，无高大杂草，且杂草密度小于 1%，草坪覆盖度高达 95%，生长非常健壮［8］。

　　1.2.2 网袋植草技术

　　网袋植草技术是将植物种子、肥料、土壤混装在纤维网或金属网袋中，然后固定在边坡上进行绿化。纤维网可根据其抗拉能力和固土能力的不同设计为2～ 5层，一般薄层应用于填方边坡，厚层应用于挖方边坡。对于土质贫瘠的挖方边坡和土石混填的填方边坡，可以起到固土防冲刷并改善植草质量的良好效果。广州大学城公共绿地绿化工程在施工过程中，对坡面坡度大、坡面高的一些地块采用了植被网喷播法进行草坪建植，取得了较好的绿化效果［9］。

　　1.2.3 植生带技术

　　植生带是将已成苗草皮或植物种子夹在织物或纤维垫中直接贴在边坡表面进行快速绿化的方法，适用于需要迅速得到防护的土质边坡和风化极严重的岩石边坡。谭发刚等对土质边坡直接植草护坡的加 固机理、主要的施工方法进行了详细的研究［10］。刘朝晖等结合高速公路工程实际论述了边坡生物防护的方法和选择原则，对铺设草皮的施工技术和方法进行了详细的讨论［11］。顾小华等以稻草、麦秸等为原料，添加草种、保水剂、营养土等材料，在 108国道对岩石、劣质土坡、陡坡进行了植被恢复试验。结果显示，在劣性土质和岩质边坡铺植植被毯防护效果显著，草毯覆盖层可以固定土壤，减少水分蒸发，增加地面粗糙度，缓解雨水对坡面表土的冲刷，稳定边坡。其工期短，造价低廉，造价比采用传统方法浆砌片石护面墙和三维植被网防护分别节约费用 75%和 28%以上［12］。

　　1.2.4客土喷播技术

　　客土喷播是以加工过的树皮、养生材料、植物种子与少量优质土混合，添加营养剂、粘结剂和土壤稳定剂制成客土，借助喷播机用挂网喷射的方式均匀涂喷于坡面上，实现对岩石边坡的绿化。汕梅高速公路梅州至畲江段工程建设过程中采用客土喷播技术进行边坡防护绿化，高速公路变成了绿色通道，达到了路容景观与自然景观的统一、连续、和谐，解决了高速公路岩质边坡绿化难的问题，为我国山区高速公路边坡防护绿化提供了有益的参考［13］。

　　1.2.5喷混植草技术

　　喷混植草是将含草种、有机质的混凝土喷在岩石坡面上，在风化岩质坡面上营造一层既能让植物生长发育的种植基质又耐冲刷的多孔稳定结构。广东西部沿海高速公路珠海段在 2005年6月以前完成的喷混植生施工的岩石边坡，经历了 2005年6月连续的暴雨冲刷，各边坡喷混基底无一垮塌，植物没有被冲刷的痕迹。这表明在草坪植被与基材的共同作用下，基材的抗侵蚀性大大增强，并且随着植物的进一步生长，草坪植物的根系会纵横交错，最终形成稳定的草灌结合的植物群落，从而可以达到长期护坡的目的［14］。

　　1.2.6仿原生态植被恢复技术

　　仿原生态植被恢复技术是在原开挖陡峭的边坡采用直接挂网客土植草办法难以成活，但局部位置具有植物生长的基础，如石缝、沟壑、平台及凹陷部位，采用植生袋或客土植草防护，使局部位置能尽快实现绿化；不能植草的陡峭、风化程度轻的母岩位置则采用着色的办法使之与周边岩石表层颜色基本一致。黄滔等对常张高速公路岩石边坡仿原生态植被恢复技术的试验研究表明，仿原生态植被恢复技术与传统的边坡防护相比较，投资省、见效快，且能稳定表层边坡，综合造价仅为客土喷播植草的 50%～ 60%，能在短期内使边坡整体环境景观效果与周边协调一致，尤其适宜于对客土喷播植草难以成活的极陡边坡(坡率大于 1:0.75)的生态防护［15］。

　　2边坡生态恢复的功能

　　2.1防止水土流失

　　植被能阻挡雨水和减弱风速，其根系可以对土壤进行固定，具有控制侵蚀和保护高速公路斜坡的作用。杨焕辉等分析了植物根系与边坡的力学效应，提出根系—土复合层增加抗剪强度公式，研究了植物根系对边坡的降雨截留、径流延滞、土壤防渗、土层固结等效应，初步探讨了生态防护对边坡的抗冲刷机理［16］。邓辅唐等在思小高速公路边坡进行的生态恢复试验结果表明，林冠层、灌草层、枯枝落叶层均有保水固土和维持坡面稳定的作用，且乔木、灌木和草本植物在整个植物群落中均有不可替代的作用，乔灌草群落保持水土的能力要强于灌草群落和草本植物群落［17］。张锐等以沪蓉西高速公路湖北省宜昌至长阳Ⅳ标段为研究对象，对在典型地段采用插签法和布设径流小区获取的观测数据进行分析研究。结果表明，实施水土保持措施前后弃土(渣)场土壤侵蚀量分别为 5 247.7和 1 871.0 t/ ( km2 ·a)，填方段边坡平均土壤侵蚀量分别为 4 781.1和 2196.6 t/( km2 ·a)，其土壤侵蚀量消减率分别达到 64.3%和 54.1%［18］。张春林等选取沪蓉西高速公路湖北宜昌至长阳段有代表性的 3类植物配置进行定位观测和分析研究。结果表明，在相同降雨条件下，路堤弃土弃渣边坡坡面的土壤平均侵蚀量为 26 796.7 t/km2，而拱形框架梁边坡 3个实验区的土壤平均侵蚀量为 19 306.4 t/km2，框架梁植物防护措施明显减少了边坡土壤侵蚀量；在草本混播、草灌混播和草灌乔混播 3类实验区中，土壤侵蚀量分别为 19 206.4，19 806.6和 18 906.3 t/ km2，表明在植物生长初期 1年内乔灌草混播类型保土效益优于草本混播和草灌混播类型［19］。

　　2.2净化大气

　　高速公路在建设过程中产生的扬尘和道路通车以后车辆排放的尾气对大气环境造成严重污染，防护带植被可起到有效的滞尘和净化空气的作用。姜红卫等以苏州绕城高速公路为研究对象，实测苏州高速 公路绿化净化粉尘污染的效果，分析不同植物之间的净化吸收差异。结果表明，单位绿化面积滞尘效果乔木中以广玉兰最好，每周为 13.7 g/m2，是效果较差的深山含笑的 2.8倍；灌木中以夹竹桃最强，每周达到 11 g/m2，是滞尘效果较差的紫薇的 6.1倍；总体滞尘效果为乔木＞小乔木和灌木＞地被植物［20］。杜振宇等采用测定 SO2，NO2和 CO2气体含量的方法，研究了山东省主要高速公路路侧绿化带、互通立交区、入口匝道区和服务区绿地对空气的净化效果。测定结果表明，路侧绿化带对 SO2有较明显的净化作用，互通立交区、入口匝道区和服务区的绿化对 SO2和 NO2均有较好的吸收净化作用，而高速路绿化对 CO2含量的影响则较小［21］。

　　2.3减弱噪声

　　防护带的植被可以吸收、阻挡和分散声音能量，从而起到减噪的目的。丁亚超等研究了林带能见度对降噪效果的影响，结果表明，林带的能见度与林带宽度呈反比关系［22］。周敬宣等研究了林带对交通的噪声衰减效果。结果表明，林带对噪声的衰减效果与林带的宽度呈正比，与能见度呈反比，灌木和乔木同时栽植的林带才能产生最好的降噪效果［23］。杜振宇等采用选取试验点进行原位调查的方法，研究了山东省 3条主要高速公路路侧绿化带对交通噪声的衰减效果，发现高速公路绿化带对交通噪声有一定的减轻作用，但在不同的绿化模式下，衰减效果存在较大差别。交通噪声的绿化衰减同林带宽度有很大关系，对于较宽林带，靠近声源前半部分的林带对噪声有较好的减轻作用，但后半部分的减噪效果较小。林带对噪声的绿化衰减与林带宽度以及宽度和郁闭度的乘积均呈极显著的线性关系［24］。

　　2.4吸附重金属污染

　　车辆排放的有害气体中含有大量的重金属，使土壤受到污染。利用特定的植物吸收和降解土壤中的重金属元素，可达到净化土壤的目的［25－26］。研究显示，公路两侧的绿带可有效降低土壤中重金属污染程度，缩小污染范围［27］。交通污染区绿化植物的叶片和树皮 S含量均高于相对清洁区的样品，且距机动车道越近，S含量越高［28］。智颖飙等对比分析了内蒙古西部公路沿线不同绿化植物及其不同器官对重金属元素的吸收与积累特征。结果表明，绿化植物根际土壤对重金属元素的吸附及污染程度以 Cd为最高；随原子序数的递增，小叶杨和油松的根部和茎叶 2种营养器官中重金属的含量均表现出 “N”字形变动趋势；小叶杨茎叶对重金属元素 Cr，Ni和 Pb的富集能力较根部强，油松茎叶对重金属元素 Cr，Ni，Cu和 Pb的富集能力也较根部强 ；公路绿化植物对根际土壤中重金属元素的吸收和积累与重金属元素有效态所占的比例有关［29］。

　　2.5美化环境，丰富路域景观

　　绿色植物能增强高速公路的建筑艺术效果，丰富公路景观。徽杭高速公路全线绿化以蜀柏、秃瓣杜英为基调树种；在花色选择上，春天以粉黄色的黄馨和红色的丰花月季为主，夏天以红色的夹竹桃、金黄色的金叶女贞和红色的红叶小蘖为主，营造出春夏繁花似锦、秋季红叶浓烈的特色景观［30］。胥应龙等对常张高速公路绿化植物种类进行实地调查，认为该线路植物生长状况良好，春季开花的植物有红花木、春鹃、海桐和桃花等，夏季开花的植物有夏鹃、紫薇和夹竹桃，秋季开花的有菊花、桂花、木芙蓉和小叶女贞等，冬季开花的植物有山茶和梅花等，成功创造了四季分明、色彩缤纷、常年鲜花绽放的自然优美的植物景观［31］。

　　3小结

　　高速公路边坡生态恢复采用与工程防护相结合的原则恢复和重建坡面植被，从而抑制径流、稳定坡面和美化道路景观。国内由于开展相关研究较晚，已开展的研究多集中于施工工程技术方面。由于我国幅员辽阔，各个地区的气候和地质土壤条件差异较大，对边坡绿化的植物种类和施工技术等都有不同要求，目前还没有定型的模式和技术规范可循。虽然对生态恢复功能也做了不少研究工作，但不够系统全面，且很少关注恢复后群落的物种演替状况。因此，今后可从以下几方面进一步开展研究 : 1)通过对高速公路所处的区域生态环境、植物生态习性作详尽的调查研究，筛选出适宜绿化的乡土植物种类，同时开展引进外来优质物种的相关研究 ； 2)研究适合于我国高速公路边坡生态恢复的设计理论、施工设备和施工方法； 3)调查农田、草原、荒漠、山地等不同生态系统景观本底的边坡防护带绿化模式，对影响边坡植被生态功能的因子如植物搭配方式、种植密度、林分高度等进行研究，开展抗蚀性等防护功能的评价，对恢复后的植被群落进行跟踪调查，研究群落的稳定性和演替变化。

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