（生态学专业论文）华南地区高速公路边坡植被的调查研究.pdf

摘要 广东省的高速公路建设事业近年来飞速发展，成就举世瞩目。在山地和丘陵 地区，高速公路建设中大量的挖方和填方工程极大的扰动和改变了当地的景观格 局，同时也产生了大量陡峭而裸露的公路边坡，如果不作适当处置，往往容易产 生严重的水土流失和安全隐忠。近年来，人们对于高速公路边坡的植被恢复给与 了越来越多的关注。在我国，高速公路边坡的植被恢复工程中所选用的植物绝大 部分都是外来种，这就造成了边坡与周边自然景观的不和谐和植被演替进程的扰 动。而国内目前还没有对高速公路边坡植被这种特殊的人工受损生态系统的调查 和研究。 本研究对广东省内四条高速公路的4 5 个边坡的植被和土壤进行了调查和测 定。在植被的调查所记录的9 6 种维管植物中，占总植物种2 1 8 8 的外来种在边 坡植物中所占的盖度却远远高于乡土种，而在少数的样方中已经有恶性外来入侵 种的出现。灌木相对于草本来说在边坡植被中所占的比例是很小的，调查中发现 了6 种自然生长在边坡上有潜力用于边坡绿化的灌木植物种。植被调查记录到的 蕨类植物只有9 种，但它们出现的频度较高而且四季常绿，很适合用于边坡的植 被恢复。所测定的4 5 个边坡的土壤的6 个养分指标的平均数都处于缺乏或甚缺 乏的养分等级。边坡土壤养分的流失速率也是很快的，各种养分元素在2 年的时 间内都已经接近最低的极限。在对植被参数与土壤养分参数进行相关性分析时发 现，土壤磷素对样方植被盖度的影响要大于其他养分元素的影响。因此低下的土 壤磷素养分很有可能是华南地区的高速公路边坡植被发展和演替的一个限制因 子。而边坡土壤中全磷和速效磷的含量显著的受到土壤p h 值的影响，全磷的含 量与最大持水量呈极显著的正相关。而当边坡的坡度大于5 0 。时，坡度对植被 盖度的影响达到显著水平。 基于本研究的结果，我们建议高速公路有关的管理部门应该以边坡植被的乡 土化作为高速公路边坡绿化的目标，同时把自然表土推广并应用到边坡植被恢复 工程当中。 关键词：高速公路，边坡，生态恢复，边坡防护，植被，乡土植物 a s t u d y o nt h e v e g e t a t i o no f h i g h w a ys l o p e si ns o u t hc h i n a m a j o r ：王。o 叼1 j a p p l i c a n t ：上比j 溉 s u p e r 、r i s o r ：阱呐z 呐3 i a b s t r a c t i nr e c e n t y e a r s ，c h i n ah a s m a d eg r e a t p r o g r e s s i n h i g h w a yc o n s t r u c t i o n h o w e v e r , h i g h w a yc o n s t r u c t i o ni sa l w a y sa c c o m p a n i e dw i t hl a r g e - s c a l ep h y s i c a l d i s t u r b a n c e sa s s o c i a t e dw i t hc u ta n df i l lo p e r m i o n st h a td r a s t i c a l l ya l t e rt h el a n d s c a p e i nm o u n t a i n o u sa n dh i g m a n dr e g i o n s as e r i e so f c u ta n df i l lo p e r a t i o n sc r e a t e dl o t so f b a r ea n ds t e e ps l o p e st h a ta r ee x p o s e dt ot h ed i r e c ta c t i o no fr a i n f a l la n dc a u s eh i g h r a t e so f w a t e re r o s i o na n dp o t e n t i a ls a f e t yh a z a r d t h u sm o l ea n dm o t ea t t e n t i o nw a s p a i dt ot h er e v e g e t a t i o no fh i g h w a ys l o p e si nr e c e n ty e a r s a sak i n do ff a c t i t i o u s l y d a m a g e dh a b i t a t sw h i c hw a ss t i l ll i t t l es t u d i e di nc h i n a , h i g h w a ys l o p e sa r eo f t e n r e s t o r e dw i t hn o n - n a t i v es p e c i e s ，w h i c hu s u a l l yr e s u l ti n d i s h a r m o n y w i t ht h e s u r r o u n d i n gn a t u r a ll a n d s c a p ea n dt h ed i s t u r b a n c eo ft h ev e g e t a t i o ns u c c e s s i o n p r o c e s s t h i ss t u d ye x a m i n e dt h ev e g e t a t i o na n ds o i lo n4 5h i g h w a ys l o p e sa l o n gf o u r h i g h w a y si ng u a n g d o n gp r o v i n c e ，c h i n a at o t a lo f9 6v a s c u l a rp l a n t ss p e c i e sw e r e i d e n t i f i e df r o m2 2 5s a m p l ep l o t s 2 1o ft h e s ew e r ee x o t i cs p e c i e sw h i c ho c c u p i e da m a j o r i t yo ft h et o t a lc o v e r a g ei nt h ev e g e t a t i o no nt h es a m p l i n gh i g h w a ys l o p e s n o t a b l y , af e wi n v a s i v es p e c i e sw e r ef o u n di ns o m es a m p l ep l o t s t h o u g hs h r u b i i s p e c i e sw e r er a r ew h e nc o m p a r ew i t hh e r b a c e o u ss p e c i e s ，6s h r u bs p e c i e sn a t u r a l l y g r e wo ns l o p e sw h i c hm a yb ea sc a n d i d a t es p e c i e sf o rr e v e g e t a t i o no fh i g h w a ys l o p e s o n l y9f e r ns p e c i e sw e r er e c o r d e d ，b u t6o ft h e mh a dh i g hf r e q u e n c ya n dw e r e e v e r g r e e n t h u sn a t i v ef e r ns p e c i e si sag o o dm a t e r i a lf o re c o l o g i c a lr e s t o r a t i o n n u t r i e n tv a l u e so f4 5s t u d i e ds l o p e sw e r ea tal e v e lo fl o wo rv e r yl o w s o i ln u t r i t i o n h a dd e c r e a s e dt ot e r m i n a li n2y e a rs i n c et h er e v e g e t a t i o nc o n s t r u c t i o nw a s c o m p l e t e d t h er e s u l t so fc o r r e l a t i o na n a l y s i sb e t w e e nv e g e t a t i o np a r a m e t e r sa n ds o i lp a r a m e t e r s s u g g e s tt h a t s o i l p h o s p h o r u sw a sm o r ee f f e c t i v eo nv e g e t a t i o nc o v e rt h a no t h e r n u t r i e n te l e m e n t t h e r e f o r e ，l o ws o i l p h o s p h o r u sw a sp r o b a b l yal i m i t a t i o nt ot h e d e v e l o p m e n ta n ds u c c e s s i o no fh i g h w a ys l o p ev e g e t a t i o ni ns o u t hc h i n a s o i lt o t a l p h o s p h o r u sc o n t e n ta n da v a i l a b l ep h o s p h o r u sc o n t e n tw e r es i g n i f i c a n t l ya f f e c t e db y s o i lp hv a l u e t h e r ei sav e r ys i g n i f i c a n tc o r r e l a t i o nb e t w e e ns o i lt o t a lp h o s p h o r u s c o n t e n ta n ds o i lm a x i m u mw a t e r h o l d i n gc a p a c i t y t h ev e g e t a t i o nc o v e rd e c r e a s e d s i g n i f i c a n t l yw h e nt h es l o p ea n g l ew a sg r e a t e rt h a n5 0 0 b a s e do nt h e s er e s u l t s ，r e v e g e t a t i o ng o a l ss h o u l di n c l u d et e c h n i q u e sf o rl i m i t i n g t h ee s t a b l i s h m e n to fe x o t i ci n v a s i v es p e c i e s ，a n ds u b s t i t u t i o no fn o n n a t i v es p e c i e s p l a n t e df o re r o s i o nc o n t r o lw i t hs u i t a b l en a t i v es p e c i e s i na d d i t i o n ，t o p s o i ls h o u l db e w i d e l yu s e di nr e s t o r a t i o no f h i g h w a ys l o p ea sap r o b l e ms o l v e r k e y w o r d s ：h i g h w a y , s l o p e s ，e c o l o g i c a lr e s t o r a t i o n , s l o p e sr e v e g e t a t i o n , v e g e t a t i o n ， n a t i v es p e c i e s i i i 1 引言 1 1 高速公路事业的飞速发展 1 1 1 全国高速公路建设实现历史性突破 过去五年来，我国交通事业的发展，取得了举世瞩目的成就。根据官方资料 显示1 ：“十五”期问，我国共建成高速公路2 4 7 万公里，是“八五”和“九五” 总和的1 5 倍；目前，我国高速公路总里程达到4 1 万公里，稳居世界第二；其 中，山东、广东两省高速公路突破3 0 0 0 公里，江苏、河南、河北三省高速公路 突破2 0 0 0 公里，另外有1 4 个省区高速公路突破1 0 0 0 公里。高速公路建设成绩 斐然，“十五”期间先后跃上了2 万公里、3 万公里和4 万公里三个大台阶。图 1 1 是我国1 9 9 5 到2 0 0 5 年十年问高速公路里程的增长图。 未来五年，我国公路建设将迎来新的黄金期。按照国家高速公路网规划， 国家高速公路网包括7 条首都放射线、9 条南北纵向线和1 8 条东西横向线，总 规模大约为8 5 万公里。这项庞大工程将历时3 0 年，静态投资将达到2 万亿元。 高速公路网建成后，将连接全国所有城镇人口超过2 0 万的城市；将连接全国所 有重要的交通枢纽城市，包括铁路枢纽5 0 个、航空枢纽6 7 个、公路枢纽1 4 0 多 个和水路枢纽5 0 个，形成综合运输大通道。届时，东部地区将实现平均3 0 分钟 上高速公路，中部地区平均l 小时上高速公路，西部地区平均2 小时上高速公路 2 o 交通部部长李盛霖透露，“十一五”期间，交通部将着力组织实施国家高速 公路网规划，至2 0 1 0 年，新建高速公路2 4 万公里以上，高速公路总里程将达 到6 5 万公里。届时，东部地区将基本形成高速公路网，长江三角洲、珠江三角 洲和京津冀地区将形成较完善的城际高速公路网，国家高速公路网骨架基本形 成。2 0 0 6 年交通部将推进国家高速公路网规划和加强国省干线改造升级，总共 将建成高速公路约5 0 0 0 公里3 。 h t t p ：w w w g o v , c n j r z g 2 0 0 6 - 0 4 1 2 c o n t e n t2 5 1 5 6 8h t m h t t p j w w w m o eg o v c n 0 5 b u z h a n l i s h e n g l t 2 0 0 6 0 11 62 9 9 7 9 1 h t m h l 协 1 w w w g o v c n j r z g 2 0 0 6 4 ) 4 1 2 c o n t e n t2 5 1 5 6 8h t m i _ | = l 山大学2 0 0 6 届硕= ：学位论文 华南地区高速公路边坡植被的调查研究 4 5 0 0 0 4 0 0 0 0 - i 3 5 0 0 0 目3 0 0 0 0 j 粕 毯 鲁 鞋 斟 淼l 淼 5 。 0 1 i “3 4 3 0 0 ，丢4 5 ，矗3 0 、9 4 3 7 6 3 1 4 j “1 1 6 0 5 研3 3 锕衫， 1 9 9 51 9 9 61 9 9 71 9 9 81 9 9 92 0 0 02 0 0 1 2 0 0 2 2 0 0 32 0 0 42 0 0 5 年份 图1 一l1 9 9 5 2 0 0 5 年中国高速公路里程( 交通部综合规划司，2 0 0 3 ) f i g 1 - lt h et o t a lh i g h w a ym i l e a g ei nc h i n ae a c hy e a rf r o m1 9 9 5t o2 0 0 5 1 1 2 广东省高速公路建设的发展 2 0 0 3 年，新一届广东省委、省政府做出了加快高速公路建设的战略决策和部 署，将其作为政府十项重点工程的第一项，并提出了“三年三大步”的战略目标： 确保2 0 0 3 年底前实现山区市通高速公路、2 0 0 4 年实现全省地级市通高速公路、 2 0 0 5 年打通出省高速公路通道。 今年广东省高速公路建设又取得历史性突破，建成高速公路5 8 0 公里，全省 高速公路里程超过3 1 0 0 公里，共有1 5 条出省高等级公路( 包括5 条高速公路、 1 0 条国省道高等级公路) ，公路密度达每百平方公里6 4 2 公里，交通建设各项指 标均居全国前列。按照规划，到2 0 0 7 年，广东省将建成4 0 0 0 公里高速公路；“十 一五”末，全省高速公路通车总里程将达到5 0 0 0 公里，基本形成以广州、深圳 为中心向外辐射的高速公路网络，实现与陆地相邻省份均有两条以上高速公路相 连4 。 广东省交通厅日前最新公布的广东省高速公路网规划( 2 0 0 4 2 0 3 0 年) 勾 4 h t t p ：w w wg o v c n f w x x s h 2 0 0 5 - 1 2 2 7 1 c o n t e n t _ l3 8 8 1 6 h t m 2 中山大学2 0 0 6 扁硕士学位论文引言 画了广东高速公路建设蓝图：未来2 5 年内，投资4 0 0 0 多亿元，建设8 8 0 0 公里 高速公路( 珠三角约为3 5 0 0 公里) ，重点打造“九纵五横两环”高速公路主骨架 网络，使高速公路达到( 部分指标超过) 发达国家目前水平，全省将形成1 9 条 高速公路出省通道，广州至南宁、长沙、福州等周边省会城市可在l o 小时以内 到达。 至2 0 3 0 年，广东省高速公路网规划布局方案是：以“九纵五横两环”为主 骨架，以加密线和联络线为补充，形成以珠江三角洲为核心，以沿海为扇面，以 沿海港口( 城市) 为龙头向山区和内陆省( 区) 辐射的路网布局。其中，“九纵 五横两环”总里程约7 0 0 0 公里。实现全省“一日交通圈”，即省内任何两个城市 之间能够当天到达，省会到省内其他城市可以当日往返。 1 2 公路事业的发展对环境造成巨大的影响 公路建设事业的飞速发展给公路周边的生态系统造成了很大的负面影响。在 过去的一个世纪中，公路的修建和养护被认为是一种最广泛的改变自然景观的工 程( d i a m o n d b a c k1 9 9 0 ；b e n n e a1 9 9 1 ：n o s s & c o o p r e e i d e r1 9 9 4 ) 。b a k e r ( 1 9 6 5 ) 对公路周边环境进行了研究，他将其生态特性归纳为：被扰动的生境、用非乡土 植物进行绿化、与周围的生境形成不连续的植物分布格局、长久地保持在植被演 替的较早的阶段、形成广阔的边缘生境、具有很高的光的强度、被人类和动物用 作运输物质的路线。s p e l l e r b e r g ( 1 9 9 8 ) 认为公路对环境的影响是多方面的( 表 l 一1 ) 。公路主要通过以下七个方面，对周边的陆地和水生生态系统产生影响 ( t r o m b u l a k & f r i s s e l l2 0 0 0 ) ： ( 1 ) 施工过程中导致生物的大量死亡。道路修建几乎杀死了所有在道路范 围内不能自由移动或者移动速度缓慢的生物。而因为道路的影响使死亡率提高的 这一部分数据还没有像其他工程所提高的死亡率那样被估算出来( p e t r a n k a 吖a 1 9 9 3 ) 。修建工程也会对道路周围的生物产生直接的伤害，同时也改变了道路下 层和周围的土壤物理性质，从而对水文和生物造成影响。 ( 2 ) 交通工具的碰撞造成生物死亡率的上升。很多种类的动物都受到了交 通工具的严重伤害，这方面已经有了很多的报导( b a n g se t a l 1 9 8 9 ；p a l o m a r e s & d e l i b e s1 9 9 2 ；g r o o t & h a z e b r o e kl9 9 6 ) 。 巾山大学2 0 0 6 届碗十学位论文华南地区高速公路边坡植被的调查研究 ( 3 ) 改变动物的行为。公路的出现，通常从以下五个方面改变动物的行为： 1 ) 避难所范围的迁移：2 ) 行动模式的改变；3 ) 繁殖成功率的改变；4 ) 逃生反 应的改变：5 ) 生理状况的改变。 ( 4 ) 破坏周边的物理环境。从修建开始，公路就一直在改变道路本身和附 近的自然条件，同时产生边缘效应。至少有以下八个自然环境因子被改变：1 ) 土壤密度：公路的长期使用，会导致永久性的土壤紧缩即便不连续使用，这 样的结果也是不可逆的。2 ) 温度：公路上水蒸汽运送量的减少加上路面的坚硬 使得路面的温度要高于一般的裸土，这样的效应会随着路面厚度的增加而增大 ( a s a e d a & c a l 9 9 3 ) ；而路面在晚上把白天吸收的热能释放出来也形成了强烈的 热岛效应。3 ) 土壤含水量：由于路面结构和土壤孔隙度的严重改变，水分下渗 量和公路下面的土壤含水量都远较平常土壤为低。4 ) 光：交通工具的用光使公 路上的光线增加，直接影响到了植物群落的结构，对光的水平要求较高的植物种 的密度会有所增加( m e h r h o f f l 9 8 9 ) 。5 ) 灰尘：公路的修建和使用，不可避免地 导致了大量尘土的产生和散播，当这些尘土附着在植物i 二后，会防碍植物的光合 作用、呼吸作用和蒸腾作用，从而对植物造成生理上的伤害( f a r m e r1 9 9 3 ) 。6 ) 地表水流：道路和桥改变了海岸线、水渠、排洪沟及湿地的走向，而水流产生的 能量改变，甚至可能影响到距离公路很远地方的水域自然环境( r i c h a r d s o ne t a l 1 9 7 5 ) 。7 ) 水土流失：公路引发了很多山体滑坡和水土流失。8 ) 沉积物：公路 可能释放出许多颗粒性物质，这些物质进入河流、湖泊和湿地等水体后，通常会 对水体的混浊度产生影响( r e i d & d u n n e1 9 8 4 ) 。 ( 5 ) 改变了化学环境。公路在养护和使用过程中至少向周边环境释放以下 五种化学物质：1 ) 重金属：各种来源于汽油添加物和除冰用的盐类的重金属进 入了路边的环境中。研究得最多的是铅，其它的重金属主要包括铝、铁、镉、铜、 锰、钛、镍、锌和硼( g a r c i a - m i r a g a y ae l a l1 9 8 1 ；c l i f fe la z1 9 8 3 ；g j e s s i n ge t a l1 9 8 4 ； o b r e t s1 9 8 6 ；s r a r a t y a n & z a k h a r y a n1 9 8 8 ) 。2 ) 盐类：用于除冰用的盐( 特别是 n a c i ，其次是c a c l 2 、k c i 、和m g c l 2 ) 向周边环境释放的大量盐基，改变了土 壤的p h 值和化学组成( b o g e m a n se ta l1 9 8 9 ) 。3 ) 有机分子：研究表明，公路 上有较高浓度的二氧( 杂) 芑和多氯化联( 二) 苯等有机污染物( b e n f e n a t ie l a l 1 9 9 2 ) ；在路边的水生生态系统中也发现了碳氢化合物的富集( g j e s s i n ge l a 1 中山大学2 0 0 6 届硕士学位论文引言 1 9 8 4 ) 。4 ) 臭氧：交通工具会释放臭氧，而臭氧可以增加空气中的有害分子，在 交通工具尾气积累区域，这样的情况尤其严重( f l u e c k i g e r “a 1 1 9 8 4 ) 。5 ) 营养 物：公路是周边水生生态系统中营养物质和其它物质的重要来源，因为在与公路 相邻或交叉的水体中，都会有通常用作缓冲带的水滨植被聚集和围绕。 公路引起的化学环境改变，会对生物的生存产生以下影响( t r o m b u l a k f r i s s e l l2 0 0 0 ) ：1 ) 在陆生环境中，一些植物的化学成分会因为环境的污染而改 变。2 ) 在这些化学物质的胁迫下，动物可能会死亡或者转移。3 ) 很多植物的生 长和整个生理健康会受到抑制甚至会因此而死亡。4 ) 一些植物和动物( 包括农 业中种植和饲养的) 会在路边积累到足以危害机体健康的毒素，而一部分这些动 植物也是人类的日常消费品。5 ) 由于路边污染物( 特别是盐类) 浓度的增加， 一些动物会受到影响从而更容易受到交通工具的伤害。 ( 6 ) 造成外来物种的散布。公路般通过下面几种机制为外来种的传播和 入侵提供条件：1 ) 道路交通常常把外来种的种子带到本地区，而公路养护又为 这些种子的发芽和幼苗的成长提供了有利条件( s c h m i d t1 9 8 9 ；l o n s d a l e & l a n e 1 9 9 4 ；g r e e n b e r ge la 1 19 9 7 ；t r o m b u l a k & f r i s s e l l2 0 0 0 ) 。2 ) 道路施工对植被和土 壤的清除、填方及对坡度的改变，有可能为外来植物的进入和发展创造条件 ( f r e n k e l l 9 7 0 ；t r o m b u l a k & f r i s s e l l2 0 0 0 ) 。3 ) 对路边植被的刈割会促进对剪割 不敏感的外来植物的生长( f o r m a n & a l e x a n d e r1 9 9 8 ；b e n e f i e l d 盯以1 9 9 9 ) 。4 ) 路基土壤的压缩，降低了乡土植物的生长活力，从而为外来种提供了一个无竞争 的入侵环境( f r e n k e l1 9 7 0 ) 。 ( 7 ) 引起对区域内资源利用的改变。公路的开通，使人们提高了对周边地 区土地的利用，而人类的活动会引发各种各样的持久性生态影响。可能更为严重 的是，公路的开通会使该地区的可输出的自然资源的输出效率提高。 - l i 山大学2 0 0 6 扁硕士学位论文华南地区高速公路边坡植被的酾盎研究 表l 一1 公路对生态环境的影响( s p e l l e r b e r g1 9 9 8 ) t a b l e1 1a s u m m a r yo f e c o l o g i c a le f f e c t so f r o a d s 公路对生态造成的影响的总结 公路建设施工造成的影响 生境和生物群的直接丢失。 建敬中挖方和填方等施：【活动造成的影响。 修路过程中对周围地区的环境的影响如影响水文、向周边取材等。 短期内的影响( 新的公路) 新公路表面形成新的小气候特征，周边其他自然条件亦发生变化。 新公路所产生的新的边沿为边沿物种提供生存环境。 路边植物的死亡率会提高，而这种高的死亡率也会扩张剑距路边不同距离的地方。 植物死亡率的提高直接或间接的影响到其他的生物。 因为火去生存环境和自然条件受到扰动，一些动物迁离出公路地区。 动物被交通j ：具撞死。 长期的影响 动物继续被交通： 具撞死，同时产生间接的影响比如腐臭。 生境的改变和丢失渐渐从道路边沿向周围扩张。 距路边不同距离地区的生物群落继续被改变。 公路使生境变得破碎，这跟生境的破坏和丢失、生物的疏散和流失以及种群的隔离有关。 公路交通及其所产生的群落交错区促进了一些物种的传播，这其中包括一些有害的动植物。 而这些有害物种又会通过交通和群落交错区进一步影响周围的生物群落。 相关的建筑：l ：程如桥和隧道会为一些物种提供生境。 从公路排放的废物影响水生群落。 交通：l 具的尾气、排放的盐类、噪声以及其他对自然条件的干扰会沿着路的边沿向四周延伸 从而导致群落中物种组成的改变。 中山大学2 0 0 6 届硕士学位论文引育 1 3 高速公路边坡植被恢复的重要性 1 3 1 边坡的产生和结构 高速公路的初期施工是对自然生态 系统的大尺度的物理扰动，特别是在山 区，高速公路的建设就是一系列的挖方 和填方工程。挖方和填方的产物就是高 速公路的上边坡也称挖方边坡( c u t s l o p e ) 和下边坡也称填方边坡( 矗l ls l o p e ) ( 如图1 2 ) 。上边坡的形态差别较大， 有斜面较短的近乎垂直的岩石边坡，也盹l 一2 t h em 。t 。fh i g h w a yd o p e ” 有斜面较长的坡度比较缓和的土质边坡。上边坡有时可以高超过1 0 0m ，而坡度 一般都大于4 5 。在进行坡面绿化之前，上边坡上可利用的土壤很少，有些甚至 完全没有土壤。因此在绿化时植物所需的土壤往往需要从另外一些地势较低的地 方运转到边坡上，但这些土壤层的厚度往往比自然条件下的土层薄，因为土壤的 体积不够，植物所需的水分和养分常常成为植物生长的限制性因子。比较而言， 下边坡的形态差异相对较小，它们一般是由较疏松的材料填压而成，土壤层比较 厚，高度也较小。考虑到路面和路基的稳固，下边坡的坡度一般不会超过4 5 。 因此上边坡进行植被恢复的难度要比下边坡高得多，石质边坡的绿化更是高速公 路边坡绿化中的一个难点。 1 3 2 边坡植被恢复的作用 裸露的、陡峭的边坡是高速公路施工过程产生的最主要的负面产物之一，它 们直接暴露于雨水的冲刷之下，产生强烈的水土流失作用( b o c h e t & g a r c i a - f a y o s 2 0 0 4 ) 。而植物在控制水土流失方面的作用已经得到广泛的认可，它们在保持公 路边坡的稳定性上也是必不可少的( a n d r 6 se t a l2 0 0 0 ) 。边坡植被的作用主要体 现在如下四个方面( 潘树林，2 0 0 5 ) ： ( 1 ) 减少水土流失：植被能拦截高速下落的雨滴，减少雨滴数量及飞溅的 土粒，能够抑制地表径流并削弱雨滴溅蚀，从而能控制土粒流失( t r o m b l e1 9 8 7 ) 。 中山大学2 0 0 6 届硕士学位论文华南地区高述公路边坡植被的调查研究 另一方面，人工绿化所用的土壤基质可以增加水的渗透性( b o c h e te t a l1 9 9 9 ) ， 减少地表径流( b o c h e te ta l2 0 0 0 ) 。a n d r e s & j o r b a ( 2 0 0 0 ) 在西班牙的实验表 明：当边坡植被的覆盖度小于2 5 时，坡面的侵蚀率是无法容忍的：只有植被覆 盖率大于5 0 时，坡面才能达到稳定的基本要求。e s t h e rb o c h e t 和p a t r i c i o o a r c a - f a y o s ( 2 0 0 4 ) 的研究认为公路边坡的植被盖度与水土流失程度呈负相关。 ( 2 ) 增强边坡的稳定性：植物可以增加边坡的稳定性好，其作用主要体现 在两个方面：1 ) 植物根系可以穿过坡体表层的松散风化带，锚固到深处较稳定 的岩土层上，起到预应力锚杆的作用。2 ) 降雨是诱发滑坡的重要因素之，边 坡的失稳与坡体水压力的大小有着密切关系。而植物通过吸收和蒸发坡体内水 分，可以降低土体的孔隙水压力，增加土体吸力，提高土体的抗剪强度，从而有 利于边坡体的稳定。 ( 3 ) 净化大气，降低噪声及光污染，保障行车安全：植物的光合作用能够 吸收c 0 2 、释放0 2 ，同时能够稀释、吸收和固定周围大气中的有害气体。植物 还能有效降低噪声和强光照射，可以提高路标、警示牌的可见度，能让驾驶者轻 松愉快的驾车，从而保障行车安全。植被吸收噪声和降低光辐射的能力比混凝土 挡墙、水泥路面、沥青路面及裸露边坡要强许多。 ( 4 ) 促进有机污染物的降解：大气、雨水及汽车等交通工具的废气含有大 量的有机污染物，植被层由于富含微生物及其自身的生理活性，能稀释分解、吸 收和固定大气中有害有毒物质，具有很强的污染物降解能力。 边坡的植被恢复涉及到岩石工程力学、地质学、生物学、土壤学、肥料学、 园艺学、草业学、林学、环境生态学等。公路边坡生态护坡技术的应用在发达国 家已有悠久历史，如美国于1 9 3 6 年在南加利福尼亚州的a n g e l e sc r e s t 公路边坡 治理中就已尝试应用生态护坡技术( g r a y & s o t i r1 9 9 2 ) ；日本的边坡绿化虽然起 步稍晚，但他们的生态护坡几乎与公路建设同步发展，迄今亦已有半个多世纪的 历史。中国的边坡绿化起步得比较晚，工程技术基本借鉴于国外。下面主要通过 工程技术、土壤基质和植物种的选择这三个方面的实验研究及生产应用来阐述边 坡植被恢复的现状。 中山大学2 0 0 6 屈硕士学位论文引言 1 4 边坡植被恢复的现状 1 4 1 边坡植被恢复的工程技术 ( 1 ) 用于边坡植被恢复的方法 我国用过的边坡恢复的方法主要有以下几种( 邓辅唐，2 0 0 5 ) ： 1 ) 人工植被是最简单的植被方法，靠人力施工，适合于小面积、坡度缓 的土质或砂土类边坡。采用人工植树方式，要根据当地气候、土壤特点，选取适 宜树种的根条，集中在一起并统一予以洒水，选择恰当的时间，按一定间距，上 下左右梅花型交错挖坑，并浇水湿润，然后将根条放入，并及时覆土，适当拍实。 2 ) 植生带这是一种通过将已成苗草皮，或将植物种子夹在多层无纺土工 织物或天然纤维垫中直接密贴在边坡表面进行快速绿化的方法，适合于坡度较 缓、坡表平整的土质或砂土类边坡。 3 ) 网袋工程这是一种将植物种子、肥料、土壤混装在纤维网或金属网袋 中，然后固定在边坡表面上进行绿化的方法，适合于土石边坡和稳定岩质边坡。 种子可从粮种公司购买合格的种子，使用直径5 0m i l l 的袋装满种植土、腐植土， 每个袋子装入2 3 粒种子，并埋入土3c m 深。根据天气情况，进行洒水或浇 水养护。 4 ) 挖沟( 钻孔) 工程这是一种按一定平面布置在边坡上挖沟或钻孔，然 后在沟或孔体内填土进行绿化的方法，适合于硬度较大的土质边坡或稳定岩质边 坡。 5 ) 框格工程这是一种工程防护措施与生态防护措施相结合的方法，它采 取在边坡上砌筑或装配一定形状的混凝土( 或其它具有一定强度的工程材料) 框 格，然后在框格内堆填土体来进行绿化，适合于坡度较陡的土质和易风化的岩质 边坡。 6 ) 有机基材喷播采用砂浆喷枪，通过压缩空气将植物种子、有机质植物 生长基、水泥或合成树脂等粘结剂与水的混合物喷射并粘结在边坡表面，形成3 1 0c m 厚的有机质植被层，适合于各类稳定岩质边坡。 7 ) 厚层喷播采用湿式喷枪，通过压缩空气将植物种子、肥料、土壤和水 的混合物洒布在边坡表面上，形成l 3c m 厚的植被层，再在上面洒布一层乳 - 山大学2 0 0 6 届硕士学位呛文华南地区高速公路边坡植被的调查研究 化沥青以固定土壤并延缓土壤中水分的挥发，最后张拉各类纤维网、聚合物网或 金属网使植被生长层稳定附着在边坡上，并减缓雨水冲刷，适合于各类土壤条件 较差的土质边坡、土石边坡和稳定岩质边坡。 8 ) 喷混植生技术喷混植生技术是当前工程创伤的岩石边坡生态修复的最 新模式，是岩石边坡工程防护与生态绿化并重的新技术，能使植物在短时间内快 速生长覆盖。该技术利用锚杆加固铁丝网技术，运用特制喷混机械将土壤、有机 核心料、粘结剂、植物种子等混合干料加水后喷射到岩面上，形成近1 0 c m 厚度 的具有大小孔隙的硬化体。 由于植被覆盖的速度较慢，水土保持效果较差，施工复杂，造价昂贵以及影 响公路两旁环境生态的景观，前四种工程技术己逐渐被淘汰。而以液压喷播 ( h y d r o s e e d i n g ) 为核心的各种植被恢复技术已经得到了普遍的应用。 ( 2 ) 液压喷播( h y d r o - s e e d i n g ) 的原理及优点 液压喷播技术是以水为载体的植被建植技术，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，再用高压喷枪均匀地喷洒于边坡面上的一种 施工技术，具有施工时间短、效率高、成活率高的特点。喷播后的混合物在土壤 表面形成一层膜状结构，能有效地防止冲刷，并能在较短时间内萌芽长成植株迅 速覆盖地面，以达到稳固边坡和绿化美化边坡之目的。采用液压喷播植草，易于 施工，成长迅速。特别是在坡度很陡及常规设备到不了的地方，液压喷播的优势 就更为明显。 ( 3 ) 以液压喷播为基础的坡面绿化技术的研究和应用 目前，日本在该领域处于世界领先，于2 0 世纪7 0 年代开发出了适宜岩石 边坡植物防护的波形纤维土绿化方法，此后，又开发了多种针对岩石边坡的喷射 绿化施工技术，可应用于坡度小于l ：0 5 的软岩、硬岩边坡及酸性、强酸性土 质边坡( 申新山，2 0 0 3 ) 。近年来，绿化网护坡、厚层基料喷射、植被型混凝土 等已成为日本最为广泛的生态护坡技术。厚层基料喷射护坡技术是日本于1 9 7 6 年首先开发出来的，主要用于软弱岩石边坡的生态防护。日本客土喷播厚度为 2 - 3 e m ，只适合日本国土气候带，不适合我国热带、亚热带地区植物的水热需求， 草坪往往因伏秋干热而枯死。日本在植被型混凝土方面做了大量的研究，但其成 本过高，不适合我国国情。 1 0 t 1 a 山大学2 0 0 6 同硕士学位论文引言 在西班牙，早在1 9 8 9 年液压喷播技术就被广泛的用于人类活动所留下的裸露 的陡峭的边坡的覆盖植被的建立( i t g e 1 9 8 9 ) 。t i l t o n ( 1 9 9 6 ) 认为液压喷播的成 功取决于许多因素。其中包括：1 喷播基质中每种组成成分的特性和含量。2 喷 播对象的地质特性。3 植物种类的正确选择。4 避免喷播的种子被风或雨水搬运 到别处。5 改善土壤的条件帮助植物生长。m o n t o r o 甜以( 2 0 0 0 ) 在陡峭的人工 边坡上用三种液压喷播技术进行了实验，结果表明：喷播后用稻草和植物体进行 覆盖，可以很好的抵抗雨水的冲刷，基质中有机质的添加对土壤结构有明显的改 善作用。因此他们认为液压技术和有机质的改良相结合可以有效的控制人工造成 的边坡的水土流失；而当喷播后用稻草覆盖时，再添加腐殖酸可以达到较好的效 果，因为腐殖酸很容易跟土壤合成一体，改善土壤的结构，这比用其它的覆盖物 要好得多。 我国也开始了各种以液压喷播为基础的坡面绿化技术的研究和应用，并取得 了一定的进展。在2 0 0 0 年，已有岩石坡面喷混快速绿化新技术的报道( 章梦涛， 2 0 0 0 ；张俊云，2 0 0 0 ) 。在此之后，岩石边坡生态治理的技术研究及应用又有某 些报道，尽管这些技术的原理和方法相近，但采用的名称有所不同，如喷混植生 技术、有机基材喷植、水泥生态种植基、植被混凝土护坡绿化技术等( 徐国钢， 2 0 0 4 ) 。 1 4 2 用于边坡植被恢复的植物种 ( 1 ) 目前常用于边坡植被恢复的植物种 过去国内用于护坡的植物种都只限于草坪草和草本植物，但是草本植物与木 本植物相比，草本植物根系较浅，护坡效果较差，因此，目前已开始采用灌木护 坡。此外，草花在护坡上也有应用，其景观效果比草坪草更好。表1 2 是华南地 区常用于边坡绿化的一些植物种。 ( 2 ) 用于边坡植被恢复的植物种的筛选 因为植物的生长受气候和土壤条件的影响很大，不同地区在边坡绿化时所用 的植物种也是不一样的。在我国，目前边坡植物的筛选主要遵循以下几个原则( 潘 树林等，2 0 0 5 ) ：1 ) 选择适合当地气候条件的植物：选择适合当地生长的植物 是关键环节。在选择绿化材料时首要考虑的是气温。最高气温决定植物是否能安 1 1 小山大学2 0 0 6 届硕士学位沦文 华南地区高速公路边坡植被的调矗研究 全越夏，而最低气温决定能否安全越冬。2 ) 选择根系发达、分生能力强的植物 表1 2 华南地区常用于边坡绿化的植物种 ! ! ! ! ! ! ：! ! 堕坐! 塑! ! ! ! ! ! ! 垫! 堕p ! 竺兰g ! ! 型! ! 翌垫塑! 尘竺! ! ! ! 植物名 科特性 f a m i l y c h a r a c t e r i s i t i c 植物根系的好坏直接关系到固土能力。地下生长量越大，根系分布越深、保持水 土能力越强，植物的抗逆性也强。较强的分生能力可以增加覆盖度，减少土壤裸 中山大学2 0 0 6 届硕士学位论文引言 露及降水的侵蚀能力。但是植物不能过高，生长不能太快，否则会影响景观，增 加维护成本。3 ) 选择抗性强、耐瘠薄的植物：边坡土壤般较为贫瘠，因此， 应选择较耐瘠薄的植物。边坡土壤保水性能差，应选择耐早的植物。同时由于养 护强度低，还要求植物具有较好的抗病性。4 ) 采用混播技术一种草往往不能满 足各方面的要求。而多种植物混合可以增加群体的生物多样性和稳定性，因此可 将不同的草种按定的比例混合起来，使其在不同的阶段发挥作用。多种草花混 合使用，将有可能达到“三季有花，四季常青”的效果。 近年来，国内已经开展了一些关于护坡植物种的筛选工作。席嘉宾等( 1 9 9 8 ) 1 9 9 6 年在陕西省西临高速公路灞桥收费站对适应于陕西省高等级公路绿化的草 种进行了研究。供试草种包括禾本科及豆科的1 1 个草种。经对各草种的密度、生 长速度、盖度、颜色、绿期、地上生物量、地下生物量等生物性状指标进行测定 分析。结果表明，除了白三叶和结缕草未能正常出苗或定植外，其它各草种均 能正常生长，其中，禾本科的无芒雀麦、高羊茅、多年生黑麦草以及豆科的红 豆草、小冠花，在各个时期的性状表现比较优良，可以作为陕西省高等级公路 边坡绿化的应用草种。刘德荣等( 2 0 0 0 ) 选择狗牙根、百喜草、和弯叶画眉草在 深圳市赤红壤阳坡上单独或按不同比例混合喷建了8 种不同类型草坪，系统地研 究了它们的生态、社会和经济效益，并采用层次分析( a h p ) 结构模型对不同草 坪进行综合评价。筛选出了适宜草种和优化草种组合。结果表