（环境工程专业论文）公路路域植被退化评价指标体系应用研究.pdf

摘要 高速公路的建设在促进地区经济发展的同时，也对路域生态系统造成了一定程度的 破坏，特别是对植被的破坏。虽然在建设过程中建设者也采取了一些生态防护措施对坡 面植被进行恢复，但由于后期的养护管理缺位或者是所选的物种不合适，导致边坡植被 退化。为了科学地评判路域边坡植被退化程度，本论文在查阅国内外文献的基础上提出 了公路路域植被退化评价植被体系，并结合铜黄高速公路生态护坡开展应用研究，主要 获得了以下成果： ( 1 ) 2 0 0 1 年铜黄高速公路建设者对高陡边坡完成了3 2 7 万m 2 植被建植任务，并 且在当时取得了较好的效果，植被覆盖度在5 0 以上。经过近十年的自然演替，一些生 态防护类型的植被覆盖率有所降低，有的甚至裸露，物种数也有所减少，与建植初期相 比一些生态防护类型的植被出现了不同程度的退化。本论文主要从区域气候条件、土壤 环境和工程因素三个方面分析了引起路域植被退化的原因。 ( 2 ) 通过咨询专家、实地调查并结合对现有植被退化评价指标体系的合理性分析， 提出了一套适合公路路域植被退化的评价指标体系，该指标体系具有操作简单、数据易 获取、实用性强等特点，主要包括5 个评价指标：群落生物量、植被覆盖度、群落高度、 物种多样性指数、生态优势度。 ( 3 ) 运用本论文提出的路域植被退化评价指标体系，基于层次分析法的综合评价 方法，对铜黄高速公路的五种典型生态护坡类型开展了退化程度的评判，结果表明，喷 播植草护坡没有退化，砼骨架植草护坡属于轻度退化，拱护植草护坡和穴播植草护坡属 于中度退化，水平沟植草护坡属于重度退化。 ( 4 ) 应用该评价指标体系所获得的评价结果与现场实际调查所得到的信息一致， 说明该评价指标体系适合于公路路域边坡植被退化程度的评价。 关键词：路域边坡植被退化指标体系综合评价 a b s t r a c t a l t h o u g ht h ec o n s t r u c t i o no fh i g h w a yh a sac e r t a i np r o m o t eo nr e g i o n a le c o n o m i c d e v e l o p m e n t ，i tc a u s e sac e r t a i nd e g r e ed e s t r u c t i o no fr o a de c o l o g i c a ls y s t e m ，e s p e c i a l l yt o v e g e t a t i o nd e s t r u c t i o n a l t h o u g hi nc o n s t r u c t i o np r o c e s sb u i l d e rh a st a k e ns o m ee c o l o g i c a l p r o t e c t i v em e a s u r e so ns l o p ev e g e t a t i o nr e s t o r a t i o nb u i l dp l a n t ，d u et os e l e c t e ds p e c i e sd i d n o ta d a p tt ot h el o c a le n v i r o n m e n te a r l yo rl a c k i n go fm a i n t e n a n c em a n a g e m e n tl a t e ， r e s u l t i n gi ns l o p ev e g e t a t i o nd e g e n e r a t i o n i no r d e rt os c i e n t i f i c a l l ye v a l u a t er o a ds l o p e v e g e t a t i o nd e g e n e r a t i o nd e g r e e ，t h i sp a p e rl a u n c hae v a l u a t i o ni n d e xs y s t e mo fr o a ds l o p e v e g e t a t i o nd e g e n e r a t i o no nt h eb a s i so fd o m e s t i ca n df o r e i g nd o c u m e n ta n dc a r r y i n go u tt h e a p p l i c a t i o na n dr e s e a r c ho nt h ee c o l o g i c a ls l o p ep r o t e c t i o no ft o n gh u a n gh i g h w a y , m a i n l y g e tt h ef o l l o w i n gr e s u l t s ： ( 1 ) i n2 0 0 1t h eb u i l d e ro ft o n gh u a n gh i g h w a yf i n i s ht h ev e g e t a t i o np l a n t i n gt a s ko f 3 2 7m i l l i o nm 2o n h i g ha n ds t e e ps l o p e ，a n do b t a i n i n gab e t t e re f f e c ta tt h a tt i m e ，v e g e t a t i o n c o v e r a g ea r em o r et h a n5 0p e r c e n t a f t e rn e a r l y10y e a r so fn a t u r a ls u c c e s s i o n ，v e g e t a t i o n c o v e r a g eo fs o m ee c o l o g i c a lp r o t e c t i o nt y p ei sd e c r e a s e d ，s o m ee v e nb a r e ，t h es p e c i e si sa l s o r e d u c e d ，c o m p a r e dw i t hb u i l dp l a n te a r l y , v e g e t a t i o no fs o m ee c o l o g i c a lp r o t e c t i v et y p e s a p p e a r e dd i f f e r e n td e g r e eo fd e t e r i o r a t i o n t h i sp a p e rm a i n l ya n a l y z e st h er e a s o no fr o a d v e g e t a t i o n d e g e n e r a t i o nf r o mr e g i o n a lc l i m a t ec o n d i t i o n , s o i le n v i r o n m e n ta n de n g i n e e r i n g f a c t o r s ( 2 ) t h i sp a p e rg i v e sa ne v a l u a t i o ni n d e xs y s t e mt h a t f i tt oe v a l u a t et h er o a df i e l d v e g e t a t i o nd e g e n e r a t i o nv i ac o n s u l t a t i o ne x p e r t ，f i e l di n v e s t i g a t i o na n dc o m b i n a t i o no ft h e r e a s o n a b l ea n a l y s i so fv e g e t a t i o nd e g e n e r a t i o ns y s t e m t h es y s t e mw i t hh i g hp r a c t i c a b i l i t yi s s i m p l et oo p e r a t ea n de a s yt og e td a t a i tc o n t a i n s5a s s e s s m e n ti n d e x e s ：c o m m u n i t yb i o m a s s ， v e g e t a t i o nc o v e r a g e ，c o m m u n i t yh e i g h t , s p e c i e sd i v e r s i t yi n d e xa n de c o l o g i c a ld o m i n a n c e ( 3 ) a f t e re x e r c i s i n gt h i si n d i c a t o rs y s t e mo nt h et y p i c a ls t y l e so fe c o l o g i c a lp r o t e c t i o no f t o n gh u a n gh i g h w a yf o l l o w e db yu t i l i z i n gc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o nb a s e do na n a l y t i c h i e r a r c h yp r o c e s s ，t h ed e g r a d a t i o nd e g r e eo fe a c he c o l o g i c a lp r o t e c t i o np l a n t sc a nb eo b t a i n e d t h a ts e e d i n ge c o l o g i c a ls y s t e mh a v en od e g r a d a t i o n ，c o n c r e t es k e l e t o ne c o l o g i c a ls y s t e m b e l o n gt om i l dd e g r a d a t i o n ，b u n c hp l a n t i n ge c o l o g i c a ls y s t e ma n da r c he c o l o g i c a lp r o t e c t i o n i i i b e l o n gt om o d e r a t ed e g r a d a t i o n ，h o r i z o n t a ld i t c he c o l o g i c a l p r o t e c t i o nb e l o n gt os e v e r e d e t e r i o r a t i o n ( 4 ) t h er e s u l t ss h o w e dt h ee v a l u a t i o nr e s u l t so ft h ee v a l u a t i o ns y s t e ma r ea l m o s ts a m e w i t ht h ei n f o r m a t i o ng o tf r o mt h ep r a c t i c a li n v e s t i g a t i o n ，s oi tp r o v e st h a tt h es y s t e mi s f i tt o a s s e s st h er o a ds l o pv e g e t a t i o nd e g e n e r a t i o nl e v e l k e yw o r d s ：h i g h w a ys l o p e ，v e g e t a t i o nd e g e n e r a t i o n ，i n d e xs y s t e m ，c o m p r e h e n s i v e e v a l u a t i o n i v 长安大学硕士学位论文 1 1选题背景 第一章绪论 公路建设的历史悠久，在最早建设时由于受到技术的限制，所修建的公路等级都较 低并且其走势也主要依赖于当地的地形地貌，所以对线路两侧的自然生态环境产生的破 坏程度也较小。但在近二十年中，我国公路建设的速度明显加快，特别是高速公路的建 设，截止2 0 1 0 年底总里程数已经突破3 7 0 万公里，成为世界第二。高速公路建成后其 承担着多重功能，不仅要兼顾经济、社会、政治、军事等多方面的需要，而且其平纵线 形也要满足行车安全、快捷、高速行驶的需求，因此在一些路段就不可避免地进行高填 深挖，改变了原始的地形地貌：除此之外在建设过程中产生的取土场和弃土渣场都会对 沿线周围产生一定程度的破坏，加剧了土地沙化、水土流失、山体滑坡等地质问题的发 生，从而引发一系列的严重后果，再加上运营后期缺少一定的管理最终导致公路建成后 严重的生态退化。在公路建设过程中对生态影响和破坏的方式主要有：主体工程占用、 分割土地，导致沿线土地减少，植被覆盖率降低；填筑路堤时的取土以及开挖路堑所产一 生的弃土，都将会对原有的地形、地貌、植被和土体结构产生一定的破坏，相应地也改 变了生物的生存环境，影响其生长、活动的规律，阻碍生态系统的正常演替。 高速公路的快速发展，在促进地区经济快速发展、扩大内需和拉动国民生产总值持 续稳定增长的同时，也给沿线的生态环境带来了一定的破坏。高速公路的修建、路网的 形成不仅会改变该地区的生态环境，同时还会改变原有的景观结构，改变物流、能流及 信息流的传输方式和通道。如果没有采取及时有效的生态补救措施，高速公路的建设对 自然人文景观、生态环境的损害是比较严重。由于对道路建设的要求越来越高，路基填 挖高度也在加大，因此将会形成大量的高填深挖路段。为了降低投资费用，这些路段优 先选用以填挖土方的形式通过很少采用高架桥和隧道。因此，高陡边坡使山体严重被切 割且处于不稳定状态，高填深挖后频频诱发地质灾害。虽然在建设过程中建设者也采取 了一些工程措施和生态防护措施或者是工程和生态相结合的措施，但到运营期的后期效 果都不是特别理想，特别是生态防护措施中植被退化比较严重。然而现阶段对公路运营 期植被退化的关注还不够，目前大多数研究都从生态环境的角度出发，选取大气、生物 多样性、水、噪声等几个具有代表性的评价指标，来评价高速公路建设对其产生的影响 第一章绪论 和破坏程度，从整体上评价高速公路的建设对生态环境的影响，并且在此基础上指导高 速公路合理选线，以及制定合理的环境保护措施和防治对策，达到保护自然环境和社会 环境的目的【l 】。但迄今为止，尚未见对公路运营后路域植被退化方面的报道。 本论文是以现有已建公路( 铜( 川) 黄( 陵) 高速公路) 为依托，通过咨询专家、 收集资料、实地调查并应用生态学的原理探索一套具有科学性、实用性以及可操作性的 路域植被退化评价指标体系，并对该指标体系在铜黄高速路的一些典型生态防护类型上 进行应用。 铜黄高速公路是国家“九五 计划重点工程建设项目之一，是陕西省第二批利用国 家银行贷款建设的公路项目，是包茂高速( 6 5 国道) 的重要组成部分，是西( 安) 铜( 川) 高速公路的延伸。铜黄高速公路起自铜川，经宜君县，跨越漆水河、西河、沮河等主要 河流，穿越黄土沟壑地带，止于黄陵县康崖底，全长7 2 2 5 公里。该项目于1 9 9 8 年4 月6 日开工修建，全线于2 0 0 1 年4 月2 9 日建成通车。 铜黄高速公路的建设极大地改善了关中通往陕北地区的运输条件，增强了西安中心 城市的辐射能力。高速公路的建设不可避免的会引起周边土地利用模式和植被状况的改 变，对周围生态环境也会产生较大的影响，在建设过程中建设者对生态环境问题也非常 的关注。基于此，陕西省高等级公路管理局和交通部科学研究院在1 9 9 9 年1 0 月和2 0 0 0 年5 月1 1 月以铜黄高速公路为依托通过初试、中试，主要获得了以下成果： l 、筛选出了适合铜黄高速公路植被建植的若干耐旱物种，如沙打旺、草木樨、沙 蒿、冰草等； 2 、证明当时采用人工刻挖鱼鳞坑、水平沟、修筑砼骨架等工程措施与湿法喷播技 术相结合的方式以实现高陡边坡植被的建植是有效的； 3 、建立了一套适合我国黄土地区高速公路建设的生态环境指标体系。 初试和中试试验在当时取得成功以后，研究者又在铜黄高速公路的7 、8 、9 和1 1 、 1 2 标段，共完成了3 2 7 万m 2 的高陡边坡的植被建植任务，并且在当时都取得了很好的 效果，植被覆盖率都在5 0 以上。但如今通过实地调查发现，一些生态防护类型的植被 覆盖率有所降低，有的甚至裸露，经过将近十年的自然演替后与建植初期相比，一些生 态防护类型的植被出现了不同程度的退化。对于这种现象，需要用什么样的指标来表征 它的退化，以及各种生态防护类型植被相对退化的程度将是本论文所要解决的问题。 2 长安大学硕士学位论文 1 2 研究目的及意义 由于高速公路在穿越丘陵和山区时，高填、深挖路段较多，对自然地貌、地面植被 破坏较大，如果不采取一定的防护措施将会带来一系列的地质灾害。但随着对景观效果 要求的增加，传统的工程防护现已不能满足其要求，取而代之的是生态防护，以“安全 第一、环境优先、恢复生态 为目标已成为当代公路建设与生态环境协调发展的必然要 求。国内外有许多的学者在不同的地区应用什么样的生态防护类型、种植哪些植物比较 合适以及各物种之间的配比是多少等方面做了大量的研究工作，并在植被的建植初期都 取得了不错的效果，但随着时间的推移边坡上的植被开始慢慢退化。在现有的研究资料 中对植被退化的评价大都集中在定性评价或者利用单一指标例如植被覆盖度作为评价 的唯一标准，然而一些在定量评价方面，其所选择的指标也都希望面面俱到，导致指标 选取过多、数据获取困难，指标重叠性较高，使得最终的评价结果可信度较低；在具体 评价方法方面，目前也尚无统一的评价方法，而且评价过程也较为复杂。本论文正是基 于以上问题，希望通过咨询专家、资料收集和实地调查，探索并提出一套具有科学性、 实用性以及可操作性的适合公路路域植被退化的评价指标体系，并对该指标体系在铜黄 高速公路路域的一些典型生态防护类型进行应用，为以后能够准确定量评价路域植被退 化程度提供一定的理论支持。 1 3 国内外研究状况 1 3 1国外研究现状 ( 1 ) 国外生态恢复研究概况 关于生态恢复，国外已经做了大量的研究工作。恢复生态学研究起源于1 0 0 年前的 山地、草原、森林、野生生物等自然资源管理研究，其中2 0 世纪初的水土保持、森林 砍伐后再植的理论与方法在恢复生态学中沿用至今。例如p h i p p s 于1 8 8 3 年出版了有关 森林再造的专著。 美国恢复生态学会提出了生态恢复定义，即生态恢复是协助退化的、受损的、被破 坏的生态系统恢复的过程。 生态恢复作为一种新的思想，最早是由l e o p o l d 于1 9 3 5 年倡导的【2 1 ，并且他与助 手一起于1 9 3 5 年在威斯康星大学植物园恢复了一个2 4 l l n l 2 的草场。直到2 0 世纪7 0 年 第一章绪论 代以后，生态恢复研究才取得了较大的进步，学术界对受损生态系统的改良( 恢复、重 建、改建) 开始了较为系统的研究，1 9 7 5 年3 月在美国弗吉尼亚工学院召开了“受损生 态系统恢复 国际会议，与会专家第一次专门讨论了受损生态系统的恢复与重建中许多 重要的生态学问题，会议有3 个主要内容：不同生态系统恢复的生态过程特征：生 态系统恢复过程中的一般性原理和概念；在人类的参与和管理下，对加速生态系统恢 复和重建的展望。会议的宗旨在于唤起人们立即行动起来，开展技术措施的研究，建立 国家间的实施计划( c a i r n s 等，1 9 7 7 ) 。1 9 8 3 年在美国召开了题为“干扰与生态系统 的学术会议，系统探讨了人类干扰对生物圈、自然景观、生态系统、种群和生物种的生 理学特性的影响1 3 。1 9 8 5 年国际恢复生态学会成立。8 0 年代的联合国教科文组织人与 生物圈计划( m a b ) 的中心议题，即运用生态学的方法，研究人类活动对生态系统的影响， 以及人类参与的资源管理、利用与恢复【4 1 。1 9 8 7 年j o r d a n 等主编了第一本生态恢复研究 的专著( ( r e s t o r a t i o ne c o l o g y ) ) 。1 9 8 9 年在意大利s i e n a 举行的第5 次欧洲生态学研讨会 上，并把生态系统的恢复作为本次会议讨论的主要议题之一。1 9 9 2 年恢复生态学杂 志在美国创刊发行。1 9 9 6 年，在瑞士召开了第一届世界恢复生态学大会，大会强调恢复 生态学在生态学中的地位，恢复技术与生态学的联结，恢复过程中经济与社会内容的重 要性，随后国际生态学会每年召开一次国际研讨会【5 】。2 0 0 0 年9 月“恢复生态学 国际 大会在英国利物浦举行，大会通过对恢复生态学理论和实践的研讨【6 】【7 1 。第1 4 届国际恢 复生态学大会于2 0 0 2 年8 月4 q 日在美国t u c s o n 市会议中心召开，会议主题是“了 解和恢复生态系统，强调了生态系统的概念、基础理论及生态系统的经营和管理等方 面【引。 ( 2 ) 国外路域生态恢复研究概况 将生态恢复应用于公路建设方面的研究国外开始的也比较早，在此进程中一些标志 性年份被人们铭记：早在2 0 世纪5 0 年代，美国制定了相应的法律，要求新建公路必须 进行生态恢复。1 9 7 9 年，在维也纳召开的第1 6 届国际道路会议上，与会代表一致认为 新建与改建的道路必须考虑建设时对道路的环境保护。1 9 9 5 年9 月，举行的第2 0 届国 际道路会议对世界上部分国家进行公路环境影响评价的情况作了一次调查，旨在督促各 国加强公路环境保护的研究【9 】1 1 0 【1 1 】。 美国等发达国家早在2 0 世纪3 0 _ - 4 0 年代就意识到了道路建设中生态平衡的重要 性，开始对路域边坡进行植被恢复工作。在1 9 4 3 年和1 9 4 4 年m o o r i s h ，r h 和h a r r l s o n ， c m 就进行了公路两侧种植草皮的试验，通过不同播种时间、不同草种及草种组合的小 4 长安大学硕士学位论文 区试验来探讨建立草皮的方法【1 2 1 。随着公路植被恢复工作的进展，野生乡土植物应用研 究也得到了广泛的重视，1 9 9 1 年h a n s e n ，d j 等人提出了运用乡土植物对公路边坡进行 植被恢复，2 0 0 0 年w a r r e nm o r t l o c k 对植被恢复中乡土植物种子供求之间的矛盾及解决 办法进行了研究，促进了乡土植物在边坡植被恢复中的充分利用【l 引。 除此之外美国、日本、加拿大、西欧等国家在公路建设的环境保护方面也做了大量 而细致的工作，有很多较成熟的理论和技术方法。在边坡生态恢复方面，美国和加拿大 在边坡防护中已经基本废除了浆砌片石和喷射水泥砂浆护面等破坏自然环境的工程措 施，取而代之的是各种柔性支护和绿化措施【1 4 1 ；与此不同的是，日本则主张利用灌木进 行公路生态防护，要求公路绿化结合公路边坡坡面进行综合防护。在高陡边坡，采用挂 网( 金属) 、设置钢筋骨架、水泥方格再喷射客土进行绿化，但成本高达5 0 , - - ，1 0 0 元m 2 1 ”】。 ( 3 )国外草地生态系统退化评价指标研究概况 人类开始对草地的评价研究只有1 0 0 多年的历史，起初只是用其地上生态单因子进 行评价，而后发展到草、水、土三个方面的生态单因子研究以及多因素分析研究。2 0i i 世纪5 0 年代国外提出了草地基况( r a n g ec o n d i t i o n ) 概念及草地基况评价，草地基况即 为草地当前的状况，草地基况概念的提出开创了草地现状研究新时代。草地基况评价是 综合分析因素评价，是一个全面评价词，经常与草地变化的特殊模型或评价的特殊模型 相联系，常常假设它存在一些绝对形式，比较评价后的结果与绝对形式相差的程度。在 评价草地状况时常用草地状况的相似性指标和趋势来研究，相似性指标是当前植物群落 与历史项级植物群落或与理想植物群落相似的指标，是一个草地潜在植被状态，趋势是 对一个当前植物群落与历史顶级植物群落或一些其他理想植物群落相关的土壤变化方 向的确定。对于怎样建立草地生态系统健康评价指标体系和如何评价草地退化的程度， 许多学者也进行过有益探索。国外学者首先从土壤、植物和能量变化方面选择单因子作 为评价指标，如s a m p s o n ( 1 9 1 9 ) 认为：“土壤是植被的立地条件和营养源泉，土壤状况是 草地基况变化的一个明确标志 ，并将土壤有机质的积累这一单一因子作为评价指标； h u m p h r e y ( 1 9 4 9 ) 从草地生产角度出发，以可以利用的牧草产量占总产量的百分比为指 标对草地基况进行评价：d y k s t e r h u i s ( 1 9 4 9 ) 以减少种、增加种和侵入种反映植物群落 的种类组成，以及它们盖度或地上部分生物量所占比重反映植物群落的结构变化，揭示 和衡量草地基况的演变程度。并将增加者和侵入者的种类成分视为退化草地的指示植 物。后来美国土壤保持协会为了更好地将其应用于生产，改进和设计了在生产中更直观、 更简捷的草地分级图解。随着科学技术水平的提高和生产发展的需要，以影响草地利用 第一章绪论 和演替的多种因素为指标，提出了一系列综合判断草地当前状况和发展趋势的评价方 案，如以草地植物、土壤、动物状况为一级指标，在一级指标下包括多年生牧草生长势、 密度、有毒有害植物数量、土壤风蚀状况、冲沟的形成、绵羊及羊羔放牧结束时体增重 等1 5 项指标为二级指标进行综合评分，并建立了评分卡【1 6 】。j o r g e n s e n 等( 1 9 9 5 ) 提出使 用活化f i e ( e n e r g y ) 、结构活化f l 皂( s t r u c t u r a le n e r g y ) 和生态缓冲量( e c o l o g i c a lb u f f e rc a p a c i t y ) 来评价生态系统健康。1 9 6 9 年沼田真年提出演替度( d s ) 概念，演替度即植被演替阶段背 离顶极群落的程度，植被演替度作为衡量植物群落演替的综合性指标，从植物优势度和 植被覆盖率两方面反映植物群落演替，因而可以作为放牧草地植被的定量分析指标b t 。 1 3 2 国内研究现状 ( 1 ) 国内路域生态评价研究概况 虽然公路环境影响评价已经在我国已经开展了近三十年的时间，但生态环境部分并 没有受到足够重视，尤其公路建设项目属于非污染型建设项目，其带来的生态污染与破 坏不像水利、矿业项目显著，因此，作为环境评价的一部分，生态环境影响评价没有得 到人们的重视，与其他评价方面相比，评价内容不统一、深度不够。 近年，随着“生态”成为热门的研究方向，公路建设项目中的生态问题也成为研究 重点，但是就目前的研究情况来看，大多研究停留于表面问题的探讨和阐述，对于生态 环境影响评价的理论内容与方法研究涉及较少。 另外，由于生态系统自身的特性，即具有较强的地域性特点，所以生态环境影响评 价特别强调针对性原则。同时生态系统不像大气那样是均匀介质或单一体系，而是一种 类型和结构很高、地域性特别强的复杂系统，其影响变化包括生态结构的变化和环境功 能的变化，即有数量的变化，也有质量的变化，并且存在着由量变到质变的变化规律， 因而评价的内容、标准不仅复杂，而且因地而异。目前，在公路环境影响评价中，相比 已有一定理论基础的声环境、大气环境评价，生态环境影响评价的内容、方法、标准尚 处于探索阶段 i s l 。 国内在生态环境影响评价方面也进行了一些研究。但总体来说，目前国内学者的研 究以定性为主，比较笼统，研究不够具体和深入。 中国地质大学的程胜高提出了生态环境影响评价的基本概念与内容，认为生态环境 影响评价包括自然生态环境评价和社会生态环境评价，评价指标体系由生物、自然、社 会因素组成。这里的“生态环境”是广义上的生态环境，包含了自然生态环境和社会( 人 6 长安火学硕士学位论文 类) 生态环境两大部分，实际上“生态环境”一词的含义应理解为等同于自然生态系统 1 9 1 0 在众多研究中，毛文永编著的生态环境影响评价概论( 修订版) 是较为全面和 科学的书籍。其中以生态学为基础，以生态系统为研究对象，较为全面地介绍了生态环 境影响评价的基本理论内容，同时针对不同建设项目的生态环境影响评价提出了各自的 评价要求和重点，并对生态环境影响评价方法进行了一定的研究t 2 0 l 。 在2 0 0 6 年颁布的公路建设项目环境影响评价规范( j t g b 0 3 2 0 0 6 ) 中规定，在 进行生态评价时宜用生物量、物种多样性、植被覆盖率、频率、密度、优势度等指标对 评价范围内的生态特征进行工程建设前后的对比定量分析；有条件时可采用遥感、地理 信息系统等技术进行分析评价。 牛玉欣、许金良通过g i s ( g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ) 分析功能和熵权计算， 研究公路生态环境质量问题，采用压力状态响应概念框架模型和专家咨询相结 合的方法确定公路生态环境评价指标，对各评价指标进行无量纲化处理后，利用熵理论 计算评价指标的权重，并建立公路生态环境质量评价模型2 。徐瑗瑗首先根据我国公路 交通的特点，给出了公路建设项目中生态环境的概念，分析了其生态学效应，从设计期、 施工期及运营期来全面研究其对生态环境的影响，从而筛选得到公路建设项目中生态环 境影响的评价内容；其次，介绍了生态环境影响的一般评价方法，包括类比分析、生态 机理分析、图形叠置法、列表清单法、系统分析法、生产力评价法、景观生态学的方法 等并可以辅之以数学模拟进行预测，经分析后最终提出生态环境影响的综合评价方法 2 2 1 。郭云开、王钦等应用遥感技术并根据野外实地考察和已有的资料及研究成果，选取 5 个评价指标即生物丰度指数、植被覆盖指数、水网密度指数、土地退化指数、污染负 荷指数，对公路沿线生态环境质量进行了后评价【2 3 】。郑志华、崔宝军介绍了如何确定高 速公路生态环境影响评价的因子、界定评价区范围，应用已有的生态综合评价指数法对 高速公路生态影响进行综合评价【2 4 】。赵勇、孙中党等根据高速公路建设项目的特点，从 选取生态因子入手，通过定量分析的方法，得出了高速公路建设对景观及生态环境的影 响程度。结果表明：通过选取土壤、水土流失状况、工程占地量、对农作物影响、对林 地的影响、对动物影响、对景观生态影响以及对生物量影响等8 个生态因子对生态环境 影响进行综合评价，可以比较清楚的反映公路建设对生态环境的综合影响程度，并且该 综合评价方法具有计算简单和直观的特点【2 5 】。王钦以实地数据及遥感影像为基础，在影 像上对长潭高速公路沿线两侧各3 0 0 m 范围内予以切割，利用t i t a ni m a g e6 5 进行遥感 第一章绪论 图像预处理和分类处理并结合现场调查数据和目视解译，对分类后的结果进行编辑、整 合及修改，得到基于遥感的环境信息数据。然后利用遥感处理结果，根据野外实地考察 和已有的资料及研究成果，对长潭高速公路沿线生态环境质量进行后评价【2 6 1 。彭士涛利 用3 s 技术作为辅助手段，以1 ：5 万地形图为调查研究的基础底图，对河南省南阳市内 乡至西坪( 豫陕界) 段高速公路沿线两侧各4 k m 范围内遥感图像的土地利用类型等进行 解译，结合野外实地考察，验证解译结果，并利用已有的资料和研究成果，参考2 0 0 3 年国家环境监测总站颁布的生态环境质量评价方法，对公路沿线生态环境质量进行 评价，结果表明只要在公路建设过程中采取一定的环保措施以及生态恢复和补偿措施， 工程建设就不会对路域生态系统产生明显的影响【2 7 1 。 ( 2 ) 国内植被退化研究概况 我国高速公路从1 9 8 8 年开始起步，以“五纵七横”规划为基础，经过近几十年的 迅速发展，截止2 0 0 9 年底通车里程已达到6 5 万公里，位居世界第二。在高速公路带给 我们快捷、安全、方便的同时，高速公路的修建对植被的破坏也是相当的严重。虽然在 施工和营运时采取了一些植被恢复措施，但是效果不是特别的理想，在公路建成以后几 年里植被就出现不同程度的退化。基于此，前人已做了一些相关的研究。 评价指标研究如：章家恩、徐琪在退化生态系统的诊断特征及其评价指标体系【2 8 1 中提出了定量评价生态系统退化程度的指标体系( 植被退化主要表现在植被数量、组成 与结构、生产力与功能、品质等几个方面。表征植被数量的指标有植被覆盖率、裸地化 面积等，表征植被组成与结构的指标包括植物种类、丰度、优势度、密度、均匀度和物 种多样性指数等：表征植被功能与生产力的指标有：生物量、净第一性生产力、光合产 物量；表征植物品质的指标有：污染物含量、植物中养分含量、微量元素含量等) ；魏 凤虎在高速公路生态系统评价指标体系的研究【2 9 l 中借鉴压力一状态一响应( p s r ) 框架模 型的构建思路，建立了高速公路生态系统评价指标体系框架模型，应用该框架模型构建 了高速公路生态评价指标体系( 建设期的评价指标：植被覆盖率、水土流失强度、生物 多样性、生态系统稳定性、廊道效应、景观多样性指数；运营期的评价指标：空气污染 指数、水污染指数、噪声影响程度、廊道效应、生物多样性、生态系统稳定性和景观多 样性指数) ，并针对该指标体系提出了相应的指标测算方法；李援越、祝小科在退化喀 斯特群落自然恢复程度评价p 川中选择不同演替阶段群落的生物量、群落高度、与顶极群 落的相似系数、显著度和盖度等为指标，用层次分析法对退化喀斯特群落自然恢复的程 度进行评价：贾志荣、张玮在公路边坡植被恢复质量评价指标及方法研究【3 1 】中筛选出了 r 长安大学硕士学位论文 公路边坡植被恢复质量评价指标( 提出了绿期、盖度、多度、截流量、综合抗性、根系 稳定效果、景观优美度、管理水平8 个重要评价指标) ，并给出了量化的计算方法，最 终得出坡面恢复质量的评价值及质量等级；刘映良在喀斯特典型山地退化生态系统植被 恢复研究f 3 2 】中选取群落生物量、群落高度、凋落物量、显著度、土壤有机质、土壤总空 隙度6 个指标，对退化喀斯特群落自然植被恢复程度进行评价。 评价方法研究如：苏为华在多指标综合评价理论与方法问题【3 3 】中对国内近二十年来 多指标综合评价理论研究与应用成果进行了总结，全面系统地研究了多指标综合评价技 术中的有关理论与方法问题；贾志荣、张玮在公路边坡植被恢复质量评价指标及方法研 究1 3 i 】中利用基于a h p ( 层次分析法) 的综合评价方法得出坡面恢复质量的评价值及质 量等级；孙建国、艾廷华在基于n d v i ( 归一化植被指数) 气候变量特征空间的植被退 化评价【3 4 j 中通过实际n d v i 和潜在n d v i 的对比对植被退化程度做出评价；刘建军在大 型公路工程生态环境影响的综合评价【3 5 】中用系统工程的观点和统计学的思想，建立了大 型公路工程( 国道2 1 6 线) 对生态与环境影响的综合评价指标体系，并给生态与环境受影囊， 响程度的等级划分了评价标准，应用权重累和模型得出了综合评价结果，并筛选出对工 程影响反映最敏感的环境因素；许明举、宋汉斌、赖丙娣在基于模糊物元分析的高速公 路生态护坡效果评价【3 6 】中应用定量判断的方法指出了哪种生态防护效果较优。 相关理论研究：黄小军、陈兵在高速公路路域生态系统理论研究【3 7 】中总结出路域生 态系统需研究的主要内容并提出了一些理论依据，并指出目前我国高速公路系统对于路：。 域生态系统植被恢复的验收依据主要有两处，一是在公路建设项目环境影响评价规范 ( 试行) j t j t 0 0 6 9 8 中的验收要求填方边坡植被的覆盖率在秦岭、淮河以南应在7 0 以上，以北应在5 0 以上，二是在中华人民共和国公路工程国内招标文件范本( 2 0 0 3 年版) 中，其第五篇第7 0 0 章规定：“植物栽植的成活率在规定的时间内应符合下述标 准：处于平原区内时应达9 0 以上，处于山区时应达8 5 以上，处于寒冷草原及沙、碱、 干旱区时应达7 5 以上”。 在目前植被退化的研究中，并没有提出一种公认的评价指标体系或者是评价方法， 不同的学者采用不同的研究方法，导致最终得出的结论也不能得到其他学者的认可。并 且现在大多数评价指标体系中都含有定性和定量的指标，由于在对定性指标的量取时不 同的人有不同的标准，因此即使是同一个评价指标体系、同一种评价方法也会得出不同 的结果。 9 第一章绪论 1 4主要研究内容 1 、通过野外实地调查，描述各种生态防护类型植被生长现状，并从区域的气候条 件、土壤环境和工程因素三个方面分析引起植被退化的原因； 2 、在总结前人的工作、分析现有植被退化评价指标体系合理性的基础上，提出一 套较为完善、可操作性强的路域边坡植被退化评价指标体系； 3 、通过对本论文提出的评价指标体系在铜黄高速公路上的应用来验证该路上各种 生态防护形式植被退化程度与实际调查是否一致，并分析所得到的结果。 1 5技术路线 本论文的主要技术路线见下图1 5 1 图1 孓l 研究技术路线图 1 0 长安大学硕士学位论文 第二章路域边坡植被退化基础理论研究 2 1 基本概念 ( 1 ) 路域生态系统 按照现代生态学的观点，生态系统就是生命系统和环境系统在特定空间的组合。因 此，路域内的生命系统与环境系统可以构成路域生态系统。公路生态环境保护设计及评 价中所称的路域生态环境是指公路中心线两侧各2 0 0 m ( 对动物作评价时可按其活动规 律适当扩大) 范围内的自然保护区、水源保护区、森林、草原、湿地和野生生物及其栖 息地等。当道路建成以后，随着绿化和生态恢复为主的环保工程的实施，出现了一个新 的生态系统，它的范围是道路用地界之内，宽约5 0 7 0 m ，长数十至数千米的地带。其 中生物因素包括中央隔离带的植被、边坡植被、护坡道植被、立交区植被和隔离栅植被 等；另外，这里栖息了许多小型哺乳动物和爬行动物、灌丛和枝头的鸟类、农田迁来的 害虫和天敌、排水沟的两栖类等。这一系统的成分、结构、演替等比周围自然生态群落 要单纯，比农田等人工生态环境又要复杂。其有代表性的特点是外来种属的引进，乔、 灌、草、动物等生态多样性的变化，可以称它为“路域生态系统【3 引。 ( 2 ) 公路边坡 包括路堑边坡和路堤边坡。路堑边坡：通过开挖天然地面将表层土壤和植被搬离原 地而形成的，经过长期的生成和演变一般具有复杂的地质结构；路堤边坡：指的是在天 然地面上用土或石填筑的具有一定密实度的堤岸式路面。 ( 3 ) 生态边坡 关于生态边坡目前还没有相关文献对其进行科学定义。郝岩松、王国兵等在论文中 定义生态边坡为各种人为因素( 如修筑公路、铁路、矿山、水利水电工程、农业活动等) 和自然因素( 如侵蚀、滑坡、泥石流等) 形成的裸露斜坡，在生态学、工程力学、植物 学、水力学等学科基本原理的指导下，进行人工生态防护与修复后所形成的边坡，统称 为生态边坡【3 9 1 。 ( 4 ) 退化生态系统 指在一定的时空背景下，生态系统受自然因素，人为因素或两者的共同干扰下，使 生态系统的某些要素或系统整体发生不利于生物和人类生存要求的量变和质变，系统的 第二章路域边坡植被退化基础理论研究 结构和功能发生与原有的平衡状态或进化方向相反的演替。 ( 5 ) 植被退化 它是一个相对的概念，是相对于一个顶级的生态系统而言的，指背离顶级群落的程 度。 ( 6 ) 路域植被退化 路域植被生长在一个特殊的生态环境中，这是一个经过人工干预后所建立起来的生 态环境。在最近的公路生态恢复研究中，验收时一般都将植被覆盖度作为路域植被退化 与否的指示性指标，但作为一个系统应该通过一系列的能够表征其退化的指标对其进行 综合的判定。植被退化主要表现为群落结构简单化，生物多样性降低，食物链缩短等【4 0 1 。 ( 7 ) 指标( i n d i c a t o r ) 意思是将各种统计数值综合在一起能表明经济的状况或经济发展方向。指标是可以 定量的一种信息，它有助于人们对事物的综合理解。指标一般具有以下的基本特征： 具有明确的含义： 一般能够进行定量化，容易解释和说明，具有综合概括反映事物关键因素的能力， 在时间上具有动态性，对事物的变化具有敏感性； 指标是一定复杂事物或现象的替代物，力求逼真但却不能等同。 ( 8 ) 指标体系 亦称评价指标体系，是为了达到某一种评价目的，由一组既独立又相互关联并能较 完整的表达评价要求的评价指标组成的f 4 1 1 。 2 2指标体系的选取原则 路域植被退化评价指标是对路域植被退化进行数值表达的一种形式或计量尺度。为 了建立一套系统、完整、客观、灵活，而且便于操作的路域植被退化评价指标体系，首 先，要使指标体系能够完整准确地反映路域植被质量的状况，另外，使指标体系最简化、 最小化，“简是指标概念明确，调查度量方便易得，“小 是指标总数尽可能少，使调 查度量经济可行。为此，本论文评价指标的设置应遵循以下原则： ( 1 ) 相对完备性原则。 评价指标体系所选的指标作为一个有机整体，应能全面地反映和测量路域植被退化 的各个方面，遵循这一原则的前提是寻求能够表征路域植被退化的大量指标要素，并进 1 2 长安大学硕士学位论文 行逐一分析； ( 2 ) 科学性原则。 评价指标体系要建立在科学的基础上，能够充分反映路域植被退化的本质，并且尽 可能地应用现代科学技术予以权衡和科学化的定量表达； ( 3 ) 相对独立性原则。 评价指标体系所选的指标应尽量避免指标之间信息量的重复，尽可能选择具有相对 独立性的指标，从而增加评价的准确性和科学性； ( 4 ) 可操作性原则。 在指标的选择上，充分考虑评价指标资料的可获取性，使指标可采集、可量化、可 对比；在评价方法上，注重客观、适用、