（森林培育专业论文）高速公路边坡生态恢复及景观重建.pdf

摘要 边坡的防护 绿化与美化是高速公路建设的重要内容 本文依托连徐高速公路和宁杭 高速公路 与公路建设工程同步 采用现场刚间试验 定位观测 典型样地观测和实地调 研相结合的手段和方法 从路基和路堑边坡的防护功能出发 用生态防护形式取代传统的 工程防护 治理裸露的土质和岩石边坡 研究结果表明 1 高速公路路基边坡防护应根据边坡土壤状况 采用植被防护和工 程防护相结合的形式 不需要采用全工程防护 在常用的1 1 5 的路基边坡中 植被防 护临界坡长与土壤质地类型有密切关系 粘土段在集中排水情况下可达到9 5 m 砂土段 在集中排水情况下可达6 5 m 左右 比经验数值3 o m 大大提高 2 混合种植模式的绿化 效果总体上优于简单种植 尤其是草灌结合的形式将近期与远期的防护和景观功能紧密结 合起来 保证了防护功能的长期性与稳定性 灌木群落的季相变化和层次变化 打破了简 单种植的呆板形式 使边坡绿化的科学性和艺术性结合起来 3 在路堑边坡防护中 用 水泥作为粘合材料的喷播基质时 随着水泥含量的增高 草种的发芽率逐渐降低 幼苗生 长较差 在用低量水泥作为粘接材料的基质中 用狗牙根 高羊茅和多年生黑麦草 能基 本成坪 基质中的水泥含量1 0 是临界点 四种草种在水泥含量超过1 0 的基质中生长都 受到明显抑制 4 在喷播的植物组分选择中 供试的7 种植物组分均具有一定的防治水 土流失的作用 但不同植物组分对土壤侵蚀量的有极显著的影响 以暖季型草种和冷季型 草种混播为基础 同时混播适量的灌木种子 有助于综合效果的提高 也有利于植物群落 向以灌木为优势种的方向演替 以达到近期和远期效果相结合 5 9 种边坡生态防护形 式各有其自身的特点和优缺点 其边坡生态防护优劣顺序为 普通喷播 挂网喷播 草包 技术 草棒技术 竹子穴植 植草护坡 藤本护坡 植生带 轮胎固土 本研究解决了公路建设过程中边坡防护的实际问题 为边坡生态防护工作提供了科学 依据 具有一定的理论意义和实际应用价值 关键词t 高速公路 边坡 生态恢复 景观 a b s t r a c t s l o p ep r o t e c t i o n g r e e n i n ga n db e a u t i f y i n ga r ei m p o r t a n tp a r t so fh i g h w a yc o n s t r u c t i o n b a s e do nx u z h o u l i a n y u n g a n ga n dn a n j i n g h a n g z h o ue x p r e s s w a y sa n ds y n c h r o n i z e dw i t h t h er o a dc o n s t r u c t i o n u s i n gt h ec o m b i n e dm e a n sa n dm e t h o d so ff 至e l dt e s t e s t a b l i s h m e n to f p i l o td e m o n s t r a t i o nm o d e l s p o s i t i o no b s e r v a t i o na n df i e l di n v e s t i g a t i o n a n di nv i e wo ft h e f u n c t i o no fr o a d b e da n dc u ts l o p ep r o t e c t i o n t h i sp a p e rn b c se c o l o g i c a lp r o t e c t i o ni n s t e a do ft h e t r a d i t i o n a le n g i n e e r i n gp r o t e c t i o nt oc o n t r o lb a r es o i la n dr o c k ys l o p e s t h er e s u l t sf r o mt h i ss t u d ys h o wt h a t1 t h ep r o t e c t i o no fh i g h w a yr o a d b e ds l o p e ss h o u l d b a s eo nt h es o i lc o n d i t i o na n du s ec o m b i n e df o r m so fv e g e t a t i o np r o t e c t i o na n de n g i n e e r i n g p r o t e c t i o ni n s t e a do fe n t i r ee n g i n e e r i n gp r o t e c t i o n c r i t i c a lh e i g h to fv e g e t a t i o np r o t e c t i o na r e a sf o l l o w s 9 5 mi nc l a y s o i ls e c t o rw i t hc e n t r a l i z e dd r a i n a g e a n d6 5 mi ns a n d y s o f ts e c t o r w i t hc e n t r a l i z e dd r a i n a g e b o t ha r em u c hb i g g e rt h a nt h ee m p i r i c a lv a l u e3 0 m 2 a sf o r p l a n t i n gc o m p o s i t i o np a t t e r n so fs l o p e sg e n e r a l l ym i x e dp l a n t i n gi sb e t t e rt h a nt h es i m p l e p l a n t i n g e s p e c i a l l y t h ep a t t e r n o fs h r u b g r a s sp a t t e r nw h i c hf i n k sc l o s e l yt o g e t h e rt h e s h o r t t e r ma n dl o n g t e r mp r o t e c t i o na n dl a n d s c a p ef u n c t i o n s a n dt h ep r o t e c t i o nw i l lb e1 0 n g a n ds t a b l e s e a s o n a la n dh i e r a r c h i a lv a r i a t i o n sb r e a kt h er i g i df o r mo fas i m p l ep l a n t i n ga n d m a k es l o p eg r e e n i n gb o t hs c i e n t i f i ca n da r t i s t i c 3 a sf o rc u t s l o p ep r o t e c t i o n t h ec e m e n ti s u s e da st h eb o n d i n gm a t e r i a li ns p r a y i n gm e d i a p r o p e rp r o p o r t i o no fc e m e n th a sl i t t l ee f f e c to n t h eg e r m i n a t i o nr a t eo fg r a s s w i t ht h ei n c r e a s eo fc e m e n tc o n t e n t t h eg e r m i n a t i o nr a t eo ft h e g r a s ss i g n i f i c a n t l yd e c r e a s e da n ds e e d l i n gg r o w t hw a sa f f e c t e d e x c e p tt r i f o l i u mr e p e n sl t h e t e s t e dg r a s s e sl i k ef e s t u c aa r u n d i a c e a l a t i u mp e r e n n ea n dc y n o d o nd a c t y l o n l p e t s g r e w w e l li nm e d i aw i t hs m a l lp r o p o r t i o no fc e m e n t a n dc a na l m o s tf o r ml a w n s t h ec r i t i c a lv a l u eo f c e m e n tc o n t e n ti s1 0 t h eg r o w t ho fa l lt h eg r a s s e sw a si n h i b i t e di nt h em e d i aw i t hm o r et h a n 1 0 o fe e m e n l 4 a sf o rt h ep l a n tc o m p o s i t i o n si nt h es p r a y i n g t h e7c o m p o s i t i o n sp o s s e s s e d ac e r t a i nr o l ei np r e v e n t i n gs o i le r o s i o n h o w e v e r p o s s e s s e dd i f f e r e n tp l a n tc o m p o s i t i o n sh a d d i f f e r e n te f f e c to ns o f te r o s i o ni ne a c hm o n t hi no n ey e a ra n dt h ec o n c e n t r a t p r a i n f a l ls e a g o n t h e r e f o r e a t t e n t i o ns h o u l db ep a i dt ot h es e l e c t i o na n do p t i m i z a t i o no fp l a n ts p e c i e s m i x e d s o w i n go fw a r n l s c a s o na n dc o o b s e a s o ng r a s s e sw i t hp r o p e ra m o u n to fs h r u bs e e d s c o n t r i b u t e dt on o to n l yi m p r o v i n gt h eo v e r a l le f f e c t i v e n e s s b u ta l s ot h ep h y t o c c e n o s e s s u c c e s s i o ni nt h ed i r e c t i o no ft h eo n ei nw h i c hs h r u b sw e r et h ed o m i n a n ts p e c i e s s o 雒t o a c h i e v et h ec o m b i n a t i o no fb o t hs h o r t t e r ma n dl o n g t e r me f f e c t s 5 t h ec o m p a r i s o n a m o n g t h e9t y p e so fs l o p ee c o l o g i c a lp r o t e c t i o ni na p p l i c a t i o ns h o w e dt h a tt h e yh a da d v a n t a g e sa n d d i s a d v a n t a g e s h o w e v e r t h eo r d e ro f o r d i n a r ys p r a y i n g s p r a y i n gl i n k e dn e t w o r k g l a s sb a g t e c h n o l o g y g r a s sr o dt e c h n o l o g y b a m b o od i b b l i n g g r a s sp l a n t i n gf o rs l o p es t a b i l i z a t i o n v i n es l o p e p l a n ts t r i p t i r e sf o rs o i lf i x a t i o nr t h e m o a n sb e t t e rt h a n t h i sr e s e a r c hs o l v e d s o m ep r a c t i c a lp r o b l e m so fs l o p ep r o t e c t i o ni nh i g h w a yc o n s t r u c t i o n a n dp r o v i d e das c i e n t i f i c b a s i sf o re c o l o g i c a ls l o p ep r o t e c t i o n s oi th a sac c r l a mt h e o r e t i c a la n dp r a c t i c a lv a l u e k e yw o r d s h i g h w a y s l o p e e c o l o g i c a lr e s t o r a t i o n l a n d s c a p e 本学位论文知识产权声明 本学位论文是在导师 指导小组 的指导下 由本人独立完成 文中所引用他人的研究成果均已注明出处 对本论文研究有所帮助的 人士在致谢中均己说明 基于本学位论文研究所获得的研究成果的知识产权属于南京林 业大学 对本学位论文 南京林业大学有权进行交流 公开和使用 一虢红蕴友 导师签名 日期 矽 占 三多 致谢 2 0 0 2 年9 月 我考取了南京林业大学森林培育学科博士生 师从加拿大不列颠哥伦 比亚 u b c 森林生态学博士曹福亮教授 经过导师的悉心教导 和众多师长 同事 同 学 朋友和家人的帮助 终于在5 年之后完成了博士论文 并顺利通过了答辩 我如释重 负 感觉完成了人到中年时的一件大事 同时更多是感激帮助我度过难关完成学业和助我 成长的人们 也怀念五年的艰苦而又快乐的时光 五年来 导师曹福亮教授言传身教地影响着我对科研工作和人生的认识 他以自己在 u b c 攻读博士的经历激励着我 使我更加科学 严谨 细致地对待和珍惜博士的学习经历 导师对论文的指导让我受益匪浅 尤其是论文后期 他几次当面讨论和修改论文 直至深 夜 导师的教诲将永远铭刻在心间 导师严谨的科学态度和工作作风 也将永远影响和激 励着我在教学科研岗位上辛勤地耕耘 虽然在职读书 在众多的基础课和专业课的学习中 除了出差以外我基本上出全勤 尤其是第一 二年的时候 从众多老师的课堂教学中 吸取了很多有用的知识 对拓宽知 识面和自己教学科研能力的提高 帮助很大 在毕业之际非常感谢博士期间为我授课的每 一位老师 五年期间 我边工作边读书边做论文的相关工作 论文也依托这期间本人作为主要参 加者的科研项目 和本校园林学院芦建国教授 环境学院胡海波教授等有着深入而友好的 科研合作 两位教授虽为本人师长 却待我如兄弟 对论文的试验设计 资料收集和后期 的写作均给予了许多具体的指导 论文完稿之际感激之情难以言表 论文期间 特别是田间试验和典型样地调查期间 得到了江苏省高速公路建设指挥部 钱国超厅长 景春处长等领导和专家提供的便利和帮助 得到了解放军理工大学工程兵学 院陈云鹤教授 李志钢教授等的帮助 得到了论文试验依托工程连徐和宁杭高速公路省市 等各级建设和管理及监督部门的支持 得到了南京林业大学环境学院森林培育学科老师们 的关爱与帮助 得到了园林学院有关领导和老师们的帮助 南京林业大学树木园龚源丰主 任提供了部分试验场所 南京林业大学园林植物学科和生态学科历届硕士生赵警卫 陆燕 孟繁云 王浩 杜培明等在论文中部分试验数据的收集与处理中 给予了热心的帮助 前 辈和同仁们的研究成果对论文以启迪 要感谢的领导 老师 同学和朋友很多 这 里就不再一一列举 对他们的帮助和关爱 我将永远铭刻在心 五年期间 我边工作边读书 还承担了大量的教学和科研任务 得益于爱人沙莉的理 解和支持 让我从繁琐的家务事中摆脱出来 全身心地投入学习和工作 当六岁小儿祝孔 熙戴着 小博士 帽从南林幼儿园毕业 全家分享着 双喜临门 的幸福和喜悦时 愧疚 之余又增添了一丝欣慰 五年的再学习经历 使我心理上承受着很大的压力 但这个过程让我品尝到了奋斗不 息的激情 感受到了攀登的快乐 一个阶段性学习经历的结束 就意味着新的征程的开 始 树立终生学习的观念 生命不息奋斗不止 这些在毕业典礼上校领导和老师的 教诲和重托 将永远鞭策我在今后的人生旅途中 更加勤奋地学习和工作 并以优异的成 绩来报答帮助我的人们l 祝遵嫒 2 0 0 7 年7 月3 日于南京林业大学 前言 高速公路作为国家重要的基础设施 已经成为国民经济以及现代生活的重要组成部 分 而高速公路建设的跨越式发展 不可避免地对生态环境造成破坏 如开挖路堑 填筑 路堤 会导致原生植被破坏 土壤侵蚀等一系列生态环境问题 对沿线生态环境产生负面 影响 高速公路边坡包括路堑边坡和路基边坡 因对公路本身的安全性能和周围环境产生 重要的影响 其生态恢复和景观的营造 成为高速公路建设中的重要内容 边坡工程防护 和生态防护成为近年来研究的热点 越来越受到重视 1 研究的目的和意义 随着高速公路的迅速发展 对建设质量和水平的要求越来越高 高速公路不仅要满足 交通运输快速 便捷 安全等功能 而且要环境景观优美宜人 与大自然相融合 生态环 境建设已成为高速公路建设十分重要的组成部分 成为高速公路总体规划设计水平及建设 质量的一个重要标志 边坡的防护 绿化与美化是高速公路建设的重要内容 裸露的边坡 不仅有损路容 而且易受雨水冲刷 侵蚀从而造成水土流失 甚至塌方或滑坡 单纯的工 程防护既增加成本 又破坏道路景观 因此 边坡的生态防护及景观重建成为高速公路建 设中的一项重要内容 多年来 国外非常重视高速公路边坡的生态防护建设 在边坡绿化方面则考虑生态环 境与景观效果的协调 强调与自然融为一体 在高速公路极其发达的国家 如美国 德国 和法国 从项目立项开始 边坡生态防护就与路基 路面设计同步进行 本着最大程度地 恢复原有的自然生态的宗旨 首先进行各种严格的调查研究 如气象 生物 地形 土壤 水文等等 以了解公路沿线各方面的情况 从而确定生态防护的具体方案 在日本 对边 坡治理和绿化十分重视 其绿化的工艺 技术和设备都具国际先进水平 除坡面必须的工 程防护外 在边坡稳定的条件下采用植物防护以防止雨水冲刷 控制水土流失 日本的绿 化施工使用机械或人工实施 机械施工包括种子喷播法 客土喷播法 厚层基础材料喷播 法等 人工施工包括植生带法 挂网法等 其中客土喷播法能在岩石表面 硬质土和贫瘠 土地上为植物创造良好的生长条件及自然表土相近的生长环境 形成能稳定边坡并可粗放 管理的优美植物群落 目前 日本国内客土喷播已开发2 0 多种施工方法 会员施工公司 发展到几百家 被誉为 从种子到树林的再生技术 我国经过这几年的探索与努力 边坡绿化取得了显著的成效 但是与发达国家相比 在认识上和实践上 还存在着许多误区和差距 主要表现在 1 绿化规划设计滞后 缺 乏统一性 绿化标准跟不上形势要求 2 植物品种单调 配置形式单一 3 地区之问 线路之间绿化水平不平衡 整体景观效果差 4 绿化用地不足 绿化经费得不到保障 绿化质量和效益较低 5 绿化设计及管理水平薄弱 6 重建设 轻养护 7 边坡植 被选择和种植形式等 滞后于高速公路飞速发展 在高速公路边坡绿化方面 比如如何降 低边坡工程防护的成本 如何协调边坡工程防护与绿化之间的矛盾 如何选择适生于边 坡的植被 如何使边坡绿化与高速公路本身和周围环境协调一致 所以 如何借鉴发达国 家高速公路建设的成果和经验 结合我国实际 提高我国高速公路绿化特别是边坡绿化的 质量和水平 是一个迫切需要研究的课题 江苏是经济大省 近年来对高速公路建设一直保持高投入姿态 全省纵贯南北 横穿 东西的现代化交通网络已初现雏形 在国内外产生了积极而深远的影响 自1 9 9 6 年建成 首条高速公路 沪宁高速后 又先后建成宁连 宁通 沂淮 淮江 锡澄等多条高速公 路 2 0 0 1 年底 江苏省1 3 个省辖市全部通上高速公路 全省高速公路总里程和密度居全 国第一 十五 期间 全力构筑 四纵四横四联 高速公路网 保持每年建设3 0 0 k i n 左右 高速公路覆盖 以上的县 其建设进程分为两阶段进行 截止2 0 0 2 年底 建成了南京 长江二桥 连徐 汾灌 宁宿徐 宁靖盐高速公路 全省高速公路总里程达1 5 0 0 k m 截 止2 0 0 5 年底 建成了润扬长江大桥 宁杭 徐宿 徐州东绕城 苏嘉杭 锡宜 沿江高 速公路 高速公路里程达2 3 0 0 k i n 江苏交通建设的成就和规划 为江苏的交通再创了辉 煌 促进了江苏经济的发展 同时 随着人们环保意识的增强 高速公路绿化也越来越受 到重视 绿化技术和水平有了显著提高 如中央分隔带防眩树种选择和立体配置 边坡 互通立交区的大面积草坪 地被 藤本和低矮灌木的应用 防护林的造林技术以及公路绿 化造景艺术等等诸多方面都取得了长足的发展 从而使得高速公路绿化在提高防护功能 美化公路景观 改善生态环境等方面的作用得到了更好的发挥 宁杭高速公路是连接江苏省省会南京和浙江省省会杭州的高速通道 它的建成必将是 继沪宁高速公路之后华东地区的又一条黄金通道 宁杭高速公路江苏段从南京市区出发 经过本省的溧水市 溧阳市 宜兴市与浙江省境内的长兴市连接 共计1 1 4 4 k m 宁杭一 期工程注重地形整治 植物布置与地形结合 已初具生态景观面貌 沿线气候温暖 物产 丰富 自然环境优美 历史文脉深厚 旅游资源丰富 为此 在这条路的建设中 省市政 府和省交通厅要求将这条路建成我省首条生态 环保 景观和旅游相结合的 绿色通道 这是形势发展的必然产物 也是新世纪对高速公路建设的新要求 对提升我省高速公路建 设水平 推动全省高速公路发展具有十分重要的意义 然而 宁杭高速公路江苏段所经过 的地区多是丘陵地带 深挖高填形成了陡峭边坡 形成了3 0 多万辞的路堑边坡 与周围 环境形成了强烈的反差 若用传统的纯工程防护方法固土护坡 防止水土流失 不仅不能 改变路堑边坡残埂断壁的破碎景观 还将会使得被破坏的植被永远不能恢复 因此保护和 恢复沿线生态环境 进行生态防护势在必行 如何选择与周围环境相互协调的边坡防护形 式 是该路在建设过程中遇到的难点之一 高速公路边坡绿化防护和绿化越来越受至目重视 就江苏省而言 沪宁高速 宁高高 速 宁马高速 宁通高速 南京机场高速等绿化工程都取得了明显的景观及生态效益 但 2 是 现在摆在我们面前的问题是 如何结合高速公路的特点 根据沿线地形地貌特征和植 物的生物学 生态学特性 在边坡防护满足公路景观需要的同时 通过植物多品种选择 合理布局 科学配置 使其具有良好的生态功能是我们迫切需要深入研究的重要课题 因 此 研究符合我国国情 省情 能指导高速公路边坡生态防护的理论与方法 刻不容缓 势在必行 以逐步改善高速公路边坡绿化的不合理局面 提高边坡绿化质量和高速公路绿 化整体水平 可为今后我省乃至全国的高速公路生态环境景观建设提供指导和成功典范 具有十分重要的意义 2 拟解决的关键问题 2 1 路基边坡植草防护的临界坡长问题 根据高速公路气候 土壤 地形 生物等环境因子的调查与分析 弄清由于坡度大 土壤成分复杂 土层紧实 结构差所形成的不同于一般园林绿地的特殊生态环境 通过研 究 解决针对不同的路基环境所应采取的生态防护形式 弄清植草防护的临界坡长 为类 似公路的建设提供参考值 2 2 路基边坡植被配置模式闯晨 路基边坡植被配置模式一直以来是被公路建设所忽视的问题 传统的做法就是撒播草 种或铺设草坪 通过研究 回答如何根据公路防护和环境要求 选择适宜而又长效的植被 模式 2 3 路堑边坡生态防护中的植物选择闯题 喷播是路堑边坡生态防护的主要形式之一 在喷播基质中如何进行植物品种的选择与 配比例 常用植物品种在喷播基质的表现如何 通过研究 弄清基质与植物相互影响机 理 2 4 路堑边坡生态防护形式的选择问置 路堑边坡生态防护形式多种多样 哪种形式较好 研究回答各种防护形式的优劣比 较 3 研究内容和方法 本研究以上述需要回答和解决的问题为主要研究内容 依托连徐高速公路和宁杭高速 公路 与公路建设工程同步 采用现场试验 建立试验示范样板 定位观测和实地调研相 结合的手段和方法 路基边坡试验地点选于连徐商速公路邳州段 路堑边坡试验地点选于宁杭高速公路 路基边坡试验就 边坡植被种植技术 这一中心主题展开 内容包括边坡立地条件研究 植 3 被种类的选择 植被生长情况的研究 植被抗冲刷机理和能力的研究 植被种植方式与方 法的研究以及边坡绿化养护管理技术的研究等 路堑边坡试验研究内容围绕边坡地质及土 壤条件分析 边坡生态防护形式 高速公路边坡植被种植技术 高速公路边坡植物适应性 和高速公路边坡生态防护效益评价展开 根据研究的需要 对长江三角洲等地区的高速公路绿化情况进行实地考察和全面调 研 归纳总结近来年边坡防护和绿化的成败 与试验结论相比较 以提出科学合理的对应 措施和方案 4 研究目标及对相关行业的影响 通过对连徐和宁杭高速公路边坡立地条件 植物群落及生态适应性 土壤侵蚀规律 边坡防护形式 防护及景观效果综合评价等的系统研究 弄清边坡生态环境特征 合理选 择植物种类 优化植物配置模式 解决路基边坡和路堑边坡生态防护问题 以指导全省高 速公路建设 我国丘陵山区众多 同时又是一个矿产资源大国 随着矿产开发和交通等工程建设速 度的加快 工矿区废弃物的数量越来越多 造成的废弃地和裸露岩面也越来越大 据2 0 0 4 年统计 我国现有国营矿山企业8 0 0 0 多个 个体矿山达到2 3 万多个 历年采矿占用的土 地面积约2 8 8 万h m 2 平均每年以4 6 7 万h m 2 的速度增长 因固体废弃物污染环境所造 成经济直接损失超过9 0 亿元 间接损失约3 0 0 亿元 本研究对裸露岩壁快速复绿 为 破坏山体的生态重建和景观建设提供技术支撑和参考 有着广阔的应用前景 经过五年的研究 本研究取得了丰富的研究成果 为我国高速公路边坡生态防护工作 提供了科学依据 解决了公路建设过程中的实际问题 具有一定的理论意义和实际应用价 值 但由于时间短 任务重 范围广 特别是高速公路边坡生态防护涉及的问题复杂 还 需要对边坡植物的多样性 边坡植物生理生化指标的变化规律性等有关问题开展进一步研 究 参考文献 f l 舒俭民 王家骥 矿山废弃她的生态恢复 j 中国人口资源与环境 1 9 9 8 8 3 7 2 7 5 4 第一章文献综述 高速公路边坡包括挖方边坡和填方边坡 其防护目的是保护坡面 稳定路基 减少 水土流失 丰富道路景观 除了选择适宜的植物材料外 其护坡方式的选择是一个非常重 要的问题 应根据不同的地质状况 地形地貌 气候条件 土壤性质及坡度 选择适宜的 护坡方式 以保障高速公路行车安全 固土护坡及美化环境等功能的实现 近年来 对边坡采用植被防护进行生态恢复日益引起重视 生态护坡与传统边坡防 护相比 具有明显的优势 前者可长期 有效地发挥固土护坡 美化环境的功能 费省效 宏 后者不但造价高 景观效果差 而且随着岩石边坡的风化 混凝土的老化 防护功能 急剧下降 维护成本增高 因此 在国内外高速公路建设中 越来越倾向于采用生态防护 1 高速公路边坡生态防护概况 1 1 研究和应用概况 在日本 欧美等发达国家 高速公路边坡生态防护技术得到广泛应用 1 尤其是日本 生态护坡与道路建设同时进行 至今已有半个多世纪的历史 开发出一些适应其气候 地 质 土壤等条件的植被护坡技术 国内在护坡技术应用方面的研究起步较晚 生态防护技 术的研究与应用也较少 近年来才进行了大量的实践和探索 上世纪9 0 年代以前 一般多采用擞草种 穴播或沟播 铺草皮 片石骨架植草等护 坡方法 1 9 8 9 年 广东省水利水电科学研究所从香港引进l 台喷播机 开始在华南地区 进行液压喷播试验 1 9 9 3 年 我国引进土工材料植草护坡技术 随后与塑料制品生产厂 家合作 开发研制出了许多土工材料产品 如三维植被网 土工格栅 土工网等 结合植 草技术在铁路 公路 水利等工程的边坡中陆续获得应用 1 9 9 7 年以后 国内不少科研 单位针对岩石边坡的植被防护 也开始进行较为广泛的应用研究 开发出喷混植生护坡 植被混凝土护坡 厚层基材植被护坡 喷射种植混合基材植被护坡等适用于岩石边坡的技 术 统称为客土喷播技术 目前 我国高速公路边坡生态防护的状况与道路修建的快速发展不相适应 主要表 现在下述几个方面 1 由于观念和对生态防护一些关键技术无法突破等原因 传统的工程防护仍应用较 多 使得护坡造价高 并严重影响了道路景观效果嘲 2 对生态和景观效益以及自然植被的运用缺乏足够的重视 生态防护形式简单 植 物种类不多 景观缺乏层次和变化 3 对生态防护缺乏定量研究 不同地区 不同降雨强度 不同植物种类组成及其配 置形式 对高速公路边坡面的防护和景观效果影响很大 而目前在这方面缺乏科学 定量 的研究数据 应开展定位研究 5 1 2 传统工程防护的弗墙 1 2 1 生态景观效果差 许多高速公路没有对环境保护进行专门设计 大量采用浆砌片石护坡及喷射水泥砂浆 等防护方式 彻底破坏了植物的生长环境 使得植被恢复难以进行 有的边坡只是局 部贴些草皮 没有对整个边坡的植被恢复进行全面考虑 缺乏植物覆盖的边坡一方面不利 于固土护坡 破坏路基 还造成对周边地区的不利影响 另一方面 也不利于改善高速公 路的景观效果 大量裸露的岩石和混凝土不仅视觉效果差 且不利于净化环境 与高速公 路快捷 舒适的特点不相协调 在一定程度上给高速公路的行车带来不安全因素 1 2 2 安全稳定性差 一般情况下 高速公路设计中 由于种种原因 路基边坡开挖和防护的设计比较简单 这类设计主要缺点是 设计笼统 针对性差 防护措施简单 对通车后出现的边坡坍塌事 故一般通过后续养护来处理 1 而高速公路作为交通运输干道 交通量大 行车速度快 路基边坡一旦出现事故 对交通运输和人民生命财产的安全影响很大 通过植物防护或植 物与工程相结合的防护形式 可保证边坡的安全性和稳定性 1 2 3 大量工程措施使成本增高 过去 高速公路边坡防护大量采用浆砌片石等防护方式 这些防护形式大量使用石料 和劳力 破坏了自然环境 造价也较高嘲 并且随着时间的推移其防护效果逐渐降低 无 自我更新能力 必须经常维护 施工难度大 对行车环境和景观环境影响也很大 2 边坡类壅划分与立地条件研究 由于边坡岩石性质及风化程度 土壤特性 坡度等对工程防护和生态防护有很大影响 因此国内外许多学者对边坡立地类型进行了深入研究 并因地制宜地采用了特殊的施工方 法嗍 2 1 边坡基本类型研究 高速公路边坡有砂土型 砂石型与软岩型 硬岩型等几种基本形式 砂土型边坡以砂土为主 坡面土壤质地较疏松 易受雨水淋失 对于坡度不大者 可 直接采用植物护坡 常采用袋式植物护坡 挖坑种草与挖沟客土种草等 袋式植物护坡特 别适合于挖坑困难的边坡 砂石型与软岩型边坡的坡面是由土 砂 石混杂组成的 而软岩型是由一些表面已风 化和龟裂岩石构成 土质较坚硬 不能直接利用液压喷播方法建植植被 硬岩型边坡的坡面由一些表面坚硬的岩石块构成 是生态护坡的一个难点 目前主要 6 采用挂网喷播的方法 还可以在边坡平台上栽植灌木 或在坡底栽植藤本植物如爬山虎 地锦等 并利用预设的草绳及铁丝沿坡面攀爬 绿化坡面 以起到固土护坡作用 2 2 立地条件研究 温度 降水 光照是影响植物生长的三大气候因子 而公路环境有其特有小气候 因 行车排放尾气 释放热量 产生气流 加大了风速 进一步加快坡面水分的蒸发 据研究 高速公路裸露边坡风速比林地大1 5 倍 比草地大8 倍 严重恶化了植物的生境 在高速公路建设中 大规模挖方 填方造成原植物生境的消失 土壤结构破坏 有机 质含量减少 有效养分贫乏 表土与碎石 母质混合 有的甚至就是裸岩 吸收辐射热量 快 表层昼夜温差大 物理风化严重 水分蒸发快 降水易形成坡面径流 北方地区路基 若高出地面 易受到风蚀作用 一些路段坡角大 岩质松软 裂缝丛生或水纹网密布浅层 坡体 易受水浸泡饱和而产生滑移 影响公路安全 高速公路边坡立地条件的特点是 土 层薄 土壤贫瘠 环境条件恶劣 有的根本就不具备植物生长的条件 因而给工程护坡和 植物防护造成了很大难度脚 坡度对植被恢复有很大影响 坡度与坡面安全性成反相关 坡度与施工工程量也成反 相关 大于4 5 的坡面易引发水土流失和光热水的再分配 坡度越大种植条件越恶劣 种子与幼苗越易受到雨水冲刷 边坡植被恢复还取决于土壤条件 由于边坡自然土壤结构彻底被破坏 上边坡一般泥 土中有机质含量仅为0 2 左右 含水率不到2 0 土壤微生物活性弱 下边坡有机质含量 可达1 0 9 6 含水率可达2 5 常有残存的土壤微生物活动 坡面常见种子和残根萌发生长 所以 边坡生态防护的重点就是 想方设法在边坡营造植物生长环境 而这一环境又 同时能够满足稳定坡面 防止水土流失等需要 并尽量做到美观 3 边坡植物选择 3 1 植物材料选择的一般原则 以坡面限制因素 经济可行性 管理方便 绿化效果好为出发点 许多学者认为植物 材料选择的原则是 紧紧围绕坡面绿化的目的 固土 护坡 恢复生态 但在不同情 况下要考虑侧重点 以适应性强的乡土植物为主 适当引进外来优良植物 抗逆性强 耐 干旱瘠薄 耐高温 耐严寒 耐荫 抗风吹 抗污染 抗病虫害 具有较好的观赏价值 返青快 绿期长 覆盖率高 植物多样性的原则 如草坪植被 可考虑采用几种草组合以 延长绿期 增大抗逆性 减少病虫害 增强根系固土效能 如草灌结合 还需考虑灌木落 叶有机物归还量 植物根瘤作用对券分持续利用的影响 在条件允许的情况下 尽可能使 用乔 灌 草 藤以及花卉植物 以创造层次丰富 生态稳定的边坡 7 3 2 草本植物的选择 高速公路边坡植被的选择以草本为主 藤本 灌木 乔木为辅 以因地制宜地配置成 不同的模式 周卫生等 1 研究认为 草本植物覆盖度应 1 9 0 全年青绿期达2 8 0 d 本地 土生土长的栽培种优于进口的草坪草 本地适于绿化的野生草优于栽培草 深根系的豆草 优于浅根系的禾草 豆禾混播优于单播 1 在北方高速公路上 如陕西关中 以红豆草6 0 9 6 无芒雀麦2 0 9 6 多年生黑麦草 2 0 这一混播方案最好 在临渭高速公路 以当地野生狗牙根为最好 在山西太旧高速公 路上 沙打旺 苜蓿 红豆草 无芒雀麦 苇状羊茅是首选草种 在西临高速公路上运用 了本特尔草 麦冬 郑洛高速公路还有野菊 野蒿 荩草 抓地龙等 2 在南方高速公路上常用的暖季型草坪革为狗牙根 结缕草 百喜草 非洲狗尾 草 湾叶画眉草 东非狗尾草 冷季型草坪草为高羊茅 多年生黑麦草 白三叶 紫花苜 蓿 草木樨 马蹄金等 例如 在深圳市坡面液压喷播绿化草种的筛选研究中 从狗牙根 百喜草和弯叶画眉草选出后两者为当地理想的建坪草种 并且发现在立地条件差的陡坡 上 混播草种明显比单播草种好 在泉夏高速公路上 采用马尼拉 细叶结缕草 狗牙根 地毯草 钝叶草以及假俭草等暖季型草坪草 在陕西3 种草种混播组合方案中 以方案 1 红豆草6 0 9 6 无芒雀麦2 0 9 6 多年生黑麦草2 0 防护效果最好 在贵州省高速公路人工植 被调查研究中 发现白三叶8 0 9 6 狗牙根2 0 为人工植被建植成功的例子 四川成雅高速公 路混播比例为高羊茅7 0 9 6 草地早熟禾2 0 多年生黑麦草1 0 四川成灌高速公路上以高 羊茅8 0 多年生黑麦草2 0 混播 在宁夏高速公路上采用多年生黑麦草 红豆草 小冠花 无芒雀麦等草种 3 3 乔灌木树种的选择 一般在硬质材料边坡首先考虑的是藤本 如爬山虎 常青藤 络石 葛藤 崖豆藤 三叶木通 其次是小灌木 如海桐球 小叶女贞球 小叶黄杨球 红叶小檗 金叶女贞 球 丁香球等 在松软基质坡面 植物选择依坡度不同而有差异 可分为o o 1 5 0 1 5 0 3 5 0 3 5 0 4 5 0 三种情况进行 在基质紧实的坡面上 很少考虑乔木和花卉 只有在 个别土层较厚的坡面上栽植乔木树种 在岭南地区高速公路上 还选用杜鹃 云南黄馨等 河北省沧州地区在高速公路边坡 栽植火炬树护坡 也取得非常好的防护作用 湖北当阳 市采用刺槐和香根草护坡 具有良好的效果 另外 也可种植一些适应性强的宿根花卉 以丰富色彩 3 4 野生地被植物的运用 野生地被植物运用于高速公路边坡 一直受到人们的重视 选用道路沿线的野生地被 植物 更容易适应边坡和周围的生境 8 1 野生地被植物结构稳定 能持久发挥综合效益 野生地被对当地自然环境具有 很强的适应能力 不会因为气候及土壤条件而制约其生长 也不会像外来草种需要刻意地 为其营造适合的环境 而且野生地被种类丰富 是一个地区生物多样性的重要组成部分 也是植被结构稳定的重要条件 2 野生地被的本土性决定了它必然带有鲜明的地方特色 这些具有地方特色的植 物景观比较容易与周围景观融和 运用有地区特色的野生植物 可创造特色鲜明的高速公 路景观 3 野生地被粗放管理 适合大面积种植 不仅降低了水资源和人力资源的消耗 而且降低了因施用化学除草剂和化肥等造成的土壤及空气污染 保护了生态环境及生物多 样性 4 边坡生态防护技术及效果评价 近年来 世界各国积极探索和研究生态防护的新技术 新方法和新工艺 取得许多行 之有效的方法 归纳起来主要有以下1 2 种防护技术 4 1 挂罔喷播技术 挂网喷播又称喷混植生 主要适于岩质边坡或立地条件比较差的土石混和边坡 是工 程措施与生物措施相结合的综合性生态防护技术 喷混植生主要技术原理是 利用客土 掺混粘结荆 水泥等 和固网技术 使客土物料紧贴石坡面 并通过有机物料的调配 使 土壤固相 液相 气相趋于平衡 创造草类与灌木生存的良好环境 从而恢复石质边坡生 态防护功能 主要方法是 清除坡面杂物后挂铁丝网 将蘑菇肥 谷壳 木屑等有机物和 肥料 粘合剂 保水剂等倒入土壤中进行混拌 喷播厚度不低于l o c m 其中基层厚7 c m 表层厚3 e m 4 2 普通喷播技术 主要运用于土石混和边坡 坡面平整后 将种子 肥料 土壤稳定剂等按一定比例混 和成泥浆状喷射到边坡上 最后盖无纺布 以保持水分 促进发芽 技术要点有 坡面 清理后回填土 回填土采用客土 复合肥或泥炭土混合物 覆土厚度不小于3 e m 并且确 保坡面基本平整 将草籽和附着剂 纸纤维 复合肥 保湿剂及水按一定比例混合搅拌 形成均匀混合液 利用高压机械喷种 厚度不低于7 c m 其中基层厚4 c m 表层厚3 e m 可供喷播选择的植物较多 绿化成型速度快 能形成由多种植物种类组成的草 灌 藤复 合生态群落 覆盖度高 防止雨水侵蚀能力较强 而且具有一定的自我调节和自我平衡能 力 经过一段时间的演替后 能形成近似自然群落的生态绿地 对边坡有较好的防护效果 i s l 蜘 9 4 3 轮胎固土 运用条件同挂网喷薄 这种方法的特点是 利用废旧轮胎固土护坡 在岩石坡面上建 立草灌复合植物群落 是一种快速绿化岩石坡面的有效方法 如王保龙等人2 0 0 1 年6 月 在京珠高速公路上使用本方法 取得了较好的效果 4 4 草棒技术 草棒技术主要适于坡度比较大的土石混合边坡 草棒起固土护坡作用 将特制的草棒 用罗纹钢和钢丝网按一定间距固定 再用镀锌铁丝进行斜网格拉紧 然后将草棒按一定问 距排列 覆土 即可播种和栽植 4 5 草包技术 通过生产线将植物种子按一定比例 均匀地播撒在两层布质或纸质无纺布中间 然后 通过行缝 针刺及胶粘等工艺 制成草包 装土 将其垒积坡面 就能形成草坪 操作方 法是 坡面平整后垒积草包 将草包紧挨坡面整齐的垒积上去 需有一定的倾斜度 以防 坍塌 然后浇水 草包垒积完毕后 立刻灌一次透水 保证种子发芽需求 平时注意定期 喷水 4 6 穴植灌木 根据拟栽灌木或小乔木根系或土球的大小 在坡面上挖出合适的种植穴 穴中填入肥 料及表土 然后栽种 主要选择灌木 竹类及地被等植物作为护坡材料 坡面整理后挖种 植穴 种植穴规格根据苗木根系 土球及土壤条件等具体情况而定 如竹类种植穴深度比 盘根或土球深3 0 4 0 e m 种植穴直径比盘根或土球大5 0 6 0 c m 4 7 檀生带技术 植生带技术是一种适于土质边坡 快速恢复植被的方法 通过生产线将植物种子按一 定比例 均匀地播撒在两层布质或纸质无纺布中阃 然后通过行缝 针刺及胶粘等工艺 将尼龙防护网 植物纤维 绿化物料 无纺布密植在一起而形成一种特制产品 将其覆盖 在边坡表面 只需适量喷水 就能长出茂密的草坪 4 8 檀草护坡 是目前使用较多的一种护坡方法 尤其是应用于低路基边坡 其方法是清理坡面后 播种草种或按一定密度铺置草皮 这种方法前期覆盖度较低 根系在土壤中生长需要一段 时间 纠 陈宏荣等 选择泉州高速公路 进行边坡草被建植技术研究 研究结果表明 在各处 l o 理中 土壤侵蚀程度为未种草 百喜草 宽叶雀稗 狗牙根 狗牙根 百喜草 种草后的侵蚀 量来源 主要是在苗期 一旦地表得到草被覆盖 侵蚀量就减少 2 0 0 4 年春 在宁合高 速公路南京段易塌方地段植草护坡试验 采用等高栽植技术种植香根草啪 至7 月初香 根草就已经形成绿篱 起到良好的固坡效果 惠盐高速公路深圳段路边坡 采用黑麦草 百慕达 百喜草 匍匐剪股颖 画眉草 结缕草 五爪龙等草本植物护坡 经大暴雨冲刷 和台风袭击 仍生长良好 公路已建植草坪边坡土完整无缺 保护效果甚佳 列 4 9 三维植被网技术 三维植被网是以热塑性树脂为原料 采用科学配方 经挤出 拉伸焊接