半干旱地区高速公路边坡绿化难点分析

　　国家“十五”规划的西部开发总体规划明确指出，交通建设是西部开发的基础设施建设第一要务。同时，环境保护工作也成为西部经济结构战略性调整的重要组成部分。在这种情况下，除了要保证工程质量外，如何处理好公路建设与生态环境保护的关系，使公路建设与生态环境协调发展，是摆在西部地区交通部门面前的重大课题。
　　高速公路建设对环境的破坏主要有，道路的高挖低填造成的上下边坡裸露，施工中在道路沿线随意设置取料取弃土场和材料堆放场地，施工车辆任意碾压草场等。半干旱地区的自然条件恶劣，生态环境一旦遭到破坏，很难自然恢复。例如挖方形成的边坡，多年后依然无法生长任何植被，如果不加以防护，不仅影响道路景观还会危及行车安全。在传统观点中，边坡作为道路景观最为直接的载体，是高速公路四大绿化（中央分隔带绿化、立交区绿化、边坡绿化、防护带绿化）部分之一，也是道路绿化的难点。
　　本文结合丹东至拉萨国道主干线老爷庙至集宁段高速公路工程建设边坡生态恢复项目，对半干旱地区边坡生态恢复难点进行了分析。

一、研究区域自然概况及工程介绍
1 、研究区域自然概况
　　工程所在兴和地区的气候属温带大陆性季风半干旱气候，冬季、夏季分别受蒙古高原和大陆低气压控制，气候呈明显的大陆性，具有寒暑剧变的特点。年均降水量397mm，极端最高降雨量630mm，极端最低降雨量237mm，年蒸发量为2036.8mm，是年降雨量的5倍。年降水分布不平衡，冬春雨雪少。年均日照2872小时，年平均气温4.2℃，有效积温2100-2600℃，通常11月上中旬开始封冻，冻土层深度一般在110－140cm，次年3月下旬或4月上旬解冻。无霜期95-130d。该地区风速较大，大风日多，年平均风速3.7m/s，大风日数年平均45d，多发生在冬春季节，导致土壤风蚀沙化。
　　该地区地带性土壤主要是栗钙土。当地植被属于以针茅和冷蒿为代表的典型草原植被类型，自然覆盖度均在60％左右，其代表自然过程以物理和化学过程为主，生物过程微弱，结构简单，物质能量传输较弱，对环境的依赖性极强。使它们对环境变化的抗逆性极差，对人类活动的承受力较低，系统本身的恢复能力较弱，这些都构成了内蒙古生态环境脆弱的基础和前提，是生态环境退化的重要原因。
　　据当地退耕还草还林工程调查，每年移栽的一年生山杏苗的成活虑只有30％左右，受当地区气候条件限制，进行生态恢复尤其对边坡绿化和恢复来说存在较大难度。

2 、工程介绍：
　　本工程路段为第1合同段和第2合同段k273＋680－k294+943标段（起于内蒙古自治区与河北省交界的老爷庙，止于内蒙古乌兰察布盟兴和县城南），采用厚层基质喷附技术实施生态防护施工，第一期施工为2004年5月1日至2004年8月10日，共23个坡面；第三期施工为2005年5月1至2005年8月11日，共计38个坡面。工程施工本着恢复与重建植物根系生长发育层的目的，为植物生长发育提供可持续的养分和水分保障，从而恢复与重建边坡植被。工程施工后一个月植物完全覆盖坡面，施工两年后建植的坡面植物群落与周边自然植被相互融合。

二、难点分析
1 、边坡土质
　　该施工路段全程长约21km，道路上的路堑边坡走向主要为南向坡和北向坡，坡面总计61个，坡度约50o～65o，最大坡高约40m。坡面物质组成为岩石、砂砾石、黄土、红粘土等。硬度大于30mm。原始边坡在降雨、融雪、冻胀，及其它形式的风化等作用下，不同程度上存在着冲刷、落石、滑坡、流动崩坍等现象。

采样点	位置	pH	有机质（％）	全氮（％）	速效钾（mg/kg）	速效磷（mg/kg）
1	表层自然土	7.5	9.50	0.1093	124.76	6.7
2	坡上部母质	7.8	0.22	0.0055	3.00	5.4
3	坡面石质土	7.4	0.70	0.0327	39.26	5.7
4	坡脚母质	7.5	0.11	0.0051	41.26	6.6

　　路堑边坡均为开挖山体裸露出的原始母质，表1是在施工边坡不同位置上采土样化验的结果。
　　从表1可以看出，边坡土壤的营养物质含量尤其有机质含量均较低，不具备植被自然恢复的基本条件，根据对与高速平行的110国道边坡调查得知，在道路建成15年之后，边坡自然恢复的植被覆盖度不足10％，恢复植被基本以一年生植物灰绿藜和蒿属植物为主，只在土质较好，坡度较缓的的坡面生有多年生草本植物如赖草、百里香等，坡面冲刷现象明显，可见，单靠自然恢复是很难完成坡面覆盖，防止水土流失的。
　　草本植物的根系一般集中分布在地表以下30cm范围内，植物生长所需的水肥大部分要从这里获得。因此，如何在坡面上恢复植物生长的载体——植生层是坡面生态恢复的首要问题，也是坡面生态恢复的难点之一。植生层要求有一定的保水保肥功能，为植物提供充分的营养需要，尽量接近自然土壤。
　　在半干旱地区，植生层基本上是由草炭加当地耕层土壤构成，理论厚度一般在5－15cm范围内。植生层附着坡面的过程需要专业机械完成。

2 、边坡角度及坡向
　　公路建设中开挖的边坡一般较陡。根据工程设计，路堑边坡坡度在1:0.5-1:1之间，路基边坡坡度为1:1.5-1:1.75，只有土质稳定性较差时才放缓坡度。老集路的边坡设计中，路堑边坡的坡度基本为1:0.75（53o），在陡峭边坡建植的植被很难成活是边坡生态恢复的又一难点。在坡度太陡的坡面施工会影响工程景观效果，同时加大养护难度，尤其在是坡面底角大于60o时，直根系的豆科植被几乎很难越冬成活。
(1)坡度与降雨量
　　在半干旱地区植被建植的成败取决于水分的多少，坡度能够导致单位面积上降雨量的减少，以底角为60o坡面为例，我们假定降雨是垂直下落，坡面单位面积降雨量只为平地的一半，即原来为600mm的降雨量，坡面单位面积的降雨量只有300mm。根据这一点，坡面植物很难达到平地的覆盖度，尤其苗期植物耐旱性较差时会导致一定的死亡。
(2)风向与降雨量
　　表2是风向对坡面降雨量影响对比，数据是在2005年7月21日的一场降雨中，于老集路K274+190-K274+532段测得的。

观测点	南向坡中部	北向坡中部
降雨总量mm	19.608	14.6

　　从表2可以看出，背风坡降雨量约比迎风坡的降雨量少了25%。可见降雨中的风向也会影响到坡面的降雨量，从而影响坡面植被的恢复。
(3)坡向与蒸发量
　　该地区南向坡坡面接收太阳辐射的强度及时间要远远大于平地，一般认为，山体的阳坡接收太阳辐射的强度为山体阴坡的3－5倍，对于陡峭的公路边坡来说要更大一些。这导致了阳坡（南向坡）蒸发量要远远大于平地，更要大于阴坡（北向坡），甚至在平地封冻之后阳坡还会存在水份的蒸发，南向坡的大蒸发量对植被的生长造成较大困难，导致南向坡植物返青率较低，影响第二年的坡面植被覆盖度。
(4)坡度与植物根系
　　植物根系生长受向地性影响，会保持整体的垂直向下，在较陡的边坡会出现根系的表层化，使植物根系大部分处于坡面表层，容易受外界影响，尤其是干旱的影响，这是导致植被建植后逐渐退化的主要原因。
　　总之，由于坡面坡度、坡向的影响，致使水热的再分配，加之植物的生长特性，这给坡面上的植被恢复及植被保持造成较大的困难。

3 、植被草种的选择及使用
　　在半干旱地区要在较短的时间把开挖的边坡恢复到自然状态，将面临如下问题：①如何确定适合坡面生长的植物种子；②如何根据优势群落的结构特点进行种子配比；③如何确定喷播时的植物配比与最终形成的植物群落之间的动态关系。这些问题在半干旱地区显得非常突出，任何一个问题得不到解决，都将无法实现边坡人工植被向稳定植物群落的顺利演替。
(1)植物物种选择的问题
　　现有的草种配比理念为草灌结合，一方面具有见绿快、覆度大的特点；另一方面能很快形成比较稳定的保持水土的植被群落。通过人工的方式诱导，加速植物的生长、演替，使绿化后的植物群落与相邻地区相互吻合，融入自然。以形成边坡保持水土、降低地表径流的自然生态系统。
　　通过对坡面建植后植物的观察，发现越是耐旱的植物在坡面生长越好，一些在平地生长较好的物种在坡面的生长却受到抑止，对于坡面植物来说，选择适地物种来施工是不够的。根据坡度对降雨量的影响，用于坡面施工的物种应该在相对施工地区更为干旱地区选种，以保证坡面植被建植后的种群正常生长。即在年平均降雨量为400mm地区施工，要去年平均降雨量在200－300mm地区选种，这样才能做到少养护甚至不养护，以确保坡面植被恢复的最终成功。
　　同时，坡面植物物种的选择还受到种源等因素影响，许多抗逆性较好的植物由于无法提供足够的种子资源，无法用于坡面生态恢复工程的施工，如何方便的取得大量抗逆性较好的植物种子是坡面生态恢复中的又一难题。现在一般采用的植物种有紫花苜蓿（Medicago sativa L. ）、沙打旺、冰草、无芒雀麦、披碱草、柠条（Caragana intermedia Kuang.）、山杏等。
(2)用种量问题
　　草种用量的大小是一直是边坡生态恢复的一个问题。草种用量过小，初期形成覆盖慢，影响坡面景观的形成。现有市场环境下，在半干旱地区施工用种量不宜太小，因为坡面覆盖每推迟一天，都要提高养护费用。用种量太大虽然加快了初期景观的形成，在工程结束后的两年中形成较好的景观，但太大的初期植物密度会导致植物之间的相互竞争，使初期生长较慢的植物得不到的生长空间，渐渐消失，得以生存的植物单株生长较弱，抗性差，为坡面日后的退化带来隐患，分析原因主要是坡面上着生大密度禾草，禾草为浅根系，根系大部分分布在地表以下30cm的范围内。据观察，第三年坡面整个基材层已经被根系蓄满。这样使坡面植物无论地上低下部分都集中在一起，在同一层面上竞争，大量消耗水光热肥。在水肥条件好时一荣俱荣，水肥差时一衰俱衰，其实这也是一种植物群落平衡的破坏。高速效肥作用草本植被迅速生长，强占生长空间，使前两年生长较慢的柠条得不到生长空间导致。
　　为了解决初期覆盖与后期植被生长的矛盾，每平米用种量宜在1500/m2左右，阴坡量小一些，阳坡稍大一些。
(3)施工季节问题，
　　在温带半干旱地区的喷附施工可以在每年的5月下旬到8月上旬，然而在这一段时间内完成的施工坡面，无论在景观、植物种群、还是养护成本上均有较大差别。

从养护用水量上看：6月>5月/7月>8月，
从植物长势化（地上）上看：6月>7月>5月>8月，
从越冬率看
豆科越冬率：6月>7月>8月
禾本科越冬率：8月>7月>6月
总越冬率：8月>7月>6月
　　把如果所有因素综合考虑的话，在温带半干旱地区施工的最佳时间应该是每年的6月中旬－7月中旬，该季节水热条件达到最佳点，但是由于工程量、施工速度及完工时间等因素存在，决定我们无法向农田那样在适当的季节内完成所有的播种，不能够完全选择适当的施工时间进行施工，但可以适当考虑影响坡面的因素，在工程施工中做以相应的调整，例如控制在不同月份的施工速度等。

4 、对于养护的理念。
　　根据坡面角度与降雨量蒸发量的关系，如果想坡面植物生长达到平地那样的话，那么坡面缺少的降雨量就需要人为补充，我们必需在一定时期内都需对坡面进行水份补充，尤其的施工初期坡面植被的建植过程，需要有完善的养护方案和实施细则。
　　但需要知道的是坡面补水，只是用来维持植物生存的最低需要，对于春季干旱时期的景观的要求可以不必太高，也不宜太过急切。建植后的坡面植物已经具有一定地抗逆性，干旱时植被景观会很差，但雨季到来时就会有较大改观，一般不会导致坡面植被死亡。

5 、其它
　　在半干旱地区高速公路边坡生态防护中还存在着：设计中缺乏生态观念，在生态资力度不足，施工中过分强调短期强调景观效果，种植技术有待进一步提高，缺少坡面绿化的理论与经验，只重施工不重养护等问题。制约着半干旱地区高速公路路堑边坡生态恢复和恢复效果的稳固。

三、对策及讨论
　　针对以上半干旱地区高速公路路堑边坡生态恢复难点，在半干旱地区公路建设中的环境保护工作更应加以重视，对于高速公路的建设者来说在认真贯彻执行国家颁布的《环境保护法》和《水土保护法》等法规的前提下，还应注重以下几点：
1、学习发达国家的在公路建设中边坡生态防护上，“尊重自然、恢复自然”的理念。完善坡面生态理念。
2、工程设计中注重生态恢复。将对自然的扰动、破坏努力控制在最小的限度内。
3、加大道路建设中生态恢复资金投入。
4、引进相关专业绿化人才。
5、权衡各种施工方案的利弊，选择合适的施工方案。
6、加大对于养护的投入，培养养护的专业技术人员。
7、高速管理部门加大对生态养护工作的重视。