景海高速公路高陡岩质边坡生态重建效果分析.pdf

第42 卷第5期2023年10 月生态环境景海高速公路高陡岩质边坡生态重建效果分析高杨，李卓，段霄祥，白忠稀，李世玉（1云南交投生态环境工程有限公司，昆明6 50 118；2.云南大学生态与环境学院暨云南省高原山地生态与退化环境修复重点实验室，昆明6 50 0 9 1）摘要：高速公路建设中一些深挖的岩质地段，通常会出现生态修复困难的高陡岩质边坡，用传统的修复方式很难成功复绿，研发出能成功修复这些边坡的技术对“美丽公路”建设具有重要意义。针对采用传统液压喷播边坡绿化技术不能修复的景海高速公路高陡岩质边坡进行生态修复攻关。分析了该高陡岩质边坡的立地条件，发现其土壤pH 45度，立地条件极端恶劣。我们用改进了的植生袋并配合植物选择和工艺种植技术进行生态重建。结果表明，工程实施14个月，成功将植被盖度恢复到9 8%以上，与周边自然系统相当，形成较稳定的群落结构，完成了攻关。结果为公路边坡绿化的可持续性发展提供科技支持，为科学合理开展困难地区边坡绿化与生态修复提供技术案例。关键词：高陡岩质边坡；边坡绿化；生态修复；植被修复；植物配置中图分类号：X171.4Analysis of Ecological Reconstruction Effect of High and Steep Rock Slope in Jinghai HighwayGAO Yang,LI Zhuo,DUAN Xiao-xiang,BAI Zhong-xi,LI Shi-yu?(1.Yunnan Trading Eco-Environmental Engineering Co.,Ltd.,Kunming 650118,China;2.School of Ecology&Environmental Science&Yunnan Key Laboratory for Plateau MountainEcology&Restoration of Degraded Environments,Yunnan University,Kunming 650091,China)Abstract:In some deeply excavated rocky sections in highway construction,there are usually high and steep rocky slopes thatare dfficult to restore their ecological functions,which are difficult to be restored by traditional restoration methods,it is of greatsignificance to develop technologies that can successfully restore these slopes for the construction of Beautiful Highway.Inthis study,the ecological restoration of the high and steep rocky slopes of Jinghai highway,which cannot be restored by thetraditional hydraulic spraying technology,was studied.The site conditions of the high and steep rock slope were analyzed,and itis found that the soil pH is lower than 2,the pollution of various toxic and harmful elements is serious,there is basically no soilon the rock,the slope is 45 degrees,and the site conditions are extremely harsh.We used the improved planting bags andcombined with plant selection and craft planting technology for ecological restoration.The results showed that the vegetationcoverage was successfully restored to more than 98%,which equivalent to the surrounding natural system within 14 months,forming a relatively stable community structure,and the dfficulties were overcome.The results of this study provide scientific andtechnological support for the sustainable development of highway slope greening,and provide technical cases for scientific andrational development of slope greening and ecological restoration in difficult areas:Keywords:High and steep rock slope;slope greening;ecological restoration;vegetation restoration;the plant configuration四川环境SICHUANENVIRONMENTD0I:10.14034/ki.schj.2023.05.025文献标识码：A文章编号：10 0 1-36 44(2 0 2 3)0 5-0 18 5-0 8Vol.42,No.5October 2023引言高速公路建设中产生的高陡岩质边坡的生态修复是“美丽公路”建设的难点。高速公路在修建收稿日期:2 0 2 2-0 5-0 5基金项目：高速公路边坡绿化与生态修复关键技术研究（SZYI-KY-2020J001);云南省科技计划重点研发项目（2 0 19 BC001)。作者简介：高杨（19 9 0），男，湖北松滋人，2 0 2 2 年毕业于昆明理工大学工程管理专业，硕士研究生，工程师，研究方向为工程项目管理，主要从事生态修复、污水处理。通讯作者：李世玉,。过程中，山体的挖掘会形成一种特殊的边坡地形，该地形不仅陡峭，甚至穿行复杂岩石地段，岩石裸露，含水率极低，土壤稀薄，植物很难在极其恶劣186的立地环境生存 1 4，因此，新建公路边坡的植物覆盖率很低，生态问题非常严重。尤其是岩质高陡边坡，它不仅坚硬、保水保肥性差、坡度大、固土条件差等特点，现有的绿化方法很难满足这些特殊地段的边坡修复 5，裸露的岩质使土壤侵蚀严重，土壤养分难以保留，植物基本上没办法生长，很难形成植被层 6 ，甚至地表塌陷，持水保肥能力进一步下降，抗蚀能力变得更脆弱 7 。除了保水保肥能力差之外，这些深挖的岩质地段通常伴随着多种有毒有害元素的污染，一般硫酸根浓度很高、岩石渗滤液pH值极低，因此给植物生长和植被恢复带来极大的困难 8 。此外，这些边坡不稳定，存在给高速公路的建设带来潜在的安全威胁风险，比如，降雨的入渗导致边坡岩质的重度增加，结构面抗剪能力降低，边坡滑坡风险提高 。因此高速公路岩质高陡边坡的植被绿化和生态修复是公路建设中的重要工程内容，其首要任务是提高公路的生态环境服务功能，达到稳定边坡和路基、保护和稳固路面、保障行车安全、减轻噪音、保护环境与自然相协调等目的 10 公路沿线边坡的生态修复技术研究在国际上开展逼中国早 1，在中国主要开始于上世纪八十年代，使用机械化手段液压喷播对高速公路边坡进行植草，逐步形成技术和推广应用 12 。近年来，由于经济和交通的发展，以及技术的进步，在高速公路建设中，山脉被挖断、深挖或开辟的现象越来越普遍，出现了很多传统液压喷播很难修复的岩质边坡，因此，关于岩质边坡的生态修复也逐步成为领域里需要攻克的难点。在一些不是很高陡坡的地段，喷射厚层基质的植被绿化技术能有效修复岩质边坡 13。根据岩质边坡的特点，当前的修复技术主要分为带网铺挂植草技术、喷混（客土）植生技术、工程加固生态修复技术和槽穴构筑类技术，各技术的特点及其适用的岩质边坡见 。但是，在一些有毒有害元素污染严重，硫酸根污染严重、pH极低的高陡岩质边坡环境中，这些技术仍然很难实现其生态修复。景洪至勐海高速公路是国家公路干线建设在西双版纳州的一段线路，其中从景洪至勐海县城之间因工程需要路基开挖，产生了巨型高陡边坡，该边坡穿行复杂岩石地段，地质条件复杂，岩基复杂多样，经2 0 19 年在全线公路边坡绿化中，采用传统的方式进行过绿化，其他路段成功绿化，但该高陡边坡则绿化失败，仍然为裸地，植被盖度为零 14。四川环境为此，云南交投集团与云南大学生态环境学院暨云南省高原山地生态与退化环境修复重点实验室针对该问题进行联合攻关。因此，本研究以西双版纳州景洪至勐海高速公路高陡岩质边坡为研究对象，对该区的重点困难地段岩石边坡立地生态条件进行分析 14，针对性地提出该边坡绿化生境改良技术思路和绿化工艺方案，选适合该边坡绿化的植物种，以期为今后的高陡岩质边坡治理及防护提供参考。1材料与方法1.1石研究区概况该高陡边坡位于中国西南部云南省景洪市西北，澜沧江以西，属于澜沧江断裂带特殊区域，景洪至勐海高速公路（2 2 0 4 0 6 N，10 0 43 33 E），海拔约6 8 0 m，地带性植被为季风常绿阔叶林，地面主要植被类型为橡胶纯林。年降雨量1136 1513mm，年积温 8 0 0 0 的雨林植被下限值区域，雨季集中了全年8 0%9 0%的降水，干旱少雨、偶有低温的旱季，雨季集中在6 9 月、光照强度约6 350 0 6 7 8 0 0 lux，年平均气温18.9 2 2.6 之间，空气湿度40%6 0%，由于处于海陆位置，使得昼夜温差大。南亚热带季雨林环境，季节性干旱突出，干旱时经常与高温同步，在人类扰动和地形陡峭的区域，植被先天结构单一，生态脆弱。本次实施生态重建的高陡岩质边坡坡面面积6 0 0、坡度46、坡表面土壤薄，在上一年度用弃土场土壤覆土10 cm厚，并液压喷播种植了常规绿化植物种子，未成活，土壤已经基本上全部流失。公路修建开挖边坡较深，大部分坡面为深层岩石层。通过对该高陡岩质边坡的实地调查，我们发现公路修建开挖边坡较深，大部分坡面为深层岩石层，开挖边坡坡度4555，没有进行物理固定，边坡坡度在32 55之间，呈现大面积裸地，没有植物生长，必须进行生态重建。岩质边坡岩质土壤硫（S）浓度平均为1.6 9%，与原煤中的含量水平相当，pH 生态重建修复区的土壤（实验区）传统恢复区的土壤（对照区），前二者的含水率4.0a3.53.0(%)率号干2.52.01.51.00.50周边表土实验区对照区不同样地的土壤(A）含水率0.120.10四川环境表2 实验区植物群落监测Tab.2Plant community monitoring in the experimental area2021年4月(盖度:6 5%)(盖度:7 0%)主要植物名称株高(cm)木豆（Cajanus cajan）猪屎豆（Crotalaria pallida)白灰毛豆（山毛豆）（Tephrosia candida）狗牙根（Cynodondactylon）羽叶金合欢（Acacia pennata）葛藤(Pueraria montana)黑麦草（Lolium perenne)山苦英（Ixerischinensis）毛桐（Mallotus barbatus）百喜草（Paspalum notatum）叶子花（Bougainvillea spectabilis）a三543210周边表土实验区对照区不同样地的土壤(B)pH0.04aa0.0342卷2020年12 月2021年11月(盖度:9 8%)密度株高(株/m)(cm)6.915.57.024.80.35.23.27.80.132.40.324.11.55.80.18.20.147.96.490.80.3和pH差异不显著（p0.05），二者均显著高于对照区（p0.05，如图2 AB）；有机质、总氮、总磷这些养分元素是实验区的较高（如图2 CDE），有机质和总磷实验区与自然系统无显著差异，二者10129876b密度(株/m)0.57.17.342.60.36.13.72.34.57.10.328.66.27.60.235.04.1102.50.210aa86420周边表土实验区对照区不同样地的土壤(C)有机质1 6001.400株高(cm)185.2145.090.27.8270.2360.038.1110.2aa密度(株/m)0.68.60.24.45.00.3一5.40.2bab0.030.08(%）禁0.020.06b0.040.020周边表土 实验区对照区不同样地的土壤(D)总氮图2 周边自然生态系统的表层土壤、生态重建修复区的土壤（实验区）和传统恢复区的土壤（对照区）基本理化性质、养分含量和硫酸根浓度Fig.2 Basic physical and chemical properties,nutrient content and sulfate concentration of the topsoil of the surroundingnatural ecosystem,the soil in the ecological reconstruction and restoration area(experimental area),and the soil in the12001000b8000.026000.014000.012000周边表土实验区对照区不同样地的土壤(E）总磷traditional restoration area(control area)周边表土实验区对照区不同样地的土壤(E)有效硫5期均显著高于传统修复区即对照区（如图2 CE），而总氮则实验区显著高于其它两个区（如图2 D）；有效硫含量实验区和对照区土壤都显著高于周边自然系统的表土（如图2 F）。土壤有毒有害元素及重金属含量也发生了明显变化（如图3），氯离子含量实验区和自然系统的土壤显著低于传统修复的对照区（如图3A），实验区铜含量显著高于周边自然系统的表层土壤，但显著低于传统修复的对照区（如图3B），实验区161412108642周边表土实验区对照区不同样地的土壤(A）氯离子605040(ay/u)3020100周边表土实验区对照区不同样地的土壤(D)总砷45403530(8/eu)2520151050周边表土实验区对照区不同样地的土壤(G)镍注：同一个子图内不同小写字母之间表示两类样地的元素含量差异显著，P0.05，如图3I）。8070(8x/u)6050403020100周边表土实验区对照区不同样地的土壤(c)锌706050(3y/u)器40302010周边表土实验区对照区不同样地的土壤(F)铬807060(a/u）50403020b100周边表土实验区对照区不同样地的土壤(1)铅abbb192不同的修复方式对土壤肥力的改善效果差异大 15】，与传统的边坡绿化技术（对照）相比，该生态重建技术成功改善了土壤含水率（如图2 A）和土壤酸碱度（如图2 B），提高了土壤有机碳（如图2 C）、土壤氮（如图2 D）和磷（如图2 E）养分含量，对土壤性质和养分元素的改善作用明显；对土壤污染元素氯离子（如图3A）和铜（如图3B）的去除有明显效果，对土壤污染元素锌（如图3C）、砷（如图3D）、镍（如图3G）和汞（如图3H）的去除具有一定作用，因此，该生态对原土的修复起到了一定的改善作用。与周边自然生态系统表土（0 10 cm）相比，实施生态重建技术后14个月，土壤含水率、土壤pH、土壤有机质、总氮和总磷都恢复到自然生态系统的水平（如图2 AE），这是由于在生态重建区，在植生袋中用弃土场的土壤并添加了一些复合肥，在建植后，这些元素会渗到底层的原土了，逐步改善植生袋下面的底层原土，加之，石灰的使用能改善土壤酸碱度。该生态重建中，高陡岩石边坡修复的成本约2 0 0 元/m，与黄屹等 16 提出的三联生态防护成本相当。3结 论经过我们使用改进的植生袋和工艺种植技术，与传统的边坡绿化修复方式相比，我们的生态重建取得了明显的修复效果，在植被盖度、群落稳定性和土壤改善方面均有效果。得到主要结论如下：（1）生态重建物种主要从适生草本、灌木和藤本植物中进行选，重点考虑种子可获得性、本地乡土植物种类、适应性及将来要形成的目标群落。（2）本重建技术成功的关键，在于植生袋的制作，由于立地条件是强酸性环境，因此制作的植生袋不透水，同时满足植物茎能自由穿透袋体生长，分为四层，最外层为尼龙纤维网，次外层为无纺土工布，中层为植物种子，最内层为能在短期内自动分解的无纺棉纤维布（或纸浆层）。这是技术成功的关键。（3）通过改进的植生袋种植，我们在重建14个月内，植被盖度恢复到9 8%以上，形成较稳定四川环境的群落结构。（4）本次生态重建对高难度高陡岩质边坡进行了成功修复，完成了攻关，所采用的问题分析方式、植物选择配置和修复方法等可为类似高难度边坡修复提供生态修复技术参考。参考文献：【1陈文桥.高陡岩质边坡勘察设计探讨 J.中国金属通报，2021,(2):141-142.2 夏冬，李富平，袁雪涛，等.露天矿岩质边坡生态重建技术研究现状及发展趋势J.金属矿山，2 0 18，（1）：1-10.3莫春雷，宁立波.高陡岩质边坡植被修复的立地条件研究一以洛阳市宜阳锦屏山为例J.安全与环境工程，2014,21(1):17-21.4宋国平，刘国东.四川省高等级公路环保现状与存在问题J.四川环境，2 0 0 2,（4)：6 2-6 4,7 6.57高素芳，盛志战，吴晓娲，等.稳定岩质边坡陡岩的植被护坡可行性研究 J.能源与环境，2 0 2 1，（6）：8 2-8 4,10 5.6 王力，卫三平，王全九.榆神府煤田开采对地下水和植被的影响 J.煤炭学报，2 0 0 8，33（12）：140 8-1414.雷少刚，卞正富.西部干旱区煤炭开采环境影响研究 J.生态学报，2 0 14，34（11）：2 8 37-2 8 43.【8 陈士超，左合君，胡春元，等.神东矿区活鸡兔采煤塌陷区土壤肥力特征研究 J.内蒙古农业大学学报（自然科学版），2009,30(2):115-120.9 张立博，秦哲，付厚利，等.强降雨对高陡岩质边坡稳定性的影响分析 J.金属矿山，2 0 17，（8）：16 5-16 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