高速公路周边区域的生态恢复研究

2016-06-29牛路青煤炭工业郑州设计研究院股份有限公司郑州450000

山东工业技术 2016年13期

牛路青，王欢（煤炭工业郑州设计研究院股份有限公司，郑州 450000）

高速公路周边区域的生态恢复研究

牛路青，王欢
（煤炭工业郑州设计研究院股份有限公司，郑州 450000）

摘要：高速公路建设具有征地范围广、工程量大、配套设施多等特点，容易造成路域周边的野生动植物数量减少、水土污染或流失、自然景观消失等生态问题，而生态恢复技术展示出解决这类难题的良好前景。本文分别介绍了植被恢复、野生动物保护和水土保持等生态恢复技术，为高速公路路域生态恢复提供一定的理论参考。

关键词：高速公路；路域生态系统；生态恢复；技术措施

1　引言

高速公路虽然具有提高交通运输效率、促进区域经济发展等优点，但是公路的建设、使用与维护过程会干扰周边区域生态系统，例如路基施工直接损害地表植被或间接干扰植物正常生长、车辆行驶阻隔野生动物的迁徙或造成动物交通事故、无防护的路堤边坡在雨季产生大量泥沙使得水土流失、以及公路带周边自然景观格局破碎化等。尤其当路域涉及特殊地貌气候区、自然保护区、水源保护区和风景名胜区等生态敏感地带时，若不采取预防与补救措施，不仅会对路域生态系统造成永久破坏，而且也会危害到高速公路运营。生态恢复是解决高速公路路域生态问题的重要途径之一，开展生态恢复研究对于提升高速公路的环境效益和使用效率均有重要意义。

2　高速公路路域生态恢复的研究现状

路域生态恢复是依据恢复生态学与景观生态学原理，通过耦合一定的生物代谢、理化技术及工程措施，来调整路域生态系统的内部组成、能量平衡与信息传递等，以遏制生态退化过程，并强化系统自我修复能力，最终使路域生态系统恢复至历史甚至更佳的服务功能，路域生态系统范围一般划定为高速公路中心线两侧各200m宽的线性区域。路域生态恢复在解决生态问题方面展示出良好前景，已成为公路环境保护领域的研究热点，受到越来越多国内外研究人员关注。目前研究较多的集中在路域的绿化设计、边坡防护、景观恢复等方面［1］。

国外关于路域生态恢复的研究起步早且成果多，其中日本、美国和西欧等国家在该领域的研究处于国际先进水平，已发展出较完善的理论体系和应用技术，建立起成熟的法律规范与管理制度。例如日本的公路建设已全面采用植物防护，取得多项植被恢复专利技术，路堤边坡的绿化技术注重与自然环境的协调，生态恢复技术向自动化与智能化与方向发展。美国的环境治理方式以植物恢复及自然转移为主，结合物理和化学恢复技术，同时致力于研发经济和绿色的原位修复技术。

国内对路域生态恢复的研究目前还较少，已有报道主要关注植被护坡措施，缺乏路域生态系统的影响机理与演替过程的系统研究，选择先锋植物时没有考虑路域生物群落的多样性、适应性与共生性。在路域内野生动物的生存环境分析与保护方案设计方面，缺少具体应用案例。生态恢复研究工作缺乏高速公路建设的全过程动态视角，在生态恢复后的质量和经济效益评估方面尚存在空白。国内生态恢复技术在设备化、多元化等方面还有待提高。

3　高速公路路域生态恢复的技术措施

高速公路路域生态恢复的常见技术措施有植被恢复、野生动物保护和水土保持及净化三类［2］。

3.1植被恢复

植被恢复是路域生态恢复的首要措施，是恢复退化生态系统功能的关键环节。植被恢复为适应性物种进入和新群落生成提供前提条件，保障生态系统的结构组成、生态价值与生态功能得到全面恢复。植被恢复措施包括土壤改性、植物选择和植被种植3个方面。

土壤改性是路域植被恢复的物质基础，其理化特征直接影响植被的选择与种植。土壤的理化特征主要包括土壤密度、粘度、颗粒大小、通气透水性等物理性质，以及pH、化学元素（N、P、K为主）含量等化学性质。对于板结或过粘土壤，可适量添加粗细砂并进行翻耕。对于酸碱性土地，可采用熟石灰、草木灰等改良酸性土壤；采用碱性石膏、有机酸或钠离子交换剂等改良碱性土壤，将土壤pH调节至5.0～7.0以便于植物生长。土壤改性也与拟采用的整体生态恢复工程方案密切相关。例如采用客土喷播技术可以同时进行土壤改性与植物栽种两个工序，避免了传统方法先改良土壤再栽种的问题，大大提高植被恢复效率。其中喷播基质提供制备生长的土壤条件，可由土壤改良剂、保水剂、粘合剂或高分子聚合物等复合而成。

植物群落恢复过程一般遵循以下顺序：先锋植物→草本群落→灌木群落→乔木群落。因此植物选择也涉及以上四种植物。先锋植物通常选择当地存在的生命力强、耐贫瘠的草本植物，以禾草类和豆科类植物为首选。草本群落的选择也应优先考虑当地的禾本科与豆科草本的搭配，并且兼顾深根与浅根植物、一年生与多年生植物的配置。灌木群落目前常见的有紫穗槐、沙棘和荆条等。乔木群落的选择原则需要兼顾生态、经济与美观作用，常见的有松、柏、槐、柳、杉等。

植被种植包含种植密度设计、植被配置与植被养护。种植密度设计采用大行距内密植的方法，既可以得到密集植被，又能够保证植物所需资源充足。植被配置一般分为行状与群状，行状特点是空间利用率高、植物生长均衡、便于管理；群状特点则是抗病虫害能力强，但后期需要人工间伐。植被养护主要是指为植被持续生长提供良好环境，包括灌溉、施肥、松土、修剪和防病虫害等内容。

3.2野生动物保护

野生动物保护措施应贯彻高速公路工程建设的整个阶段，以公路设计阶段的保护措施为主，以公路施工与运营阶段的管理教育方法为辅。遵循“最大程度保护和恢复，最小程度破坏”的原则。

在设计阶段，公路设计方应该综合考虑经济效益与环境效益的关系，尽量绕过野生动物栖息地与迁徙路径。例如大广高速黄河大桥工程花费1年时间调研优化路线，显著减小对黄河湿地鸟类自然保护区的影响；云南小磨高速公路通过绕线11公里，避开了西双版纳自然保护区等。设置动物通道也是设计阶段的主要保护手段。不同地域的野生动物种类与习性，动物通道的类型、尺寸、位置、维护，以及警示标志等配套设施建设都是公路设计需要考虑解决的问题。例如明哈高速公路结合当地动物的活动规律，以水源作为动物通道位置依据，并借鉴青藏铁路经营确定动物通道尺寸与类型。

在施工阶段，公路建设方应该针对施工人员开展动物保护与救助培训教育，制定相关管理条例约束员工行为，明确岗位责任，尽量减小施工人员、设备与污染对周边野生动物的干扰。在运营阶段，公路管理方则应该建立野生动物交通事故救助机制，针对驾驶员及周边居民开展野生动物识别与自然资源保护教育，在野生动物繁殖期或栖息地限制车流车速等。

3.3水土保持及净化

高速公路路域的水土流失与污染主要是由降雨径流造成。雨水径流会冲刷走边坡土壤，产生大量泥沙，并侵蚀路域良田；雨水中还富含悬浮物与有机污染物，造成周边水环境污染。水土流失与污染程度主要受到区域降水特征、地形地貌、路面与路域维护方式、车流量等因素影响。目前一般采用工程控制措施以实现水土保持与净化目的，常见工程技术有生态护坡、稳定塘与人工湿地等。

生态护坡是指恢复生态功能的自然边坡，或是具备水透性的人造护坡。恢复机理主要是提供生物栖息地和增加水体溶解氧，以保持周边生物的多样性和缓冲带的连续性。高速公路生态护坡既要保证公路路面与边坡的安全稳定，又要固定土壤砂石和恢复水体自净能力，还要具备生态景观功能。按照使用结构材料的不同，生态护坡可分自然型、半自然型和人工型三类。自然型生态护坡采用植被、干砌石或原木等柔性材料；半自然型生态护坡则在柔性材料基础之上加入混凝土、钢筋或高分子进行增强增韧，以提高坡面稳定性，如联合石笼网、生态袋和废旧轮胎，并在废旧轮胎腔体内种植香根草；人工型生态护坡使用生态混凝土、土壤固化剂、框格砌块等材料作地基，再铺设地表土种植草木，生态混凝土有利于藻类和微生物附着生长，具有改善水质和景观作用。

稳定塘是利用人造或天然池塘生态系统的自我净化能力来处理引入污水。作用机理主要是污染物的稀释、混凝、沉淀等物理修复；以及池塘中植物、藻类、微生物的生物修复。该技术建造运行成本低、管理维护方便、节省能耗、处理量大，适用于处理大规模污水。按照充氧情况及微生物类型划分稳定塘。稳定塘的发展方向是通过技术改进与工艺组合，来改善塘内供氧环境、微生物浓度与底部淤泥状况，例如一级降解动力学常数值较高的高效藻类塘；由底部污泥降解区和上部生物膜填料区构成的复合厌氧塘；采取底部分散进水且塘底铺设过滤基质层的生物滤池等。

人工湿地主要是在一定地形下建造的，由人造填料（基质）、水生植物和微生物构成的模拟生态系统，具有天然湿地的结构与功能。作用机理是水生植物对污水中P、N等营养元素的富集吸收；透水性人造基质的过滤、吸附、混凝和氧化还原反应等作用；以及微生物对有机物的代谢分解。人工湿地具有处理效果好、建造成本低、操作运行少等优点。