岩质边坡生态修复植被的选择和配置研究

耿绍波，卢建利，姜 超，王冬佶，王 恒

(中国电力工程顾问集团 东北电力设计院有限公司，吉林 长春 130021)

大规模开发建设活动的开展必然形成大量的岩质边坡，破坏土壤和植被，极易诱发崩塌、滑坡和泥石流等地质灾害。随着人们对环境质量的要求越来越高，传统圬工护坡技术的绿化效果和生态效益已不能满足人们的要求，因此岩质边坡生态护坡技术应运而生，并在近年的工程建设中得到极大的推广和应用[1]。但由于我国在该领域的研究起步较晚，目前在岩质边坡生态修复方面仍存在不少问题亟待解决。其中，边坡修复植被的选择和配置尤为重要，因为喷混植生护坡及其他生态护坡体系的防护效果最终要由植物来体现，植物的合理选择和配置是群落向正演替方向发展的前提条件之一。不同植物的基因特征不同，对环境条件的适应性也就不同[2-3]。因此，科学研究及合理论证植物选择和配置模式是成功恢复岩质边坡生态系统，确保植物群落长期有效的关键。

本研究针对不同气候区域分析研究了岩质边坡生态修复植被的选择和配置，以期为不同地区岩质边坡的生态修复工作提供参考。

1 南方热带亚热带区域

南方热带亚热带区域温湿条件较好，合理地配置乔灌草藤等多种植物，可形成稳定的群落结构。另外，该区域降雨较多，因地制宜地制定边坡生态治理工程截排水模式，能持续发挥截排水作用，确保坡面绿化植被层免遭汇水冲刷，保障坡面生态系统稳定[4]。例如，蔡生来等[5]在安徽省安庆市集贤关矿区桃园治理区利用高次团粒喷播恢复植被，根据气候、土壤、水文等自然条件，选择刺槐、紫穗槐、胡枝子、火棘、爬山虎、凌霄和高羊茅、黑麦草等当地的乡土树草种组合栽植，做到了乔灌藤草的较完美结合，维护了植物多样性，构建了立体的生态体系。

在南方热带亚热带区域岩质边坡进行植被恢复时，合理地配置乡土植物，可加速岩质边坡向稳定群落结构演替。陈晓蓉等[4]在海南省三亚市利用V型槽植生带法(V型槽+挂网喷混植生)对高陡采石场边坡进行了生态修复，发现通过人工生态辅助，可加速植物群落及其生态系统的形成，从而促进边坡生态系统的演替。前期喷播的草本植物如矮生百慕达、柱花草、海南含羞草等在2年后呈衰退之势，而乡土植物马尾松、芒萁、蟛蜞菊等已逐渐入侵进来，同时，先期种植的簕杜鹃、夹竹桃、小叶榕、台湾相思、凤凰木、爬山虎、葛藤等乔灌藤已成为边坡优势植物种，预测再经过3～5年的自然适应，人工植物和入侵的乡土植物之间的竞争会达到平衡，形成较为稳定的植物群落结构。王耀建等[6]在深圳市基于喷混植生的高陡岩质边坡生态修复中也发现，经过3～6年的发展，部分人工植物如狗牙根、百喜草、山毛豆等出现退化，乡土植物如木麻黄、芒草、五爪金龙、蟛蜞菊等自然入侵，并与存留下来的人工植物竞争达到平衡，进入自然演替的过程。李林霞等[7]详细研究了浙江舟山海岛矿区岩质边坡植物群落的演替过程，在植物群落的三个演替阶段(草本植物群落阶段、灌丛群落阶段和灌乔群落阶段)，随着演替的进行，物种丰富度指数显著上升，多样性指数和优势度指数逐渐升高。其中，在草本植物群落向灌丛群落演替过程中，当草本植物生长达到顶峰后，草本植物群落出现退化，此时可迅速补种臭椿、盐肤木和红叶石楠等，人为缩短演替周期；在灌丛群落向灌乔群落演替过程中，土壤理化性质指标发生了较大变化，已经适合于木本植物的生长，此时通过人为栽植乡土树种如构树、乌桕、算盘子、日本野桐、悬钩子、杉木、黑松、青冈等，或在喷播时加入部分乡土树种的种子，可缩短植物演替的进程。张鑫等[8]通过对江苏省基于挂网喷播绿化的岩质边坡植物群落的调查，发现随着恢复时间的推移，除乔灌木刺槐、女贞、马棘等外，喷播的草本植物狗牙根、结缕草等逐渐被乡土草本植物芒草、香丝草等取代，因此在喷播基质中加入一定配比的乡土植物种，有利于岩质边坡植物群落的构建及稳定。另外，作者还发现，绿化工程实施6年后，蔷薇科、豆科、木樨科、菊科和禾本科这5科植物在岩质边坡生态修复过程中所起的作用最大，因此在喷播基质中可适量加入以上5科植物种子。

岩质边坡植物配置时，撒播密度也会影响恢复效果。贺握权等[9]在利用液压喷播技术对广东石质边坡进行植被恢复的研究中发现，高播种密度并未产生高的植被成活率，而在乔灌草混播的护坡中，草本植物的生长优势若得不到合理控制，会严重影响乔灌的前期生长过程，因此适当降低草本类先锋植物的播种密度，控制草本植物的喷播比例，选择根部初期生长较慢的草本优势植物，利于形成稳定合理的草灌乔群落，并有效提高坡体抗冲刷能力。

合理利用攀缘植物也会起到良好的绿化效果。邹旭等[10]在湖南娄底市研究了露采开挖面的植被恢复，发现对于高度小于10 m的开挖面，种植攀缘植物(扶芳藤、紫藤、葛等)绿化效果较好，攀缘植物可以较快地遮盖裸露的山石或陡坡，形成生物墙，快速复绿。

2 北方暖温带区域

北方暖温带地区坡面温差较大，岩质坡面较薄的基质层很难满足植被生长的需要，应以乡土灌草藤为主，慎重选择乔木树种。袁磊等[11]以济南市典型破损山体高陡岩质边坡生态修复工程为研究对象，探讨了不同技术工艺下边坡的生态修复效果，发现：采用挂网喷播技术时，人工种植的草种在随后几年里大量死亡，逐渐被当地草种所代替，且当地草种数量也较少，无灌木种入侵；采用植生袋与生态袋技术时，修复年限为3～4年，固持水土能力较好，植物群落尚以人工栽植物种为优势种，但本地草本数量所占比例逐年上升；采用植生袋+挂网喷播模式和格构+生态袋+挂网喷播模式时，优势种呈现出由高羊茅等多年生草本向紫穗槐等灌木与本地草本混合演化的趋势。高小虎等[12]以山东省某高速公路风化岩石路堑边坡(非高陡边坡，坡度35°)植被恢复工程为对象研究发现，在植被恢复初期，快速生长的外来植物高羊茅、紫花苜蓿等能为本地植物提供短期的温湿环境，营造植被恢复的适生条件，恢复4年后本地灌木种紫穗槐、荆条、胡枝子成为主要的坡面物种，无论是植株高度、植株密度、单株覆盖度还是层间分布，灌木均为植被结构中的主要构成部分，对坡面植被恢复的贡献作用最大，明显优于草本等低矮地被植物；经过14年的恢复后，原生植物种胡枝子、刺槐、小蓬草、黄花蒿、隐子草等已成为整个岩石坡面的主要植物种，占绝对优势。曹鹤等[13]研究了爬山虎、五叶地锦、葛藤、凌霄、紫藤、南蛇藤6种藤蔓植物在废弃矿山和高陡坡峭壁的垂直绿化效果，结果表明：6种藤蔓植物功能性状之间具有显著差异性，爬山虎、葛藤、紫藤、凌霄属于“快速投资-收益”植物，五叶地锦、南蛇藤属于“缓慢投资-收益”植物；6种藤蔓植物栽种在废弃矿山环境中，适应性得分排序为南蛇藤(9.67)>五叶地锦(6.76)>葛藤(5.95)>凌霄(5.72)>紫藤(4.20)>爬山虎(-0.03)。

3 高寒地区

高寒地区气温低，可有效利用的水分少，植物生长困难，人工喷播边坡植被抗寒性、抗逆性差，再加之植生层不稳定，养分比例失调，人工植被一段时间后会出现二次退化现象，若本地物种未能成功入侵，会最终导致坡面植被恢复失败。

东北地区的岩质坡面应以灌草为主，也可通过保育块技术适量种植小乔木，更有利于边坡生态系统的稳定。张霄等[14]以大兴安岭地区高速公路岩质边坡为研究对象，研究厚质基层喷附技术和植生混凝土喷附技术的植被恢复效果，发现植被配置时如考虑当地自然坡面优势种，可加快坡面植被演替过程，推荐该地区岩质边坡较为合理的物种搭配为艾蒿、柳蒿、羊草、贝加尔针茅、兴安胡枝子、紫穗槐和兴安柳。另外，作者还发现土壤全氮和有机质含量的适当增加可以促进植物群落发展，而土壤速效磷含量的增加会抑制其发展。陶岩等[15]对吉林省东部高速公路岩质陡坡植被恢复效果的研究发现，岩质边坡目标群落应以乔灌草结合的模式为最终群落，乔灌木应优先选择耐旱、耐阴、初期生长速率较快的物种和乡土物种，当地先锋物种的进入表明人工坡面已逐渐融入当地自然环境。通过研究，作者还发现保育块技术适用于当地岩质边坡生态治理中乔灌木的移植，利用保育块技术在岩质坡面移植山杏、东北杏、榆叶梅、榆树等树种，生长速度较快，耐旱、耐贫瘠性能良好，植物成活率均在70%以上。

高海拔的高寒地区则以灌草为主，也可增加花卉，以提高边坡的景观效果。张自和[16]在研究青藏铁路建设沿线的草地植被恢复与重建后认为：扰动后的岩质坡面属于次生裸地，它的自然演替路线为先锋植物(多年生杂草)→草灌群落→以乔木为主的相对稳定的顶级群落。按照这一规律，陡峭的岩石边坡应首先以建立草本型或草灌型植物群落为宜。李天斌等[17]对川西高寒高海拔地区岩质陡边坡JYC生态基材护坡技术的研究发现，对于陡峭岩质边坡宜先构建草本或草灌植物群落，且其草种应为抗旱、耐冻、抗贫瘠和适宜粗放管理的冷季型草种。通过研究，作者提出了川西高寒地区生态护坡的草灌花藤结合的植被配置模式：灌木层选择高山柳、沙棘、忍冬、锦鸡儿、小檗和箭竹等；草本层选择早熟禾、黑麦草、紫花苜蓿、高羊茅、冰草、披碱草及铁线莲等；花卉类选择绿绒蒿、银莲花、柳兰和马先蒿等；藤蔓植被可选取小叶扶芳藤等。李勇等[18]筛选出了适宜川西高原高海拔地区的本地草种，然后进行了不同草种组合培植模式试验，从覆盖度、高度、生物量和土壤侵蚀度4个方面选出最优组合，发现康定县公路边坡在低海拔(2 600 m)地区适宜选择燕麦、老芒麦和白三叶组合，中海拔(3 400 m)地区适宜选择一年生黑麦草、草地早熟禾和康巴垂穗披碱草组合，高海拔(3 900 m)地区适宜选择康巴垂穗披碱草、高羊茅和燕麦组合。

4 半干旱地区

在半干旱地区水分是制约植物生长和群落稳定的主要因素，木本植物特别是灌木发达的根系能深入岩石缝中获取更多的水分和养分，并促进岩石风化转变为土壤，较低的耗水量能使其更容易度过干旱期而存活下来，使植物群落在干旱条件下得以维系。因此，半干旱地区灌木的选择和栽植尤为重要。

针对半干旱地区公路岩质边坡生态恢复的难题，齐藤诚等[19]以内蒙古赤峰—通辽高速公路某岩质边坡为例，采用保育块技术与客土喷播技术相结合的方法构建以木本植物(灌木)为主、草本植物为辅的坡面植物群落。结果表明，此两种技术相结合的方法可使山杏、山桃、榆树、榆叶梅等乔灌木成活率在60%以上，草本植物地上生物量亦达到自然坡面水平，移植的保育块植物根系结构与天然树木相似，根系呈网络状深入土中。赵毓璋[20]在甘肃宝天高速公路红砂岩边坡生态植被恢复技术研究中发现，护坡植物应以乡土植物为主，引种植物为辅。灌木选择适应本区的优良速生、耐旱、耐瘠薄乡土树种胡枝子、沙棘、柠条等，草种除选择本区引种多年的耐贫瘠、耐热、耐旱、成坪快的红豆草、黑麦草、高羊茅等外，还选择了乡土草种冰草。采用灌草结合的配置方式，表现出了植被群落良好的稳定性和复合性。李义强等[21]利用厚层基材喷播技术结合生态棒、生态垫、遮阳网等辅助工艺，在北方半干旱地区岩石边坡进行了植被恢复的研究，对周边地区的乡土植物进行了筛选，发现木本中生长较好的是胡枝子、紫穗槐和刺槐，草本中生长较好的是沙打旺和紫花苜蓿，并形成了紫穗槐+胡枝子+沙打旺+紫花苜蓿为优势群落的特征。同时，作者还发现工程中遮阳网的选择及喷灌技术的应用在一定程度上减弱了干旱对初期植被恢复的影响，在北方地区植被恢复中应大力推广。

5 研究展望

(1)合理的植物配置是群落向正演替方向发展的前提条件之一[7]，植物选择和配置是护坡技术研究的关键内容之一。目前热带亚热带地区岩质边坡的植物选择和配置研究较多，植被恢复效果也较好，但是其他区域如高寒地区和半干旱地区岩质边坡的植被恢复研究开展得较少，且效果一般。因此，应开展特殊区域适生植物品种的评价筛选和乔、灌、草、藤之间相互关系的研究，以及坡面植被建植调控技术的研究。

(2)根系是连接植物和坡面的重要纽带，应继续深入研究根系护坡的正效应[1]，同时注重研究植被根系对基材稳定性的不利影响，如腐烂根系及土壤动物通道等大孔隙结构[22]能加快降雨入渗过程，产生优先流，降低基材-根系复合体的稳定性，同时造成营养物质的流失。

(3)岩质坡面植被重建后植被恢复效果的评价是目前研究缺乏的方面。岩质坡面植被恢复效果评价应从植物群落的抗蚀性、稳定性、多样性和演替规律考虑[1]。首先要建立健全评价指标体系，研究科学合理的评价方法；其次要研究植物群落与生态基材之间的关系，制定科学合理的长效监测机制。

(4)岩质坡面的生态修复技术经过近十几年的发展，已有了相应的技术标准，如《混凝土基体植绿护坡技术标准》(JGJ/T 412—2017)。但是目前的技术标准主要基于护坡技术，而没有充分考虑气候条件、地理环境和生态环境。因此，制定基于特定气候、地理环境(如高寒地区、半干旱地区及干热河谷地区等)的技术标准更有实际意义。