我國高速公路邊坡植被防護現狀與展望

李云鵬，鐘聞華，陳建業，陳學平，王 倜

（1.交通運輸部科學研究院，北京 100029；2.青海省交通規劃設計研究院有限公司，青海 西寧 810001）

0 引言

高速公路邊坡防護一直是公路建設的工作重點之一。隨著國家生態環境建設要求的不斷提高，以植被為主的邊坡防護工程越來越多地應用于高速公路邊坡防護中。植被是土壤的天然保護屏障，能有效抑制土壤侵蝕和淺層滑坡[1-2]。植被防護技術可大幅降低邊坡防護成本；通過不同植物品種的搭配，可營造出不同的景觀，不僅起到美化環境、豐富公路景觀的作用，還能緩解司機疲勞，有利于行車安全。

植被防護最早出現于法國、瑞士等國的河岸防護工程中[3]。早期的植被防護技術以活枝栽種或扦插為主，操作簡單，施工難度低[3]。隨著應用范圍的擴大，大量的機械設備投入植被防護工程中，如液壓噴播設備[4]和泥漿噴播設備分別于1989 年和1995 年被用于該類工程[5]。除此之外，大量新材料也用于邊坡植被防護，如三維植被網和土工格柵[6]、綠化混凝土以及綠化板等[7]分別于1993 年、2001 年和2004 年在邊坡植被防護中被采用。進入21世紀，科研工作者們在施工方式[8]、基材改進[9]和植物種配置[10]等方面開展了深入研究，對相關技術做了較大改善，將邊坡植被防護技術推向新高度。高速公路邊坡植被防護工程的重點也從強調邊坡穩定逐漸轉換為邊坡穩定與生態環境保護并重。

截至目前，我國在公路邊坡植被防護方面的研究和應用已有四十余年的歷史，大量植物被應用于不同地域的高速公路邊坡上，發揮著綠化、美觀和生態保護的作用[10]。然而，近年來一些邊坡植被防護工程時有滑坡、崩塌等事故發生，威脅著人們的生命和財產安全。如2015 年遵赤高速隧道口邊坡滑坡造成3 人死亡；2016 年武陽高速公路邊坡滑坡造成2 人死亡等。除此之外，隨著公路網的快速發展，高速公路建設區域越來越多地涉及丘陵地區和山區，這不僅加大了高速公路施工難度，還帶來了大量原生植被破壞、高陡邊坡處治等難題。反觀現有植被防護體系，大多防護手段持續效果差，部分技術可復制性低，且一些防護措施過于陳舊，無法滿足當今生態環境建設的需要，因此有必要調查我國高速公路邊坡植被防護現狀，分析現有植被防護工程技術特點，總結不同區域高速公路邊坡植被防護經驗，探究相關影響因素，并在此基礎上提出我國高速公路邊坡植被防護的未來發展建議，以促進植被防護措施的合理選擇和應用，為系統構建高速公路邊坡植被恢復技術體系提供參考。

1 我國邊坡植被防護技術分類

植被防護措施是指單獨用植物或者植物與土木工程和非生命植物材料相結合，以減輕坡面不穩定性和侵蝕[11]。植被防護技術有很多，參照施工工序，本文針對邊坡處理方式、植物生長環境營造和植被配置選擇3 個方面就現有技術進行總結。

1.1 邊坡處理方式

邊坡處理方式是指在植被防護前對邊坡進行處理的手段，主要可分為簡單處理、穩定加固和坡面改造3類。

1.1.1 簡單處理

對于一些坡體自身穩定性好、坡面立地條件優越的邊坡，通常對坡面進行簡單清理即可。這類邊坡以土質緩邊坡和巖質緩邊坡為主。由于坡度較緩，增加了植物生長的可能性，可采用成品型產品或掛網客土噴播等進行植被恢復[12]。

1.1.2 穩定加固

需要穩定加固的邊坡一般都存在一定的安全隱患，通常采用工程防護的方式對坡體進行穩定加固。這類邊坡以土質中等邊坡、土質陡邊坡、巖質弱風化中等邊坡和巖質強風化中等邊坡為主。工程防護方法主要有設置擋土墻、格框骨架、錨索（桿）、噴漿、鋼絲網和漿砌片石等。待穩定加固后，視坡面條件進行植被恢復，如骨架內填基材、結構面掛攀緣植物，組合使用擋土翼、擋土匣等[13-15]。

1.1.3 坡面改造

通常進行坡面改造的邊坡都已采取了一定的工程防護措施。這類邊坡以土質陡邊坡、巖質陡邊坡以及其他特殊劣質邊坡為主。坡面改造方式主要分為原位改造和結構物改造兩種。原位改造指在原有坡面上進行的改造，主要包括削坡，開挖種植穴、水平溝、水平階以及打孔等；結構物改造指在工程防護的基礎上，對結構物進行組合和改造，如結構物堆疊（如空心磚、土工格柵、生態袋、格框等的堆疊）和結構物組合（如生態砌塊、木樁排、柳條（梢）捆等的組合）。

1.2 植物生長環境營造

土壤是植物生長必不可少的條件之一，在高速公路邊坡植被防護中，土壤缺乏或貧瘠是制約植被防護手段和恢復效果的重要因素[16]。植物生長環境營造是通過人工方式創造植物生長所需的必要環境，保證養分和礦物質的供給，確保生態系統的平衡。常見的植物生長環境營造措施有客土、土壤改良等。

1.2.1 客土法

客土法也稱物理修復法，是目前植物生長環境營造最常用、應用范圍最廣的一種方法。通常，采用客土法的邊坡多為硬質土、沙質土、貧瘠土、酸性土、干旱地帶或石質邊坡。由植物種子、有機營養土、土壤改良劑、穩定劑、微生物菌劑、肥料等原料混合而成的基材能有效防止坡面水土流失和土壤侵蝕，這些原料與土壤顆粒結合形成的團粒化結構能協調土壤中水分和空氣的平衡，調節土壤溫度，為植物根系生長提供良好的環境[17]。此外，配合錨桿、排水溝、鐵絲網等輔助措施，土壤可被保留在坡面上，為植物生長提供必要條件，實現對劣質邊坡的植被恢復。

1.2.2 土壤改良

高速公路邊坡土壤改良技術多用于存在高鹽堿、貧瘠或板結等土壤退化問題的邊坡處治中。有些地區如西北黃土或荒漠區、北方草原區、南方低山丘陵區和華南熱帶季風區，由于受氣候、地質地貌的限制，加之人為破壞，土壤貧瘠，植物生長困難，需使用土壤改良技術。

目前，公路邊坡土壤改良主要分化學改良和生物改良兩種方法，其中常用的化學改良劑有石灰、石膏、磷石膏、氯化鈣、硫酸亞鐵、腐殖酸鈣等，視土壤的性質擇用[18]；生物改良方法又細分為植物改良、微生物改良和土壤動物改良3種[19]。在土壤改良方法的具體選用上，應遵循“因地制宜、就地取材”的原則。

1.2.3 其他方法

在高速公路邊坡土壤環境營造中，除上述方法外，其他較為成熟的技術還有土壤替代法和加速成土法等。這些方法主要應用于不具備或較難采用客土和土壤改良方法的坡面處治，尤其針對坡度接近垂直、坡面形狀不規則以及光滑的巖石邊坡防護。

土壤替代法是指采用其他材料替代土壤的作用，提供植物生長所需的養分等。工程上采用較多的是纖維毯[20]，它以植物纖維（椰殼、秸稈）和網狀面料為原料，通過專用機械加工，同時混合種子及其他種植結構，為植物生長提供有利條件。不過，纖維毯只適用于坡度較緩的低矮邊坡，而對于高陡劣質邊坡則采用森林毯技術。森林毯材料由結構層、基質層、保水層和透水防護層組成，通過將土壤纖維化，輔助外輸營養液保證植物的生長。森林毯能像防護網一樣緊貼坡面，可在一定程度上防止坡面碎石剝落[21]。

加速成土法一般應用于特定巖性（如石灰巖、頁巖、礫巖等）的巖石坡面上，通過篩選適宜的高效巖石侵蝕生物菌株，加速巖石的土壤化進程，快速形成適應植物生長的土壤，為植物生長源源不斷地提供營養成分[22]。

1.3 植被配置選擇

植被配置選擇主要指對植物種類和植物搭配方式的選擇。用于護坡的植被類型涵蓋喬木、灌木、藤木、花卉和草本植物等，不同植被種類的搭配會產生不同的效果，根據植被防護的目的可分為以下3種類型。

1.3.1 以短期快速覆蓋為目的

以短期快速覆蓋為目的的植被配置方式，通常選擇能快速生長的草本植物，通過混播發揮各種草本植物的優勢，從而增加坡面群落的多樣性和穩定性。此外，通過引種豆科植物（如紫花苜蓿、豬屎豆等），可增加土壤固氮能力，提高土壤肥力，促進植物生長[23-24]。在草本覆蓋初期，由于很好地形成了地表覆蓋，對土壤侵蝕的防治效果較好，也有利于初期表土層的形成。但由于草本植物根系較淺，其固土護坡能力較差，易發生整塊剝落的現象，且破壞后恢復困難。

1.3.2 以增加景觀效果為目的

因景觀需要，可配置開花植物，且注重花期顏色的搭配[25]。這種植被配置方式對種植的時間和順序、植被日常修剪打理、澆水施肥等要求較高。不同于園林綠化，根深、枝繁、葉茂、花艷的常綠喬木無法在坡面上種植，取而代之的是枝葉具有不同顏色的低矮灌木和草本，通過構建垂直的顏色差異，實現景觀效果的提升，多見于養護容易的高速服務區、停車區路口或互通匝道邊坡。然而，盡管用了草灌的配置方式，所形成的群落穩定性欠佳，后期管養和補植的工作量大。

1.3.3 以群落穩定為目的

建植的群落達到穩定狀態是邊坡植被恢復的最終目標，通常采用喬灌草多種植物搭配的方式實現，具體要考慮未來群落演替方向，結合原有地貌植被覆蓋情況，根據恢復生態學和生態工程的基本原理，設計不同的群落類型，選擇不同的植物種類[26]。不過，實際工程應用中，通常首選耐旱、耐貧瘠的植物種類，而非適應性較強的本地物種。盡管外來物種的快速生長能帶來短期的綠化效果，但最終會被本地物種順向演替替代。這種建植方法會延長演替時間，也會帶來外來物種與本地物種的不良競爭等問題。

2 我國高速公路邊坡植被防護現狀

2.1 植被防護區域劃分

為了分析我國高速公路邊坡植被防護現狀，本文選取降雨量、水土流失、土壤類型、溫度帶、植被類型及地形等指標，對全國不同區域特征進行歸納和分類。數據來源于地理空間數據云平臺（http://www.gscloud.cn）1∶50萬的中國圖類專題圖集，制圖時間為2015—2018 年。首先采用ArcGIS 10.0 對專題圖矢量化處理后進行疊加分析，然后結合中國省級行政區劃圖，根據不同區域的地質地貌、氣候、土壤、植被類型和水土流失程度等的差異，將我國粗略分為5 大區域，具體如表1所示。

2.2 植被防護現狀

為了解我國邊坡植被防護現狀，先后對西藏、青海、吉林、陜西、河北、山東、四川、海南等省區市共計26 條高速公路的124 處植被防護邊坡的植被防護措施類型、植物種類及植被生長情況進行了實地調查，部分調查結果如表2所示。

表2 不同區域主要邊坡類型、植被防護措施及防護現狀

2.2.1 青藏高原區

青藏高原區的植被防護主要用于高速公路土質邊坡。這類邊坡具有土壤貧瘠、儲水能力差、水土易流失等特點，防護中可供選擇的植被種類少，后期管養供給難度大。此類邊坡防護多采用噴播植草和鋪設草皮的方式，其初期防護效果一般，經過長時間的自然演替后可形成穩定的群落，但覆蓋度較低。該地區的植被防護應盡量減少破壞，同時開展相應的引種試驗研究，以增加可種植植物種類和配置形式。其他防護形式在青藏高原區的適用性較差，達不到應有的綠化效果。

2.2.2 西北地區

西北地區主要邊坡類型為巖石邊坡和黃土邊坡。調查發現西北地區的巖石邊坡主要特征為坡度大、缺乏植被生長所需環境。針對此類邊坡主要采用工程防護和植被防護相結合的方式，借助微地形改造手段營造植被生長所需環境，從而實現植被生長和覆蓋。黃土邊坡具有土壤易崩解、易侵蝕、易形成土壤干層，澆水施工易造成水蝕等特點，采用穴栽的方法雖然能很好地營造植被生長環境，但設置臺階時不應過高且臺階應采用反坡形式，以具備蓄水、保水的功能，并多采用喬灌植物增大植被覆蓋率，從而確保植被恢復效果。

2.2.3 東北地區

東北地區應用植被防護的主要邊坡類型為土夾石邊坡，一般坡度較緩，多采用框架梁或客土噴播的植被防護形式，不同邊坡所選擇的植物種類配置存在較大差異。調查發現，合理的植物種類搭配能產生良好的綠化效果，喬灌占比變化并不影響綠化效果，喬灌與草本的比例才是影響最終群落穩定性的關鍵因素。因此，針對該地區的植被防護，應多開展植物篩選研究，針對不同土壤和降雨條件，合理搭配植物，保證喬灌草的生長。

2.2.4 中東部地區

中東部地區邊坡主要分巖石邊坡和碎石邊坡兩種。中東部地區的巖石邊坡情況與西北地區相似，不同點在于這兩個地區的氣候條件存在較大差異，且巖石山區地表原生植被生長情況也有較大不同，主要體現在植物種類和植被覆蓋度方面。盡管如此，在中東部地區巖石邊坡防護中，采用微地形改造的方式，通過營造植物生長環境能有效提升植被恢復效果。碎石邊坡主要分布于土石山區，其土壤貧瘠，雖然具備一定的植物生長條件，但自然生長緩慢且效果差。針對此類邊坡，通常采用客土噴播搭配工程材料使用的防護手段，通過增加保土措施，適當提高土壤肥力，實現對困難立地條件的植被恢復。

2.2.5 南部地區

南部地區的邊坡類型多樣，兼有土質邊坡、巖石邊坡和土夾石邊坡。因受氣候條件的影響，南部地區高速公路邊坡總體呈現出季節性干旱、易受暴雨沖刷等特征。建成時間較短的植被防護工程，其早期的恢復效果較差，且陰坡、陽坡存在明顯差異；而建成時間較長的邊坡，生長的植被多為當地優勢種，且植被覆蓋條件好，即使在季節性干旱條件下，也能保持綠化效果。因此對于南部地區的植被防護，為了保證綠化的可持續性，同時縮短演替時間，建設時應引種耐旱植物，選擇當地優勢種，合理布設保水、排水設施，保證綠化效果。

3 我國高速公路邊坡植被防護存在的問題

盡管不同區域由于地質、地貌、氣候等條件不同，邊坡防護的側重點和難點存在較大差異，但采用的植被防護措施在全國范圍內相似，尤其是在部分材料使用、植物種類選擇、植物搭配及后期管養措施方面，并沒有根據當地的實際情況進行合理的設計和施工。在某些邊坡植被防護施工中，對經濟效益的考慮高于對生態效益的考慮，造成防護效果達不到既定目標，植被防護技術難以實現循序漸進的發展。基于以上現狀，通過歸納分析，發現我國高速公路邊坡植被防護目前存在以下問題。

3.1 生態恢復理論落后于工程實踐

生態恢復是研究生態整合性的恢復和管理過程的一門學科。生態整合性包括生物多樣性、生態過程和結構、區域及歷史情況、可持續的社會實踐等廣泛的范圍[27]。對于植被防護工程，生態恢復的最終目的是恢復受損生態系統的必要功能并使之具有系統自我維持力。由于不同邊坡受損或退化的生態系統存在地域差異，加上外部干擾類型和強度不同，導致受損或退化的邊坡生態系統所處階段、過程及其響應機制也各不相同。因此，對于不同地域的受損或退化邊坡，應在恢復目標、關鍵技術等方面差別對待，做到因地制宜和靈活應用。然而，目前有關生態恢復理論的研究落后于工程實踐，這不僅體現在施工上，還體現在養護上，如相關工作缺乏理論指導，對恢復目標的認識較淺，恢復效果評價不切實際等。除此之外，雖然目前我國在植被防護技術方面發展較為快速，但大多限于單一技術或單一類別，與受損生態系統的完整恢復或重建技術體系還存在較大差距，難以達到生態恢復的最終目標。

3.2 植被防護技術照搬照用

目前我國邊坡植被防護手段主要有空心磚（預制塊）植草、框架梁植草（灌）、鋪設草皮、植苗（喬、灌、草）、土工格柵植草、生態袋、液壓/客土（掛網）噴播、三維植生網、漿砌石墻面掛綠籬、植被混凝土、開挖種植穴和廢舊材料再利用等。然而，一些較為成熟的防護技術在應用過程中大多依賴施工經驗，缺乏相應的科學依據，導致推廣失敗，如青藏高原區的植生袋快速老化分解、黃土地區客土噴播效果差等問題。此外，相同技術在同一地區不同位置的應用中也存在照搬照用現象，如同一項目內不同邊坡條件下采用相同的客土噴播厚度等。總之，沒有嚴格按照相關技術適用范圍、適用條件的具體要求實施，而是粗放地照搬，因而往往效果不佳，抑制了技術的發展和推廣。

3.3 植被的邊坡穩定作用研究不系統

眾所周知，采用植被防護的主要目的是發揮植物自身對坡面穩定的作用，這主要體現在植物根系本身的錨固、加筋作用及根系生長對土壤結構的調節作用[28-29]。除此之外，植物的地上部分不僅能發揮景觀作用，還可通過增加地表覆蓋來防止水土流失等問題。由于自重荷載和冠層風荷載因素，喬木一般不用于邊坡植被防護。但近些年，隨著景觀和群落穩定性的需要，學者們開始研究如何將喬木灌木化從而實現在植被防護中的應用，且已取得一些成果，這極大地豐富了植被防護初期對植被配置的選擇。不過，對于植物根系對邊坡穩定性影響的研究還僅停留在靜態力學機理方面，相關研究成果也并沒有在工程實踐中得以應用，如何系統地研究植物地上和地下部分對邊坡的穩定作用，并用于指導植被防護群落建植，是實現后期邊坡生態系統穩定不可忽視的因素。

3.4 新技術、新材料、新工藝推廣難

隨著學科交叉的日益深入和新材料、新工藝在邊坡植被防護工程中的應用，現階段出現了許多新的植被防護技術，其中有的已經用于實際工程，如打孔綠化技術[30]；有的尚處于試驗效果的觀測階段，如植被森林毯技術[21]。這些新的植被防護技術與早期的技術相比，無論在施工方法還是恢復理論上都有較大提升。然而，在實際工程中，受傳統施工觀念的影響，加之施工進度、施工要求的限制，新技術的應用和推廣尚存較大困難，研發單位得不到相應的資金支持，極大地限制了行業的發展。除此之外，部分植被防護材料缺乏統一的行業標準，劣質產品拉低了市場價格，導致新材料與舊材料的價格差增大，這同樣也不利于新材料的使用和推廣。

4 我國高速公路邊坡植被防護發展展望

通過分析我國高速公路邊坡植被防護中存在的問題，可知盡管植被防護措施形式多樣，但部分防護措施已無法滿足日益升級的邊坡綠化需求，此外在植被防護設計和施工中還存在明顯不足。因此，為了促進植被防護技術的改進和革新，現從以下幾方面對我國高速公路邊坡植被防護發展提出建議。

4.1 明確不同植被防護技術的適用條件

通過對現階段的植被防護技術體系進行系統歸納和分析，明確和界定不同技術的適用范圍和條件，挖掘不同技術的防護側重點，從防護目標、防護手段等方面進行分類，厘清每項技術在施工前、施工中及養護期的技術重點和難點。對于不同區域的同一技術，需要統一施工標準，在保障施工質量的同時，確保技術的可推廣性和可復制性，最終促進技術的發展。

4.2 規范植被選擇和配比

改變單調、結構簡單的護坡植物品種和配置形式，摒棄“快生長、高覆蓋”的植被配置理念，以構建穩定群落為目的，從植被群落的整體功能和適應性出發，促進邊坡生態系統的穩定性。在樹種選擇上優先考慮鄉土樹種，避免入侵種和不良競爭種的使用[31]，強調土壤種子庫的作用[32]，多采用“以灌為主”的配置形式，參考當地原生植被群落優化植被配置，縮短演替時間。

4.3 強調可持續植被的管理

開展植被的良性演替研究，在植被防護設計、施工和養護期開展過程指導、監測和必要的補播。在設計階段，針對不同邊坡的實際情況提出合理的目標植被群落，明確邊坡植被群落的演替方向[33]；在施工過程中，注重植被的空間配置和時間配置，強調不同時期優勢種的作用，加強早期養護，確保植物存活，適當開展補植，保證群落穩定，最終實現植被群落的可持續生長。

5 結語

高速公路邊坡植被防護工程是促進我國生態文明建設的必要措施之一，開展邊坡生態恢復研究是提升植被防護技術的必要條件。本文在系統總結現有邊坡植被防護技術特點，調查我國不同區域高速公路主要邊坡類型的植被防護措施現狀的基礎上，剖析了目前我國高速公路邊坡植被防護存在的主要問題，提出了相應的邊坡植被防護發展建議，以促進植被防護措施的合理選擇和布設，推動新技術、新工藝的發展，同時也為最終構建高速公路邊坡生態恢復理論提供參考。