3S-OER植被生態修復技術在公路邊坡的應用研究

羅霄霞

（山西省交通環境保護中心站（有限公司），山西 太原 030032）

近年來我國經濟快速發展，公路建設隨之加快，由此產生了大量的公路邊坡生態問題。隨著人們生活水平的不斷提高，社會各界對生態環境提出了更高的要求，邊坡防護與建設已不再僅僅局限于對主體工程單一功能與安全的考慮，生態修復及效果逐漸提到現代公路工程建設的日程當中[1]。目前國內外有關邊坡恢復的工程實例頗多，但在黃土干旱寒冷地區邊坡生態修復方面，可查找的文獻資料及適宜實例十分有限。3S-OER植被生態修復技術作用于邊坡生態修復與防護，通過增強邊坡穩定性與生態修復性，減少侵蝕度，加強植被恢復，起到護坡、穩坡、美坡的作用。以右平高速公路為示范段，開展3S-OER植被生態修復技術的示范工程應用研究，探究具有重要的實踐價值和意義，并為其他黃土寒冷干旱地區公路邊坡生態修復提供參考。

1 項目區概況

右平高速公路地處晉西北地區黃土高原，穿越山西省朔州市的右玉縣（起點至K50+900）、平魯區（K50+900至終點），是山西省高速公路規劃“三縱十二橫十二環”的3個南北縱向高速公路之一，總長64.448 km。右平高速公路位于晉北溫帶寒冷半干旱區，春、冬季節寒冷干旱，夏季降雨集中，風蝕雨蝕嚴重；年最高溫度38.3℃，年最低溫度-40.4℃，冬季低溫干旱，植物易遭受凍害損傷，春旱時有發生，對植物生長極為不利。經實地調研檢測，項目區邊坡類型復雜，主要為濕陷性黃土邊坡、膨脹土邊坡、強風化砂泥巖邊坡等。

2 研究方法

2.1 取樣

為了更好地展現右平高速公路在使用3S-OER植被生態修復技術后植被的生長狀況及發展趨勢，2019年10月，研究人員對后頭山隧道進口、后頭山隧道出口、南背頭山隧道進口、南背頭山隧道出口、小峰隧道進口的仰坡等地進行了植被現場調查與分析。該次調查選取樣方大小范圍為：喬木10 m×10 m，灌木5 m×5 m，草本1 m×1 m。每個樣方記錄內容為：海拔、經緯度、坡度等自然地理因素以及人為干擾因素等；群落的總蓋度；各物種的種名、高度、蓋度，喬木類還包括枝下高、冠幅、胸徑、株數等。

2.2 數據處理

2.2.1 群落重要值數據處理

根據所調查群落的特征數據，計算每個物種的重要值，以重要值來確定群落主要成分，并以優勢植物來區分群落，分析其動態變化，其計算公式如下：

喬木重要值=（相對優勢度+相對蓋度+相對頻度）/3，

灌木重要值=（相對蓋度+相對高度）/2，

草本重要值=（相對蓋度+相對高度）/2，

相對頻度=（該種的頻度/所有種的頻度總和）×100%，

相對優勢度=（樣方中該種個體胸面積和/全部個體胸面積總和）×100%，

相對蓋度=（某一物種的分蓋度/所有物種分蓋度之和）×100%.

2.2.2 群落多樣性分析

選用Simpson豐富度指數、Shannon-Wiener多樣性指數分析植物群落的物種多樣性，其計算公式分別如下：

式中：N代表樹種的個體數；pi表示第i個種的個體占所有個體數的比例。

3 結果與分析

植被調查區域緯度范圍是N：39.680216—39.820727；經度范圍是E：112.381024—112.424395；海拔范圍為：1 100～1 250 m。野外共記錄樣方14個，物種數36種，得到36×14的原始數據矩陣（見第76頁表1）。為更好地對比分析，項目工程同時采用了3S-OER植被生態修復技術（見圖1右）和傳統點播技術（見圖1左）。采用3S-OER植被生態修復技術的邊坡植被覆蓋率仍可達到85%以上，邊坡植物大體枯黃、略顯嫩綠，但整體看植被長勢比較良好；采用點播技術的邊坡明顯看到植被的覆蓋率小于10%，邊坡上面除了本土植物鐵桿蒿物種還能辨別外，其他物種幾乎難以辨別。

圖1 采用3S-OER植被生態修復技術和點播技術植被效果對比

3.1 物種科屬分析

從表1中可以看出，調查區域的植被共有12科，33屬，物種相對比較豐富，這與人工干預有關。物種占比最大的屬于禾本科，有9種物種，占全部種的25%；豆科有8種物種，占比為22.2%；菊科有5種；有1種物種的共有6科。

3.2 群落類型劃分

依據《中國植被》[2]的分類原則和系統，結合調查結果的生態分析和群落生境特征的指示種及其組合，右平高速公路生態修復區域植被劃分為4種群落類型，分別代表4個群叢，它們分別是：

a）油松群叢（Asso.Pinus tabuliformis）。

該群叢為人工種植的群叢，位于右平高速公路南服務區，包括樣方3、樣方4，海拔1 100 m左右，總蓋度50%。其中，喬木層蓋度最高，為35%，優勢種是油松，高1.2 m，胸徑3 cm，株數為36棵；其次為草本層，蓋度約20%，優勢種是鐵桿蒿，伴生種包含狗尾草、灰綠藜等。這是為了提高服務區的物種多樣性，美化環境而進行的綠化活動，該活動還在進行中，對維持當地的環境質量，保持生態平衡具有很大的現實意義。

b）檸條-羊草群叢（Asso.Caragana Korshinskii Kom.-Leymus chinensis(Trin.)Tzvel.）。

該群叢位于右平高速公路的大挖方處，包括樣方12、樣方13，海拔1 200 m左右，坡度50°，總蓋度為90%。生態修復兩年，植被處于灌木和草本混合演替階段。草本層的蓋度為70%，優勢種是羊草，蓋度為50%，平均高度50 cm，伴生種有高羊茅、苜蓿、鐵桿蒿、黃花草木樨、沙大旺、披堿草等，蓋度都小于5%；灌木層的蓋度30%，優勢種是檸條，蓋度為25%，平均高度70 cm，伴生種有胡枝子和多花木蘭。

c）羊草-高羊茅群叢（Asso.Leymus chinensis(Trin.)Tzvel.-Festuca elata Keng ex E.Alexeev）。

該群叢為人工種植的群叢，位于右平高速公路隧道口及南服務區，包括樣方1、2、6、7、8、9、10、11，海拔1 200 m左右，坡度在35°～55°之間，總蓋度100%。優勢種是羊草和高羊茅，蓋度分別是50%和35%，高度分別是60 cm和30 cm，伴生種有波斯菊、狗尾草、黃花草木樨、檸條、沙大旺、胡枝子、鵝絨委陵菜、鐵桿蒿等，蓋度都小于5%。這個群叢是右平高速公路利用3S-OER植被生態修復技術后植被的現狀，植物長勢旺盛，茂密且稍綠，與周邊沒有使用該技術的邊坡比較，景觀效果十分可觀，植被覆蓋率接近100%，水土保持良好，充分體現該技術的優勢。

d）鐵桿蒿-狗尾草群叢（Asso.Artemisia gmelinii-Setaria viridis(L.)Beauv.）。

該群叢為草本群叢，包括樣方5、樣方14，海拔1 250 m左右，坡度在35°～55°之間，總蓋度35%。優勢種是鐵桿蒿和狗尾草，蓋度分別是25%和15%，平均高度分別為45 cm和35 cm。伴生種有茵陳蒿、野豌豆、灰綠藜、打碗花、山杏幼苗、苦荬菜、油菜等，蓋度都小于5%。這個群叢是右平高速公路沒有使用3S-OER植被生態修復技術呈現的植被現狀，是植被自然演替的結果，水土保持效果差，會產生許多安全隱患。

表1 調查區域植物物種名稱及特性

3.3 物種多樣性分析

群落多樣性是指生活在一定空間和時間內，多種多樣的活的生命體彼此依賴，相互依存所組成的穩定的生態綜合體，不僅僅包括動物、植物，還包括微生物，且微生物在群落中的作用不可代替。群落的多樣性一般可以從基因、物種、生態系統、景觀等4方面表現，而物種多樣性是關鍵。一個生態系統中，群落物種越豐富，不同生物間相互依存制約的作用越大，群落布局結構越復雜，對外部環境的抵抗能力及恢復能力越強，表明該生態系統越穩定。一個生態系統中生物一旦減少，生態系統的穩定性就要遭到破壞，物種的正常生存就會面臨威脅，甚至死亡。

生物種類的數量和相互間作用關系（即群落的結構布局）決定著群落的穩定性，其中，物種數量的多少發揮著最基礎的作用。一個成熟穩定的生態群落，物種豐富、各種生物之間錯綜復雜，當植被群落遭到外部環境的打擾或破壞時，能夠自動抵御外界干擾，或者通過自我修復與調節，恢復群落的穩定。但如果群落受到外界的干擾超過群落的承載能力范圍，那么該群落將會崩潰、瓦解。因此，對群落穩定性而言，群落的多樣性發揮著重要的作用。

物種間競爭能夠促進群落多樣性發生改變，而降低競爭緊張度可使更多的物種共存，也有利于群落向著更高一級的層次演替。在一個群落中，物種越多，它抵抗外界的能力就會越強，恢復能力也就越強，因此，人類對自然的開發利用應該注意這一點，才能使我們與自然和諧共處，好好地利用自然，從而更好地為人類服務。

通過對前面4個群落Simpson指數、Shannon-Wiener指數的計算（如圖2所示），可以看出群落Ⅲ（羊草-高羊茅群叢）的Simpson指數和Shannon-Wiener指數比其他3個群落的值都高，分別是5.9和1.4，說明該群落物種豐富度較高、分布均勻、布局組織較為復雜、群落穩定性良好。為了加快植物群落的演替進度，可以人為地選取一些適合該區域生長的植物，并且盡量創造出適合這些物種生長的外在條件，以便群落能夠朝著良好的演替方向發展。

圖2 群落多樣性指數圖

4 結論

通過對右平高速公路在隧道洞口邊坡及洞頂仰坡等位置修復后植被調查分析研究發現，采用3S-OER植被生態修復技術的邊坡植被覆蓋率達到85%以上，邊坡群落處于穩定狀態，整體長勢良好，明顯好于沒有采用該技術的其他位置。從另外一個角度來說，采用該技術地段的土壤、水分得到了很好的維持，有利于植被進一步生長、發育、繁殖及擴展，為植物群落向多樣性和穩定性演替提供了必要條件，也為其他區域進行生態修復提供了參考和借鑒。3S-OER植被生態修復技術在黃土干旱寒冷地區邊坡修復具有可行性及實用性，對解決晉西北地區公路建設中邊坡生態修復問題具有重要意義。