巖質邊坡生態修復植被的選擇和配置研究

耿紹波，盧建利，姜 超，王冬佶，王 恒

(中國電力工程顧問集團 東北電力設計院有限公司，吉林 長春 130021)

大規模開發建設活動的開展必然形成大量的巖質邊坡，破壞土壤和植被，極易誘發崩塌、滑坡和泥石流等地質災害。隨著人們對環境質量的要求越來越高，傳統圬工護坡技術的綠化效果和生態效益已不能滿足人們的要求，因此巖質邊坡生態護坡技術應運而生，并在近年的工程建設中得到極大的推廣和應用[1]。但由于我國在該領域的研究起步較晚，目前在巖質邊坡生態修復方面仍存在不少問題亟待解決。其中，邊坡修復植被的選擇和配置尤為重要，因為噴混植生護坡及其他生態護坡體系的防護效果最終要由植物來體現，植物的合理選擇和配置是群落向正演替方向發展的前提條件之一。不同植物的基因特征不同，對環境條件的適應性也就不同[2-3]。因此，科學研究及合理論證植物選擇和配置模式是成功恢復巖質邊坡生態系統，確保植物群落長期有效的關鍵。

本研究針對不同氣候區域分析研究了巖質邊坡生態修復植被的選擇和配置，以期為不同地區巖質邊坡的生態修復工作提供參考。

1 南方熱帶亞熱帶區域

南方熱帶亞熱帶區域溫濕條件較好，合理地配置喬灌草藤等多種植物，可形成穩定的群落結構。另外，該區域降雨較多，因地制宜地制定邊坡生態治理工程截排水模式，能持續發揮截排水作用，確保坡面綠化植被層免遭匯水沖刷，保障坡面生態系統穩定[4]。例如，蔡生來等[5]在安徽省安慶市集賢關礦區桃園治理區利用高次團粒噴播恢復植被，根據氣候、土壤、水文等自然條件，選擇刺槐、紫穗槐、胡枝子、火棘、爬山虎、凌霄和高羊茅、黑麥草等當地的鄉土樹草種組合栽植，做到了喬灌藤草的較完美結合，維護了植物多樣性，構建了立體的生態體系。

在南方熱帶亞熱帶區域巖質邊坡進行植被恢復時，合理地配置鄉土植物，可加速巖質邊坡向穩定群落結構演替。陳曉蓉等[4]在海南省三亞市利用V型槽植生帶法(V型槽+掛網噴混植生)對高陡采石場邊坡進行了生態修復，發現通過人工生態輔助，可加速植物群落及其生態系統的形成，從而促進邊坡生態系統的演替。前期噴播的草本植物如矮生百慕達、柱花草、海南含羞草等在2年后呈衰退之勢，而鄉土植物馬尾松、芒萁、蟛蜞菊等已逐漸入侵進來，同時，先期種植的簕杜鵑、夾竹桃、小葉榕、臺灣相思、鳳凰木、爬山虎、葛藤等喬灌藤已成為邊坡優勢植物種，預測再經過3～5年的自然適應，人工植物和入侵的鄉土植物之間的競爭會達到平衡，形成較為穩定的植物群落結構。王耀建等[6]在深圳市基于噴混植生的高陡巖質邊坡生態修復中也發現，經過3～6年的發展，部分人工植物如狗牙根、百喜草、山毛豆等出現退化，鄉土植物如木麻黃、芒草、五爪金龍、蟛蜞菊等自然入侵，并與存留下來的人工植物競爭達到平衡，進入自然演替的過程。李林霞等[7]詳細研究了浙江舟山海島礦區巖質邊坡植物群落的演替過程，在植物群落的三個演替階段(草本植物群落階段、灌叢群落階段和灌喬群落階段)，隨著演替的進行，物種豐富度指數顯著上升，多樣性指數和優勢度指數逐漸升高。其中，在草本植物群落向灌叢群落演替過程中，當草本植物生長達到頂峰后，草本植物群落出現退化，此時可迅速補種臭椿、鹽膚木和紅葉石楠等，人為縮短演替周期；在灌叢群落向灌喬群落演替過程中，土壤理化性質指標發生了較大變化，已經適合于木本植物的生長，此時通過人為栽植鄉土樹種如構樹、烏桕、算盤子、日本野桐、懸鉤子、杉木、黑松、青岡等，或在噴播時加入部分鄉土樹種的種子，可縮短植物演替的進程。張鑫等[8]通過對江蘇省基于掛網噴播綠化的巖質邊坡植物群落的調查，發現隨著恢復時間的推移，除喬灌木刺槐、女貞、馬棘等外，噴播的草本植物狗牙根、結縷草等逐漸被鄉土草本植物芒草、香絲草等取代，因此在噴播基質中加入一定配比的鄉土植物種，有利于巖質邊坡植物群落的構建及穩定。另外，作者還發現，綠化工程實施6年后，薔薇科、豆科、木樨科、菊科和禾本科這5科植物在巖質邊坡生態修復過程中所起的作用最大，因此在噴播基質中可適量加入以上5科植物種子。

巖質邊坡植物配置時，撒播密度也會影響恢復效果。賀握權等[9]在利用液壓噴播技術對廣東石質邊坡進行植被恢復的研究中發現，高播種密度并未產生高的植被成活率，而在喬灌草混播的護坡中，草本植物的生長優勢若得不到合理控制，會嚴重影響喬灌的前期生長過程，因此適當降低草本類先鋒植物的播種密度，控制草本植物的噴播比例，選擇根部初期生長較慢的草本優勢植物，利于形成穩定合理的草灌喬群落，并有效提高坡體抗沖刷能力。

合理利用攀緣植物也會起到良好的綠化效果。鄒旭等[10]在湖南婁底市研究了露采開挖面的植被恢復，發現對于高度小于10 m的開挖面，種植攀緣植物(扶芳藤、紫藤、葛等)綠化效果較好，攀緣植物可以較快地遮蓋裸露的山石或陡坡，形成生物墻，快速復綠。

2 北方暖溫帶區域

北方暖溫帶地區坡面溫差較大，巖質坡面較薄的基質層很難滿足植被生長的需要，應以鄉土灌草藤為主，慎重選擇喬木樹種。袁磊等[11]以濟南市典型破損山體高陡巖質邊坡生態修復工程為研究對象，探討了不同技術工藝下邊坡的生態修復效果，發現：采用掛網噴播技術時，人工種植的草種在隨后幾年里大量死亡，逐漸被當地草種所代替，且當地草種數量也較少，無灌木種入侵；采用植生袋與生態袋技術時，修復年限為3～4年，固持水土能力較好，植物群落尚以人工栽植物種為優勢種，但本地草本數量所占比例逐年上升；采用植生袋+掛網噴播模式和格構+生態袋+掛網噴播模式時，優勢種呈現出由高羊茅等多年生草本向紫穗槐等灌木與本地草本混合演化的趨勢。高小虎等[12]以山東省某高速公路風化巖石路塹邊坡(非高陡邊坡，坡度35°)植被恢復工程為對象研究發現，在植被恢復初期，快速生長的外來植物高羊茅、紫花苜蓿等能為本地植物提供短期的溫濕環境，營造植被恢復的適生條件，恢復4年后本地灌木種紫穗槐、荊條、胡枝子成為主要的坡面物種，無論是植株高度、植株密度、單株覆蓋度還是層間分布，灌木均為植被結構中的主要構成部分，對坡面植被恢復的貢獻作用最大，明顯優于草本等低矮地被植物；經過14年的恢復后，原生植物種胡枝子、刺槐、小蓬草、黃花蒿、隱子草等已成為整個巖石坡面的主要植物種，占絕對優勢。曹鶴等[13]研究了爬山虎、五葉地錦、葛藤、凌霄、紫藤、南蛇藤6種藤蔓植物在廢棄礦山和高陡坡峭壁的垂直綠化效果，結果表明：6種藤蔓植物功能性狀之間具有顯著差異性，爬山虎、葛藤、紫藤、凌霄屬于“快速投資-收益”植物，五葉地錦、南蛇藤屬于“緩慢投資-收益”植物；6種藤蔓植物栽種在廢棄礦山環境中，適應性得分排序為南蛇藤(9.67)>五葉地錦(6.76)>葛藤(5.95)>凌霄(5.72)>紫藤(4.20)>爬山虎(-0.03)。

3 高寒地區

高寒地區氣溫低，可有效利用的水分少，植物生長困難，人工噴播邊坡植被抗寒性、抗逆性差，再加之植生層不穩定，養分比例失調，人工植被一段時間后會出現二次退化現象，若本地物種未能成功入侵，會最終導致坡面植被恢復失敗。

東北地區的巖質坡面應以灌草為主，也可通過保育塊技術適量種植小喬木，更有利于邊坡生態系統的穩定。張霄等[14]以大興安嶺地區高速公路巖質邊坡為研究對象，研究厚質基層噴附技術和植生混凝土噴附技術的植被恢復效果，發現植被配置時如考慮當地自然坡面優勢種，可加快坡面植被演替過程，推薦該地區巖質邊坡較為合理的物種搭配為艾蒿、柳蒿、羊草、貝加爾針茅、興安胡枝子、紫穗槐和興安柳。另外，作者還發現土壤全氮和有機質含量的適當增加可以促進植物群落發展，而土壤速效磷含量的增加會抑制其發展。陶巖等[15]對吉林省東部高速公路巖質陡坡植被恢復效果的研究發現，巖質邊坡目標群落應以喬灌草結合的模式為最終群落，喬灌木應優先選擇耐旱、耐陰、初期生長速率較快的物種和鄉土物種，當地先鋒物種的進入表明人工坡面已逐漸融入當地自然環境。通過研究，作者還發現保育塊技術適用于當地巖質邊坡生態治理中喬灌木的移植，利用保育塊技術在巖質坡面移植山杏、東北杏、榆葉梅、榆樹等樹種，生長速度較快，耐旱、耐貧瘠性能良好，植物成活率均在70%以上。

高海拔的高寒地區則以灌草為主，也可增加花卉，以提高邊坡的景觀效果。張自和[16]在研究青藏鐵路建設沿線的草地植被恢復與重建后認為：擾動后的巖質坡面屬于次生裸地，它的自然演替路線為先鋒植物(多年生雜草)→草灌群落→以喬木為主的相對穩定的頂級群落。按照這一規律，陡峭的巖石邊坡應首先以建立草本型或草灌型植物群落為宜。李天斌等[17]對川西高寒高海拔地區巖質陡邊坡JYC生態基材護坡技術的研究發現，對于陡峭巖質邊坡宜先構建草本或草灌植物群落，且其草種應為抗旱、耐凍、抗貧瘠和適宜粗放管理的冷季型草種。通過研究，作者提出了川西高寒地區生態護坡的草灌花藤結合的植被配置模式：灌木層選擇高山柳、沙棘、忍冬、錦雞兒、小檗和箭竹等；草本層選擇早熟禾、黑麥草、紫花苜蓿、高羊茅、冰草、披堿草及鐵線蓮等；花卉類選擇綠絨蒿、銀蓮花、柳蘭和馬先蒿等；藤蔓植被可選取小葉扶芳藤等。李勇等[18]篩選出了適宜川西高原高海拔地區的本地草種，然后進行了不同草種組合培植模式試驗，從覆蓋度、高度、生物量和土壤侵蝕度4個方面選出最優組合，發現康定縣公路邊坡在低海拔(2 600 m)地區適宜選擇燕麥、老芒麥和白三葉組合，中海拔(3 400 m)地區適宜選擇一年生黑麥草、草地早熟禾和康巴垂穗披堿草組合，高海拔(3 900 m)地區適宜選擇康巴垂穗披堿草、高羊茅和燕麥組合。

4 半干旱地區

在半干旱地區水分是制約植物生長和群落穩定的主要因素，木本植物特別是灌木發達的根系能深入巖石縫中獲取更多的水分和養分，并促進巖石風化轉變為土壤，較低的耗水量能使其更容易度過干旱期而存活下來，使植物群落在干旱條件下得以維系。因此，半干旱地區灌木的選擇和栽植尤為重要。

針對半干旱地區公路巖質邊坡生態恢復的難題，齊藤誠等[19]以內蒙古赤峰—通遼高速公路某巖質邊坡為例，采用保育塊技術與客土噴播技術相結合的方法構建以木本植物(灌木)為主、草本植物為輔的坡面植物群落。結果表明，此兩種技術相結合的方法可使山杏、山桃、榆樹、榆葉梅等喬灌木成活率在60%以上，草本植物地上生物量亦達到自然坡面水平，移植的保育塊植物根系結構與天然樹木相似，根系呈網絡狀深入土中。趙毓璋[20]在甘肅寶天高速公路紅砂巖邊坡生態植被恢復技術研究中發現，護坡植物應以鄉土植物為主，引種植物為輔。灌木選擇適應本區的優良速生、耐旱、耐瘠薄鄉土樹種胡枝子、沙棘、檸條等，草種除選擇本區引種多年的耐貧瘠、耐熱、耐旱、成坪快的紅豆草、黑麥草、高羊茅等外，還選擇了鄉土草種冰草。采用灌草結合的配置方式，表現出了植被群落良好的穩定性和復合性。李義強等[21]利用厚層基材噴播技術結合生態棒、生態墊、遮陽網等輔助工藝，在北方半干旱地區巖石邊坡進行了植被恢復的研究，對周邊地區的鄉土植物進行了篩選，發現木本中生長較好的是胡枝子、紫穗槐和刺槐，草本中生長較好的是沙打旺和紫花苜蓿，并形成了紫穗槐+胡枝子+沙打旺+紫花苜蓿為優勢群落的特征。同時，作者還發現工程中遮陽網的選擇及噴灌技術的應用在一定程度上減弱了干旱對初期植被恢復的影響，在北方地區植被恢復中應大力推廣。

5 研究展望

(1)合理的植物配置是群落向正演替方向發展的前提條件之一[7]，植物選擇和配置是護坡技術研究的關鍵內容之一。目前熱帶亞熱帶地區巖質邊坡的植物選擇和配置研究較多，植被恢復效果也較好，但是其他區域如高寒地區和半干旱地區巖質邊坡的植被恢復研究開展得較少，且效果一般。因此，應開展特殊區域適生植物品種的評價篩選和喬、灌、草、藤之間相互關系的研究，以及坡面植被建植調控技術的研究。

(2)根系是連接植物和坡面的重要紐帶，應繼續深入研究根系護坡的正效應[1]，同時注重研究植被根系對基材穩定性的不利影響，如腐爛根系及土壤動物通道等大孔隙結構[22]能加快降雨入滲過程，產生優先流，降低基材-根系復合體的穩定性，同時造成營養物質的流失。

(3)巖質坡面植被重建后植被恢復效果的評價是目前研究缺乏的方面。巖質坡面植被恢復效果評價應從植物群落的抗蝕性、穩定性、多樣性和演替規律考慮[1]。首先要建立健全評價指標體系，研究科學合理的評價方法；其次要研究植物群落與生態基材之間的關系，制定科學合理的長效監測機制。

(4)巖質坡面的生態修復技術經過近十幾年的發展，已有了相應的技術標準，如《混凝土基體植綠護坡技術標準》(JGJ/T 412—2017)。但是目前的技術標準主要基于護坡技術，而沒有充分考慮氣候條件、地理環境和生態環境。因此，制定基于特定氣候、地理環境(如高寒地區、半干旱地區及干熱河谷地區等)的技術標準更有實際意義。