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    高速公路景观设计中生态修复设计的探讨——以贵阳环城高速公路南环线为例

    关键词:风景园林;高速公路;生态修复;植被恢复;贵阳

    Key words:landscape architecture; highway; ecological restoration; vegetation recovery; Guiyang

    摘要:以贵阳环城高速公路南环线景观设计为例,综合阐述了高速公路建设及运营对路域生态环境中地形地貌、土壤径流、生物群落等方面的破坏和影响以及由此引起的塌方、滑坡、洪涝等自然灾害,依据对南环线景观设计中采用的地形改造、土壤修复、植被恢复等生态修复措施在景观设计中的运用及最后达成的效果,提出在高速公路景观设计中应引入生态修复措施与景观设计相结合的设计思路,以保持高速公路及其周边地区的环境安全及可持续发展。

    Abstract:Taking the highway landscape design of the South Ring Road in Guiyang City as an example, the paper elaborated the expressway construction and operation's damage to the land ecological environment, soil runoff, the biological community and the natural disaster such as collapse, landslides, and floods. It analyzed the conversion along the highway landscape design, ecological restoration measures such as soil and vegetation restoration in landscape design and the final achievement, concluded that the ecological restoration methods should be introduced to the highway landscape design and even should be mixed through the design process, so as to maintain environmental safety and sustainable development along the expressway and its surrounding areas.

    内容:高速公路的建设与运营对沿线生态环境的破坏和影响巨大,极易产生水土流失、环境污染、山石滑坡、洪涝等灾害,对其自身及周边地区带来不安全因素。为了保证高速公路及其周边地区的环境安全及可持续发展,在景观设计中必须采取相应的生态修复措施,建立起一个稳定的生态系统,使高速公路的绿化景观及交通功能得以长期保持。

    1  高速公路建设对生态环境的破坏
    1.1  对地形地貌及径流的破坏
    高速公路作为大型的人造工程,在建设过程中需要大规模挖土填方、开山劈石,对原有的地貌特征造成破坏。同时公路的建设也会造成地表径流的改向改道甚至中断,进而引发洪水灾害,加剧水土流失[1]。
    1.2  对土壤的侵蚀
    高速公路建设的地下基础和施工垃圾,以及施工机械碾压、人员践踏,都会引起土壤侵蚀现象,使土壤的肥力降低,理化性质改变[1]。同时由于植被的破坏和大量裸露边坡的出现致使水土流失现象发生,加重土壤侵蚀,成为塌方、滑坡等地质灾害的诱因。
    1.3  对生物的影响
    高速公路的道路用地及建设中的弃土场、施工便道占用林地、耕地,对生长其上的植被造成破坏,施工及运营过程中对环境的污染、小气候的改变还会对路域植被造成长期影响。对于动物和微生物种群的影响则主要来自植被破坏、道路阻隔、施工污染及营运后期的噪声和废气污染[2]。这些影响会直接导致路域生物群落结构及群落特征发生变化,使生物多样性降低。
    1.4  噪声、尾气、垃圾等其他污染
    高速公路施工期、运营期会形成噪声、污水、汽车尾气、扬尘、施工及生活垃圾等污染,对高速公路周边水、大气、土壤、植被等造成持续性的影响。

    2  高速公路生态修复设计
    生态修复是指利用大自然的生态修复能力,在适当的人工措施辅助下,恢复生态系统原有保持水土、调节小气候、维持生物多样性的生态功能和开发利用等经济功能[3]。
    高速公路的生态修复是一个综合性工程,以保障高速公路及周边地区安全为前提,以恢复生态学、水土保持学、森林保育学等原理作为指导[2],包含水土保持、径流修复、土壤修复、植被恢复等多方面的设计内容。
    水土流失是威胁高速公路路域地区生态安全的首要问题,是引起滑坡、塌方等自然灾害的主要诱因,因此水土保持设计及径流修复是高速公路生态修复需要首先考虑的问题,设计中应与公路设计部门及时沟通,综合考虑防护固土、雨水径流有组织排放及植物覆盖等水土保持措施。
    土壤是植物生长的重要条件,也是多种生物栖息生存的场所,良好的土壤是生态修复的基础。土壤修复主要是通过客土、土壤改良、污染土壤修复等措施来进行,目的是创造良好的土壤条件,促进植被恢复及土壤生态系统良性发展。
    植被恢复是生态修复的关键措施[2]。在设计中,应对高速公路周边环境进行研究,根据区域生态环境和潜在植被,以人工方式诱导其加速生长和演替,使人工植物群落与周边环境相互协调,迅速适应。最终形成一个可持续演替发展的、健康的生态系统[4]。
    在景观设计中还应综合考虑动物迁徙、农林生产、污染物排放等诸多因素,与公路的设计施工结合对其进行修复,减弱高速公路给环境带来的不利影响。

    3  贵阳环城高速公路南环线案例介绍
    3.1  简介
    南环线位于贵阳市花溪区境内,为贵阳市环城高速公路中的重要组成部分,全长38.26km,连接天河潭、孟关林场等风景区及多个少数民族村寨(图1)。全线有互通立交6座、隧道2座,现已建成运营。
    南环线沿线地貌主要为喀斯特山地及丘陵,所处地区属高原季风湿润气候,年平均气温14.9℃,年降雨量1 178.3mm。牛郎关至桐木岭段土壤以耕作土及黄壤为主,土层较深厚;桐木岭至金竹段以耕作土及石灰土为主,土层薄,裸岩多。沿线植被按土壤特性,分为酸性土植被和石灰土植被。酸性土植被主要有马尾松(Pinus massoniana)、华山松(P. armandii)、青岩油杉(Keteleeria davidiana)、壳斗科青冈属(Cyclobalanopsis)、栎属(Quercus)、樟科、木兰科、山茶科、火棘属(Pyracantha)、映山红等;石灰土植被主要有香樟、云贵鹅耳栎(Carpinus pubescens)、圆果化香(Platycarya longipes)、火棘属、野蔷薇(Rosa multiflora)等。
    3.2  道路施工对沿线景观及生态环境的破坏
    南环线道路施工过程中挖山填方,致使沿线地形地貌、植被、土壤受到极大破坏,地形地貌破碎、植被消失、土壤板结流失(图2)。而南环线大部分地区为喀斯特地貌,土壤瘠薄,自然生态系统脆弱,在受到破坏后,如不能得到修复,易形成喀斯特地区常见的石漠化,导致区域生态退化,同时还会带来塌方、滑坡、洪涝等灾害,给南环线自身及周边地区带来不安全因素。
    3.3  景观与生态修复措施
    3.3.1  水土保持设计
    1)地形改造。
    道路施工挖填方后留下大量陡坡,坡度陡、坡面直,水土流失严重,景观上也缺乏美感。因此在有条件的陡坡地段(如立交桥区)与景观地形改造结合,拉缓陡坡坡度,减弱雨水径流对坡面的冲刷侵蚀,将直线坡面调整为曲折起伏的景观地形,与公路周边山地地形相协调,同时对雨水径流进行有组织的排放,减少水土流失。   
    2)边坡防护。
    因公路边坡易塌方或滑坡,故在景观设计中,首先考虑固土稳坡,以边坡的防护功能为主,兼顾景观功能。前期应与公路设计及施工部门协同配合进行边坡结构的设计与施工,采取砌拱、锚杆框架、浆砌毛石等工程防护措施进行固土稳坡后,再进行植被恢复,以保持水土、稳定边坡(图3)。
    3)径流修复。
    流经桥区的地表径流与桥区排水结合,通过对地形的整理,改善径流路径,对雨水进行有组织的汇集,减少水土流失,形成水景。如牛郎关立交桥区内原有一条季节性溪流,在设计中将其改造为景观水系,与下游灌溉渠贯通,并通过地形设计将桥区雨水收集到水系漫滩中,漫滩种植荻(Triarrherca sacchariflora)、千屈菜(Lythrum salicaria)等水生花卉,形成湿地景观。但遗憾的是因后期现场条件有变,未能实施。
    4)土壤修复。
    南环线地处喀斯特山区,土层较薄,部分地段(如党武、石板哨立交)在公路施工后,桥区原有植被及土壤被破坏,只留下岩石层。对此类地块,采取客土覆盖法修复,利用公路施工时挖取的土壤,结合景观地形设计,对碎石进行覆盖,再进行植被恢复(图4、5)。同时选择一些豆科固氮植物对土壤进行改良。
    3.3.2  植被恢复
    1)植物种类选择。
    以乡土植物为主,适当种植引种当地多年且生长良好的外来植物。同时植物种类尽量多样,确保路域环境的生物多样性及植物群落的可持续自我演替。同时在植物的选择上还须考虑符合高速公路的功能要求。如边坡植物应选择根系发达、固土能力强的种类,以保持边坡的稳定。
    2)边坡植被恢复。
    高速公路边坡一般都具有土层薄、坡度陡等种植不利条件,故植被恢复以客土喷播为主。公路边坡植被的主要目的是固土护坡,美化公路沿线景观[5],因此在种类选择上以深根系、能迅速覆盖地面的乡土植物为主,尽量做到乔、灌、草混合种植,以达到更好的生态效益与景观效果。经过对现场植被及当地种苗市场的调查,最后选用了以下植物:火棘属、多花木蓝(Indigofera amblyantha)、胡枝子(Lespedeza bicolor)、马桑(Coriaria sinica)、双荚决明(Cassia bicapsularis)、云实(Caesalpinia decapetala)、野蔷薇、小叶扶芳藤(Euonymus fortunei var. radicans)、常春油麻藤(Mucuna sempervirens)、狗牙根(Cynodon dactylon)、
    白三叶(Trifolium repens)等。使用乔、灌、草混合喷播时,乔灌木种子应预先进行催芽处理。
    南环线沿途地貌以山地丘陵为主,道路施工后形成大量边坡,主要为土质边坡和石质边坡,坡度多大于1:1.5,另有部分浆砌毛石护坡(图6)。
    当土质边坡基质条件较好,坡度小于1:1时,可直接进行喷播;当坡度比在1:0.5~1:1时,需打锚杆挂网后再进行喷播(图7),使喷播基材更好地附着于坡面,减弱雨水对喷播基材的冲刷,喷播的厚度也相应增加。
    石质边坡缺少植物生长所需的土壤和水分,因此为其提供充足的土壤是植被恢复过程中最重要的条件[6]。在设计中采用挂网客土喷播的方式,喷播基材厚度大于土质边坡基材厚度。
    浆砌毛石边坡采取种植藤本植物的绿化方式,对于常春油麻藤等攀缘能力稍弱的植物,可在边坡上加设铁丝网,帮助其迅速覆盖边坡(图8)。
    将高差大的边坡划分为多个层次,层间平台应被充分利用。南环线设计中在平台处砌筑500~600mm高的种植池,种植云实、野蔷薇、小叶扶芳藤、常春油麻藤等植物。考虑到养护的问题,只在第一、二级平台进行种植(图9)。在南环线建成后,边坡基本被植物覆盖,达到了到植被恢复的初期目标(图10)。 
    3)立交桥区植被恢复。
    立交桥区一般绿地面积较大,种植上以乡土植物为主,按该生态系统退化前的物种组成和多样性水平构筑植物群落,使恢复后的植被生态系统能够自我维持,一定程度上阻隔外界的干扰。如孟关立交的马尾松+枫香(Liquidambar formosana)-杜鹃(Rhododendron spp.)群落等。
    桥区的现有植被应尽量保留,对长势不佳的植物进行适当改造抚育。如桐木岭立交中的火棘、野蔷薇灌丛,现状生长良好,在设计中予以保留,同时在局部增加女贞、香樟等乔木,丰富植物层次。
    4)隧道口植被恢复。
    考虑隧道的荷载,对隧道顶板覆土种植,采用乔、灌、草结合的方式,形成多层次的植物群落。隧道口边坡植被恢复处理手法同其他边坡。
    3.4  其他环境保护与生态修复措施
    高速公路对路域生态环境的影响是巨大而长远的,因此仅在景观设计中进行生态修复是不够的,还需要其他相关部门如公路设计部门、施工单位、当地政府部门等的相互配合,采取多方面的措施。
    如在南环线设计中,道路设计部门调整了公路选线,绕过沿途村寨风水林、古松树,减少对现状植被的破坏;在公路沿途设置多处通道,为动物迁徙提供廊道;部分路段上下行路线不在同一平面,减少对地形的破坏等。同时由贵阳市林业绿化局、贵州省林科院编制的《南环线绿色通道建设总体规划》,对公路外围的荒山绿化、林地改造封育提出指导性意见,确保南环线路域环境生态安全。另一方面结合新农村建设,调整农业结构,对沿线陡坡耕地进行坡改梯及退耕还林。
    3.5  设计及工程实施小结
    在南环线的景观设计中,引入了生态修复的理念,将水土保持、土壤修复、植被恢复等生态修复手段与景观设计结合,同时与相关部门沟通配合,调整完善设计施工方案。在建成运营后,边坡基本实现植被覆盖,桥区节点植物生长良好,公路绿地与周边山体、林地、农田等融为一体。同时,沿途水土流失情况得到改善,遏制了生态环境的恶化。该项目取得了良好的景观效果及生态效益,并于2013年获得由中国风景园林学会评选的第二届优秀风景园林划设计三等奖。
    在植被恢复方面,采用了乔、灌、草混植的方式,避免单一种类后期退化、场地二度裸露的情况。在植物的选择上以乡土植物为主,使人工植物群落能尽快适应场地环境,避免生物入侵,使修复后的生态系统趋于良性的安全状态。在南环线建成2年后,对其边坡植被进行(不含浆砌毛石护坡及平台)调查后发现,在5个不同类型及施工工艺样地的50个样方中,植被完全覆盖,共有植物5科、15种,乔、灌、草均有[7],说明人工种植植物与周边环境协调,基本达到植被恢复的初期目标。而在后续的调查中,发现在边坡及桥区绿地中,出现了马尾松、火棘幼苗及盐肤木(Rhus chinensis)、金丝桃(Hypericum monogynum)、芒箕(Dicranopteris dichotoma)、五节芒(Miscanthus floridulus)、荩草(Arthraxon hispidus)等原有植物,说明人工植物群落开始向原生植物群落发展演替,生态系统趋于良性稳定发展。
    但南环线景观设计作为在公路景观设计中引入生态修复措施的尝试,设计及施工方面经验欠缺,加上项目位于山区,地形地质条件复杂,现场条件多变,致使在项目的建设中暴露出一些不足。
    如项目建成后在水土保持和植被恢复方面取得了成功,但在土壤及水体污染的问题上因研究资料不足及设计建设周期紧等限制未能进行深入研究,导致问题未能得到有效解决。
    在施工中发现,表面凹凸较大的石质边坡低洼处喷播基材不易附着,喷播效果不佳,应在低洼处采取相应技术措施整理填平后再进行喷播。
    在边坡喷播后发现,乔灌木种子虽已提前进行催芽,但仍有部分植物如火棘、马桑等发芽较慢,致使先发芽的草本植物迅速覆盖地面后,其他植物难以发芽生长。为避免这种情况,在投资及土壤条件均能满足要求的项目中,应采用种植乔灌木小苗与客土喷播相结合的方式,如不能满足条件,应针对不同种子采取不同的催芽措施。

    4  结语
    在进行南环线的景观设计之初,当地脆弱的生态环境促使我们引入了生态修复设计。而随着工程的实施和运营,我们认为高速公路作为连接城镇、乡村、风景区、自然保护区的廊道,不仅具有单纯的交通功能,其附属绿地还具有重要的景观和生态价值,而高速公路的建设与运营对沿线生态环境均产生很大的影响。因此,在高速公路景观绿化的设计中,除部分景观敏感点和有交通特殊要求的局部路段或部位外,生态功能的满足应成为高速公路景观设计的基本要求。基于此,在高速公路景观设计中应强调生态修复的概念,兼顾沿线景观效果,实现高速公路绿化的交通、景观及生态功能,保持高速公路及周边地区环境的安全和可持续发展。    

    注:文中图片均由作者拍摄或绘制。


    参考文献:
    [1] 钱国超,唐述虞,景春,等.高速公路环境景观设计[M].北京:人民交通出版社,2009.
    [2] 马国强,李秋洁,张堂松,等.高速公路对路域生态系统的影响及修复技术研究进展[J].林业调查规划,2010,35(3):29-34.
    [3] 杨少林,孟菁玲.浅谈生态修复的含义及其实施配套措施[J].中国水土保持,2004(10):7-9.
    [4] 刘春霞,韩烈保.高速公路边坡植被恢复研究进展[J].生态学报,2007,27(5):2090-2098.
    [5] 魏帮庆,梁爱学.高速公路石质边坡生态恢复技术措施[J].公路交通科技:应用技术版,2009(12):173-175.
    [6] 赵德志,张兰军,魏涛.贵州喀斯特地区公路边坡生态恢复的环境影响因子研究[J].公路交通技术,2005(5):130-133.
    [7] 祝小科,李洪青,张小龙,等.贵州高速公路边坡恢复植物群落特征分析[J].贵州林业科技,2012,40(4):14-23.

    (编辑/刘欣雅)