朱兆華，趙其國(guó)，賴慶旺，徐國(guó)鋼，陳曉蓉

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我國(guó)南方工程邊坡土壤生態(tài)修復(fù)技術(shù)創(chuàng)新的認(rèn)知與實(shí)踐①

朱兆華1，趙其國(guó)2，賴慶旺1，徐國(guó)鋼1，陳曉蓉1

(1深圳市萬信達(dá)生態(tài)環(huán)境股份有限公司/廣東受損邊坡生態(tài)景觀重建工程中心，深圳 518026； 2中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所，南京 210008)

我國(guó)高速公路、高速鐵路和城鎮(zhèn)化建設(shè)的快速發(fā)展，促進(jìn)了我國(guó)工程邊坡生態(tài)修復(fù)技術(shù)的創(chuàng)新?，F(xiàn)中國(guó)邊坡生態(tài)修復(fù)技術(shù)成果，隨同動(dòng)車裝備和筑路技術(shù)，形成了我國(guó)高速道路建設(shè)舉世矚目的三大技術(shù)進(jìn)步，已成為我國(guó)“一帶一路”戰(zhàn)略重大支撐技術(shù)體系。我國(guó)“兩高”建設(shè)是以犧牲土壤生態(tài)環(huán)境為代價(jià)的，產(chǎn)生了大量的創(chuàng)傷裸露邊坡，生態(tài)修復(fù)及安全防護(hù)問題非常突出。本文就路域邊坡土壤破壞特征、土壤生態(tài)修復(fù)本質(zhì)、工程邊坡林草種選擇、V型槽種植帶、噴混基材配置、機(jī)械化施工等幾個(gè)重大技術(shù)問題的思考與技術(shù)創(chuàng)新途徑進(jìn)行了探討，并提出了利用路域邊坡土地資源發(fā)展林草種子產(chǎn)業(yè)的引領(lǐng)技術(shù)。

工程邊坡；土壤；生態(tài)修復(fù)；創(chuàng)新研究；生態(tài)修復(fù)工程學(xué)

工程邊坡是國(guó)家現(xiàn)代化基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中，由規(guī)?；?、機(jī)械化開挖而形成的裸露山體坡面，是人類工程活動(dòng)引起的新的地質(zhì)環(huán)境變異及生態(tài)破壞基本單元，主要來源于高速公路、高速鐵路等道路工程建設(shè)及城鎮(zhèn)化建設(shè)中的開礦、采石、園區(qū)建設(shè)等。近年來，中國(guó)現(xiàn)代化基礎(chǔ)建設(shè)取得了巨大的成就，其發(fā)展規(guī)模、速度及攻堅(jiān)克難的成效都領(lǐng)先于世界，成為彰顯我國(guó)實(shí)力和產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)的靚麗名片。國(guó)家現(xiàn)代化基礎(chǔ)建設(shè)中的高速公路和高速鐵路建設(shè)(下文簡(jiǎn)稱“兩高”建設(shè))尤其引人注目。中國(guó)工程邊坡生態(tài)修復(fù)技術(shù)成果，隨同動(dòng)車裝備和筑路技術(shù)，形成了“兩高”建設(shè)舉世矚目的三大技術(shù)進(jìn)步，已成為“一帶一路”國(guó)際合作和我國(guó)生態(tài)文明建設(shè)的重大技術(shù)支撐體系[1]。

本文主要對(duì)高速公路、高鐵和城市邊坡土壤生態(tài)修復(fù)關(guān)鍵技術(shù)的創(chuàng)新過程以成果、成效進(jìn)行總結(jié)，并就工程邊坡的形成及生態(tài)修復(fù)的本質(zhì)、工程邊坡土壤生態(tài)修復(fù)技術(shù)體系、利用路域土壤資源發(fā)展林草良種產(chǎn)業(yè)等重要問題進(jìn)行創(chuàng)新研究探討。本文結(jié)合工程實(shí)踐經(jīng)歷，對(duì)“兩高”道路、土壤生態(tài)修復(fù)技術(shù)創(chuàng)新過程的探索、認(rèn)知及觀點(diǎn)作綜合闡述報(bào)道，以揭示我國(guó)工程邊坡土壤生態(tài)防護(hù)技術(shù)的創(chuàng)新進(jìn)步。

1 工程邊坡形成的本質(zhì)是土壤生態(tài)系統(tǒng)的破壞過程

1.1 “兩高”建設(shè)與路域土壤生態(tài)系統(tǒng)的破壞

我國(guó)“兩高”建設(shè)起步晚，但起點(diǎn)高、發(fā)展快。自1984年我國(guó)建設(shè)第一條沈(陽(yáng))大(連)高速公路以來，截至2015年底，全國(guó)高速公路通車?yán)锍踢_(dá)12.35萬km，2016年又新增6 000多km，總里程突破13萬km，連續(xù)4年超過美國(guó)，穩(wěn)居世界第一。我國(guó)高速鐵路始建于1999年秦(皇島)沈(陽(yáng))客運(yùn)專線，2015年全國(guó)運(yùn)營(yíng)里程達(dá)1.9萬km，2016年新增高鐵運(yùn)營(yíng)干線里程1 277 km，總里程突破2萬km，亦居世界首位[1-2]。我國(guó)“兩高”建設(shè)已取得了舉世矚目的成就。隨著我國(guó)“一帶一路”戰(zhàn)略的穩(wěn)步推進(jìn)，作為重要支撐點(diǎn)的“兩高”建設(shè)將在世界范圍內(nèi)取得更大的成就，造福于世界。

但是，我國(guó)“兩高”建設(shè)是以犧牲土壤生態(tài)環(huán)境為代價(jià)的，產(chǎn)生了大量的創(chuàng)傷裸露邊坡。據(jù)統(tǒng)計(jì)，“兩高”建設(shè)機(jī)械創(chuàng)傷面約70%為裸露邊坡，其中挖方邊坡約占40%，填方邊坡約占30%。截至2014年，僅“兩高”建設(shè)沿線土地破壞，形成的路域邊坡累計(jì)面積超過41.46萬hm2[1-2]。

1.2 工程邊坡土壤生態(tài)破壞特征

1) 地表植被遭徹底鏟除。在“兩高”建設(shè)過程中，線路兩側(cè)工程所設(shè)置的筑路材料料場(chǎng)、取土場(chǎng)、棄土場(chǎng)、施工營(yíng)地和便道等臨時(shí)占地，破壞了原有土壤和植被，使區(qū)域內(nèi)地表裸露增加，對(duì)風(fēng)力、水力作用的敏感性增強(qiáng)，生態(tài)環(huán)境惡化，穩(wěn)定性下降。另一方面，各種施工活動(dòng)包括土石方工程、橋梁工程、道路平整、施工機(jī)械活動(dòng)、材料堆放、臨時(shí)營(yíng)地都破壞地表植被。其中，由于土石方的開挖破壞了地表土層，只留下堅(jiān)硬的巖石，植被難以恢復(fù)。其他地表活動(dòng)造成的植被臨時(shí)破壞引起的水土流失，也影響到植被的恢復(fù)。地表植被的鏟除最終導(dǎo)致所在區(qū)域生物多樣性的喪失及生態(tài)景觀的破壞。

2) 土壤基礎(chǔ)物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)遷移。高速公路和鐵路形成的邊坡，主要由沿線地形地貌和道路工程土石方平衡所決定。見山劈山、挖高填低、挖方邊坡土石方外運(yùn)，致使邊坡土壤基礎(chǔ)物質(zhì)大規(guī)模轉(zhuǎn)運(yùn)遷移。加之“兩高”建設(shè)期長(zhǎng)，一般3 ~ 5年，邊坡土層外露，水土流失加劇。據(jù)在深圳南坪快速路定點(diǎn)監(jiān)測(cè)結(jié)果[3-4]，新開挖60°的道路工程邊坡，水土流失量為8 500 ~ 15 000 t/(km2·a)，遠(yuǎn)超過國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的500 t/(km2·a) 公允值。土壤基礎(chǔ)物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)遷移是導(dǎo)致坡面侵蝕加劇的直接原因。

3) 邊坡穩(wěn)定性差，頻發(fā)地質(zhì)災(zāi)害事故?！皟筛摺钡缆饭こ探ㄔO(shè)中，山體切削等挖填方工程的卸荷作用[5]，導(dǎo)致坡體重心位移，坡面變得更高陡，邊坡穩(wěn)定性下降，極易發(fā)生滑坡、坍塌、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害事故。邊坡地質(zhì)災(zāi)害事故一旦發(fā)生，通常伴隨著巨大的生命財(cái)產(chǎn)損失，如2016年9月浙江麗水遂昌山體滑坡、2015年12月深圳光明新區(qū)渣土受納場(chǎng)滑坡等后果極其慘烈，影響巨大。

1.3 工程邊坡現(xiàn)場(chǎng)可視坡面特征

“兩高”建設(shè)產(chǎn)生的路域邊坡及土壤具有如下主要特征[1-4,7]：①土質(zhì)邊坡土壤剖面層次保留完整，主要由A-AB-B-BC土體構(gòu)型，部分土質(zhì)邊坡也有C層母巖露頭；②下邊坡是外來土源堆積或填積而成；③路域邊坡在主體工程設(shè)計(jì)上一般控制在45°以下；④土壤質(zhì)地隨母巖而變化，花崗巖、紅(紫)砂巖和第四紀(jì)紅色黏土發(fā)育的土壤，都有一定的基礎(chǔ)肥力；⑤路域邊坡多分布在高丘和山地，水土流失嚴(yán)重。城市周邊采石裸露巖體坡面特征主要有：①巖體高陡，邊坡石壁呈半環(huán)形，坡度80° ~ 90°，相對(duì)高度80 ~ 130 m；②采石場(chǎng)宕口多為爆破成型，石坡面凹凸不平，呈斷層崖面；③采石場(chǎng)邊坡立地條件惡劣，坡面缺少平臺(tái)或平臺(tái)窄小，殘存土壤極少，原生植被破壞，缺乏植被賴以生存的土壤基本條件；④邊坡土壤剖面欠缺完整性，土體構(gòu)型為BC-C層，幾乎A、B層及AB過渡層被推土機(jī)械削去(表1)。

表1 工程邊坡剖面構(gòu)型(層)及特征

注：A—表土層(腐殖質(zhì)層)；AB—均質(zhì)層；B—淀積層；BC—網(wǎng)紋層(風(fēng)化層)；C—母質(zhì)層；D—巖石層(母巖層)。

2 邊坡土壤生態(tài)修復(fù)工程是土壤生態(tài)系統(tǒng)演進(jìn)方向的有效調(diào)控

2.1 邊坡土壤生態(tài)修復(fù)是對(duì)遭破壞土壤生態(tài)系統(tǒng)演進(jìn)方向的修正

從生態(tài)修復(fù)的角度看，工程邊坡屬于一種典型的困難立地。與周邊或原有的生態(tài)系統(tǒng)相比，邊坡立地條件已發(fā)生了本質(zhì)變化，具有明顯抑制植物生長(zhǎng)的諸多因素[1-2,7]：①無土或少土；②缺水，變得極易干旱；③無肥或少肥，極度貧瘠；④水熱安全性差，變化幅度大，石質(zhì)坡面最高溫度夏天甚至可達(dá)50 ~ 60℃，遠(yuǎn)超植物適生范圍。在自然條件下，邊坡作為典型的困難立地，無法快速恢復(fù)植被。坡面侵蝕越發(fā)嚴(yán)重，生態(tài)系統(tǒng)亦難以在短期內(nèi)得到恢復(fù)，最終的演進(jìn)結(jié)果就是石漠化。土壤生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能可通過人為管控措施加以調(diào)節(jié)和改善。工程邊坡土壤生態(tài)修復(fù)也就是通過人為措施對(duì)遭破壞的土壤生態(tài)系統(tǒng)不利演進(jìn)方向的修正，調(diào)節(jié)、改善其結(jié)構(gòu)和功能，使其盡快恢復(fù)，以與周邊生態(tài)系統(tǒng)同步演進(jìn)。

2.2 土壤生態(tài)修復(fù)的原理

土壤是地球陸地表面由礦物質(zhì)、有機(jī)質(zhì)、水、空氣和生物組成的，具有肥力并能生長(zhǎng)植物的疏松層；是人類賴以生存和發(fā)展的基石，是保障人類食物與生態(tài)環(huán)境安全的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。土壤學(xué)是認(rèn)識(shí)自然界和人為活動(dòng)下土壤組成、性質(zhì)、過程、功能及其發(fā)生發(fā)展規(guī)律的獨(dú)立學(xué)科[8-9]。在現(xiàn)代化“兩高”建設(shè)工程中，邊坡土壤就是邊坡土壤生態(tài)系統(tǒng)。邊坡土壤生態(tài)修復(fù)就是工程邊坡土壤生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的修復(fù)，是現(xiàn)代土壤學(xué)的一個(gè)重要研究領(lǐng)域。

土壤生態(tài)修復(fù)就是通過工程技術(shù)措施，在受損的陸地表面重構(gòu)具有土壤肥力的疏松表層及生態(tài)系統(tǒng)，恢復(fù)其結(jié)構(gòu)與功能，是受損的逆過程。土壤生態(tài)修復(fù)的工程技術(shù)原理如圖1所示。

2.3 工程邊坡土壤生態(tài)修復(fù)是我國(guó)土壤生態(tài)環(huán)境管理的重要環(huán)節(jié)

土壤不僅是國(guó)家的主要自然資源之一，而且是地球臨界帶的核心環(huán)境要素[8,10-11]。當(dāng)前，全球面臨資源緊張、能源短缺、環(huán)境污染和氣候變化等重大挑戰(zhàn)，如何協(xié)調(diào)發(fā)揮土壤的生產(chǎn)功能、環(huán)境保護(hù)功能、生態(tài)工程建設(shè)支撐功能和全球變化緩解功能，是現(xiàn)代土壤學(xué)為人類可持續(xù)發(fā)展做貢獻(xiàn)的重要任務(wù)[12-15]。

工程邊坡是我國(guó)現(xiàn)代土壤環(huán)境破壞的重要部分，其生態(tài)修復(fù)在我國(guó)土壤環(huán)境治理中占有重要地位。中國(guó)工程邊坡生態(tài)修復(fù)與國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展戚戚相關(guān)。一是工程破壞邊坡占比大，高速公路約占總工程量的60%以上，南方山地高丘可達(dá)70%；高速鐵路多以高架橋穿越設(shè)，路域邊坡也占30% ~ 40%。二是工程邊坡是土壤圈物質(zhì)流、能量流及生物信息流最活躍的區(qū)域單元，水土流失模數(shù)高達(dá)10 000 t/(km2·a)，超出國(guó)際允許值20倍以上。三是邊坡地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生頻率高，在暴雨和地震等外源推力影響下，常形成崩塌、滑坡、泥石流等次生災(zāi)害，危害道路安全和社會(huì)人居環(huán)境。從工程邊坡的穩(wěn)定性和安全性出發(fā)，采取工程固坡和生態(tài)防護(hù)相結(jié)合的修復(fù)措施勢(shì)在必行。

3 工程邊坡土壤生態(tài)修復(fù)技術(shù)體系的探索與實(shí)踐

3.1 深圳市萬信達(dá)生態(tài)環(huán)境股份有限公司的探索與實(shí)踐

深圳市萬信達(dá)生態(tài)環(huán)境股份有限公司自1997年以來，通過市場(chǎng)運(yùn)作，先后承擔(dān)了深汕、京珠、廣惠、成南、昆玉、福寧、元磨、渝黔等高速公路及高速鐵路邊坡生態(tài)治理工程120多個(gè)項(xiàng)目，生態(tài)治理面積累計(jì)3×107m2，土壤生態(tài)修復(fù)工程軌跡遍布我國(guó)南方各省區(qū)，打造了一批邊坡土壤生態(tài)修復(fù)經(jīng)典工程，完成工程合同金額累計(jì)約達(dá)8.6億元。這些工程實(shí)踐帶動(dòng)了國(guó)內(nèi)工程邊坡土壤生態(tài)防護(hù)技術(shù)的進(jìn)步，為我國(guó)土壤修復(fù)工程學(xué)和邊坡生態(tài)工程學(xué)的研究與發(fā)展作出了創(chuàng)新貢獻(xiàn)[1,16]。

依靠科技創(chuàng)新綜合實(shí)力，深圳市萬信達(dá)生態(tài)環(huán)境股份有限公司還先后承擔(dān)了國(guó)家星火計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目《道路邊坡及裸露山體植被恢復(fù)與生態(tài)防護(hù)技術(shù)》、國(guó)家創(chuàng)新基金重點(diǎn)項(xiàng)目《南方工程創(chuàng)傷巖石邊坡快速生態(tài)修復(fù)技術(shù)開發(fā)》、廣東省受損邊坡生態(tài)景觀重建工程中心等13項(xiàng)重點(diǎn)課題，就我國(guó)高速公路、高速鐵路及城市采石場(chǎng)邊坡生態(tài)修復(fù)的重大關(guān)鍵技術(shù)問題，開展了創(chuàng)新性研發(fā)，取得突破性成果?！堵懵镀旅嬷脖换謴?fù)綜合技術(shù)研究》獲國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)[1,16]。

3.2 我國(guó)工程邊坡生態(tài)修復(fù)技術(shù)發(fā)展階段

鑒于我國(guó)“兩高”建設(shè)獨(dú)有的工程邊坡國(guó)情特點(diǎn)，其生態(tài)修復(fù)難題的解決并無成熟的模式和技術(shù)可借鑒。我國(guó)“兩高”建設(shè)產(chǎn)生的路域邊坡生態(tài)修復(fù)技術(shù)經(jīng)歷了由地質(zhì)工程固坡(抗滑樁、錨索等)→建筑工程護(hù)坡(漿砌石、砂漿封蓋、鋼筋混凝土格構(gòu)梁、擋土墻等)→草被生態(tài)護(hù)坡→林草多元植被護(hù)坡的技術(shù)發(fā)展階段。早期主要采用地質(zhì)工程及建筑工程固坡，以保持邊坡穩(wěn)定性和安全性為主。如20世紀(jì)八九十年代，國(guó)內(nèi)在鐵路和公路工程等施工中，邊坡防護(hù)主要以打設(shè)錨桿(索)、格構(gòu)梁支護(hù)、噴砼、漿砌石擋墻等工程護(hù)坡為主。這種邊坡防護(hù)模式現(xiàn)在仍然可在早期修建的高速公路中見到，主要特點(diǎn)是坡面幾乎沒有植被，景觀效果差。這也體現(xiàn)了當(dāng)初規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)邊坡安全性和穩(wěn)定性的憂患意識(shí)。直到20世紀(jì)90年代中后期，國(guó)內(nèi)業(yè)界同行開始學(xué)習(xí)國(guó)外經(jīng)驗(yàn)，把草坪草用于邊坡生物防護(hù)，并陸續(xù)開發(fā)出墊草皮、三維網(wǎng)植草、空心磚植草等護(hù)坡方法，此即草被生態(tài)護(hù)坡階段。2000年國(guó)務(wù)院31號(hào)文“關(guān)于進(jìn)一步推進(jìn)綠色通道建設(shè)的通知”明確指出，綠色通道建設(shè)要和公路、鐵路、水利設(shè)施建設(shè)統(tǒng)籌規(guī)劃，要求與工程建設(shè)同步設(shè)計(jì)、同步施工、同步驗(yàn)收。這是第一次將植物護(hù)坡強(qiáng)制性納入高速公路項(xiàng)目建設(shè)全過程[17-19]。至此，植被護(hù)坡工藝技術(shù)以其防護(hù)效果顯著、生態(tài)景觀好、成本低等優(yōu)點(diǎn)，開始在國(guó)內(nèi)迅速發(fā)展，最終演化到穩(wěn)定的林草多元植被生態(tài)護(hù)坡模式階段，并延續(xù)至今。草被生態(tài)護(hù)坡、林草多元植被護(hù)坡并不排斥工程防護(hù)措施，而是先通過工程防護(hù)措施解決了邊坡基本的安全與穩(wěn)定問題，再在此基礎(chǔ)上恢復(fù)植被，營(yíng)造生態(tài)景觀。

3.3 工程邊坡土壤生態(tài)修復(fù)幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)體系的創(chuàng)新探討

1) 只有喬灌草立體模式才能重塑穩(wěn)定持久的邊坡生態(tài)體系。長(zhǎng)期的技術(shù)開發(fā)和工程實(shí)踐證明，沒有喬灌木參與的人工植被，不是完整的自然生態(tài)體系，只有推行喬灌草立體模式，才能建立穩(wěn)定、持久的邊坡生態(tài)體系。受歐、美、日、澳等國(guó)家和地區(qū)草種產(chǎn)業(yè)先行發(fā)展，以及以草為主的邊坡防護(hù)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)的影響，我國(guó)高速公路草被護(hù)坡經(jīng)歷了較長(zhǎng)時(shí)段探索。草被生態(tài)護(hù)坡工程在技術(shù)、生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和美學(xué)方面，相比單純的地質(zhì)或建筑工程護(hù)坡形式具有更高的性價(jià)比。但邊坡采用單純的草本類植物進(jìn)行綠化，植被易嚴(yán)重退化[19]。早在2002年，我們就針對(duì)邊坡植草單一、易退化、無防災(zāi)功能、景觀效果差等諸多問題，在《草業(yè)科學(xué)》發(fā)表了“中國(guó)西南部道路邊坡生態(tài)治理的實(shí)踐”一文，首次指出沒有喬灌木的邊坡生態(tài)系統(tǒng)是不完整的，提出了“喬、灌、草”多元組合的立體生態(tài)模式，并在云南元磨、四川成南高速多個(gè)中標(biāo)路段技術(shù)交底會(huì)上，強(qiáng)調(diào)工程邊坡植物配置必須以灌木為主，以豆科植物為主，以地方品種為主，多科屬、多品種結(jié)合，建立喬灌草藤立體生態(tài)體系。近十多年來，我們先后在四川成南、京珠高速粵北D段、云南元磨、重慶達(dá)渝、粵贛高速粵境段等邊坡生態(tài)修復(fù)工程上，采用喬灌草混播模式，建立以銀合歡、金合歡、坡柳、山毛豆、胡枝子、狗牙根為主的喬灌草三元或多元結(jié)構(gòu)的生態(tài)體系示范。通過工程實(shí)踐，認(rèn)識(shí)到?jīng)]有喬灌木參與的人工草被生態(tài)是不完整的邊坡生態(tài)體系，難以形成穩(wěn)定的近自然生態(tài)系統(tǒng)[3,20-21]。

2) V型槽植生帶是高陡巖石邊坡生態(tài)修復(fù)主體模式。巖體邊坡生態(tài)治理技術(shù)模式曾百花齊放，但生態(tài)效果欠佳。實(shí)踐證明，“V型槽+噴混植生”是城市高陡巖體邊坡生態(tài)修復(fù)的主要技術(shù)模式。我國(guó)南方在早期采石場(chǎng)生態(tài)治理中，針對(duì)高陡裸巖坡面曾經(jīng)開發(fā)多種工藝技術(shù)[3,5,20-21]，如石壁上開鑿植生槽法、燕窩巢復(fù)綠法、石壁掛籠法、魚鱗坑法、生態(tài)袋法、掛網(wǎng)噴播法等多種工藝措施。在工程實(shí)踐中，這些工藝措施都出現(xiàn)了種種缺陷。從微地形角度看，采石場(chǎng)平臺(tái)區(qū)種植速生遮擋喬木及噴灌草種等林草恢復(fù)模式是比較成功的，原因在于平臺(tái)區(qū)地勢(shì)平緩，覆土及植物種植作業(yè)難度小，水肥管理方便，生態(tài)效果尚佳。

城市巖石邊坡多為爆炸成型，石壁坡面凹凸不平；高陡險(xiǎn)峻，土壤層破壞徹底，缺乏水肥土等植物生存的基本條件，土壤生態(tài)修復(fù)難度極大[3,5,22]。生態(tài)治理對(duì)策在頂層設(shè)計(jì)上，宜解決三大難題：①綠色遮擋：以植物體遮擋覆蓋為主，不強(qiáng)調(diào)陡坡面播種植物；②回填土源：坡面多級(jí)斷層，每隔2 m構(gòu)建砼槽體，接納大容量回填土；③營(yíng)造種植帶：選擇速生植物種類，年生長(zhǎng)達(dá)2 m以上，1年內(nèi)即可覆蓋裸露巖面，改善視角生態(tài)景觀。在實(shí)踐中，我們探索及開發(fā)出了“V型槽+噴混植生”技術(shù)模式，很好地解決了上述問題。如在深圳龍崗松子坑、廣州南沙、海南三亞等8個(gè)采石場(chǎng)巖體邊坡，采用V型槽加掛雙層網(wǎng)噴混植生技術(shù)，累計(jì)完成50萬m2的城市裸巖邊坡治理工程，取得了很好的生態(tài)效果。實(shí)踐證明，V型槽不僅能有效接納回填土和營(yíng)養(yǎng)土，建立多層次植物生長(zhǎng)帶，對(duì)坡面立體郁閉顯著；而且可減少噴混體災(zāi)害性卸荷崩塌，將工程措施與生物技術(shù)緊密結(jié)合，在垂直坡面上創(chuàng)造植物生長(zhǎng)的微環(huán)境。營(yíng)造多層次V型槽植生帶，是城市采石場(chǎng)巖石邊坡生態(tài)治理的重要技術(shù)途徑。

3) 噴混基材的選擇與配制是解決植被退化問題的關(guān)鍵。在長(zhǎng)期的實(shí)踐應(yīng)用過程中，出現(xiàn)了植被建植工藝本身難以克服的共性問題[2,20]，集中表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：一是坡面建植植被易退化，尤其是水熱條件特別惡劣的高陡巖石邊坡，施工及養(yǎng)護(hù)難度大，容易出現(xiàn)“一年青，二年黃，三年枯，四年無”的情況，達(dá)不到植被恢復(fù)、水土保持、生態(tài)防護(hù)、景觀重建等多重功能目標(biāo)；該問題在北方及中西部地區(qū)，尤其是干旱半干旱地區(qū)較嚴(yán)重。二是植生基材保水、保肥、抗沖刷能力較弱，雨季施工極易出現(xiàn)基材滑落，難以固定附著，植被建植難度大。該問題在我國(guó)地處南亞熱帶，雨量充沛的華南大部分地區(qū)較嚴(yán)重。

這些問題的根源都在于植生基材的選擇與配置。科學(xué)合理的植生基材配置是防止施工后植被退化的關(guān)鍵，植生基材肥力供應(yīng)要能夠持續(xù)、均衡，既不缺素，也不多施；基材質(zhì)地還要適宜，質(zhì)地疏松利于植物生長(zhǎng)但不易固定附著(尤其是城市高坡巖石邊坡)，容易滑落，雨季施工時(shí)問題尤其突出；但若基材黏性好(如用水泥作為黏結(jié)劑且加大用量)就較容易固定，但又出現(xiàn)板結(jié)問題，不利于植物生長(zhǎng)。這就需要從新材料開發(fā)及工藝技術(shù)改良來解決。

基材肥力持續(xù)、均衡供應(yīng)問題最終從平衡施肥原理尋找了解決的方法和理論依據(jù)[23-25]。將農(nóng)業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的平衡施肥技術(shù)引入到環(huán)境綠化建設(shè)領(lǐng)域，并進(jìn)行了理論和技術(shù)創(chuàng)新，提出了縱向平衡與橫向平衡相結(jié)合的施肥理論，開發(fā)出了植生基材養(yǎng)分全面平衡調(diào)配技術(shù)。橫向平衡調(diào)配技術(shù)主要調(diào)配養(yǎng)分的種類，強(qiáng)調(diào)養(yǎng)分的全面與均衡，不缺素，不多施；縱向平衡調(diào)配技術(shù)主要調(diào)配養(yǎng)分供應(yīng)強(qiáng)度，即調(diào)配養(yǎng)分的釋放速度使其盡量與植物吸收同步，以保證養(yǎng)分供應(yīng)的持續(xù)性、耐久性。同時(shí)，我們?cè)谏镄腿斯?fù)合核心基材、新型基材添加劑制備技術(shù)方面取得了重要突破，開發(fā)出了新型黏結(jié)劑、肥料增效劑、保水劑、土壤改良劑等，對(duì)在不影響基材肥力的前提下改善基材黏性與質(zhì)地提供更多的選擇，有效地解決了雨季施工基材固附效果差、易滑落的問題。

4) 機(jī)械化、規(guī)模化施工是我國(guó)工程邊坡生態(tài)快速修復(fù)的必然選擇，促進(jìn)了國(guó)產(chǎn)機(jī)械裝備的技術(shù)進(jìn)步。我國(guó)“兩高”和城鎮(zhèn)化基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)模大，并受很多因素的限制和約束，決定了工程邊坡面積大、戰(zhàn)線長(zhǎng)、集中治理周期短、環(huán)境復(fù)雜等特點(diǎn)，促使國(guó)內(nèi)在邊坡植被防護(hù)規(guī)?；?、機(jī)械化施工應(yīng)用技術(shù)的市場(chǎng)需求，帶動(dòng)了國(guó)內(nèi)邊坡綠化機(jī)械產(chǎn)品不斷向多樣化、系列化的方向發(fā)展。園林綠化公司多屬勞動(dòng)密集型企業(yè)，在工程邊坡面前，靠打“人海戰(zhàn)術(shù)”是行不通的，在規(guī)?；瘎?chuàng)建山體邊坡人工植生層，需要有適應(yīng)的施工裝備。國(guó)內(nèi)20世紀(jì)90年代早期對(duì)邊坡綠化專用機(jī)械設(shè)備的開發(fā)研究方面較為薄弱，尤其是國(guó)產(chǎn)施工裝備的缺乏，遏制了工程實(shí)踐的應(yīng)用。后來，眾多科研和工程施工單位陸續(xù)開發(fā)出了自己的專用施工設(shè)備，這些技術(shù)已大規(guī)模應(yīng)用于工程實(shí)踐。

我國(guó)在引進(jìn)、消化進(jìn)口機(jī)械的基礎(chǔ)上，反復(fù)研究改進(jìn)，不斷對(duì)比完善，吸收了國(guó)外噴播機(jī)械的一些先進(jìn)技術(shù)，開發(fā)出能夠兼顧我國(guó)南北各地裸露邊坡地質(zhì)條件和不同類型工程施工要求，通過技術(shù)集成達(dá)到國(guó)產(chǎn)化的目的，取得了多項(xiàng)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，并形成了自主品牌機(jī)型的定型產(chǎn)品。經(jīng)工程實(shí)踐，噴播機(jī)能適應(yīng)各種濃度漿液，干濕噴混具有較好的機(jī)械性能和結(jié)構(gòu)性能，實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)噴播和噴混機(jī)械替代進(jìn)口機(jī)械的技術(shù)突破。采用科學(xué)的施工方法，改進(jìn)機(jī)械施工裝備，使用先進(jìn)的機(jī)械設(shè)備進(jìn)行施工，適應(yīng)了高速公路、高鐵和城市工程邊坡生態(tài)修復(fù)規(guī)模化施工市場(chǎng)發(fā)展的需求。因此，選擇先進(jìn)的噴混噴播機(jī)械設(shè)備、高空運(yùn)輸機(jī)械設(shè)備以及養(yǎng)護(hù)灌溉機(jī)械設(shè)施等(表2)，是保證施工工期和養(yǎng)護(hù)管理的質(zhì)量，達(dá)到工程邊坡生態(tài)修復(fù)預(yù)期效果的重要技術(shù)手段。

表2 道路及城市邊坡生態(tài)修復(fù)施工機(jī)械進(jìn)場(chǎng)清單

同時(shí)，在機(jī)械化規(guī)模施工中，我們自主研發(fā)的噴混植生技術(shù)，從質(zhì)量、速率和效益上，適應(yīng)了國(guó)家重大工程項(xiàng)目的需求，已在全國(guó)推廣。其主體技術(shù)優(yōu)勢(shì)：①灌草種多品種混合噴播；②添加有機(jī)基材、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、黏結(jié)劑、保水劑，有利于維護(hù)種苗安全生長(zhǎng)環(huán)境；③增厚客土層，對(duì)缺少表土的風(fēng)化層或母質(zhì)層更適用。噴混物料厚度達(dá)10 ~ 15 cm，每天噴混400 ~ 500 m2(以8 h計(jì))。但也存在工程成本較高、施工速度較慢等問題。我國(guó)是應(yīng)用機(jī)械制造大國(guó)，如何創(chuàng)造更快、更適用的邊坡生態(tài)修復(fù)的專用或智能作業(yè)機(jī)械，將是今后機(jī)械裝備技術(shù)的研發(fā)方向。

4 利用路域土壤資源發(fā)展林草良種產(chǎn)業(yè)鏈的探索

路域工程邊坡是可利用的土地資源，不僅可種植喬灌草藤植物，而且可安排種植開花結(jié)實(shí)(莢)林木，發(fā)展林草種業(yè)，為我國(guó)解決國(guó)產(chǎn)優(yōu)良種源開辟新途徑。

我國(guó)在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，草坪草種主要依賴進(jìn)口。20世紀(jì)80年代，現(xiàn)代草坪業(yè)才進(jìn)入中國(guó)。以1990年北京亞運(yùn)會(huì)為契機(jī)，國(guó)內(nèi)草坪業(yè)開始逐步走向正規(guī)化、專業(yè)化、市場(chǎng)化[26]。此后，我國(guó)草坪產(chǎn)業(yè)進(jìn)入快速發(fā)展階段，每年草坪建植面積及對(duì)草種、草地的需求以30% ~ 40%的年增長(zhǎng)率穩(wěn)步發(fā)展。草種進(jìn)口量增速大。我國(guó)1985年進(jìn)口草種不足10 t，1997年達(dá)到2 500 t，1998年突破了5 000 t，2000年各類草種進(jìn)口達(dá)到1.5×104t[3, 27]。以中糧系、中農(nóng)系、中貿(mào)系為主的進(jìn)口草種企業(yè)迅速發(fā)展和擴(kuò)張起來。

國(guó)內(nèi)市場(chǎng)草種需求主要用于3個(gè)方面[28]：①以市政園林、地產(chǎn)園林、公共園林、運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地等為主的景觀草坪工程應(yīng)用，草坪是改善生活環(huán)境、游玩休憩、降低城市“熱島效應(yīng)”的重要措施；②以公路、鐵路、機(jī)場(chǎng)、采石場(chǎng)、礦山、水庫(kù)、河岸、湖堤等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)為主的生態(tài)治理工程應(yīng)用，林草種植是生態(tài)修復(fù)、植被護(hù)坡、水土保持的重要措施；③以草地畜牧、養(yǎng)殖生產(chǎn)為主的牧草產(chǎn)業(yè)應(yīng)用，草原、草地是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)牧草的重要基地。據(jù)中國(guó)農(nóng)科院草原所最新數(shù)據(jù)顯示[27-28]，我國(guó)每年的各種林草種需求量達(dá)3.0×105t，而目前國(guó)內(nèi)林草種產(chǎn)量尚不足1.0×105t。就高速公路和高速鐵路生態(tài)修復(fù)每年約需1.1×105t，市場(chǎng)缺口大。如果利用路域邊坡種植道路工程綠化所需的銀合歡、金合歡、胡枝子、紫穗槐、山毛豆、坡柳等，若干年內(nèi)建成2.0×105hm2的路域種業(yè)基地，3年進(jìn)入盛產(chǎn)期，產(chǎn)種量可達(dá)3 000 kg/hm2，則年總產(chǎn)量達(dá)6.0×105t，按30元/kg單價(jià)計(jì)，總產(chǎn)值可達(dá)180億元。

當(dāng)前，盡管我國(guó)草業(yè)已有較大發(fā)展，但尚未形成完整的一體化產(chǎn)業(yè)體系，50%以上的草種仍依賴進(jìn)口，草坪草依賴度更高。路域邊坡的生態(tài)修復(fù)工程實(shí)踐證明，“洋草種”環(huán)境適應(yīng)性脆弱，退化快，極易引發(fā)草坪病蟲害，草被生態(tài)持續(xù)性差，而且建植養(yǎng)護(hù)成本高[28]。在路域邊坡生態(tài)治理上，草種作為先鋒植物，僅是生物群落物種配置元素之一，還需要多科屬小喬木、灌木和藤本植物參配，這些種子、種苗需量亦相當(dāng)大。因此，因地制宜、就近解決、發(fā)展國(guó)產(chǎn)林草種產(chǎn)業(yè)是較好的選擇。為此，我們積極探索了路域邊坡土地資源的利用方向、路域林草種基地選育及擴(kuò)繁技術(shù)，開辟了我國(guó)路域林草種產(chǎn)業(yè)化發(fā)展途徑，并提出以下論點(diǎn)：①一方水土養(yǎng)一方“林草”，實(shí)現(xiàn)價(jià)值最大化，真正達(dá)到修一路，富一方農(nóng)民的目的；②彌補(bǔ)因工程建設(shè)造成的農(nóng)林用地?fù)p失，增加農(nóng)民收益；③部分解決我國(guó)當(dāng)前林草種源供應(yīng)不足、需消耗外匯進(jìn)口種子的難題；④可形成完整的林草種子產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)鏈條(圖2)，為社會(huì)提供了大量的就業(yè)機(jī)會(huì)，為農(nóng)村脫貧致富增加新途徑。

我們較早提出在工程邊坡生態(tài)修復(fù)過程中，配置高產(chǎn)種苗木或中藥植物，發(fā)展國(guó)產(chǎn)林草種業(yè)。近幾年我國(guó)植被護(hù)坡技術(shù)與林草種子產(chǎn)業(yè)達(dá)到了協(xié)調(diào)發(fā)展。成南、元磨、廣惠、粵贛、福寧等高速路已形成銀合歡、胡枝子等農(nóng)民采種基地。植被護(hù)坡工程實(shí)踐證實(shí)，通過種源植被護(hù)坡技術(shù)，形成新的林草種子繁育場(chǎng)所，將廢棄的路域邊坡轉(zhuǎn)化為可利用的土地資源，通過農(nóng)民采收種子，集中收購(gòu)后，再用于植被護(hù)坡工程，形成完整的良種產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)强尚械摹?/p>

5 我國(guó)邊坡土壤生態(tài)修復(fù)工程學(xué)的新發(fā)展

5.1 “兩高”道路快速發(fā)展對(duì)我國(guó)土壤生態(tài)修復(fù)工程學(xué)的創(chuàng)新貢獻(xiàn)大

“兩高”道路邊坡生態(tài)修復(fù)工程涉及到土壤學(xué)、地質(zhì)學(xué)、植物學(xué)、生態(tài)學(xué)、建筑學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域，在我國(guó)大量工程實(shí)踐中成為一門綜合性生態(tài)工程新學(xué)科，促進(jìn)邊坡生態(tài)修復(fù)工程學(xué)的形成、發(fā)展與創(chuàng)新。最近由中國(guó)農(nóng)業(yè)科技出版社出版發(fā)行的《中國(guó)工程邊坡生態(tài)修復(fù)技術(shù)與實(shí)踐》一書，已全面闡述了邊坡生態(tài)修復(fù)工程學(xué)獨(dú)特的理論體系、技術(shù)體系、市場(chǎng)體系和工程施工實(shí)踐，明確了在現(xiàn)代生態(tài)學(xué)的定位，是一門綜合發(fā)展的新學(xué)科體系[1,29-30]。

社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，促進(jìn)了“兩高”道路和城鎮(zhèn)化等現(xiàn)代基礎(chǔ)工程的大規(guī)模建設(shè)，形成了大量需要生態(tài)治理的工程邊坡。經(jīng)過20多年國(guó)家大規(guī)模、強(qiáng)制性的生態(tài)修復(fù)實(shí)踐，產(chǎn)生了邊坡生態(tài)修復(fù)工程學(xué)這門新興學(xué)科。它與國(guó)家社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展密切相關(guān)，隸屬于現(xiàn)代土壤生態(tài)學(xué)的一門重要分支學(xué)科。工程邊坡生態(tài)修復(fù)，也稱邊坡植被恢復(fù)、植被護(hù)坡、植物固坡、坡面綠化、坡面生態(tài)工程等，是利用植被涵水固土的原理，在穩(wěn)定巖土邊坡的同時(shí)，美化路域生態(tài)環(huán)境的一種新技術(shù)，是集多學(xué)科于一體的綜合技術(shù)體系。因此，邊坡生態(tài)修復(fù)工程學(xué)的發(fā)展與創(chuàng)新，具有獨(dú)特的理論體系、技術(shù)體系、市場(chǎng)體系和工程實(shí)踐，為“一帶一路”戰(zhàn)略穩(wěn)步推進(jìn)和我國(guó)生態(tài)文明建設(shè)提供了技術(shù)支撐體系[1,28-29]。

5.2 對(duì)我國(guó)工程邊坡土壤生態(tài)修復(fù)技術(shù)研發(fā)方向及任務(wù)的建議

2016—2020年，我國(guó)將再建高速鐵路3×104km，高速公路4.6×104km。按常規(guī)統(tǒng)計(jì)率估算，“十三五”期間，“兩高”建設(shè)，約總占用土地面積1.37× 106hm2，其中高速鐵路占地4.5×105hm2，高速公路占地9.2×105hm2。除去車道或軌道建設(shè)占地外，約余留邊坡總面積1.824×105hm2，其中高速鐵路邊坡7.2×104hm2，高速公路邊坡1.104×105hm2[1,16]。同時(shí)，在此期間，我國(guó)城鎮(zhèn)化建設(shè)將加快，交通建設(shè)破壞沿線環(huán)境和城市采石場(chǎng)廢棄邊坡不斷疊增，裸露邊坡將威脅道路行車與人居安全，其生態(tài)修復(fù)難度甚大。由此可見，“十三五”期間，土壤生態(tài)修復(fù)工程市場(chǎng)廣闊，但生態(tài)修復(fù)任務(wù)仍然艱巨。

隨著我國(guó)“一帶一路”戰(zhàn)略穩(wěn)步推進(jìn)，我國(guó)高鐵及動(dòng)車技術(shù)作為主打國(guó)家品牌，已走向世界，掀起了“中國(guó)高鐵熱”。中國(guó)工程邊坡生態(tài)修復(fù)技術(shù)成果應(yīng)用亦面臨著前所未有的機(jī)遇，在國(guó)內(nèi)外有著巨大市場(chǎng)需求及產(chǎn)業(yè)拉動(dòng)，對(duì)工程邊坡生態(tài)修復(fù)科技創(chuàng)新亦提出了更高的要求。今后，中國(guó)工程邊坡生態(tài)修復(fù)學(xué)界、業(yè)界還需要針對(duì)以下幾個(gè)方面做更深入的工作：

1) 應(yīng)將國(guó)家提出的“創(chuàng)新，協(xié)調(diào)，綠色，開發(fā)，共享”五大發(fā)展理念及“四個(gè)全面”戰(zhàn)略布局，作為深化“兩高”路域邊坡土壤生態(tài)修復(fù)研究的指導(dǎo)思想與出發(fā)點(diǎn)。

2) 今后應(yīng)著重加強(qiáng)對(duì)工程邊坡水土流失模數(shù)及物質(zhì)遷移的定位監(jiān)測(cè)[6, 31]，工程邊坡次生地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)警預(yù)測(cè)研究[32-35]；邊坡植被水分、養(yǎng)分循環(huán)系統(tǒng)的平衡與維護(hù)研究[1,2-3,36]；工程邊坡不同生物氣候帶植物群落生物質(zhì)積累最大化的綜合技術(shù)研究；工程邊坡植物演替規(guī)律及持久性后效監(jiān)測(cè)研究[1,19,29]；城市采石場(chǎng)邊坡公益利用途徑及渣土受納場(chǎng)避災(zāi)處理研究[30,32-33]。

3) 進(jìn)一步加強(qiáng)企業(yè)與國(guó)家科研院所專題攻關(guān)合作研究，以促進(jìn)高科技與高效益成果產(chǎn)出，為我國(guó)高速公路、高速鐵路和城市生態(tài)文明建設(shè)，發(fā)展我國(guó)現(xiàn)代土壤科學(xué)作出創(chuàng)新貢獻(xiàn)。

4) 我國(guó)高速公路和高鐵建設(shè)起步晚、起點(diǎn)高、發(fā)展快、技術(shù)成熟，是我國(guó)對(duì)外經(jīng)濟(jì)與技術(shù)合作靚麗名片。中國(guó)工程邊坡生態(tài)修復(fù)技術(shù)成果，隨同動(dòng)車裝備和筑路技術(shù)形成了舉世矚目的三大技術(shù)進(jìn)步，是國(guó)家“一帶一路”戰(zhàn)略布局的重大技術(shù)支撐體系。希望我國(guó)相關(guān)企業(yè)跨國(guó)門，與國(guó)內(nèi)著名交通建筑企業(yè)攜手，參與國(guó)際基礎(chǔ)工程生態(tài)建設(shè)大項(xiàng)目市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，使該項(xiàng)成果更好轉(zhuǎn)化生產(chǎn)力，推力創(chuàng)新型企業(yè)經(jīng)濟(jì)跨越式發(fā)展。

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Cognition and Practice on Technological Innovation of Ecological Restoration of Engineering Slope Soil in South China

ZHU Zhaohua1, ZHAO Qiguo2, LAI Qingwang1, XU Guogang1, CHEN Xiaorong1

(1 Shenzhen Master Ecology & Environment Co.,Ltd./Damaged Slope Eco-reconstruction Technology Center of Guangdong Province, Shenzhen, Guangdong 518026, China; 2 Institute of Soil Science, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008, China)

With the rapid development of expressway, high-speed railway and urbanization in China, the innovation research of ecological restoration technology of engineering slope in our country has been promoted. Now, the ecological restoration technology of engineering slope soil, along with the vehicle equipment and road construction technology, has formed three major technical progresses of highway construction in China and attracted worldwide attention, which has become a support system to the “One Belt, One Road” strategy of major science and technology. The “two high” road construction in our country is at the expense of soil ecological environment destruction and results in a number of damaged bare slopes. Therefore, the ecological restoration and safety protection are very prominent. This paper discussed the following major issues: 1)The essence of soil ecological restoration; 2)Characteristics of soil ecological destruction in road slope; 3)How to select trees, shrubs and grass seeds and create the biodiversity of the plant community for the engineering slope;4)V groove planting technique for high steep rock slope; 5)Substrate configuration technology for spray mixing planting; 6)Mechanized construction technology for slope vegetation construction, etc. The concept to develop the industry of trees, shrubs and grass seeds and its key technology were also put forward.

Engineering slope; Soil; Ecological restoration; Innovation research; Ecological restoration engineering science

10.13758/j.cnki.tr.2017.04.001

X171.4

A

國(guó)家星火計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目(2010GA781004)、深圳市科技計(jì)劃項(xiàng)目(GCZX2015051514435234、CXZZ20150527171538718、CXZZ20140422142833835)資助。

朱兆華(1973—)，男，陜西漢中人，碩士，高級(jí)工和師，主要從事環(huán)境保護(hù)及生態(tài)修復(fù)領(lǐng)域的研發(fā)與工程實(shí)踐工作。E-mail：20384211@ qq.com