公路边坡生态恢复技术-研究成果

第三章　生态恢复理论基础及边坡生态恢复

恢复生态学是关于生态恢复的新兴学科，它是传统的生态学理论与当今生态恢复与治理实践相结合而产生的，其内容是为受损生态系统提供恢复重建的科学依据、方法支撑和技术指导。公路工程建设过程形成的边坡不仅改变原有地貌形态，同时也对路域生态系统造成严重破坏。为防止该类型生态破坏的延续，应依据生态恢复学相关理论，对裸露边坡实施生态恢复，以实现控制水土流失、恢复边坡生态功能的目标。

第一节　生态恢复的概念及特点

生态恢复的概念从不同角度有其不同的表述。从广义上来讲，生态恢复是指根据生态学原理，针对在人类活动影响下而退化的、受损的、被破坏的自然生态系统，通过一定的生物方法及生态工程技术，使其结构、功能以及生态学潜力尽快地、良性地恢复到一定的或原有的水平的过程。

生态恢复是相对于生态破坏而言的，生态破坏可以理解为生态系统的结构发生变化、生态功能退化或丧失，关系发生紊乱。生态恢复就是恢复系统的合理结构、高效的功能和协调的关系。生态恢复的本质就是使受损的生态系统有序演替的过程，这个过程使受损生态系统可能恢复到原先的状态。然而，由于自然条件的制约和复杂性以及人类社会对自然资源利用的取向影响，生态恢复并不意味着在所有场合下都能够或必须使受损的生态系统均恢复到原先的状态，其根本目的是恢复系统的必要功能并达到系统自我维持状态。

生态恢复的关键是系统功能的恢复和合理结构的构建，这是所有退化或受损生态系统恢复的技术目标。由生态学基本理论可知，生态系统包含不同范围、不同层次，只要是生物群体与其所处的环境组成的统一体，都可以视为一个生态系统，例如一个池塘、一片草地、一处边坡都可以将其看成一个生态系统。因此，生态恢复目标既适用于区域某一类型受损或退化系统，也适用于局部某一项具体的生态工程。生态恢复有如下特点：

●具有充分的自然生态系统背景；

●在生态系统受到破坏或损害的基础上进行，恢复方法及手段有预定的科学依据；目标可以是将现状恢复到历史轨迹中的某一状态，并不一定将原有生态系统作为恢复的终极目标；

●采取了人为附加的生物工程措施，使受损或遭破坏的生态系统的演进过程比自然过程的时间大大缩短；

●目的不仅仅是建立一个在一定时间、空间尺度上自我维持的生态系统，而且该生态系统具备提供生态服务功能；

●与艺术、美学有一定的融合和交叉，体现出人类有意识营造景观的意愿以及视觉审美需求。

因此，生态恢复的目标就是通过人工设计和恢复措施，在受干扰破坏的生态系统的基础上，恢复和重建一个具有自我恢复能力的健康的生态系统（包括自然生态系统、人工生态系统和半自然半人工生态系统）；同时，重建和恢复的生态系统在合理的人为调控下，既能为自然服务，长期维持在良性状态，又能为人类社会、经济服务，长期提供资源的可持续利用，即服务于包括人在内的整个自然界和人类社会。

第二节　生态学理论基础

生态学是研究生物体与其周围环境（包括非生物环境和生物环境）相互关系的科学。随着多学科的介入和科学技术的发展，生态学的研究内容已经从传统的生物与环境关系的研究，发展到生物对资源的可持续利用和生物与环境的和谐发展。当前生态学已经发展成较为庞大的学科体系，产生了生态学的多个分支学科，其中的生态学理论是指导生态恢复实践的基本和重要的理论。

一、生态因子理论

生态因子是指环境中对生物有直接或间接影响的环境要素，它们在性质、特性和强度方面各有不同，彼此之间相互制约，构成了生物生存所不可缺少的环境条件。所有生态因子构成生物的生态环境，其对生物的作用是多方面的，既可影响其生长、发育、消亡，又可影响其分布和扩散。

（一）生态因子分类

一般把生态因子分为生物因子和非生物因子两大类。前者包括生物种内和种间的相互关系，如捕食、寄生、竞争和互惠共生等；后者主要包括以下因子：

1.气候因子

气候因子包括光照、温度、降水等。根据各因子的特点和性质还可再细分为若干因子。如光照因子可分为光强、光质和光周期等，温度因子可分为平均温度、有效积温、节律性变温和非节律性变温等。

2.土壤因子

土壤因子是气候因子和生物因子共同作用的产物，其物理（质地、厚度、结构、湿度等）、化学（pH、矿物质、有机质等）和生物（植物根系、微生物、肥力等）性质直接或间接地影响生物的生长。

3.地形因子

地形因子涉及海拔高度（高原、山地、平原、低地等）、经纬度、边坡的坡度和坡向等，通过地形的变化影响气候、土壤等，间接地影响植物的生长和分布。

4.大气因子

大气所提供的氧、氮、碳等是生物生存的生命元素和营养元素，大气组分的失衡将影响其他生态因子，如二氧化碳、甲烷等可产生温室效应。另外，风是大气对流的主要形式，具有重要的生态作用，其可以促进花粉传播，有利于生物基因交流。

5.人为因子

人为因子主要指人类对生物资源的利用改造活动对生态环境的直接或间接的影响。单独将人为因子从生物因子中分离出来，是为了强调人对生物作用的特殊性和重要性。

（二）生态因子作用原理

不同类型的生态因子在环境生态系统中的地位和作用有所不同，如一个区域的环境生态特征（水文特征、植物所属区系、土壤类型等）主要由气候因子所制约，是因为气候条件决定了一定范围区域内的水热条件，而水热条件的差异则形成了不同的植被和土壤条件。将各类因子在生态环境中所起作用及其相互制约关系又衍生出以下原理：

1.主导因子原理

自然界中众多生态因子都有自己的特殊作用，每个因子都对生物产生重要影响，同时也与其他因子相互关联、相互作用，所有因子构成一个复杂的生态环境系统。但是，对生物起作用的众多因子并非是等价的，其中必有一个或少数几个是起支配性、决定性作用的因子，它的改变会引起其他生态因子发生变化，使生物生长发育受到影响，这种因子称为主导因子。但生态因子的主次地位也不是一成不变的，在一定条件下可以发生转化，处于不同生长时期和条件下的生物对生态因子的要求和反应有所不同，某种特定条件下的主导因子在另一条件下可降为次要因子。例如，以水分为主导因子，植物可分为水生、中生和旱生等生态类型；当光合作用时，光强是主导因子，温度和二氧化碳为次要因子；氧化作用时，温度为主导因子，湿度和通气程度是次要因子。

主导因子原理在生态系统的恢复和重建进程中至关重要，往往决定着生态恢复的成败或效果，同时也决定着生态恢复的速度。对于气候较为干旱我国北方地区，影响裸露边坡生态恢复的主导因子是气候因子。

2.限制因子原理

生物的生存和繁殖依赖于各种生态因子的综合作用，其中任何一种生态因子只要接近或超过生物的耐受性极限而阻止其生存、繁殖或扩散的因素，就成为这种生物的限制因子。限制因子强烈地制约着生态系统的发展，在系统发展过程中往往同时有多个因子起限制作用，而且因子之间也存在相互作用。限制因子是相对于该因子对生物的影响结果而言的，如果一种植物对某一限制因子的耐受范围很宽，而且这种因子又非常稳定，那么这种因子就不太可能成为限制因子；相反，如果一种植物对某一因子的耐受范围很窄，而且这一因子又易于变化，那么这一因子就很可能是一种限制因子。通常有两种因子最容易起限制作用：其一为生物体生存必需而环境中含量很低的物质和元素；其二为生物体对其耐受范围狭窄而在环境中又易变化的因子。

限制因子原理对于生态恢复具有重要指导意义。当一个生态系统被破坏之后进行恢复会遇到许多因子的制约，如水分、土壤、温度、光照等。因此在生态恢复设计时必须找准关键性限制因子。例如，在降水偏少的我国北方地区，主要的限制因子就是水分条件；对于降水较多的我国南方地区而言，主要限制因子是土壤肥力条件；在岩质边坡上进行植被恢复时，必须首先从土壤这一限制因子出发，在坡面上敷设土壤基质，以提供植物生长环境，此外还需要考虑水分这一限制性因子。在边坡生态恢复过程中，各种生物的和非生物因素的作用都至关重要，特别在植物演替的早期阶段，因无充分的土壤、有机质及N、P等营养元素的积累，温度、水分条件变化剧烈，这些特征都不利于植物的进入和定居。生物的种类较少，并且它们的生产力及其对环境因素的影响也都比较微弱，这时非生物因素对植被的演替过程的影响有可能更大。所以，非生物因素在边坡植被恢复过程中的重要性应当引起设计者的重视。

3.元素的生理生态原理

所有的生物有机体都由一定数量的化学元素组成，这些元素对于生物分子的构成至关重要，因而不管在何种组织水平上，有关元素的生理生态原理均有重要的意义，它包括两个定律：

（1）最小量定律。1840年，农业化学家利比希（Liebig）发现，植物生长并非经常受到大量需要的自然界中丰富的营养物质，如水和二氧化碳的限制，而是受到一些需要量小的微量元素，如硼的影响。他认为“植物的生长取决于那些处于最小量状态的营养元素”，这一概念被称为最小量定律。即生物基本的必需物质随种类和不同情况而异，在稳定的情况下，其所能利用的量紧密地接近所需的最低限度时，就起到限制作用，成为限制因子。也就是说，只有在所有关键元素都达到足够的量时，植物才能正常生长；生长速度受浓度最低的关键元素的限制；即使只有一种关键的元素没有达到足够的数量，植物生长也将停滞。该定律对退化生态系统重建物种的选定以及生境的改良有重要指导意义。通常在极度退化的生态系统进行植被恢复所采用的早期先锋植物种，均是对营养（包括光、温、水）的忍耐区间很大的种类。如将耐瘠薄、耐旱和耐热的灌木如紫穗槐、火炬和刺槐等用于我国北方干旱地区的边坡生态恢复工程。

（2）耐性定律。生态学家谢尔福德（Shelford）于1913年指出，生物的生存、生长和繁衍需要依赖环境中的多种因子，而且生物有机体对环境因子的耐受性有一个上限和下限，环境因子的不足和过多都会使生物的生存受到限制，以致消退或生长不良。这一概念被称为耐性定律。耐性定律指出，对任何元素而言都存在着一个浓度范围，即忍耐区间。在这个范围内所有与该元素有关的生物生理学过程才能正常发生。因此只有在这个范围内，一定的生物种类才可能生存。在这个范围内，有一个最适浓度成为偏好浓度，在该浓度下代谢过程最快，当浓度低于忍耐区间下限则由于该元素缺乏而有机体将死亡；相反，当浓度超出上限时，则由于元素过量也会造成有机体死亡。在进行生态恢复与重建时，调查生物的忍耐区间和环境中该元素浓度是基础性的工作。

最小量定律仅提出因子处于最小量状态时可能成为限制因子，但事实上某个因子过量时也可能成为限制因子。如光照过度、温度过高时，同样会限制生物的生长、生存。因此，耐性定律不仅注意到因子量的过少，也注意到因子量过多的限制作用，较最小量定律而言，其内涵有所发展。

二、生态位理论

生态位是生态学中的一个重要概念，主要是指在自然生态系统中一个种群在时间、空间上的位置及其与相关物种之间的功能关系。自然群落中的物种、种群不是偶然的组合，而是生态上的协调与组合。每一种生物在生态系统中总是占有一定的资源和空间，其生态位的大小反映了种群的遗传、生物生态学特征。

生态位理论对生态恢复工程设计的主要指导作用在于：具有相同的生态位的物种过于集中，将会导致激烈的生存竞争而不利于生态系统的恢复与稳定，故应选择多个植物种群构建多层群落结构；利用不同生态位植物的有机残体、根系分布及其分泌物的理化性质的差异，促进土壤的发育，改善局部生态环境；应用生态位原理配置根系发达、错落交织的植物群落组成，利用根系的加筋、锚固作用，增强边坡表层土壤的抗侵蚀性。因此，生态恢复物种筛选时，应对相应自然条件下物种的生态学特点进行分析，确定相关植物在其环境中的适应性表现和相应的时空位置（生态位），同时分析物种间的共生关系，减少物种生态位的重叠，避免种群间的直接竞争，注意维持系统生物多样性，保证群体稳定。

三、生态适应性原理

在与环境的长期协同进化过程中，生物对生态环境产生了生态上的依赖，其生长发育对环境就有所要求，即产生了对光、热、温、水、土等方面的依赖性。如果生态环境发生明显变化，生物就不能正常地生长。研究表明，在原生裸地上最先出现的植被物种组成与裸地周围的植被密切相关，成功定居的物种一般都有适应裸地恶劣环境条件的生物学或生态学特征，如地衣和某些藻类等。一些高等植物在演替的早期能成功定居得益于它们和一些具有特殊功能的微生物存在的共生关系，如固氮细菌、菌根真菌等，这就是生态适应性原理的体现。因此，种植植物必须考虑其生态适应性，让植物生长在其最适宜的环境中。例如，有的植物是喜光植物，而另一些则是喜阴植物；一些植物适宜在酸性土壤中生长，而一些植物则在酸性土壤中无法生长；一些水生植物只能在水中生长，离开水体则不能成活。

在生态恢复工程设计时，应首先调查恢复区的自然生态条件，如气候条件、水文条件、土壤条件以及当地植被区系等，然后对备选恢复植物物种的生态学特性进行分析，根据恢复区立地条件选择适当的植物种类，使植物种类与环境生态条件相适应。对于立地条件极差的裸露边坡，则应尽量选用乡土植物进行植被恢复，这是因为其生态适应性符合当地立地条件和自然生长规律，更容易形成长期稳定的植物生态群落。

四、群落演替理论

植物群落是在一定生境条件下由某些植物构成的一个总体。一个植物群落为另外一个植物群落所取代的过程即为群落演替，演替是植物群落动态的一个重要的特征。群落的形成过程可简单地分为开敞或先锋群落阶段、郁闭未稳定阶段和郁闭稳定阶段。当一个先锋群落在裸地形成后，演替便开始发生。一个群落接着一个群落陆续不断地被另外的一个个群落所代替。植物群落总是由低级到高级、由简单到复杂的正向方向发展，最终演替为成熟、稳定的顶极群落。对于旱生植物演替来讲，其演替过程（干性演替）分为地衣植物阶段、苔藓植物阶段、草本植物阶段、灌木植物阶段、乔木植物阶段。其中从草本植物向灌木、乔木植物过渡中所出现的植物群落称为先锋群落，最终形成的以乔木植物为主的群落（郁闭稳定）称为顶极群落。一般而言，现有群落的外貌和结构也都是群落动态过程中某一阶段的具体表现，群落发展到最后会形成与环境最适应的顶极群落。

植物群落处于动态演替之中，它是生物与环境长期相互作用的结果。顶极群落表现为高度的复杂性和稳定性，它是恢复生态系统追求的目标。所谓“接近自然”的含义主要为：使地区群落的本源树种得到明显表现，使之接近自然发生，一方面是通过树种的保护和利用，恢复地带性植被，创造地方特色；另一方面是依据群落演替原理，运用人工干预、调控手段，构建人工植被群落，如混交林复合群落等。

群落演替理论是受损、退化生态系统恢复、重建的核心理论。植物群落演替理论与生态恢复的联系最为密切。该理论对边坡生态恢复工程的指导意义在于：因群落演替是有序进行的，这就要求在生态恢复和重建过程中要按照生态演替规律分阶段、分步骤地促进恢复演替。例如，恢复退化裸露边坡，首先要引入外来草本先锋植物，使其快速定居、繁殖；随着草本植物的生长，土壤肥水条件得到不断改善，再引种栽培地带性优势灌木植物；随着灌木植物的不断生长、郁闭，先锋植物到后期开始衰败，致使草本植物群落逐渐演替为灌木植物群落。这样不仅有利于缩短坡面植被恢复时间，也有利于得到更好的生态恢复效果。

生态恢复工程中生态功能的再现，是以恢复植物群落为基础的，初期的人工再造的植物群落，不是也不可能是最终的稳定的顶极群落，必然会沿着群落演替规律的方向发展。植物种群的选择和搭配必须考虑群落演替的动态变化，以及从初级群落向顶极群落演化过程中的变异和控制，并要预先制定一旦出现逆演替和退化现象时的养护、补救措施。

五、生物多样性原理

生物多样性是指生命有机体及其赖以生存的生态综合体的多样化和变异性。一般而言，生物多样性包括遗传多样性、物种多样性、生态系统多样性和景观多样性。保护生物多样性首先是保护了地球上的种质资源，而恢复生物多样性则会增加生态系统功能过程的稳定性。生物多样性高的生态系统具备较大的优势，如高生产力种类出现的机会增加、生态系统内能量流动和营养关系多样化且稳定、抗干扰和入侵能力强和资源利用率高，等等。物种多样性是群落稳定的一个重要尺度，物种多样性指数高的群落物种之间往往形成比较复杂的关系，植物链或植物网构成趋于更加复杂。

生态恢复中的关键成分是生物体，生物多样性在生态恢复过程中具有重要作用。在遗传层次上要考虑对温度、土壤适应和抗干扰的品种；在物种层次上，要根据退化程度选择阳生性、中生性或阴生性种类并合理搭配，同时考虑物种的生态生物学特性，预测自然的变化、种群的遗传特性、影响种群存活繁殖和更新的因素等；在生态层次上，尽可能恢复生态系统的结构和功能，尤其是其时空变化。生态恢复系统的建群物种要丰富且适宜，种群单一化或简单化会导致生态系统稳定性下降，抗干扰能力下降；种群过多导致系统内生存竞争加剧，造成系统自组织能力降低，不利于植物群落健康演化。从工程实施效果可见，在坡面上建植单一草本植物、单一灌木植物与草灌木混交的植被恢复效果不一样。草灌植物结合的种植方式一方面具有成坪快、覆盖度大的特点，另一方面同时能在短期内形成比较稳定的保持水土、降低地表径流的植被群落，已证明这是有利于边坡生态恢复的植物配置方式。因此应提倡草、灌植物的组合建植，利用它们的各自特性加速坡面植物的生长、演替，并形成稳定的、近自然的植物群落。

第三节　恢复生态学理论基础

恢复生态学是关于生态恢复的新兴学科，它是传统的生态学理论与当今生态恢复与治理实践相结合而产生的，主要涉及对自然界的人为影响，是一门研究生态系统退化机理、恢复与重建机制和管理过程的科学。其内容是为受损生态系统提供恢复重建的科学依据、方法支撑和技术指导，为实现生态效益与经济效益的统一提供理论基础。生态恢复实践为恢复生态学提供了发展理论的空间，反过来恢复生态学又为开展生态恢复工作提供理论指导。

作为生态学的一个分支，恢复生态学具有生态学的一般特征，并与生态学的基本理论、方法密不可分。许多生态恢复工程实例表明，缺乏生态学理论指导的生态恢复工程往往是盲目的、成功率很低。目前，恢复生态学在遵循传统生态学理论的基础上，强调三个新近发展的生态学理论，即人为设计和自我设计理论、干扰—稳定理论和阈值理论。

一、人为设计和自我设计理论

人为设计和自我设计是唯一从恢复生态学中产生的，理论在生态恢复实践中得到广泛应用。人为设计理论认为：通过工程方法和植物重建，可以直接恢复退化生态系统，但恢复的类型可能是多样的（人为恢复演替）。这一理论把物种的生活史作为群落恢复的重要因子，并认为通过调整物种生活史的方法可以加快群落的恢复。自我设计理论认为：只要有足够的时间，随着时间的进程，退化生态系统将根据环境条件合理地组织自己并会最终改变其组分，即强调生态系统的自然恢复过程以及自然界所充当的“设计师”角色。

这两种理论的不同在于：人为设计理论将恢复放在个体或种群层次上考虑，恢复的结果可能有多种；而自我设计理论的实质是强调生态系统的自然恢复过程，将恢复放在生态系统层次考虑，未考虑缺乏种子库的情况，其恢复结果只能是环境决定的群落。

二、干扰—稳定理论

恢复生态学的主导思想是排除干扰、加速组分的变化和启动演替过程，使退化的生态系统恢复到某种理想的状态。干扰—稳定理论认为：在外来干扰因素（包括环境因子变化）的作用下，生态系统的正常功能和基本结构将发生改变，即物种组成、群落结构、生态功能与参照生态系统（未受干扰）间存在较大的差异，干扰作用的大小取决于类型、强度、频率和尺度；消除或减轻干扰因素后，生态系统将会回到原来的稳定状态或发展到另一个新的稳定状态；生态系统的稳定性与其弹性力（恢复力）和抵抗力有关，弹性力越大，则受干扰后恢复所需的时间越短；抵抗力越大，则在外来干扰或环境变化影响下发生的偏离程度越小。

干扰在生态学各个层次水平上都会发生并影响其他层次，其在不同层次上的机制、功能和效果各不一致。不同尺度、性质和来源的干扰是生态系统结构和功能改变的根本原因。干扰的后果既可能是积极的，同时更可能是消极的，积极的干扰有利于维持生物组分（生物多样性）和生态系统的总体稳定，消极的干扰将促进干扰作用的对象发生退化。在退化生态系统恢复过程中，不考虑干扰的影响会导致恢复计划的失败，最终影响生态系统的稳定性。生态恢复的目标就是寻求重建受干扰的生态系统的模式，维系生态系统的稳定性和健康发展，所以在恢复和重建受损生态系统的过程中必须重视各种干扰所产生的影响。

三、阈值理论

阈值理论是恢复生态学的另一重要思想，它表明生态系统的演替是一个动态的过程，只要外界干扰不超过生态系统恢复的阈值，退化的生态系统就能自然恢复。阈值理论认为，生态系统退化并不是有序、渐进的过程，需要经过不同的亚稳定状态进行过渡，以达到新的稳定状态，这些过渡状态是生态系统对不同管理措施、环境因子的非线性或阈值响应。如果生态系统的退化程度未超过其生态阈值，消除干扰因素或退化诱因后，生态系统能够恢复到原来的稳定状态；一旦退化程度超过其生态阈值，消除干扰因素或退化诱因也不能使生态系统恢复到原来的稳定状态，必须通过增加外来干预或其他管理措施，使生态系统恢复到原来的稳定状态。例如，在亚热带区域，顶极植被为常绿阔叶林，在干扰的不断作用下，会逐渐退化为落叶阔叶林、针阔混交林、针叶林和灌草丛，每一个阶段就是一个阈值，每越过一个阈值，恢复代价就更大，尤其从灌草阶段开始恢复的代价会更大。

第四节　景观生态学理论基础

景观生态学是研究一个相当大的区域内，由不同生态系统所组成的整体（即景观）的空间结构、相互作用、协调功能和动态变迁的一门生态学分支。以往恢复生态学的主导思想是通过排除干扰、加速生物组分的变化和启动演替过程使退化的生态系统恢复到某种理想的状态。景观生态学的理论、方法与传统生态学有本质区别，它注重人类活动对景观格局与过程的影响。退化和破坏了的生态系统和景观的保护与重建也是其研究重点之一。景观生态学理论应用主要有以下方面。

一、时空尺度

时空尺度一般是指对某一研究对象或现象在时间上或空间上的量度，即客观实体的变化过程或测量它们的时间或空间坐标。在生态学研究中，对同一过程采用不同的观测尺度会得出不同的结果，因此时空尺度理论在生态学研究中逐渐得到重视。

时空尺度理论认为，生物系统是各种时间和空间上相互作用的过程组成的复杂系统，没有“单一正确尺度”可以描述整个系统的行为；时间和空间尺度是具有关联性的，广空间尺度具有较慢的变化速率（低频率），细空间尺度具有较快的变化速率（高频率）；随着尺度的增大，生态过程的细节将减少，用于描述系统的变量将减少；随着尺度的细化，新的细节将出现，用于描述系统的变量将增加；在细尺度上的动态过程，在广尺度上可能成为平衡过程；时间尺度不变时，空间尺度增加将增加系统可预测性；空间尺度不变时，时间尺度增加将减少系统可预测性。

二、空间异质性与景观格局

空间异质性是系统或系统属性的变异程度，景观异质性是景观尺度上景观要素组成和空间结构上的变异性和复杂性。景观是由异质要素组成的，在景观尺度上，空间异质性包括空间组成、空间构型和空间相关三方面的内容。因为异质性同抗干扰能力、恢复能力、系统稳定性和生物多样性有密切关系，景观异质性程度高有利于物种共生，而不利于稀有内部种的生存。景观异质性不仅是景观结构的重要特征和决定因素，而且对景观的功能及其动态过程有重要影响和控制作用，决定着景观的整体生产力、承载力、抗干扰能力、恢复能力以及景观的生物多样性。

景观空间格局一般指大小和形状不一的景观缀块在空间上的配置。景观格局是景观异质性的具体表现，同时又是包括干扰在内的各种生态过程在不同尺度上作用的结果。景观格局分析的目的是从看似无序的景观缀块镶嵌中，发现潜在的有意义的规律性。从异质性的内涵可看出，恢复景观是不同演替阶段、不同类型的缀块构成的镶嵌体，由这种镶嵌体结构中处于稳定和不稳定状态的缀块、廊道和基质所构成。

三、缀块—廊道—基底模式

缀块、廊道和基底3个基本元素组成景观空间的结构单元，是景观生态学用来解释景观结构的基本模式。缀块泛指与周围环境在外貌或性质上不同、但又具有一定内部均质性的空间部分。这种内部均质性是相对于其周围环境而言的。具体而言，缀块包括植物群落、湖泊、草原、农田、居民区等，因而其大小、形状、数目以及内部均质程度都会对生物多样性和各种生态学过程有影响。廊道是指景观中与相邻两边环境不同的线性或带状结构，常见的廊道包括防风林带、河流、道路、峡谷、输电线路等。廊道的结构特征包括宽度、组成内容、内部环境、形状、连续性以及与周围缀块或基底的作用关系。廊道常常相互交叉形成网络，使廊道与缀块和基底的相互作用复杂化。基底是指景观中分布最广、连续性也最大的背景结构，常见的有森林基底、草原基底、农田基底等。运用景观生态学这一基本模式，可以探讨退化生态系统的构成，可以定性、定量地描述这些基本元素的形状、大小、数目和空间关系，以及这些空间属性对景观中运动和生态流的影响。

四、边缘效应

边缘效应，即指缀块边缘部分由于受外围影响而表现出与缀块中心部分不同的生态学特征的现象。缀块中心部分在气象条件（如光、温度、湿度、风速）、物种的组成以及生物地球化学循环方面，都可能与其边缘部分不同。许多研究表明，缀块周界部分常常具有较高的物种丰富度和第一性生产力。有些物种需要较稳定的生物条件，往往集中分布在缀块中心部分，故称为内部种；而另一些物种适应多变的环境条件，主要分布在缀块边缘部分，则称为边缘种。然而，还有许多物种的分布是介于这二者之间的。当缀块的面积很小时，内部—边缘环境分异不复存在，因此整个缀块便会全部为边缘种或对生境不敏感的物种占据。显然，边缘效应与缀块的大小以及相邻缀块和基底特征密切相关。

景观生态学理论用于指导退化生态系统恢复实践，如重建所要恢复的各种要素，使其具有合适的空间构型，以达到生态恢复的目的；通过景观空间格局配置构型来指导退化生态系统恢复，使得恢复工程获得成功。实践中经常出现：恢复的早期阶段成效显著，但随着恢复过程的发展延续，许多新问题接踵而至，甚至造成前功尽弃。一个重要的原因就是对景观格局的配置、时间尺度和空间尺度的忽视，没有在景观水平上利用生态系统的整合性来保存和保护生态系统，进行退化生态系统的恢复。因此，生态恢复是以生态系统为基点，在景观尺度上来进行实践、设计与表现。景观生态学理论尽管尚处于发展之中，但其应用性很强，近年来在自然保护、路域生态恢复等方面得到了广泛实践。

第五节　公路边坡生态恢复的实施

公路工程建设在选线和施工过程中不可避免地出现大量的填方、挖方工程，形成了不同坡质、性状的边坡。这些边坡往往普遍存在冲刷侵蚀、水土流失和浅层失稳现象。另外，其生境条件完全不同于周边区域，立地条件很差，植被恢复异常困难。因此以恢复生态学等理论做指导，运用各种工程方法对受损边坡生态系统进行重建或恢复十分必要。

一、公路边坡对路域生态环境的影响

公路工程建设形成的边坡不是高陡峻峭、岩面裸露的路堑边坡，就是贫瘠干旱的路堤边坡，或是路边回填的缺肥少土平台地段。这些边坡对生态环境产生的影响主要表现为：

1.损害原有生态系统

边坡的形成打破了区域固有生态系统的平衡，使得生物赖以生存的条件不复存在，对原有动植物群落造成严重破坏，从而导致生态系统功能的丧失或受损。例如，生物多样性显著减少、系统对环境的适应和调节能力降低、群落稳定性和抗逆能力减弱、系统生产力下降等，并可能导致群落演替的停止甚至逆行演替。

2.破坏原生地表植被

挖填作业扰乱了区域土层，使原生地表植被遭到毁灭性破坏，造成大面积土石裸露，既影响了土壤的结构和理化特性，恶化了植物生长的基质条件，又打破了植物与原有表土之间的平衡关系，导致区域的生态涵养功能减弱，对水力、风力作用的敏感性增强，植被覆盖率大幅降低。

3.减弱生物环境作用

边坡对生态系统、地表植被的损害或破坏，导致生物利用和改造环境的能力弱化和功能衰退，主要表现为：固定、保护和改良土壤及其养分能力弱化；水分维持能力减弱，地表径流增加，引起土壤退化；防风固沙作用减小，植物调节小气候功能削弱；净化空气、降低噪声等环境保护的功效降低。

4.引发水土流失

边坡的工程开挖改变了原先坡体的水文地质条件，因原有坡面植被的彻底破坏，坡面失去植被的覆盖及防护，在天然降水、地表径流和风蚀作用下，造成表土抗侵蚀能力显著减弱，水土流失加剧；在暴雨时极易产生剧烈水力冲刷、侵蚀，引发坡体坍塌、滑坡等病害或河流阻塞、水源污染等灾害，危及路域生态环境安全和道路交通安全。

5.影响路域景观及安全

边坡的出现破坏了原来山体及周边的自然景象，影响了原有景观格局，增加了景观的破碎程度。大面积裸露的岩石、土石混杂的坡面或人工石砌的护面形成荒凉、生硬的路容外观，造成视觉污染并有损沿线景观价值；众多人工创痕明显、高陡直立的路堑边坡处于路面两侧，与路基构成了空间围合关系，易使驾乘人员产生视觉压抑甚至心理恐慌的感受，影响了行车的舒适性和安全性。

二、公路边坡生态恢复的概念及内涵

因公路边坡生态恢复一直处于不断深入研究、实践和应用的过程，“公路边坡生态恢复”这一概念目前尚未形成统一的表述。本书认为该概念的含义为：边坡生态恢复是通过研究边坡生态系统受损或退化的原因，利用恢复生态学、系统学和工程学的方法来恢复与重建生态系统，促使其恢复到先前的结构和功能。从生态恢复的狭义概念角度来看以及参照国际上权威性研究结论，其主要内涵不外乎是：使受损的边坡生态系统的结构和功能恢复到受干扰前的过程；恢复边坡原生生态系统的多样性及动态的过程；维持边坡生态系统健康及更新的过程；使受损的边坡生态系统的结构和功能恢复到较接近其受干扰前的状态的过程；使受损的边坡生态系统恢复到先前或历史上（自然的或非自然的）的状态的过程；促进受损的边坡生态系统恢复的过程。总而言之，这些表述从不同侧面概括了边坡生态恢复的基本内涵，即受损边坡生态系统结构和功能的恢复、重建过程。可以相信，随着未来生态恢复研究的深入和生态恢复技术的发展，边坡生态恢复的概念将会越来越完善和明确。

公路边坡生态恢复的基本内涵表明，它是人工协助边坡重建或恢复其应有的生态系统的过程，是以恢复生态学等理论为指导，以路域生态系统的保护和恢复为目的，以植被恢复为核心，运用地带性规律、植被常规规律及恢复生态学等原理进行系统性生态设计，通过边坡土壤重建、植被恢复技术措施营建边坡植物群落，促进边坡生态系统的快速恢复，使其达到必要的或一定的生态功能水平，并能够实现自我维持。

边坡生态恢复技术是恢复生态学与边坡工程技术措施结合的产物，实质是在充分考虑生态本底类型的基础上，从不同的生态类型出发，科学配置生态恢复的生物种类，力求在人工干预措施与自然恢复力相结合的前提下，把边坡工程对路域生态环境带来的影响降低到最小的程度，促使生态系统的演替向着原生态方向发展。(www.xing528.com)

需要指出的是，在公路生态工程实践中，“恢复”已被用作一个概括性的惯用术语，它包括了重建、再造、再植等含义。“生态恢复”一般泛指恢复和重建受损的路域生态系统，目标重在“回归”、“复原”。而“生态修复”一词也经常使用，它与“生态恢复”一词的概念相近，但其带有修理、整治、补偿之意，目标重在“改良”或“完善”，多指对退化生态系统的改良，在工程实践中它与“生态恢复”往往不加区别。

三、公路边坡生态恢复的原则

公路边坡生态恢复需要在遵循自然规律的基础上，把握技术可行、经济合理、生态效益可观的总体原则，通过人工干预措施，使边坡生态环境与路域自然生态环境达到和谐、统一。在边坡生态恢复工程的设计上应突出以下原则。

1.以群落为基本单位

植物群落是自然植被存在的基本形式，恢复设计要尽可能把乔木、灌木、草本以及藤本植物合理地配置在群落中，达到种群间的相互协调和群落与环境的协调。充分考虑物种的生态位特征，合理选配植物种类，避免种间直接竞争，形成结构合理、功能健全、种群稳定的复层群落结构，以利于种间相互补充，既充分利用环境资源，又能形成优美的景观。

2.遵循自然演替规律

演替的本质是植物种类与环境条件的更替变化，演替过程也就是自然生态过程。通过调查乡土植物种类，确定当地的地带性植被，筛选适宜的生态恢复植物品种，仿照潜在植物群落的构成，可初期引入外来先锋植物，逐渐过渡到以乡土植物为主。利用正确的植物种植和生态技术改善边坡生境条件，发挥自然生态系统恢复力的作用，加速生态恢复过程，提高生态恢复水平。

3.保持生物多样性

生物多样性是生态恢复的一个重要指标，特别是物种多样性最能反映生物组分的特征，同时它又是生态系统其他诸多特征的集中反映。在生态恢复的设计、实施过程中，多样性具有非常重要的作用。在立地条件恶劣的边坡生态恢复实践中，尤其要注意这几个方面问题：一是以本地优良乡土植物为主，外来品种引入为辅；二是以种植灌木为主，兼顾乔木与地被植物，多用当地乡土植物；三是选择先锋植物要以抗性强、耐贫瘠为主要指标，而将生长特性作为次要指标，并选择根系发达和萌生力强的植物；四是以种子繁殖为主，无性繁殖为辅。

4.生态效应与景观效应相结合

边坡生态恢复除要求与路域生态系统相协调外，还应尽量做到恢复自然环境和改善景观环境。一要考虑恢复受损生态系统及其生态功能，充分利用植被的护坡作用控制水土流失，保障边坡稳定和路基安全；二是要恢复和改善路域景观效果，提高区域环境质量，为驾行者提供视觉和美学的感受，提高行车的舒适性、安全性。应注意改变目前很多边坡生态恢复项目只重视短期内的复绿效果，而对长远的生态效应缺乏科学规划、设计的做法，以保证边坡生态价值与景观价值随着时间推移而不断提升。

5.植被建植与工程治理相结合

植被建植是坡面植被恢复及边坡生态恢复的重要前提，而植被建植必须建立在坡体及坡面稳定的基础上，边坡稳定是进行边坡生态恢复的必备条件。因此，只有在处于稳定状态的边坡上方可进行植被建植，否则应通过适宜的工程措施（坡体的工程加固和坡面的工程防护）先行治理，彻底消除边坡失稳的因素或隐患，为坡面植物长期而稳定的生长发育提供基础保障。另外，要加强植被建植措施与工程治理措施的有机结合，以工程治理措施改善立地条件，以植被建植措施形成植物护坡作用，二者结合实现优势互补，产生最佳防护效果。

四、公路边坡生态系统及其恢复目标、途径

（一）边坡生态系统的结构

“边坡生态系统”虽然迄今只是一种非学术的口语化用法，尚未得到业内人士的公认，但从边坡生态恢复的理论依据与实践应用相结合角度来讲，使用这一用语将便于对边坡这一特殊区域的特征及其生态恢复的内涵进行探究，从而可展开描述边坡生态系统的结构，进而建立边坡生态恢复技术体系。

生态学指出，生态系统是指生物有机体及其周围环境构成的整体，或者是生物和非生物相互作用形成的系统。生态系统是自然界的一种基本功能单位，是具有一定结构和边界的整体。生态系统包括不同范围、不同层次，只要是生物群体与其所处的环境组成的统一体，都可以视为一个生态系统。生态系统具有不同的层次和组织水平，即在微观上可以分为器官、细胞、细胞器和分子等不同的水平，而在宏观上包括生物因素（物种、种群、群落）、非生物因素（土壤、大气、水体）以及生态系统、景观等层次。

边坡人工开挖后的直接结果是边坡生态系统及周边环境的破坏，公路边坡构成了路域受损生态系统中一个重要的、特殊的局地生态子系统。在边坡生态系统中，从地表到坡面底质之间，构成了多层面的物质循环、能量流动（图3－1）。其中最为活跃的循环和流动过程，发生在系统的中间层面，即土壤层和植物群落之间。生态系统的破坏和变化，必然导致系统功能性的改变，因此边坡生态恢复、重建就应当从系统功能考虑，通过生态功能的回归，来实现生态系统的优化和恢复。从工程上角度看，边坡生态系统是人工恢复的产物，其系统的建立，是一个人工干预的过程。综合来讲，公路边坡生态系统可以认为是一个人工干预的半自然生态系统，该系统是路域生态系统的重要组成部分。

（二）边坡生态系统恢复的目标及途径

在工程实践中，边坡生态恢复有4个主要目标：一是保护自然的路域生态系统，发挥其在生态恢复中的参考作用；二是从区域社会经济发展和路域生态系统需求出发，确定边坡生态恢复所希望达到的目的和效益；三是确定能够达到上述目的和效益的坡面植物群落的组成和结构；四是通过对坡面植物的物理、化学、生物乃至社会、文化要素的控制，促进植被的恢复，实现边坡生态系统的自我维持。

图3－1　边坡生态系统示意图

在此应该强调，恢复生态学理论提示我们干扰和破坏造成了生态系统发展中的不连续性、不可逆性和不平衡性，在自然状态下很难或不可能回到原生的状态。边坡生态恢复尽管离不开回到历史状态的恢复目标，但并不意味着在任何场合下都必须恢复到原生的生态格局，这既没有必要，也不可能做到。生态恢复的根本目标旨在于恢复边坡生态系统的合理结构、必要功能及保持自我维持能力和相互协调关系，同时兼顾生态与环境、经济、社会等因素的和谐、统一。所以在设定生态恢复的具体目标时需因地制宜，全面、统筹地考虑相关因素。考虑到边坡在路域生态系统中的特殊性和重要性，实现边坡生态恢复目标的途径为：

●首先通过工程治理措施消除边坡病害，使边坡深层、浅层和表层均保持稳定；

●在稳定的坡面上经由人工措施进行土壤重建和植被建植，并保证一定的植被覆盖和土、肥、水条件；

●增加坡面植物种类组成和生物多样性，促进土壤—植物间的物质循环、能量流动；

●实现边坡植物群落的恢复，提高生态系统的生产力和自我维持能力；

●增加景观的视觉效果和审美感受。

鉴于受损生态系统在自然状况下很难或不可能回到原生状态的事实，受损生态系统历史轨迹中的某一状态也可作为生态恢复的目标。对于边坡生态恢复而言，应当根据社会、经济需求并结合适当水平的生态恢复技术，“审时度势”、“量力而行”地进行生态恢复设计，从实际出发制订边坡生态恢复的目标和技术路线，并非不切实际地要求完全回到原始的生态格局，而是旨在强调边坡生态系统必要功能的恢复和自我维持的实现。

五、边坡生态恢复方法及技术措施

（一）恢复方法

受损生态系统恢复方法主要有以下两种模式：

●当生态系统受损但压力未超过负荷并在可逆情况下时，解除干扰和压力后，生态系统可在自然过程中恢复；

●当生态系统受损压力超负荷，并发生了不可逆转过程时，仅靠自然过程很难或不可能使系统恢复到初始状态，必须加以人为干预促进才能得以恢复。

由于不同受损生态系统存在着地域差异性，加之外部干扰类型和强度不尽相同，所表现出的形态、阶段、过程及其响应机理各不相同，因而对其的恢复（人为干预）方法往往也会有所不同。但对大多数受损生态系统而言，基本上需要涉及这几方面：非生物或环境因素（包括土壤、水体、大气）的恢复；生物因素（包括物种、种群和群落）的恢复；生态系统及景观（包括结构和功能）的总体规划、设计与组装。在生态恢复实践中，同一个恢复工程项目通常需要融合采用多种方法。

对于公路边坡的工程创面来说，几乎是一种完全受损的“零”状态生态系统，因立地条件严重恶化，很难自然恢复或者恢复需要相当长的时间，必须采取高强度的人工干预技术措施，才可能使边坡生态系统得以尽快地改善或恢复（图3－2）。

图3－2　边坡生态系统恢复方法示意图

（二）边坡生态恢复技术体系

由上可知，边坡生态恢复技术措施主要涉及非生物环境因素和生物因素两类，其核心是土壤重建技术和植被建植技术。此外，由于坡面是土壤的载体和基底，坡面的稳定性是土壤恢复的先决条件，因而在必要时还需应用土木工程等技术，对边坡存有病害进行工程治理，最终使边坡深层、浅层和表层处于稳定状态。因此，边坡生态恢复技术体系主要包括4个方面：一是坡面稳定（即工程护坡）技术，这是体系的根本，即在以坡体工程加固措施来保证边坡深层、浅层稳固基础上，再通过工程防护措施来加强坡面表层的稳定；二是坡面土壤重建技术，这是体系的基础，即通过土壤改良、人工再造、侵蚀控制、表土稳定等措施，为坡面植被生长创造条件；三是坡面植被建植技术，这是体系的核心，即通过植物物种引入、搭配、快速繁殖等措施，营建坡面稳定的植物群落；四是植物养护管理技术，这是体系的保障，即对坡面植物及其工程设施进行后期的跟踪养护管理，确保恢复的持久效果和生态效应。边坡生态恢复技术体系的构成如图3－3所示。

图3－3　边坡生态恢复技术体系的构成

构成生态恢复技术体系的四种技术措施虽属于不同的类别，但它们之间既有工艺上的顺次递进，又有功能上的复合交叉，它们互为依托，具有紧密、有机的内在联系。通常，土壤重建技术和植被建植技术即为所谓的“坡面植被恢复工程技术”的主要内容。土壤重建和植被建植的目的是构建、恢复坡面植物群落，而植物群落对坡面可产生特有的植被防护（植被护坡）作用。因植被建植须以坡面工程防护为基础，故植被防护相当于对坡面构成“第二道防线”，即对坡面稳定再度施加的“二次补强”（详见第六章）。通常人们将坡面植被防护与坡面工程防护结合而共同产生的功能作用称为“边坡生态防护”。相应地，也将坡面工程防护与坡面植被恢复工程的结合称之为“边坡生态防护工程”（详见第八章）。由此可见，当提及边坡生态恢复工程时，不妨认为其具有双重意义，即不只是能够促进边坡的生态恢复，还可随之发挥出植物护坡的功能，能够提高常规土木工程结构抵御潜在不稳定性的总体控制能力，体现出比单纯用工程护坡技术来得更加优越的边坡防护功能（生态护坡）。

六、边坡生态恢复的实施流程

在边坡生态恢复设计和实施过程中，必须确定一些重要流程来指导生态恢复和生态系统管理。目前生态恢复研究者或设计者认为对受损生态系统进行恢复的重要流程包括：明确恢复对象并确定系统边界（生态系统层次与级别、时空尺度与规模、结构与功能等）；生态系统诊断（原因、类型、过程、强度等，特别是关键因子）；生态系统评估及对策（历史上原生类型与现状评估、找出控制方法）；根据当地生态、社会、经济和文化条件设计恢复方案（生态系统的结构、功能、目标和成功标准等）；恢复工程实施（试验、跟踪监测），并根据出现的新问题做出相应的调整、改进；形成示范性恢复技术成果并予以推广。该流程对边坡生态恢复设计和工程实施具有重要的指导意义。

七、公路边坡生态恢复的效应

（一）生态效应

1.土壤肥力的恢复

坡面植物的恢复、生长可以增加土壤有机质的年生成量，提高土壤养分含量。随着土壤肥力的不断提高，可以使边坡生态系统向着原生态趋近，为目标植物的侵入提供良好的土壤条件，这对于受到强烈扰动的边坡来说至关重要。

2.微生物区系的恢复

任何一个生态系统实际上并不单指可见的植被，还包括了与其他生物与环境相适应的微生物区系，随着原生态的植物类型越来越多，土壤肥力不断提高，微生物区系也逐渐地恢复，为边坡生态恢复提供了不可或缺的生境条件。

3.生物群落的恢复

边坡土壤和植被的恢复为多种动物（鸟类、昆虫、两栖类、爬行类、小型哺乳类等）提供了良好的栖息环境，使原有生物链又逐渐形成并趋于完整；人工诱导种植方式以及当地乡土植物品种的不断侵入与增加，可使坡面植物加速演替并形成与周边自然生态系统相协调的植物群落。

4.路域生态系统协调性的恢复

边坡是路域受损生态系统中的重要局地环境，边坡生态恢复是与环境、资源、社会等要素以及可持续发展理念结合进行全面、统筹考虑的，生态恢复工程能够快速、有效地改变边坡生物环境和地表景观消失及破碎化的局面，从而可实现公路建设与经济效益、社会效益和生态效益的协调、统一的目标。

（二）环境效应

1.降低噪声、光污染，提高行车安全性

环境噪声有78%～80%是来自于地面交通运输。因植物叶片能够将直达其表面的噪声散射到各个方向；而厚实、繁茂的枝叶具有类似多孔纤维的吸声作用，自身能产生微振而使声能消耗，故植被或林木可有效减弱车辆行驶噪声强度。合理配置植物还可有效降低阳光、车灯的眩光反射，以降低强光对驾车者的干扰，并提高路标、警示牌的可见度，从而保证行车安全。

2.净化大气，调节小气候

公路上的粉尘污染主要是降尘、飘尘和汽车尾气的烟尘等，复层结构的植被在垂直空间上有较大的叶面积和阻挡面，可减缓气流并促使其中颗粒较大的尘粒沉降。灌木和乔木可以将粉尘和烟尘等截留在绿带中或绿带附近，即使在落叶期其枝干、树皮也能滞留粉尘；草本植物对尘埃的黏附作用也很显著，可有效吸附空气中的粉尘，不易形成二次扬尘。

植物对某些环境污染物有降解功能，能降低环境负荷及污染循环，特别可通过三种机制，即植物直接吸收有机污染物、植物释放分泌物和酶刺激根区微生物的活性和生物转化作用、植物增强根区的矿化作用，去除环境中的有机污染物。

植物光合作用能吸收大气中的CO2，放出O2，能稀释分解、吸收和固定大气中有害有毒物质，并为植物生长所利用。另外，植物也能吸收大气中NH3、H2S、SO2、NO、HF、Cl2 和Hg、Pb蒸气等，起到净化大气、提高空气质量的作用。

高速行驶的车辆产生气流、摩擦以及燃油能量转化，使环境的湿度降低、温度升高，导致公路局地小气候变劣。植被则对调节边坡局部环境的温度、湿度均有良好的作用，例如，树冠层的遮阴减光作用及绿地的蒸腾散热作用，有利于营造温度适宜、湿润舒适的道路行车环境。不同树种具有不同的降温能力，主要取决于树冠的大小、树叶的疏密和叶片的质地。

3.改善行车条件及路面状况

边坡植被可以从多方面改善道路行车条件，例如，通过标志性种植可增强道路的连续性、方向性以及产生行进的距离感；通过视线诱导种植可预示或预告线型的变化；通过坡底路侧净区低矮灌木缓冲种植，降低车体发生冲撞事故时对车辆和驾驶员的损害程度；栽植的乔灌草植物增加了地表植被覆盖度，拦截、抬升部分气流，使风的动能有所降低，起到降低风速、减轻风沙危害的作用。此外，边坡植物能减少坡面温差，降低裸露边坡对路面的热辐射，有利于减缓路面沥青的老化。

4.美化公路景观

边坡生态恢复在景观层面上具有最直观、最易被人感知的特征，即使生硬、裸露的边坡披上绿装，大大降低边坡所产生的负面环境影响，同时也使单调的公路线形变得绚丽多彩，形成多样化、自然化的优美景观。不仅如此，因边坡植被主色调是大面积的绿色，其对人造成的视觉疲劳、紧张感最小，加之不同植物有其独具的色彩、形态、风韵，从而使驾车者在郁郁葱葱、生机盎然的绿色通道中体验到清新、安定、优美的感受，大大减轻了驾驶疲劳。

（三）护坡效应

边坡生态恢复还具有加固、稳定边坡以及保持水土的重要作用，即边坡生态防护效应。该效应主要是通过植物根系的锚固和加筋作用、植物茎叶的降雨截留与削弱溅蚀作用、植物对坡体水分的吸收和蒸腾作用以及植物保持土壤渗透性作用来实现的。根据坡面土壤—植被系统的理论，土壤和植被在它们形成和演化的过程中形成了互为条件、共同兴衰的生命功能体，植被的水文—机械效应与土壤的土力学和水力性质结合，使两者形成了具有一定抗蚀护坡功能的工程功能体。已有试验表明，植被覆盖度85%以上的边坡，第二年的土壤侵蚀量均少于250t/（km2·a）。草被能有效地防止水土流失，在同样的降雨条件下，已植草地面比裸露地面冲刷量减少75%～85%，尤其是采取挂网植草方式进行生态恢复的坡面，其控制水土流失的作用更为显著，其水土流失量是单植草皮的1/5，是裸露地表的1/30。植物的护坡机理详见第六章。

第六节　公路边坡生态恢复与“生态型公路”建设

一、我国公路建设规模及生态现状

从20世纪90年代以来，我国公路交通基础设施的建设得到迅猛发展，横穿东西和纵贯南北的“五纵七横”国道主干线总长约3.5万千米，已于2008年全线贯通；高速公路建设更是令人瞩目，截至2012年，高速公路总里程已突破9.5万千米，跃居世界前列。根据公路交通发展规划，“十二五”期间，全国公路基础设施建设仍保持一定规模，预计到2015年，全国公路总里程将达到450万千米。但也必须清楚地看到，因在传统的公路工程规划设计中很少融入生态保护理念，普遍存在早期建设的工程缺少生态保护措施，对生态系统持续造成影响且仍未恢复，而新建工程生态保护水平依然较低，生态保护和恢复技术的针对性和有效性尚且不足的问题，以致路域生态保护现状与经济社会可持续发展战略要求不相适应、生态恢复技术水平与发达国家还存在不小差距。随着公路长度、密度的增加和公路等级的不断提高，我国公路交通面临的生态压力越来越大，生态恢复和重建的任务十分艰巨。

二、公路路域及路域生态系统

（一）公路路域

公路路域是指公路建设、维护和运营管理过程中所改变和影响的地面自然带空间，这种带状空间既包括公路建筑设施，还涵盖与公路相互作用和影响的自然生态系统相关区域。在景观生态学中，路域又可称为公路廊道。

（二）路域生态系统的构成

按照现代生态学的观点，生态系统就是生命系统和环境系统在特定空间的组合，因此路域内的生命系统与环境系统即构成了路域生态系统。公路生态环境保护设计及评价所称的路域生态环境是指公路中心线两侧各200m（对动物作评价时可按其活动规律适当扩大）范围内的自然保护区、水源保护地、森林、草原、湿地和野生生物及其栖息地等。对自然生态系统来说，公路工程建设对其是一种严重的人为干扰，往往直接导致沿线生态系统不同程度的破坏或受损，造成多方面、多层次的负面影响，如水土流失加剧、生物多样性降低、植被类型与结构的改变、土壤结构与质地的变化、大气与水体污染、噪声污染等。公路建设对沿线自然环境的破坏和生态环境的影响范围甚至超出道路用地界之外，而且路线越长，通过地区生态系统越复杂，其影响和破坏的程度就越大。不仅如此，还形成景观生态学意义上的道路廊道，造成对沿线自然过程的分割和动植物移动与扩散的阻隔。因此，当道路基础设施建成之后，就会出现受损自然生态系统与追补的生态补偿、重建和恢复工程实施并存的格局，这就形成了可称之为“路域生态系统”的一种新的人工生态系统（图3－4）。

（三）路域生态系统的特征

公路路域生态系统是一个人工化的生态系统，因为所有公路都是人工工程构造物。公路穿行的自然生态系统即使采取相应的生态保护措施也不可能完全恢复到原有状态，同时由于公路运行过程中的交通扰动等因素，自然恢复往往十分缓慢，经过长期的自然演变后，公路沿线的边坡和路基上的生物和环境状况也只是部分地、逐渐地趋于临近的生态系统，有些地方甚至不可能实现恢复。因此，公路路域生态系统的人工属性十分鲜明。

公路路域生态系统虽然带有很强的人工性，但其基础仍然是自然生态系统。现代公路建设的理念就是在公路规划设计阶段最大限度保护自然生态系统，施工建设阶段最低程度破坏自然生态系统，运行管理阶段最大限度恢复自然生态系统。在确保公路通畅的条件下，建立自然生态系统和公路（人工构造物）之间的动态平衡，实现公路与生态系统的“和谐共处”是“生态型”公路建设的根本任务。

图3－4　路域生态系统的构成

三、“生态型公路”的建设背景及内涵

近十多年来，随着全国“绿色通道”的建设，我国公路交通行业也开始借鉴和引进国外先进生态工程技术，探索实施生态型公路建设，先后完成了十余条高水准、高效益的生态高速公路，为路域生态系统恢复和建设提供了成功的工程示范（图3－5）。2011年，《公路水路交通运输环境保护“十二五”发展规划》提出“坚持生态保护与修复并重理念，加强工程建设中的生态保护，实施重大工程生态修复措施”的要求，并将生态型公路工程推广和公路生态修复试点作为主要任务之一，这预示着大规模的路域生态建设和恢复又进入了一个新阶段。

“生态型公路”概念虽目前尚无确切定义，但它是基于公路建设和运营产生的各种生态问题以及公路建设与环境协调可持续发展的模式应运而生的，它强调道路的生态性，主要不是指某一种或某一类型公路，而是体现出一种公路建设运营的理念和行为，是公路建设的发展方向和目标；也并非苛求其像自然生态系统那样具有自我维持的稳定性、可持续性，而是以生态学、恢复生态学以及近年新兴的“道路生态学”等理论作为指导，注重其在现有条件下最大生态化的实现。据此，可将“生态型公路”的主要内涵表述为“一个原则”、“四个特征”、“两个方法”。

图3－5　我国近年来竣工的部分生态公路

1.原则

尊重自然，恢复自然。

2.特征

●生态效益与经济效益、社会效益的协调、统一；

●对生态环境最小破坏和最大恢复、补偿；

●赏心悦目的景观效应；

●安全高效的服务功能。

3.方法

●保护生态：公路工程规划、设计和建设时，优先考虑生态保护，要将对周围区域的动植物和生态系统的影响尽可能降低到最低程度。

●恢复生态：对于不可避免造成生态破坏的区域或设施（边坡、中央隔离带、互通立交区、服务区等），采用积极、有效的措施，最大限度地创造动植物的生境条件，进而实现受损生态系统的恢复。

四、边坡生态恢复在生态型公路建设中的地位

由上可知，生态型公路概念的提出，是解决公路建设中生态问题的关键，是人类向自然生态系统学习的过程。生态型公路建设继承了中国传统文化精髓，并体现社会生态文明建设和发展要求，从宏观意识层面为公路建设者们开拓了新视野，提出了新的战略任务。为此，生态型公路建设理念应贯穿于公路规划、设计、建设、运营、管理的全过程，努力体现公路与自然环境相互协调发展的格局，以实现公路交通行业“保护生态环境、实现绿色发展”和全面构建“绿色交通运输体系”的战略要求。公路边坡是路域受损生态系统中一个重要的局地生态系统，因而公路边坡生态恢复无疑成为生态型公路建设的重要组成部分。

我国改革开放以前，主要以低等级公路建设为主，由于交通量小，高填深挖较少，对生态环境的影响较小，因而边坡生态恢复工程不作为公路建设的主要工程，故对边坡的生态恢复研究被长期忽视。但是随着高速公路建设规模和速度的增长，解决公路边坡所引起的生态环境问题日益迫切。边坡生态恢复就是建立在生态型公路建设理念的基础上，运用恢复生态学理论指导受损边坡生态系统的恢复工作，并使边坡的防护由过去单一的工程措施防护转变为综合性的生态防护。比之公路其他相关区域，虽然边坡特别是岩质边坡的生态恢复非常困难，但其恢复的必要性、紧迫性以及意义尤为突出，因此边坡生态恢复多年来一直是路域生态恢复技术研究的热点问题，也是生态型公路建设实践中的重点内容，其对实现公路建设与生态环境保护、社会经济协调发展至关重要。