朱兆華，趙其國，賴慶旺，徐國鋼，陳曉蓉

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我國南方工程邊坡土壤生態(tài)修復技術創(chuàng)新的認知與實踐①

朱兆華1，趙其國2，賴慶旺1，徐國鋼1，陳曉蓉1

(1深圳市萬信達生態(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中國科學院南京土壤研究所，南京 210008)

我國高速公路、高速鐵路和城鎮(zhèn)化建設的快速發(fā)展，促進了我國工程邊坡生態(tài)修復技術的創(chuàng)新?，F(xiàn)中國邊坡生態(tài)修復技術成果，隨同動車裝備和筑路技術，形成了我國高速道路建設舉世矚目的三大技術進步，已成為我國“一帶一路”戰(zhàn)略重大支撐技術體系。我國“兩高”建設是以犧牲土壤生態(tài)環(huán)境為代價的，產生了大量的創(chuàng)傷裸露邊坡，生態(tài)修復及安全防護問題非常突出。本文就路域邊坡土壤破壞特征、土壤生態(tài)修復本質、工程邊坡林草種選擇、V型槽種植帶、噴混基材配置、機械化施工等幾個重大技術問題的思考與技術創(chuàng)新途徑進行了探討，并提出了利用路域邊坡土地資源發(fā)展林草種子產業(yè)的引領技術。

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

工程邊坡是國家現(xiàn)代化基礎設施建設中，由規(guī)?；?、機械化開挖而形成的裸露山體坡面，是人類工程活動引起的新的地質環(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及城鎮(zhèn)化建設中的開礦、采石、園區(qū)建設等。近年來，中國現(xiàn)代化基礎建設取得了巨大的成就，其發(fā)展規(guī)模、速度及攻堅克難的成效都領先于世界，成為彰顯我國實力和產業(yè)優(yōu)勢的靚麗名片。國家現(xiàn)代化基礎建設中的高速公路和高速鐵路建設(下文簡稱“兩高”建設)尤其引人注目。中國工程邊坡生態(tài)修復技術成果，隨同動車裝備和筑路技術，形成了“兩高”建設舉世矚目的三大技術進步，已成為“一帶一路”國際合作和我國生態(tài)文明建設的重大技術支撐體系[1]。

本文主要對高速公路、高鐵和城市邊坡土壤生態(tài)修復關鍵技術的創(chuàng)新過程以成果、成效進行總結，并就工程邊坡的形成及生態(tài)修復的本質、工程邊坡土壤生態(tài)修復技術體系、利用路域土壤資源發(fā)展林草良種產業(yè)等重要問題進行創(chuàng)新研究探討。本文結合工程實踐經歷，對“兩高”道路、土壤生態(tài)修復技術創(chuàng)新過程的探索、認知及觀點作綜合闡述報道，以揭示我國工程邊坡土壤生態(tài)防護技術的創(chuàng)新進步。

1 工程邊坡形成的本質是土壤生態(tài)系統(tǒng)的破壞過程

1.1 “兩高”建設與路域土壤生態(tài)系統(tǒng)的破壞

我國“兩高”建設起步晚，但起點高、發(fā)展快。自1984年我國建設第一條沈(陽)大(連)高速公路以來，截至2015年底，全國高速公路通車里程達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，穩(wěn)居世界第一。我國高速鐵路始建于1999年秦(皇島)沈(陽)客運專線，2015年全國運營里程達1.9萬km，2016年新增高鐵運營干線里程1 277 km，總里程突破2萬km，亦居世界首位[1-2]。我國“兩高”建設已取得了舉世矚目的成就。隨著我國“一帶一路”戰(zhàn)略的穩(wěn)步推進，作為重要支撐點的“兩高”建設將在世界范圍內取得更大的成就，造福于世界。

但是，我國“兩高”建設是以犧牲土壤生態(tài)環(huán)境為代價的，產生了大量的創(chuàng)傷裸露邊坡。據統(tǒng)計，“兩高”建設機械創(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”建設沿線土地破壞，形成的路域邊坡累計面積超過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”建設過程中，線路兩側工程所設置的筑路材料料場、取土場、棄土場、施工營地和便道等臨時占地，破壞了原有土壤和植被，使區(qū)域內地表裸露增加，對風力、水力作用的敏感性增強，生態(tài)環(huán)境惡化，穩(wěn)定性下降。另一方面，各種施工活動包括土石方工程、橋梁工程、道路平整、施工機械活動、材料堆放、臨時營地都破壞地表植被。其中，由于土石方的開挖破壞了地表土層，只留下堅硬的巖石，植被難以恢復。其他地表活動造成的植被臨時破壞引起的水土流失，也影響到植被的恢復。地表植被的鏟除最終導致所在區(qū)域生物多樣性的喪失及生態(tài)景觀的破壞。

2) 土壤基礎物質轉運遷移。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，致使邊坡土壤基礎物質大規(guī)模轉運遷移。加之“兩高”建設期長，一般3 ~ 5年，邊坡土層外露，水土流失加劇。據在深圳南坪快速路定點監(jiān)測結果[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)，遠超過國家標準規(guī)定的500 t/(km2·a) 公允值。土壤基礎物質轉運遷移是導致坡面侵蝕加劇的直接原因。

3) 邊坡穩(wěn)定性差，頻發(fā)地質災害事故?！皟筛摺钡缆饭こ探ㄔO中，山體切削等挖填方工程的卸荷作用[5]，導致坡體重心位移，坡面變得更高陡，邊坡穩(wěn)定性下降，極易發(fā)生滑坡、坍塌、泥石流等地質災害事故。邊坡地質災害事故一旦發(fā)生，通常伴隨著巨大的生命財產損失，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)渣土受納場滑坡等后果極其慘烈，影響巨大。

1.3 工程邊坡現(xiàn)場可視坡面特征

“兩高”建設產生的路域邊坡及土壤具有如下主要特征[1-4,7]：①土質邊坡土壤剖面層次保留完整，主要由A-AB-B-BC土體構型，部分土質邊坡也有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計上一般控制在45°以下；④土壤質地隨母巖而變化，花崗巖、紅(紫)砂巖和第四紀紅色黏土發(fā)育的土壤，都有一定的基礎肥力；⑤路域邊坡多分布在高丘和山地，水土流失嚴重。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°，相對高度80 ~ 130 m；②采石場宕口多為爆破成型，石坡面凹凸不平，呈斷層崖面；③采石場邊坡立地條件惡劣，坡面缺少平臺或平臺窄小，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，土體構型為BC-C層，幾乎A、B層及AB過渡層被推土機械削去(表1)。

表1 工程邊坡剖面構型(層)及特征

注：A—表土層(腐殖質層)；AB—均質層；B—淀積層；BC—網紋層(風化層)；C—母質層；D—巖石層(母巖層)。

2 邊坡土壤生態(tài)修復工程是土壤生態(tài)系統(tǒng)演進方向的有效調控

2.1 邊坡土壤生態(tài)修復是對遭破壞土壤生態(tài)系統(tǒng)演進方向的修正

從生態(tài)修復的角度看，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)生了本質變化，具有明顯抑制植物生長的諸多因素[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，石質坡面最高溫度夏天甚至可達50 ~ 60℃，遠超植物適生范圍。在自然條件下，邊坡作為典型的困難立地，無法快速恢復植被。坡面侵蝕越發(fā)嚴重，生態(tài)系統(tǒng)亦難以在短期內得到恢復，最終的演進結果就是石漠化。土壤生態(tài)系統(tǒng)的結構和功能可通過人為管控措施加以調節(jié)和改善。工程邊坡土壤生態(tài)修復也就是通過人為措施對遭破壞的土壤生態(tài)系統(tǒng)不利演進方向的修正，調節(jié)、改善其結構和功能，使其盡快恢復，以與周邊生態(tài)系統(tǒng)同步演進。

2.2 土壤生態(tài)修復的原理

土壤是地球陸地表面由礦物質、有機質、水、空氣和生物組成的，具有肥力并能生長植物的疏松層；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)境安全的重要物質基礎。土壤學是認識自然界和人為活動下土壤組成、性質、過程、功能及其發(fā)生發(fā)展規(guī)律的獨立學科[8-9]。在現(xiàn)代化“兩高”建設工程中，邊坡土壤就是邊坡土壤生態(tài)系統(tǒng)。邊坡土壤生態(tài)修復就是工程邊坡土壤生態(tài)系統(tǒng)結構和功能的修復，是現(xiàn)代土壤學的一個重要研究領域。

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

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

土壤不僅是國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)調發(fā)揮土壤的生產功能、環(huán)境保護功能、生態(tài)工程建設支撐功能和全球變化緩解功能，是現(xiàn)代土壤學為人類可持續(xù)發(fā)展做貢獻的重要任務[12-15]。

工程邊坡是我國現(xiàn)代土壤環(huán)境破壞的重要部分，其生態(tài)修復在我國土壤環(huán)境治理中占有重要地位。中國工程邊坡生態(tài)修復與國民經濟和社會發(fā)展戚戚相關。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70%；高速鐵路多以高架橋穿越設，路域邊坡也占30% ~ 40%。二是工程邊坡是土壤圈物質流、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10 000 t/(km2·a)，超出國際允許值20倍以上。三是邊坡地質災害發(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、泥石流等次生災害，危害道路安全和社會人居環(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)防護相結合的修復措施勢在必行。

3 工程邊坡土壤生態(tài)修復技術體系的探索與實踐

3.1 深圳市萬信達生態(tài)環(huán)境股份有限公司的探索與實踐

深圳市萬信達生態(tài)環(huán)境股份有限公司自1997年以來，通過市場運作，先后承擔了深汕、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多個項目，生態(tài)治理面積累計3×107m2，土壤生態(tài)修復工程軌跡遍布我國南方各省區(qū)，打造了一批邊坡土壤生態(tài)修復經典工程，完成工程合同金額累計約達8.6億元。這些工程實踐帶動了國內工程邊坡土壤生態(tài)防護技術的進步，為我國土壤修復工程學和邊坡生態(tài)工程學的研究與發(fā)展作出了創(chuàng)新貢獻[1,16]。

依靠科技創(chuàng)新綜合實力，深圳市萬信達生態(tài)環(huán)境股份有限公司還先后承擔了國家星火計劃重點項目《道路邊坡及裸露山體植被恢復與生態(tài)防護技術》、國家創(chuàng)新基金重點項目《南方工程創(chuàng)傷巖石邊坡快速生態(tài)修復技術開發(fā)》、廣東省受損邊坡生態(tài)景觀重建工程中心等13項重點課題，就我國高速公路、高速鐵路及城市采石場邊坡生態(tài)修復的重大關鍵技術問題，開展了創(chuàng)新性研發(fā)，取得突破性成果?！堵懵镀旅嬷脖换謴途C合技術研究》獲國家科技進步二等獎[1,16]。

3.2 我國工程邊坡生態(tài)修復技術發(fā)展階段

鑒于我國“兩高”建設獨有的工程邊坡國情特點，其生態(tài)修復難題的解決并無成熟的模式和技術可借鑒。我國“兩高”建設產生的路域邊坡生態(tài)修復技術經歷了由地質工程固坡(抗滑樁、錨索等)→建筑工程護坡(漿砌石、砂漿封蓋、鋼筋混凝土格構梁、擋土墻等)→草被生態(tài)護坡→林草多元植被護坡的技術發(fā)展階段。早期主要采用地質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世紀八九十年代，國內在鐵路和公路工程等施工中，邊坡防護主要以打設錨桿(索)、格構梁支護、噴砼、漿砌石擋墻等工程護坡為主。這種邊坡防護模式現(xiàn)在仍然可在早期修建的高速公路中見到，主要特點是坡面幾乎沒有植被，景觀效果差。這也體現(xiàn)了當初規(guī)劃設計時，對邊坡安全性和穩(wěn)定性的憂患意識。直到20世紀90年代中后期，國內業(yè)界同行開始學習國外經驗，把草坪草用于邊坡生物防護，并陸續(xù)開發(fā)出墊草皮、三維網植草、空心磚植草等護坡方法，此即草被生態(tài)護坡階段。2000年國務院31號文“關于進一步推進綠色通道建設的通知”明確指出，綠色通道建設要和公路、鐵路、水利設施建設統(tǒng)籌規(guī)劃，要求與工程建設同步設計、同步施工、同步驗收。這是第一次將植物護坡強制性納入高速公路項目建設全過程[17-19]。至此，植被護坡工藝技術以其防護效果顯著、生態(tài)景觀好、成本低等優(yōu)點，開始在國內迅速發(fā)展，最終演化到穩(wěn)定的林草多元植被生態(tài)護坡模式階段，并延續(xù)至今。草被生態(tài)護坡、林草多元植被護坡并不排斥工程防護措施，而是先通過工程防護措施解決了邊坡基本的安全與穩(wěn)定問題，再在此基礎上恢復植被，營造生態(tài)景觀。

3.3 工程邊坡土壤生態(tài)修復幾個關鍵技術體系的創(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。長期的技術開發(fā)和工程實踐證明，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、澳等國家和地區(qū)草種產業(yè)先行發(fā)展，以及以草為主的邊坡防護技術經驗的影響，我國高速公路草被護坡經歷了較長時段探索。草被生態(tài)護坡工程在技術、生態(tài)、經濟和美學方面，相比單純的地質或建筑工程護坡形式具有更高的性價比。但邊坡采用單純的草本類植物進行綠化，植被易嚴重退化[19]。早在2002年，我們就針對邊坡植草單一、易退化、無防災功能、景觀效果差等諸多問題，在《草業(yè)科學》發(fā)表了“中國西南部道路邊坡生態(tài)治理的實踐”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、四川成南高速多個中標路段技術交底會上，強調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、重慶達渝、粵贛高速粵境段等邊坡生態(tài)修復工程上，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構的生態(tài)體系示范。通過工程實踐，認識到沒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)修復主體模式。巖體邊坡生態(tài)治理技術模式曾百花齊放，但生態(tài)效果欠佳。實踐證明，“V型槽+噴混植生”是城市高陡巖體邊坡生態(tài)修復的主要技術模式。我國南方在早期采石場生態(tài)治理中，針對高陡裸巖坡面曾經開發(fā)多種工藝技術[3,5,20-21]，如石壁上開鑿植生槽法、燕窩巢復綠法、石壁掛籠法、魚鱗坑法、生態(tài)袋法、掛網噴播法等多種工藝措施。在工程實踐中，這些工藝措施都出現(xiàn)了種種缺陷。從微地形角度看，采石場平臺區(qū)種植速生遮擋喬木及噴灌草種等林草恢復模式是比較成功的，原因在于平臺區(qū)地勢平緩，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)修復難度極大[3,5,22]。生態(tài)治理對策在頂層設計上，宜解決三大難題：①綠色遮擋：以植物體遮擋覆蓋為主，不強調陡坡面播種植物；②回填土源：坡面多級斷層，每隔2 m構建砼槽體，接納大容量回填土；③營造種植帶：選擇速生植物種類，年生長達2 m以上，1年內即可覆蓋裸露巖面，改善視角生態(tài)景觀。在實踐中，我們探索及開發(fā)出了“V型槽+噴混植生”技術模式，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個采石場巖體邊坡，采用V型槽加掛雙層網噴混植生技術，累計完成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。實踐證明，V型槽不僅能有效接納回填土和營養(yǎng)土，建立多層次植物生長帶，對坡面立體郁閉顯著；而且可減少噴混體災害性卸荷崩塌，將工程措施與生物技術緊密結合，在垂直坡面上創(chuàng)造植物生長的微環(huán)境。營造多層次V型槽植生帶，是城市采石場巖石邊坡生態(tài)治理的重要技術途徑。

3) 噴混基材的選擇與配制是解決植被退化問題的關鍵。在長期的實踐應用過程中，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)護難度大，容易出現(xiàn)“一年青，二年黃，三年枯，四年無”的情況，達不到植被恢復、水土保持、生態(tài)防護、景觀重建等多重功能目標；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。該問題在我國地處南亞熱帶，雨量充沛的華南大部分地區(qū)較嚴重。

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

基材肥力持續(xù)、均衡供應問題最終從平衡施肥原理尋找了解決的方法和理論依據[23-25]。將農業(yè)領域廣泛應用的平衡施肥技術引入到環(huán)境綠化建設領域，并進行了理論和技術創(chuàng)新，提出了縱向平衡與橫向平衡相結合的施肥理論，開發(fā)出了植生基材養(yǎng)分全面平衡調配技術。橫向平衡調配技術主要調配養(yǎng)分的種類，強調養(yǎng)分的全面與均衡，不缺素，不多施；縱向平衡調配技術主要調配養(yǎng)分供應強度，即調配養(yǎng)分的釋放速度使其盡量與植物吸收同步，以保證養(yǎng)分供應的持續(xù)性、耐久性。同時，我們在生物型人工復合核心基材、新型基材添加劑制備技術方面取得了重要突破，開發(fā)出了新型黏結劑、肥料增效劑、保水劑、土壤改良劑等，對在不影響基材肥力的前提下改善基材黏性與質地提供更多的選擇，有效地解決了雨季施工基材固附效果差、易滑落的問題。

4) 機械化、規(guī)?；┕な俏覈こ踢吰律鷳B(tài)快速修復的必然選擇，促進了國產機械裝備的技術進步。我國“兩高”和城鎮(zhèn)化基礎設施建設規(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、集中治理周期短、環(huán)境復雜等特點，促使國內在邊坡植被防護規(guī)模化、機械化施工應用技術的市場需求，帶動了國內邊坡綠化機械產品不斷向多樣化、系列化的方向發(fā)展。園林綠化公司多屬勞動密集型企業(yè)，在工程邊坡面前，靠打“人海戰(zhàn)術”是行不通的，在規(guī)模化創(chuàng)建山體邊坡人工植生層，需要有適應的施工裝備。國內20世紀90年代早期對邊坡綠化專用機械設備的開發(fā)研究方面較為薄弱，尤其是國產施工裝備的缺乏，遏制了工程實踐的應用。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備，這些技術已大規(guī)模應用于工程實踐。

我國在引進、消化進口機械的基礎上，反復研究改進，不斷對比完善，吸收了國外噴播機械的一些先進技術，開發(fā)出能夠兼顧我國南北各地裸露邊坡地質條件和不同類型工程施工要求，通過技術集成達到國產化的目的，取得了多項自主知識產權，并形成了自主品牌機型的定型產品。經工程實踐，噴播機能適應各種濃度漿液，干濕噴混具有較好的機械性能和結構性能，實現(xiàn)了國產噴播和噴混機械替代進口機械的技術突破。采用科學的施工方法，改進機械施工裝備，使用先進的機械設備進行施工，適應了高速公路、高鐵和城市工程邊坡生態(tài)修復規(guī)?；┕な袌霭l(fā)展的需求。因此，選擇先進的噴混噴播機械設備、高空運輸機械設備以及養(yǎng)護灌溉機械設施等(表2)，是保證施工工期和養(yǎng)護管理的質量，達到工程邊坡生態(tài)修復預期效果的重要技術手段。

表2 道路及城市邊坡生態(tài)修復施工機械進場清單

同時，在機械化規(guī)模施工中，我們自主研發(fā)的噴混植生技術，從質量、速率和效益上，適應了國家重大工程項目的需求，已在全國推廣。其主體技術優(yōu)勢：①灌草種多品種混合噴播；②添加有機基材、營養(yǎng)物質、黏結劑、保水劑，有利于維護種苗安全生長環(huán)境；③增厚客土層，對缺少表土的風化層或母質層更適用。噴混物料厚度達10 ~ 15 cm，每天噴混400 ~ 500 m2(以8 h計)。但也存在工程成本較高、施工速度較慢等問題。我國是應用機械制造大國，如何創(chuàng)造更快、更適用的邊坡生態(tài)修復的專用或智能作業(yè)機械，將是今后機械裝備技術的研發(fā)方向。

4 利用路域土壤資源發(fā)展林草良種產業(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實(莢)林木，發(fā)展林草種業(yè)，為我國解決國產優(yōu)良種源開辟新途徑。

我國在相當長的時間內，草坪草種主要依賴進口。20世紀80年代，現(xiàn)代草坪業(yè)才進入中國。以1990年北京亞運會為契機，國內草坪業(yè)開始逐步走向正規(guī)化、專業(yè)化、市場化[26]。此后，我國草坪產業(yè)進入快速發(fā)展階段，每年草坪建植面積及對草種、草地的需求以30% ~ 40%的年增長率穩(wěn)步發(fā)展。草種進口量增速大。我國1985年進口草種不足10 t，1997年達到2 500 t，1998年突破了5 000 t，2000年各類草種進口達到1.5×104t[3, 27]。以中糧系、中農系、中貿系為主的進口草種企業(yè)迅速發(fā)展和擴張起來。

國內市場草種需求主要用于3個方面[28]：①以市政園林、地產園林、公共園林、運動場地等為主的景觀草坪工程應用，草坪是改善生活環(huán)境、游玩休憩、降低城市“熱島效應”的重要措施；②以公路、鐵路、機場、采石場、礦山、水庫、河岸、湖堤等基礎設施建設為主的生態(tài)治理工程應用，林草種植是生態(tài)修復、植被護坡、水土保持的重要措施；③以草地畜牧、養(yǎng)殖生產為主的牧草產業(yè)應用，草原、草地是生產優(yōu)質牧草的重要基地。據中國農科院草原所最新數(shù)據顯示[27-28]，我國每年的各種林草種需求量達3.0×105t，而目前國內林草種產量尚不足1.0×105t。就高速公路和高速鐵路生態(tài)修復每年約需1.1×105t，市場缺口大。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，若干年內建成2.0×105hm2的路域種業(yè)基地，3年進入盛產期，產種量可達3 000 kg/hm2，則年總產量達6.0×105t，按30元/kg單價計，總產值可達180億元。

當前，盡管我國草業(yè)已有較大發(fā)展，但尚未形成完整的一體化產業(yè)體系，50%以上的草種仍依賴進口，草坪草依賴度更高。路域邊坡的生態(tài)修復工程實踐證明，“洋草種”環(huán)境適應性脆弱，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、種苗需量亦相當大。因此，因地制宜、就近解決、發(fā)展國產林草種產業(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繁技術，開辟了我國路域林草種產業(yè)化發(fā)展途徑，并提出以下論點：①一方水土養(yǎng)一方“林草”，實現(xiàn)價值最大化，真正達到修一路，富一方農民的目的；②彌補因工程建設造成的農林用地損失，增加農民收益；③部分解決我國當前林草種源供應不足、需消耗外匯進口種子的難題；④可形成完整的林草種子產業(yè)經濟鏈條(圖2)，為社會提供了大量的就業(yè)機會，為農村脫貧致富增加新途徑。

我們較早提出在工程邊坡生態(tài)修復過程中，配置高產種苗木或中藥植物，發(fā)展國產林草種業(yè)。近幾年我國植被護坡技術與林草種子產業(yè)達到了協(xié)調發(fā)展。成南、元磨、廣惠、粵贛、福寧等高速路已形成銀合歡、胡枝子等農民采種基地。植被護坡工程實踐證實，通過種源植被護坡技術，形成新的林草種子繁育場所，將廢棄的路域邊坡轉化為可利用的土地資源，通過農民采收種子，集中收購后，再用于植被護坡工程，形成完整的良種產業(yè)鏈是可行的。

5 我國邊坡土壤生態(tài)修復工程學的新發(fā)展

5.1 “兩高”道路快速發(fā)展對我國土壤生態(tài)修復工程學的創(chuàng)新貢獻大

“兩高”道路邊坡生態(tài)修復工程涉及到土壤學、地質學、植物學、生態(tài)學、建筑學等學科領域，在我國大量工程實踐中成為一門綜合性生態(tài)工程新學科，促進邊坡生態(tài)修復工程學的形成、發(fā)展與創(chuàng)新。最近由中國農業(yè)科技出版社出版發(fā)行的《中國工程邊坡生態(tài)修復技術與實踐》一書，已全面闡述了邊坡生態(tài)修復工程學獨特的理論體系、技術體系、市場體系和工程施工實踐，明確了在現(xiàn)代生態(tài)學的定位，是一門綜合發(fā)展的新學科體系[1,29-30]。

社會經濟的快速發(fā)展，促進了“兩高”道路和城鎮(zhèn)化等現(xiàn)代基礎工程的大規(guī)模建設，形成了大量需要生態(tài)治理的工程邊坡。經過20多年國家大規(guī)模、強制性的生態(tài)修復實踐，產生了邊坡生態(tài)修復工程學這門新興學科。它與國家社會經濟發(fā)展密切相關，隸屬于現(xiàn)代土壤生態(tài)學的一門重要分支學科。工程邊坡生態(tài)修復，也稱邊坡植被恢復、植被護坡、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，美化路域生態(tài)環(huán)境的一種新技術，是集多學科于一體的綜合技術體系。因此，邊坡生態(tài)修復工程學的發(fā)展與創(chuàng)新，具有獨特的理論體系、技術體系、市場體系和工程實踐，為“一帶一路”戰(zhàn)略穩(wěn)步推進和我國生態(tài)文明建設提供了技術支撐體系[1,28-29]。

5.2 對我國工程邊坡土壤生態(tài)修復技術研發(fā)方向及任務的建議

2016—2020年，我國將再建高速鐵路3×104km，高速公路4.6×104km。按常規(guī)統(tǒng)計率估算，“十三五”期間，“兩高”建設，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，在此期間，我國城鎮(zhèn)化建設將加快，交通建設破壞沿線環(huán)境和城市采石場廢棄邊坡不斷疊增，裸露邊坡將威脅道路行車與人居安全，其生態(tài)修復難度甚大。由此可見，“十三五”期間，土壤生態(tài)修復工程市場廣闊，但生態(tài)修復任務仍然艱巨。

隨著我國“一帶一路”戰(zhàn)略穩(wěn)步推進，我國高鐵及動車技術作為主打國家品牌，已走向世界，掀起了“中國高鐵熱”。中國工程邊坡生態(tài)修復技術成果應用亦面臨著前所未有的機遇，在國內外有著巨大市場需求及產業(yè)拉動，對工程邊坡生態(tài)修復科技創(chuàng)新亦提出了更高的要求。今后，中國工程邊坡生態(tài)修復學界、業(yè)界還需要針對以下幾個方面做更深入的工作：

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

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

3) 進一步加強企業(yè)與國家科研院所專題攻關合作研究，以促進高科技與高效益成果產出，為我國高速公路、高速鐵路和城市生態(tài)文明建設，發(fā)展我國現(xiàn)代土壤科學作出創(chuàng)新貢獻。

4) 我國高速公路和高鐵建設起步晚、起點高、發(fā)展快、技術成熟，是我國對外經濟與技術合作靚麗名片。中國工程邊坡生態(tài)修復技術成果，隨同動車裝備和筑路技術形成了舉世矚目的三大技術進步，是國家“一帶一路”戰(zhàn)略布局的重大技術支撐體系。希望我國相關企業(yè)跨國門，與國內著名交通建筑企業(yè)攜手，參與國際基礎工程生態(tài)建設大項目市場競爭，使該項成果更好轉化生產力，推力創(chuàng)新型企業(yè)經濟跨越式發(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

國家星火計劃重點項目(2010GA781004)、深圳市科技計劃項目(GCZX2015051514435234、CXZZ20150527171538718、CXZZ20140422142833835)資助。

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