摘" 要：該文詳細(xì)闡述生態(tài)防護(hù)在高速公路工程建設(shè)中的重要性，主要通過(guò)植被的蓄水、保肥和固土功能來(lái)加固和保護(hù)邊坡。這種防護(hù)作用主要體現(xiàn)在根系的力學(xué)效應(yīng)和植被的水文效應(yīng)2個(gè)方面。同時(shí)，深入探討公路路基邊坡生態(tài)防護(hù)技術(shù)及其機(jī)理，并試圖將這些知識(shí)應(yīng)用于提升生態(tài)防護(hù)技術(shù)手段。為實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)，結(jié)合多年野外工作實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，以公路邊坡植物防護(hù)技術(shù)為研究對(duì)象，從多角度對(duì)邊坡植樹種草防護(hù)技術(shù)的發(fā)展和生態(tài)防護(hù)機(jī)理進(jìn)行深入分析。

關(guān)鍵詞：邊坡生態(tài)防護(hù);植樹種草技術(shù);生態(tài)護(hù)坡技術(shù);高速公路;公路路基

中圖分類號(hào)：U412.36+6" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號(hào)：2095-2945（2024）26-0006-10

Abstract： This paper expounds in detail the importance of ecological protection in highway engineering construction， mainly through the functions of water storage， fertilizer conservation and soil consolidation of vegetation to strengthen and protect the slope. This protective effect is mainly reflected in two aspects： the mechanical effect of root system and the hydrological effect of vegetation. At the same time， this paper deeply discusses the highway roadbed slope ecological protection technology and its mechanism， and tries to apply these knowledge to improve the ecological protection technology. In order to achieve this goal， combined with many years' practical experience in field work， taking the plant protection technology of highway slope as the research object， the development of recommended protection technology and ecological slope protection mechanism of slope tree planting are analyzed from multiple angles.

Keywords： slope ecological protection; tree planting recommendation technology; ecological slope protection technology; highway; highway roadbed

截至2022年底，我國(guó)公路總里程達(dá)到535萬(wàn)km，十年增長(zhǎng)112萬(wàn)km，其中高速公路通車?yán)锍?7.7萬(wàn)km，穩(wěn)居世界第一。生態(tài)文明是全面建設(shè)社會(huì)主義現(xiàn)代化國(guó)家的重要議題之一[1]。隨著社會(huì)公眾對(duì)生態(tài)環(huán)境保護(hù)意識(shí)的日益增強(qiáng)，高速公路邊坡防護(hù)的規(guī)劃與設(shè)計(jì)，以及生態(tài)護(hù)坡工程的興建等正逐步受到廣泛關(guān)注[2]。高速公路邊坡的生態(tài)保護(hù)，作為一種創(chuàng)新的護(hù)坡方式，利用植被的自然機(jī)能提升邊坡的穩(wěn)定性和防護(hù)效能[3]。邊坡植物防護(hù)的核心目標(biāo)在于土壤固結(jié)與邊坡穩(wěn)定，有效防止水土流失，同時(shí)也為環(huán)境美化提供了輔助功能。近年來(lái)，高速公路網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)張對(duì)周邊原始地形和自然生態(tài)帶來(lái)了顯著影響[4]。因此，在開展高速公路邊坡防護(hù)工作時(shí)，必須同步關(guān)注環(huán)境質(zhì)量的保護(hù)與提升，秉持“保護(hù)環(huán)境光榮，污染環(huán)境可恥”的原則，采取恰當(dāng)?shù)念A(yù)防和保護(hù)措施，如避開生態(tài)敏感區(qū)域，以實(shí)現(xiàn)高速公路的持久性、安全性、舒適性和便捷性。圍繞“耐久、舒適、安全、經(jīng)濟(jì)”的綜合目標(biāo)，加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境建設(shè)，構(gòu)建堅(jiān)實(shí)的生態(tài)安全屏障，同時(shí)強(qiáng)化施工工藝的創(chuàng)新，充分展現(xiàn)了高速公路系統(tǒng)“暢通、安全、綠色、美觀、優(yōu)質(zhì)”的特性。通過(guò)這些措施，不僅能夠取得顯著的環(huán)境效果，還能獲得經(jīng)濟(jì)上的收益，為全面建設(shè)小康社會(huì)貢獻(xiàn)力量。

1 研究概述

邊坡是指為保證路基穩(wěn)定，在路基兩側(cè)做成的具有一定坡度的坡面（圖1）。其功能是防止雨水沖刷，固土護(hù)坡，保持水土平衡，保持路基及坡面的穩(wěn)定。護(hù)坡是指為了穩(wěn)定邊坡、保護(hù)邊坡不致被沖刷、裂崩而采取保護(hù)措施的行為或其結(jié)果[5]。

生態(tài)護(hù)坡是一種以植物為核心，綜合工程力學(xué)、土壤學(xué)、生態(tài)學(xué)和植物學(xué)等學(xué)科的基本知識(shí)對(duì)斜坡或邊坡進(jìn)行支護(hù)，形成由植物或工程和植物組成的綜合護(hù)坡系統(tǒng)的護(hù)坡技術(shù)[6]。邊坡防護(hù)工程是指對(duì)存在位移或有可能發(fā)生位移的邊坡進(jìn)行保護(hù)性工作，對(duì)邊坡進(jìn)行加固處理及發(fā)生邊坡塌方的預(yù)防處理措施[7]。在過(guò)去的幾十年中，我國(guó)高速公路建設(shè)實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展，規(guī)模穩(wěn)居世界第一，但同時(shí)也暴露出一些問(wèn)題。我國(guó)的高速公路建設(shè)過(guò)程中，邊坡修建作為施工中完成的最后收尾工程，往往遺留問(wèn)題最多，隨著我國(guó)高速公路項(xiàng)目建設(shè)的持久快速發(fā)展，必將形成大量的邊坡[8]。因此，高速公路邊坡防護(hù)與生態(tài)恢復(fù)是我國(guó)公路建設(shè)中必須關(guān)注的重要環(huán)節(jié)。邊坡的高速公路土壤侵蝕防治和開挖邊坡治理作為一項(xiàng)極為重要的工作，在環(huán)保意識(shí)逐漸增強(qiáng)的環(huán)境下，受到全社會(huì)的重視[9]。

發(fā)達(dá)國(guó)家十分重視高速公路邊坡生態(tài)防護(hù)工作，在歐美（歐洲和北美的統(tǒng)稱）、日本等國(guó)家和地區(qū)，高速公路建設(shè)早就包括了邊坡生態(tài)防護(hù)，并對(duì)其進(jìn)行了長(zhǎng)期的實(shí)踐與研究。美國(guó)的高速公路邊坡防護(hù)原則是以自然為主，人工為輔，最大程度協(xié)調(diào)邊坡與周圍生態(tài)環(huán)境的平衡，并要求新建公路必須綠化;加拿大的公路邊坡防護(hù)原則在于人與自然和諧統(tǒng)一，明確規(guī)定公路與自然區(qū)域保持一定距離;日本的公路邊坡防護(hù)策略則是環(huán)境優(yōu)先、自然再生，由于地理環(huán)境而追求“精細(xì)化”的公路防護(hù)目標(biāo);此外，英國(guó)、意大利等結(jié)合植被防護(hù)技術(shù)與加筋土技術(shù)修建了擋土墻。21世紀(jì)以前，我國(guó)的道路主要以公路和較低等級(jí)的道路建設(shè)為主，邊坡的生態(tài)防護(hù)在道路修建中往往被輕視甚至忽視[10]。21世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā)展，高速公路建設(shè)飛速成長(zhǎng)，高速公路邊坡防護(hù)的重要作用日益顯現(xiàn)，我國(guó)的生態(tài)防護(hù)技術(shù)在引進(jìn)國(guó)外技術(shù)的基礎(chǔ)上逐漸完善并形成體系。國(guó)家也制定了相應(yīng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，2018年5月22日中華人民共和國(guó)交通運(yùn)輸部發(fā)布了JT/T 1108.3—2018《公路路域植被恢復(fù)材料 第3部分：植物纖維毯》，這標(biāo)志著我國(guó)的生態(tài)防護(hù)技術(shù)邁上了新的臺(tái)階[11]。我國(guó)對(duì)高速公路生態(tài)防護(hù)機(jī)理的研究較淺。植物護(hù)坡的機(jī)理是利用植物根系、莖葉和代謝活動(dòng)等生命活動(dòng)，主要包括植物根系的力學(xué)效應(yīng)、植物的蒸騰排水效應(yīng)，以及植物莖葉及枯枝落葉的水文效應(yīng)等來(lái)護(hù)坡。具體來(lái)說(shuō)，植被通過(guò)以下機(jī)制起到固土、護(hù)坡的作用（圖2）。它適用于高速公路地形較為復(fù)雜的區(qū)域，可以達(dá)到綠化美化、保持和改善生態(tài)環(huán)境的目的。

2" 公路路基邊坡生態(tài)防護(hù)技術(shù)

公路邊坡的生態(tài)防護(hù)是一種采用生態(tài)工程方法來(lái)增強(qiáng)邊坡穩(wěn)定性的技術(shù)[12]。國(guó)內(nèi)學(xué)者將其定義為植物固坡或坡面生態(tài)工程，而國(guó)外研究人員則強(qiáng)調(diào)將植物與其他土木工程材料相結(jié)合以提高邊坡穩(wěn)定性[13-15]。公路邊坡生態(tài)防護(hù)的基本原理可以概括為以下幾點(diǎn)。

根系錨固：植物根系在土壤中生長(zhǎng)，能夠錨固土壤顆粒，增加土壤的抗剪強(qiáng)度，從而防止滑坡和侵蝕。

蒸騰作用：植物通過(guò)蒸騰作用降低周圍土壤的水分含量，減少孔隙水壓力，有助于提高土壤的穩(wěn)定性。

土壤改良：植物根系的生長(zhǎng)和分解可以改善土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤的透水性和通氣性，有利于土壤的自我穩(wěn)定。

水文調(diào)節(jié)：植被覆蓋可以減少雨水對(duì)邊坡的直接沖刷，促進(jìn)水分入滲，減少地表徑流，從而降低水土流失。

生物多樣性：生態(tài)防護(hù)措施有助于恢復(fù)和保護(hù)生物多樣性，為其他生物提供棲息地，促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)和平衡。

綜上所述，公路邊坡生態(tài)防護(hù)不僅能夠提高邊坡的穩(wěn)定性，還具有美化環(huán)境、保護(hù)生態(tài)、減少維護(hù)成本等多重效益。通過(guò)合理設(shè)計(jì)和應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)邊坡的長(zhǎng)期穩(wěn)定和生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。

高速公路工程建設(shè)不斷發(fā)展，傳統(tǒng)工程防護(hù)養(yǎng)護(hù)和重建邊坡成本過(guò)高，因此對(duì)邊坡的修復(fù)技術(shù)提出更高的要求。公路路坡的防護(hù)分為2類：一是生態(tài)防護(hù)，主要是充分利用植物自身特點(diǎn)，有時(shí)又與一些工程防護(hù)相結(jié)合來(lái)替代純工程防護(hù)的方式穩(wěn)固坡面與抵御腐蝕，同時(shí)達(dá)到工程建設(shè)和環(huán)境保護(hù)的目標(biāo)（圖3）[16]。植物防護(hù)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)力學(xué)效應(yīng)、水文效應(yīng)、生態(tài)效應(yīng)和經(jīng)濟(jì)效益等多種效應(yīng)的統(tǒng)一[17]。植被可以截留降雨從而削弱濺蝕，降低坡體深層孔隙水壓力，同時(shí)抑制坡面徑流，除此之外，還能凈化空氣、降低噪聲、防止光污染[18]。生態(tài)防護(hù)的作用體系較為特殊，在一定條件下植物防護(hù)也有負(fù)面作用，在后續(xù)應(yīng)用階段，需要根據(jù)實(shí)際情況以及防護(hù)指標(biāo)，按照技術(shù)形式的具體要求落實(shí)到實(shí)踐工程之中。二是工程防護(hù)，相比于“有生命”的植物防護(hù)，工程防護(hù)主要是用砂石、水泥、石灰等“無(wú)生命”的無(wú)機(jī)材料進(jìn)行防護(hù)。主要包括抹面、捶面、噴漿及噴射水泥混凝土等形式的坡面防護(hù)，包括護(hù)面墻、干砌片石防護(hù)、漿砌片石防護(hù)等砌石防護(hù)以及擋土墻防護(hù)[19]。工程防護(hù)可防治路基病害，確保路基穩(wěn)定，但美化效果較差。做好坡面防護(hù)，主要是避免地表水流沖刷坡面巖土導(dǎo)致風(fēng)化剝落現(xiàn)象出現(xiàn)，同時(shí)減少對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞。

高速公路邊坡防護(hù)技術(shù)是土木工程領(lǐng)域的重要課題之一，其研究旨在保護(hù)邊坡免受坍塌、滑坡、侵蝕等自然災(zāi)害的侵害，同時(shí)確保人員和財(cái)產(chǎn)的安全[20]。隨著世界范圍內(nèi)高速公路的興建，生態(tài)防護(hù)技術(shù)逐漸興起，它充分利用植被的護(hù)坡機(jī)理以達(dá)到生態(tài)效應(yīng)和經(jīng)濟(jì)效益的統(tǒng)一，緩解了傳統(tǒng)的工程防護(hù)技術(shù)下工程建設(shè)與生態(tài)環(huán)境之間的矛盾，減少了高速公路對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響[21]。

高速公路邊坡的生態(tài)保護(hù)技術(shù)如下。

菱形格護(hù)坡、片（塊）石護(hù)坡、窗孔肋式護(hù)坡和六角空心磚護(hù)坡等。

骨架式錨碇保護(hù)工藝：在路堤成形后，按設(shè)計(jì)圖紙?jiān)诠さ厣线M(jìn)行施工放樣，釘入鋼釘，劃出對(duì)應(yīng)的格段，再用人工和機(jī)器進(jìn)行挖掘。

植物保護(hù)方法：在高速公路路塹邊坡的生態(tài)保護(hù)中，采用花卉等植物，既能起到美化作用，還可以減少降雨對(duì)斜坡的侵蝕，使高速公路的邊坡穩(wěn)定得到了較好改善。

土釘墻支護(hù)方法：土釘墻是由錨桿、混凝土面板和錨板以有規(guī)律的方式組合而成，它能對(duì)周圍的坡面進(jìn)行局部土體有效加固，從而形成一個(gè)由墻后承受土壓力的土釘墻。

土工布保護(hù)技術(shù)：在高速公路路堤的生態(tài)保護(hù)建設(shè)中，由于其整體內(nèi)聚力較好，自身質(zhì)量相對(duì)較小，因此其在公路路堤的生態(tài)保護(hù)中得到了較為滿意的應(yīng)用。在完成工程之后，還具有良好的抗張和防腐性能。

3" 邊坡生態(tài)防護(hù)的作用和特點(diǎn)

作為生態(tài)系統(tǒng)中的生產(chǎn)者，植被是協(xié)調(diào)其結(jié)構(gòu)與功能的基石，也是開發(fā)項(xiàng)目發(fā)揮良好經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益和社會(huì)效益的前提條件[22]。邊坡生態(tài)防護(hù)主要是充分利用植物自身特點(diǎn)，用植物和材料相結(jié)合的方式，代替純工程防護(hù)的方式，起到穩(wěn)定邊坡和防止侵蝕的作用，同時(shí)達(dá)到工程建設(shè)和環(huán)境保護(hù)的目標(biāo)。以下將對(duì)生態(tài)防護(hù)的作用機(jī)理和特點(diǎn)進(jìn)行分析。

3.1" 防止土壤侵蝕

對(duì)植物與土壤之間相互作用動(dòng)態(tài)過(guò)程的研究是國(guó)際生態(tài)環(huán)境科學(xué)的前言和重大課題[23]。劉國(guó)彬教授在陜西安塞試驗(yàn)與研究結(jié)果表明，植物根系強(qiáng)化抗沖性作用的方式有網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)作用、根土黏結(jié)作用及根系的生物化學(xué)作用，并揭示了根系提高土壤抗沖性能的本質(zhì)作用。在自然環(huán)境中，土壤侵蝕是一種常見(jiàn)現(xiàn)象，尤其在降雨過(guò)程中，土壤流失可能導(dǎo)致土地退化、生態(tài)失衡和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力下降。然而，林草地作為一種自然的土地覆蓋類型，其在防止土壤侵蝕方面的作用不容忽視。林草地在較大降雨過(guò)程中的土壤流失量，僅為農(nóng)田的1%～2%，其防止土壤侵蝕的效果極為明顯（表1、表2）。根據(jù)表1和表2的數(shù)據(jù)，可以清晰地看到林草地與農(nóng)田在降雨過(guò)程中土壤流失量的對(duì)比。林草地的土壤流失量遠(yuǎn)低于農(nóng)田，這得益于林草地特有的土壤保護(hù)機(jī)制。林草地減少土壤侵蝕的機(jī)制：土壤分散率和侵蝕率的降低。林草地的土壤分散率和侵蝕率相較于裸地分別減小了5.9%和6.5%。這是因?yàn)橹脖坏拇嬖诟淖兞擞甑蔚拇驌舴绞?，減少了土壤顆粒的濺移。一是植被的截留和消能作用。當(dāng)雨滴擊落在樹（草）葉上時(shí)，部分雨水被截留，不被截留的部分也因?yàn)闃淙~的消能作用使沖擊能大為減小，從而減少了濺面蝕作用。二是土壤結(jié)構(gòu)和有機(jī)質(zhì)含量的改善。林草地的地面通常含有較多的細(xì)粒土和有機(jī)質(zhì)，這使得土體的黏結(jié)強(qiáng)度較大，有助于維持土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。三是植被根系的積極作用。在干旱區(qū)，植被根系極為發(fā)達(dá)，這不僅能在降雨過(guò)程中存儲(chǔ)大量的水分，加強(qiáng)雨水的下滲，避免形成徑流，還能通過(guò)類似加筋的作用穩(wěn)定坡體，防止土壤流失。林草地通過(guò)上述機(jī)制顯著降低了土壤流失量，這對(duì)于保護(hù)土地資源、維護(hù)生態(tài)平衡和提高土地利用效率具有重要意義。尤其在面對(duì)氣候變化和人類活動(dòng)干擾的背景下，林草地的保護(hù)和恢復(fù)顯得尤為重要。綜上所述，林草地在減少降雨引發(fā)的土壤流失方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。通過(guò)降低土壤分散率和侵蝕率、截留和消能雨滴、改善土壤結(jié)構(gòu)和有機(jī)質(zhì)含量以及發(fā)展植被根系等多種機(jī)制，林草地有效地保護(hù)了土壤，減少了水土流失。因此，應(yīng)當(dāng)重視林草地的保護(hù)和合理利用，以實(shí)現(xiàn)土地資源的可持續(xù)管理和生態(tài)環(huán)境的和諧發(fā)展。

3.2" 深根的錨固作用

植物根系的錨固作用類似于預(yù)應(yīng)力錨桿的作用，能改善邊坡力學(xué)參數(shù)，增強(qiáng)土體的穩(wěn)定性[24]。具體如下。

1）禾草、豆科植物和小灌木在地下0.75～1.5 m深處能明顯增強(qiáng)土體的抗剪強(qiáng)度。

2）木本植物的垂直根系可以把淺層不穩(wěn)定土層錨固到深處較穩(wěn)定的土層上，并影響更深的巖土層。

3）根的直徑與其抗拉強(qiáng)度呈反相關(guān)，越細(xì)的根抗拉強(qiáng)度越高，直徑在2～5 mm的根抗拉強(qiáng)度為8～80 MPa。 4）植草的根系在土體中縱橫交錯(cuò)，將松散的土體聯(lián)結(jié)成為根土復(fù)合體，體現(xiàn)了根系的加筋作用，增強(qiáng)了土體強(qiáng)度。

結(jié)合以上信息，可以得出植物根系通過(guò)錨固作用提高土體的抗剪強(qiáng)度和整體穩(wěn)定性，從而有效防止水土流失和邊坡滑塌。這種自然加固技術(shù)是一種生態(tài)工程方法，它利用植物的自然生長(zhǎng)過(guò)程來(lái)加固和保護(hù)斜坡。

根系是植物從土壤中吸收水分和養(yǎng)分的器官。植被恢復(fù)主要解決邊坡的災(zāi)害防治，林地土壤的物理性質(zhì)較之荒地有明顯的改善[25]。邊坡的破壞按滑動(dòng)體的厚度可分為深層滑動(dòng)和淺表層滑動(dòng)（包括表層的雨蝕及風(fēng)蝕的滑落）。圖4是植物根系錨固淺表層滑坡的示意圖。

植物的根系通過(guò)其主根和側(cè)根與周邊土體的摩擦作用，可以顯著增強(qiáng)土體的穩(wěn)定性。這種作用類似于全長(zhǎng)黏接型錨桿的工作原理，其中主根相當(dāng)于錨桿的軸向部分，而側(cè)根則類似于錨桿的分支。通過(guò)計(jì)算主根和側(cè)根與周邊土體之間的摩擦力可以確定錨固力的大小。在寧夏固原試驗(yàn)中，土壤抗沖性在不同深度的土層中表現(xiàn)出不同的強(qiáng)度。在0～30 cm的A層，土壤抗沖性隨著深度的增加而遞減;而在70 cm的B、C層，土壤抗沖性保持在一個(gè)較低的穩(wěn)定狀態(tài)。這表明土壤的性質(zhì)和抗沖性在不同的深度和土層中會(huì)有所變化。植物的垂直根系穿越坡體淺層的松散風(fēng)化層，深入到較穩(wěn)定的深層巖土層中，分擔(dān)荷載作用，并限制土體的變形，這有助于提高邊坡的穩(wěn)定性，防止滑坡和侵蝕等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。不同深度和土層的土壤性質(zhì)和抗沖性的變化，以及植被根系的深入，都對(duì)邊坡的穩(wěn)定性產(chǎn)生了積極的影響。這種深部錨固作用的力學(xué)模型可以幫助我們理解和預(yù)測(cè)植被對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響（圖5）?？偟膩?lái)說(shuō)，木本植物的垂直根系通過(guò)其錨固作用，可以有效地提高土體的整體穩(wěn)定性，防止水土流失和邊坡滑塌，從而在生態(tài)工程和邊坡防護(hù)中發(fā)揮著重要的作用。

3.3" 降低坡體孔隙水壓力

植物通過(guò)吸收和蒸騰作用調(diào)節(jié)土壤水分，對(duì)高速公路邊坡的穩(wěn)定性具有積極影響[26]。以下是這一過(guò)程的詳細(xì)分析。

1）植物吸收土壤中的水分，通過(guò)蒸騰作用釋放到大氣中，從而降低土壤的含水量。

2）土壤含水量的降低導(dǎo)致孔隙水壓力減小，這有助于提高土體的抗剪強(qiáng)度。

3）抗剪強(qiáng)度是衡量土體抵抗剪切力（即滑坡發(fā)生時(shí)的力）的指標(biāo)，抗剪強(qiáng)度越高，土體越穩(wěn)定。

4）植物根系的生長(zhǎng)還能夠增加土壤的凝聚力，進(jìn)一步提高土體的穩(wěn)定性。

5）降雨是導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)的重要因素之一，因?yàn)樗鼤?huì)增加孔隙水壓力，降低土體的抗剪強(qiáng)度。植物通過(guò)吸收和蒸騰作用，可以減少降雨對(duì)邊坡穩(wěn)定性的負(fù)面影響。

6）當(dāng)孔隙水壓力降低到一定程度時(shí)，甚至可能變成負(fù)值，這在力學(xué)上稱為基質(zhì)吸力，可以進(jìn)一步增強(qiáng)土體的抗剪強(qiáng)度。

綜上所述，植物通過(guò)調(diào)節(jié)土壤水分，降低孔隙水壓力，增加土體的抗剪強(qiáng)度，從而有助于保持邊坡的穩(wěn)定性，延長(zhǎng)公路的使用壽命。這一生態(tài)工程方法不僅有效地利用了植物的自然功能，還減少了對(duì)環(huán)境的干擾，是一種可持續(xù)發(fā)展的邊坡防護(hù)技術(shù)。

3.4" 截留降雨，削弱濺蝕

植物的根系可以對(duì)土壤進(jìn)行加固，植被的覆蓋可以有效加強(qiáng)邊坡對(duì)雨水的抗沖刷能力，減緩降雨對(duì)坡面的侵蝕[27]。植物在減少降雨侵蝕、改善土壤水文性質(zhì)、固結(jié)土體、增強(qiáng)土壤抗侵蝕能力、消減洪峰以及涵養(yǎng)水源方面發(fā)揮著重要作用（表3）。植物對(duì)于水土保持具有多方面的積極影響，其通過(guò)地上部分和地下部分的功能性狀，直接影響土壤的理化性質(zhì)和水文條件，間接改善生態(tài)環(huán)境，對(duì)抗土壤侵蝕和水土流失具有重要意義。

植被能攔截高速下落的雨滴，削弱雨水的勢(shì)能及減少土粒的飛濺。林冠截留量直接影響著大氣降水產(chǎn)生的地表徑流，植物的地上部分主要包括植物的莖葉和植物的枯落物[27]。一部分降雨直接被植物的莖葉截留吸收以后重新蒸發(fā)到大氣或下落到坡面，一部分降雨通過(guò)植物的地上部分形成莖稈流流到坡面，剩下的則穿過(guò)植物空隙直接落到坡面，進(jìn)入森林生態(tài)系統(tǒng)，并參與水文循環(huán)過(guò)程。

通過(guò)試驗(yàn)證明，溫帶針葉林林冠截留率一般在20%～40%，黃土高原林冠截留率一般在15%～35%，在陜西宜君林冠截留率一般在24.3%，它們對(duì)于邊坡土壤有著重要的水土保持作用，使林地徑流量的凈雨減少。

3.5" 控制土粒流失

植物護(hù)坡不僅在于植被的力學(xué)作用——深根錨固作用和淺根的加筋作用，降低了坡體空隙水壓力，還在于植被的水文作用——植物截留降雨、削弱濺蝕，控制土粒流失[28]。植被是土壤的綠色保護(hù)傘，具有防止土壤侵蝕、調(diào)節(jié)水文循環(huán)的重要作用，植被通過(guò)增加地表粗糙度、促滲、截留以及蒸發(fā)蒸騰的聯(lián)合作用，降低了地表徑流的速度，減少了地表徑流量[29]。通過(guò)試驗(yàn)表明，在坡度與雨強(qiáng)相似情況下，林地的產(chǎn)沙量相比裸地大大降低，林地由坡度10°的0.01 kg/m2，增加到坡度20°的0.07 kg/m2，祼地由1.16 kg/m2增加到1.74 kg/m2。

在土壤侵蝕控制方面，植被覆蓋率的增加對(duì)減少土體流失量有著顯著的效果。具體如下。

1）植被覆蓋率與土體流失量的關(guān)系：研究表明，隨著植被覆蓋率的增加，土體流失量通常呈指數(shù)關(guān)系降低。這是因?yàn)橹脖桓采w可以保護(hù)土壤不受雨水直接沖擊，從而減少土壤顆粒被沖走的可能性。

2）植被的沉積作用：植被能夠加速被徑流帶走的土粒在地表的沉積，這有助于減少一定范圍內(nèi)的土體流失量。

3）抑制地表徑流和雨滴濺蝕：植被通過(guò)其枝葉和根系結(jié)構(gòu)抑制地表徑流，削弱雨滴對(duì)地面的直接沖擊（濺蝕），從而有效地控制土粒流失。

4）片蝕和溝蝕的控制：地表徑流帶走已被滴濺分離的土粒，可能導(dǎo)致片蝕和溝蝕。植被通過(guò)減緩徑流速度和增加土壤入滲，有助于防止這些侵蝕形式的發(fā)生。

綜上所述，植被的存在對(duì)于控制土壤侵蝕、保護(hù)水土資源具有重要作用。在土地管理和生態(tài)修復(fù)項(xiàng)目中，提高植被覆蓋率是減少土體流失、維護(hù)生態(tài)平衡的有效措施。

3.6" 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能明顯

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能確實(shí)對(duì)人類有著重要的積極影響和效益。在高速公路邊坡的生態(tài)恢復(fù)中，生態(tài)防護(hù)起到了至關(guān)重要的作用[30]。以下是對(duì)高速公路邊坡生態(tài)防護(hù)的一些具體分析。

1）水土保持：植物的根系能夠固定土壤，減少雨水沖刷，從而有效防止水土流失。

2）邊坡穩(wěn)定：植被的生長(zhǎng)能夠增強(qiáng)邊坡的穩(wěn)定性，防止坡面失穩(wěn)、塌陷或滑坡等病害的發(fā)生。

3）生物多樣性：生態(tài)防護(hù)措施通常涉及種植多種植物，這有助于提高生物多樣性，為其他生物提供棲息地。

4）美化環(huán)境：植被覆蓋的邊坡不僅美觀，還能改善周圍的微氣候，提高駕駛時(shí)的視覺(jué)舒適度。

5）凈化空氣：植物通過(guò)光合作用吸收二氧化碳并釋放氧氣，有助于凈化空氣。

6）減緩徑流：植被可以減緩雨水徑流速度，增加水分滲透，補(bǔ)充地下水資源。

7）噪音屏障：植被還可以作為天然的噪音屏障，減少交通噪音對(duì)周圍環(huán)境的影響。

綜上所述，高速公路邊坡的生態(tài)防護(hù)不僅對(duì)于維持生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能至關(guān)重要，而且對(duì)于保障公路的安全、穩(wěn)定和延長(zhǎng)使用壽命也有著顯著的效果。因此，高速公路邊坡的生態(tài)防護(hù)是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)的重要組成部分。植被的結(jié)構(gòu)、功能與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能如圖6所示。

3.7" 綜合效益顯著

3.7.1" 生態(tài)效益

在生態(tài)效益方面，植物的選擇對(duì)于邊坡綠化和生態(tài)防護(hù)的效果至關(guān)重要。喬木生長(zhǎng)周期長(zhǎng)，但其根系最發(fā)達(dá)（可長(zhǎng)達(dá)數(shù)十米以上）、最長(zhǎng)、最深，有利于穩(wěn)定坡體（圖7）。以下是對(duì)植物在邊坡生態(tài)防護(hù)中作用的分析。

1）根系作用：發(fā)達(dá)的根系能夠在土壤中互相穿插形成網(wǎng)絡(luò)，并通過(guò)根系分泌分解產(chǎn)物的膠結(jié)作用，防止邊坡風(fēng)化剝落。

2）草本植物：草本植物能夠增強(qiáng)坡面的抗沖刷性能，適合短期內(nèi)提供防護(hù)作用。

3）木本植物：木本植物的固坡效果更為顯著，其根系可分為主直根型、散生根型和水平根型，對(duì)穩(wěn)定坡體有長(zhǎng)期作用。

4）生態(tài)防護(hù)的多重效益：生態(tài)防護(hù)不僅能作為高速公路構(gòu)造物向周圍環(huán)境過(guò)渡的緩沖帶，還能成為生物的棲息地，恢復(fù)生物鏈，降低對(duì)生物多樣性的影響。

5）噪聲減緩：植被覆蓋的邊坡能減少噪聲，提高聲屏障效果，改善周圍環(huán)境質(zhì)量。

6）景觀美化：?jiǎn)棠?、灌木、草的合理搭配，結(jié)合高速公路兩側(cè)的自然景觀，形成美觀的風(fēng)景線。

7）生長(zhǎng)周期：草本植物生長(zhǎng)周期短，可快速產(chǎn)生作用;灌木根系較發(fā)達(dá)，需3年以上才能完全發(fā)揮作用;喬木生長(zhǎng)周期長(zhǎng)，但根系最發(fā)達(dá)，有利于長(zhǎng)期穩(wěn)定坡體。

綜上所述，生態(tài)防護(hù)采用喬、草、灌相結(jié)合的方式，能夠有效地實(shí)現(xiàn)邊坡的水土保持、邊坡穩(wěn)定、生物多樣性保護(hù)和景觀美化等多重效益，是高速公路生態(tài)恢復(fù)的重要內(nèi)容。

三維網(wǎng)植草防護(hù)，作為一種新型的坡面道路防護(hù)方法，適宜于沖刷較大、坡面較陡的山坡，缺點(diǎn)是成本較高（圖7）。三維植被網(wǎng)護(hù)坡技術(shù)具有良好的固土蓄水、避免坡面沖刷的能力，三維網(wǎng)是以熱塑性樹脂為原料，經(jīng)過(guò)一系列工序互相纏繞而成的立體結(jié)構(gòu)，其表面錯(cuò)綜復(fù)雜的網(wǎng)包能夠固定網(wǎng)內(nèi)的土壤以及草種防止被水流沖刷，同時(shí)對(duì)雨水的消能作用顯著，網(wǎng)包的存在大大降低了雨水降落的勢(shì)能，降低了雨滴的濺蝕作用。同時(shí)，三維網(wǎng)具有一定的保溫功能，可以促進(jìn)網(wǎng)包內(nèi)植物的生長(zhǎng)。同時(shí)，由于網(wǎng)包的特殊結(jié)構(gòu)，會(huì)導(dǎo)致風(fēng)、水在邊坡表面產(chǎn)生饒流，降低了風(fēng)、雨的能量，減緩了風(fēng)、雨對(duì)邊坡的侵蝕[31]。

3.7.2" 經(jīng)濟(jì)效益

高速公路生態(tài)防護(hù)的經(jīng)濟(jì)效益體現(xiàn)在多個(gè)方面，其中包括以下幾個(gè)方面。

1）提高交通流量和收入：高速公路作為重要的交通基礎(chǔ)設(shè)施，能夠吸引更多的交通流量，增加客運(yùn)和貨運(yùn)收入。

2）帶動(dòng)相關(guān)行業(yè)發(fā)展：高速公路建設(shè)的發(fā)展促進(jìn)了建筑行業(yè)和機(jī)械行業(yè)的發(fā)展，提高了相關(guān)行業(yè)的就業(yè)率。

3）恢復(fù)和保護(hù)生態(tài)環(huán)境：生態(tài)防護(hù)工程通過(guò)植被覆蓋和土壤保持，有助于恢復(fù)和保護(hù)生態(tài)環(huán)境，同時(shí)減少防災(zāi)費(fèi)用。

4）美化環(huán)境：生態(tài)防護(hù)不僅提高了高速公路的美觀度，還改善了沿線的景觀，提升了駕駛體驗(yàn)。

5）減少維護(hù)成本：植物護(hù)坡技術(shù)相比傳統(tǒng)工程措施，長(zhǎng)期來(lái)看可以降低維護(hù)成本，因?yàn)樗昧俗匀恢脖坏淖晕倚迯?fù)和維持能力。

6）促進(jìn)鄉(xiāng)村振興：高速公路的暢通和沿線環(huán)境的改善，有助于推動(dòng)鄉(xiāng)村振興，提升當(dāng)?shù)鼐用竦纳钏健?/p>

7）設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，可操作性強(qiáng)：植物護(hù)坡技術(shù)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，易于實(shí)施，可以根據(jù)不同的地形和土壤條件選擇合適的植物種類。

8）成本低廉：與傳統(tǒng)的工程防護(hù)措施相比，植物護(hù)坡通常成本更低，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。

9）運(yùn)輸方便：植物材料通常易于獲取和運(yùn)輸，這進(jìn)一步降低了施工成本。

綜上所述，高速公路生態(tài)防護(hù)不僅具有顯著的生態(tài)效益和社會(huì)效益，而且在經(jīng)濟(jì)效益方面也具有重要價(jià)值。通過(guò)合理規(guī)劃和科學(xué)管理，可以實(shí)現(xiàn)高速公路生態(tài)防護(hù)的多方面效益，促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展。

3.7.3" 社會(huì)效益

生態(tài)防護(hù)在提高公路交通安全狀況方面發(fā)揮著重要作用。以下是生態(tài)防護(hù)在交通安全方面的具體應(yīng)用和效益。

1）視線誘導(dǎo)種植：通過(guò)在道路沿線種植植被，可以預(yù)示或預(yù)告線型的變化，幫助駕駛員提前做出反應(yīng)，減少交通事故的發(fā)生。

2）遮光種植：在對(duì)向車道旁種植樹木或灌木，可以防止夜間行駛時(shí)對(duì)向車輛燈光的炫目，提高夜間行車的安全性。

3）明暗適應(yīng)種植：在隧道入口附近進(jìn)行合理種植，可以幫助駕駛員在進(jìn)入隧道時(shí)更快地適應(yīng)光線的急劇變化，減少因視覺(jué)適應(yīng)問(wèn)題導(dǎo)致的事故風(fēng)險(xiǎn)。

4）緩沖種植：在路外設(shè)置植被緩沖帶，當(dāng)車體與路外物發(fā)生沖擊時(shí)，可以作為天然的屏障，降低車輛和駕駛員的損害程度。

同時(shí)，高速公路邊坡綠化的目的不僅僅是為了交通安全，還包括以下幾個(gè)方面。

1）護(hù)坡：植物根系能夠固土護(hù)坡，防止水土流失，保持邊坡穩(wěn)定。

2）穩(wěn)定路基：植被可以減少雨水沖刷，保護(hù)路基穩(wěn)定，延長(zhǎng)公路使用壽命。

3）減少水土流失：植被覆蓋可以減緩雨水流速，增加水分滲透，從而減少水土流失。通過(guò)道路綠化、城鄉(xiāng)美化亮化等方式，實(shí)現(xiàn)人居環(huán)境改善。

4）豐富路域景觀：合理的綠化設(shè)計(jì)可以提升道路的美觀度，改善駕駛體驗(yàn)，豐富路域景觀。

5）改善人居環(huán)境：綠化可以改善周圍的微氣候，提供更多的綠色空間，提升居民的生活質(zhì)量。

6）豐富生態(tài)文化：綠化帶可以成為生物的棲息地，促進(jìn)生物多樣性，豐富生態(tài)文化內(nèi)容。

高速公路邊坡綠化是實(shí)現(xiàn)交通安全、環(huán)境保護(hù)和生態(tài)恢復(fù)的重要手段，對(duì)于提高公路交通的安全狀況和加強(qiáng)國(guó)家安全具有重要意義[32-33]。

4" 邊坡防護(hù)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

在我國(guó)高速公路建設(shè)中，邊坡修建往往是施工的最后階段，并且常常是最容易出現(xiàn)問(wèn)題的部分。隨著高速公路項(xiàng)目的快速推進(jìn)，形成了大量的邊坡[34-35]。為了有效防治土壤侵蝕，應(yīng)當(dāng)在面蝕階段就開始預(yù)防，避免溝蝕的形成，并通過(guò)促進(jìn)雨水就地入滲來(lái)減少侵蝕。結(jié)合水工保護(hù)構(gòu)筑物和水土保持措施，可以取得顯著的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益[36]。邊坡植樹種草是高速公路生態(tài)建設(shè)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，其效果直接影響到公路的整體景觀、邊坡土壤侵蝕狀況和路基穩(wěn)定性。因此，邊坡防護(hù)研究在高速公路生態(tài)建設(shè)中顯得尤為重要和緊迫。

我國(guó)對(duì)生態(tài)護(hù)坡技術(shù)的研究尚淺，需要向國(guó)外借鑒，以滿足生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)恢復(fù)的需求。采取合理的植被保護(hù)措施，正確種植樹木、灌木等植物，是提高生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的關(guān)鍵[37]。高速公路邊坡的生態(tài)建設(shè)和防護(hù)是確保公路安全、穩(wěn)定和美觀的重要環(huán)節(jié)，同時(shí)也是實(shí)現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能和生物多樣性保護(hù)的有效途徑。通過(guò)科學(xué)的規(guī)劃和管理，可以實(shí)現(xiàn)邊坡的生態(tài)恢復(fù)，促進(jìn)生態(tài)平衡，提高公路沿線的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。

邊坡防護(hù)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)：多學(xué)科交叉融合;綠色環(huán)保;面向智能化、自動(dòng)化;國(guó)際合作與交流[37]。邊坡防護(hù)技術(shù)在保護(hù)人類生命財(cái)產(chǎn)安全、保護(hù)生態(tài)環(huán)境等方面具有重要意義。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和社會(huì)需求的日益增長(zhǎng)，邊坡防護(hù)技術(shù)正面臨著前所未有的發(fā)展機(jī)遇。這一領(lǐng)域的創(chuàng)新和進(jìn)步，將為人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)巨大的力量[38]。事實(shí)上，隨著基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的快速推進(jìn)，特別是公路建設(shè)的廣泛進(jìn)行，新的斜坡不斷涌現(xiàn)。然而，這些斜坡表面的植被往往因?yàn)榻ㄔO(shè)活動(dòng)而遭到破壞，這不僅加劇了我國(guó)土壤侵蝕的問(wèn)題，而且在坡度較陡的區(qū)域，還可能引發(fā)崩滑流等災(zāi)害，給經(jīng)濟(jì)帶來(lái)?yè)p失，對(duì)人民生命財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成威脅，甚至引發(fā)社會(huì)的不安和恐慌[39]。為了有效避免這類悲劇的發(fā)生，必須采取積極的措施。其中，一個(gè)重要且有效的方法是在斜坡表面增加植被覆蓋。通過(guò)種植草本植物、灌木和樹木等，可以增強(qiáng)坡面的穩(wěn)定性，保持水土，防止土壤流失。植被的根系能夠深入土壤，固土護(hù)坡，同時(shí)，植被的存在還能夠調(diào)節(jié)水分，減少雨水對(duì)坡面的直接沖刷，從而降低滑坡和泥石流的風(fēng)險(xiǎn)[40-41]。此外，植被還能夠美化環(huán)境，提升周邊區(qū)域的生態(tài)價(jià)值，為人們提供更加舒適宜人的生活環(huán)境。因此，邊坡防護(hù)技術(shù)的發(fā)展，不僅僅是一項(xiàng)工程技術(shù)的挑戰(zhàn)，更是對(duì)人類生活質(zhì)量和生態(tài)環(huán)境可持續(xù)性的重要保障。在未來(lái)，期待邊坡防護(hù)技術(shù)能夠結(jié)合更多的科學(xué)研究成果，采用更加環(huán)保、高效的材料和方法，實(shí)現(xiàn)邊坡防護(hù)與生態(tài)恢復(fù)的完美結(jié)合，為保護(hù)地球家園、促進(jìn)人類社會(huì)的和諧發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。

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第一作者簡(jiǎn)介：高陽(yáng)（2000-），女，碩士研究生。研究方向?yàn)樯a(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土流失規(guī)律及防治技術(shù)研究與實(shí)踐。

*通信作者：李永紅（1971-），男，博士，高級(jí)工程師。研究方向?yàn)橥寥狼治g、水保工程及土力學(xué)。