路域植物近自然保护技术体系研究

李齐丽，刘 杰，朱高儒

（交通运输部规划研究院，北京 100028）

0 引言

绿色公路是贯彻生态文明建设、践行绿色发展理念、助力美丽中国建设的必然要求，也是支撑交通强国建设、实现行业转型升级的关键举措。在全社会大力推进生态文明建设的背景下，绿色理念应贯穿公路建设的全过程。绿色公路建设倡导与自然和谐共生，路域植物保护是绿色公路建设最基本、最重要的内容之一，也是当前道路生态学、干扰生态学、恢复生态学的研究重点[1-3]。

早在20 世纪70 年代，就有学者对公路生态保护理论进行了大量的研究[4-6]，随着对道路生态保护的重视，研究重点由单纯的物种保护转为物种、群落和生态系统多层次的保护[7]；21 世纪以来，国内学者围绕道路生态影响、道路生态系统的绿化恢复、野生动物保护等方面开展了公路生态保护理论研究[8-10]。在公路生态保护技术方面，国内外研究与实践成果斐然。传统应用技术集中在边坡、取弃土场的植物选择、基材配比、工艺工法等方面，并开展了大量工程应用实践[11-14]。近年来，研究人员在土壤基质改良、植物群落演替等方面也进行了探索[15-18]。总体而言，对路域植物保护的理论研究较少，自然理念讨论不足，研究内容存在区域范围小、对象单一等问题，对路域植物保护和恢复技术研究不多且缺乏系统性。在生态文明建设向纵深推进、绿色公路建设全面展开的当下，传统的理论和方法已不能完全满足新时期路域植物保护的需求。

“路域植物近自然保护”理念是以自然植被和群落演替基本理念为依据的植物保护新理念，已经广泛应用在林业、园林、湿地修复等领域并取得良好的成效[19-21]。此前有学者提出近自然道路、公路近自然生态设计等相关理论与技术[22-23]，但是没有深入研究和论述。本文将“近自然保护”理念引入绿色公路建设领域，将其明确为“路域植物近自然保护”理念，从设计、施工、管理三方面入手，构建路域植物近自然保护技术体系。以云南小磨高速公路建设为例，开展了实证研究，以期丰富绿色公路建设理念，提升路域植物保护技术水平，为公路植物保护提供技术示范和案例参考。

1 路域植物近自然保护理念解析

1.1 概念解析

当下针对近自然理念的研究主要是从近自然林业、近自然园林、河溪近自然治理的角度开展的，其理念及技术手段为路域植物保护提供了借鉴与参考。结合绿色公路建设理念和植物保护技术要求，参考“近自然林业”“近自然园林”“近自然河道”等相关理论[24-26]，本文认为路域植物近自然保护理念是：在路域范围内，以生态学为指导，在公路设计、建设、管理的全寿命周期内，最大程度减少公路建设对路域植被的破坏，并在人工辅助下修复被破坏的路域环境，模拟接近自然状态的植物群落，恢复路域植物自我更新演替的原动力，以此最大程度地保护路域植物，实现公路与生态环境协调发展。

1.2 特征分析

（1）整体性

以往的公路建设活动对路域生态系统产生过不良影响，归根到底在于传统的道路工程及相关学科在研究问题时，往往把路域生态系统这一整体分解成各个独立的部分，研究各自的特征之后，再综合得出总体的特性[27]。而路域植物近自然保护是从路域生态系统整体出发，制定出合理的植物保护方案。

（2）自然性

路域植物近自然保护理念不是重建自然环境，而是对自然的维护与保留，强调最大程度地保护路域原生植物，保留动植物的生存空间，尽可能减少人为痕迹，控制公路建设对生态环境的干扰。

（3）生态性

模拟自然，按当地潜在植被类型选择群落的建群种和灌木层的优势种，营造与区域顶级群落接近的植物群落，演替为具有多重效益的系统。

（4）节约性

路域植物近自然保护由于是对自然的保留与模拟，强调的是后期管理，弱化人工调控，更依赖自然界本身的恢复力，减少了公路后期养护管理成本。

1.3 基本原则

（1）生态引领，保护优先

生态引领要求坚持“最小的破坏就是最大的保护”，坚持最大限度的保护、最小程度的破坏、最强力度的恢复，使工程建设顺应自然、融入自然。路域植物近自然保护理念的前提是要摆正公路与环境的关系，认识到公路工程是环境的一部分，公路建设过程中，要把设计作为植物保护的促进因素，摒弃“先破坏、后恢复”的陋习。在设计阶段合理选线，按“少剥、少切、少砍、少盖、多恢复”的思路，将路线作为资源配置，避免大填大挖，充分保护自然和人文资源，使公路与自然环境和谐共处、互为依存。

（2）尊重自然，生态平衡

践行路域植物近自然保护理念，需要在公路建设中对路域自然群落进行模拟，保持群落内的各项指标，例如可以保护表土，收集利用土壤中种子库模拟恢复自然群落。植物近自然保护设计强调植物选择的乡土性和地带性，需要充分了解当地植物区系和地被特征等方面资料，在配置中通过选用乡土树种为基调树，提高植物群落的稳定性，同时遵循自然群落的发展规律，打造复层结构，并适当考虑种间关系，使群落中各种植物能够和谐共生。

（3）因地制宜，节约利用

路域植物近自然保护理念重视对自然力的利用，发挥生态效益。在公路建设中注重对现有资源的充分利用，包括边坡生态恢复中，尽量就地取材，使用乡土材料，尽可能减少对环境的破坏。路域植物近自然保护提倡减少管理，甚至是无人工管理，借助自然力让路域植物自我发展，这样一方面可以发挥群落优胜劣汰的功能，实现自然演替，另一方面也减少了人工管理及养护的成本。

（4）全方位、全过程保护

路域植物近自然保护理念应覆盖公路、桥梁、隧道、房建、机电等公路建设领域相关的全方位，并贯穿公路建设的全寿命周期，实现从科研设计、建设施工到养护管理全过程参与植物保护工作。

2 路域植物近自然保护技术体系

路域植物近自然保护要从全寿命周期出发，统筹考虑公路建设各领域，构建合理的技术体系。本研究从近自然设计、近自然施工、近自然管理三方面展开，提出建立如图1 所示的路域植物近自然保护技术体系。

2.1 近自然设计

“近自然设计”是路域植物近自然保护理念最基本、最直接的体现。如图2 所示，近自然设计主要基于促进恢复路域植物自我更新演替的考虑，强调“干扰最小化”，利用绿色选线技术将人为干扰控制至最低水平；同时强调“设计自然化”，使用生态边坡修复、自然群落设计、土壤种子库利用等技术将路域植物模拟为接近自然状态的植物群落。

图1 路域植物近自然保护技术体系框架图

图2 路域植物近自然设计技术框架图

2.1.1 生态选线及优化

（1）整体生态选线技术

将植物保护作为公路选线的重要指标。传统公路选线技术方法通常以经验判断和工程参数为主，忽略了植物影响的定量指标。利用完整的遥感图像处理平台（Environment for Visualizing Images,ENVI）分析天然林分布情况[28]，结合生态保护红线、自然保护地分布，构建区域道路生态安全格局，以最短穿越路径、最小生态影响为原则进行公路生态选线，选出对植物破坏最小的公路线位。

（2）局部路线优化技术

传统公路线形优化常以土石方费用最低作为目标函数，缺少对植物保护的考虑。将植物群落分布、古树名木作为变量和约束条件，应用于平纵断面优化设计中，实现高精度路线优化，避让特色植被、重点保护植物、古树名木等保护目标，或以桥梁或隧道等形式穿（跨）越，尽最大努力保留原生植被。

2.1.2 植物群落重建

（1）植物选择

选择路域几处典型天然林作为样本地，结合当地气候环境判断本地自然植被的主要类型，然后根据公路现场环境，确定植物群落设计的先锋树种、建群种和伴生种。

（2）复层林群落结构

复层林结构不是简单的“乔灌草”模式，而是要形成自然或近自然森林的结构和环境，地上和地下多层次、多物种、多生境。不同的复层林结构可以起到不同程度隔离、防污染的作用。在植物群落结构设计中采取复层林、短期与长期效果相结合的互补模式，即下层多种类目标树种混合密植、上层配置速生先锋树种，起到遮阴木和肥料木的作用[29]。

2.1.3 生态边坡修复

生态边坡修复是根据生态学、土壤学、植物学等原理，对边坡创面进行生态恢复设计，提高边坡创面稳定性，恢复边坡植物群落，实施综合管理[30]。边坡生态恢复是利用客土喷播、植物纤维毯、植生袋等多种技术手段，结合表土利用、自然植被诱导、乡土植物等综合设计边坡植物群落，在坡面构筑一个适合植物生存的生态系统，提高坡面的稳定性和抗冲刷性。为了体现对自然最大的尊重和保护，边坡修复尽量就地取材，充分利用绿色、生态、无污染、可循环的材料。

2.1.4 土壤种子库利用

土壤种子库是指土壤表面及内部所有种子的总和。对于生态敏感路段，丰富的种子库对植物物种的保护起到关键作用[31]。

土壤种子库采用成熟的取样方法，即大数量的小样[32]。样品被采集后，种子库的鉴定技术方法有两种：物理方法和萌发法。物理方法是直接从土壤中分离出种子来，然后记数；萌发法是让土壤中的种子萌发然后记数萌发的幼苗[33]。对于原生植被濒临消失的敏感区，可充分利用清表收集的土壤种子库恢复原生植被群落，根据土壤种子库特征进行群落结构配置，恢复受损植被。

2.2 近自然施工

“近自然施工”是路域植物近自然理念最重要、最直接的体现。近自然施工突出施工中的灵活设计和最大化保护，从施工前准备、主动施工保护、近自然地形处理、表土利用及土壤基质修复四个方面，最大程度地在施工过程中保护植物。

2.2.1 做好施工前准备

（1）严格植物保护制度

施工前要制定严格的植物保护制度，在进场前设置专门的环保组织机构，对植物保护进行专门监管，组织专业团队对路域植物进行摸查，召开植物保护专题会，因地制宜制定植物保护与移栽实施方案。

（2）优化临时用地布置

根据工程实际情况，优化调整取弃土场、梁场、拌和站等临时场地布置，取消不必要的临时场地，节约用地，从而减少生态破坏，保护沿线植物。

2.2.2 主动施工保护

（1）严格设置“环保绿线”

明确施工清表范围，设置“环保绿线”对沿线植物进行保护。在清表之前划出环保绿线，即路基压实边界到公路征地界范围的区域[34]。该区域是植物资源保护的重点区域，尽可能保留环保绿线范围内的原生植被。

（2）灵活施工

根据不同区域植物的特点灵活施工。例如，在桥梁施工中，尽量缩小施工的作业面，采取截枝、断顶的方法，保护桥下树木；对于互通区的植被，在不影响施工的前提下尽可能原地保留。

（3）合理安排施工时序

合理安排施工时序，最大限度减少施工便道修建，从而减少用地和对植物的影响。例如，建设桥隧相连的隧道时，先修建桥梁，再修建隧道，这样可以减少因新建施工便道带来的山体破损和植被破坏。

2.2.3 近自然地形处理

参照邻近未受干扰的地形地貌特征，基于生态思维与可持续发展理念，对边坡和场地进行动态设计，营造与周围环境协调的地形地貌。在确保稳定性的前提下放缓坡面和场地，边坡设计可因势就形，自然过渡，尽量避免坡面平整和坡底坡顶呈折线，坡面可修整成圆弧形，使视觉效果更自然，减少人工痕迹。

2.2.4 表土利用及土壤基质修复

（1）表土利用

表土中含有丰富的有机质及土壤种子库，可根据不同地区土壤类型、气候特点和地形特征等因素，结合工程特征和施工工艺，因地制宜地制定表土收集与调配利用方案。

（2）土壤基质修复

土壤基质是植物生长的基础条件。对于自身条件恶劣的土壤，可以利用修建公路的机会，采用客土改良、污染土壤修复等措施使之接近自然土壤。土壤具有高度的微生物多样性，应保持其这一特点，促使其具备植物生长的条件，促进土壤生态系统及植物群落的良性发展。

2.3 近自然管理

“近自然管理”是路域植物近自然保护理念最基础、最可靠的保障。近自然管理是一种去管理化的途径，强调对自然力的运用，在后期管理中，注重大自然自我净化修复的能力。近自然管理主要是对植物生长进行监测，减少人为干扰，保证植物群落的自然性。

2.3.1 植物群落监测

管理人员需要对群落演替进程进行监测，时刻观察植物群落的模拟以及群落演替的进程，建立信息系统，并根据监测结果采取适当的措施进行干扰，如清理外来植物，让群落处于正常演替状态。

2.3.2 保护宣传

运营期间做好环保宣传和防火宣传工作。运营期间可能导致火灾的隐患主要来自人为因素，如在林区抽烟并乱扔烟头、野外用火等。杜绝火灾隐患主要靠宣传，加强司乘人员的防火意识，如在公路沿线和观景台设置防火警示牌，提醒过往人员严禁野外用火、严禁往车外乱扔烟头等，尽最大可能预防火灾的发生。

3 案例分析

3.1 工程概况

昆磨高速公路小勐养至磨憨段（以下简称小磨高速）改扩建工程位于云南省西双版纳州景洪市、勐腊县境内，是国家高速公路网G85 银川—昆明段的联络线G8511 昆明—磨憨（口岸）的末段，是连接我国中部、西部及通向南亚、东南亚各国的公路通道。项目建设总里程167km，建设工期3 年，于2015 年12 月开工，2017 年9 月通车。

项目所在地西双版纳位于北回归线热带北部边缘，植物种类占全国的1/6，森林覆盖率为80.8%，保存着北回归线沙漠带上原始风貌最完整的热带雨林，享有“植物王国”“绿色王国”的盛誉。

3.2 近自然设计

3.2.1 主动设计，源头避让

（1）绿色廊道选择

针对小磨高速改扩建工程特征，充分利用廊道资源，尽量将新建半幅线位的廊道与老路廊道叠加（见图3），实现线路在廊道上的集约节约，避免造成新的生态破坏。

图3 利用老路从源头上保护沿线植物

（2）生态选线及优化

小磨高速改扩建工程设计中，将植物保护作为生态选线的重要比选内容，采用平面分离、纵面分台、交叉换岸、“扭麻花”等方式，对热带雨林进行提前避让，实现减少占地19.91 公顷，减少砍伐森林19.7 公顷。在此基础上优化局部路线避让古树名木（如图4所示），通过合理布设线位，共避让古树11棵。

图4 优化设计避让隧道口古树

3.2.2 生态边坡，绿色防护

小磨高速改扩建工程设计中，结合边坡特征，对绿色边坡修复方案进行探索，包括绿篱笆生态修复技术（见图5）、新型基材砖边坡防护技术和新型植生袋边坡防护技术，且边坡修复材料尽量选用竹篾、树干、废旧木板等可降解、无污染的材料，尽可能减少对环境的破坏。

图5 绿篱笆生态修复技术应用于边坡修复

3.3 近自然施工

3.3.1 场地资源统筹规划

小磨高速改扩建工程施工中，通过调整沿线取弃土场、梁场、拌和站等场地位置，取消不必要的临时用地，大大节约了土地资源，保护了沿线植物。如图6 所示，T 梁预制场与便道集中布设，减少了占地和对植物的影响。

图6 T梁预制场与便道集中布设

3.3.2 主动施工保护

（1）灵活施工

小磨高速改扩建工程采用灵活的施工方式，对于与桥梁基础位置不冲突的高大树木，采取断顶、截枝的办法最大限度保持树木的完整性（见图7）。此外，小磨高速改扩建工程施工过程中保留互通区三角区的橡胶林，公路建成后形成独具特色的橡胶林景观。

图7 桥下植物保护

（2）合理安排施工时序

施工时序方面，在修建七道班隧道时，先修建桥梁，再利用桥梁修建隧道，通过合理安排施工时序，减少了便道的开挖，从而减少了对山体和植被的破坏，如图8所示。

图8 先修桥梁再修隧道以减少便道修建

3.3.3 表土收集利用

在明确施工范围的基础上，合理安排施工顺序，清理收集开挖控制线内的表土，集中堆放并进行临时防护。主体工程施工结束后，将表土回填至需要绿化的区域，如图9所示。

图9 施工前清表和表土回填

3.4 近自然管理

3.4.1 持续监测

小磨高速途经的热带雨林在生态系统中的重要性不容忽视，并且该公路运营后对区域产生的影响目前无法预测，所以设置专人对沿线环境进行长期监测，一旦发现潜在的问题及时汇报并邀请专家协助解决，以长远的眼光保护公路沿线植物。

3.4.2 环保宣传

小磨高速是云南省建设的国际大通道昆明—曼谷通道中的重要一段。随着小磨高速的建成，昆明至磨憨口岸实现了全程高速化，吸引了大量游客，人流量的增大加大了环境压力，因此小磨高速在运营阶段加强了环保宣传，在观景台设置告示牌，提醒游客自觉保护环境。

4 结语

本研究将“路域植物近自然保护”理念引入公路建设植物保护领域，提出了路域植物近自然保护的概念，分析了其整体性、自然性、生态性、节约性四大特征，提出了路域植物近自然保护应遵循的原则，从设计、施工、管理三方面入手，构建了路域植物近自然保护技术体系，并以小磨高速为例开展实证研究，旨在提升路域植物保护技术水平，为公路植物保护提供技术示范和案例参考。小磨高速改扩建工程建设过程中，有效保护了森林19.7 公顷、珍稀植物3 600 余株，生物多样性保持稳定。

路域植物近自然保护是一个全方位、全过程的系统工程，仍有很大的研究空间。后续研究可从以下三个方面展开。

（1）进一步完善理论。本研究是将“路域植物近自然保护”理念引入公路建设领域的探索，其内涵、特征及原则等理论难免存在不足与疏漏，需要进一步完善。

（2）尽快形成技术体系。本研究提出从设计、施工、管理三方面入手构建路域植物近自然保护技术体系，但是目前诸多方面尚不完整，在模拟自然的植物群落设计和土壤种子库利用方面的探索不够深入，路域植物群落稳定性尚不清晰，在后续的研究中需继续完善与深化。

（3）推进管控标准化。通过小磨高速改扩建工程实践发现，路域近自然植物保护理念应用于实践时，除了理念和技术外，还需要建设单位的有效管理和各部门的积极配合。因此，健全管理制度，推行标准化施工管理，是建设理念和技术成果落地的前提和保障，也是需要继续深入研究的方向。