线性工程建设对国家保护植物的影响分析和工程优化研究

尹明云, 李瑞年, 郑 炜, 王秀丽

(1.云南省生态环境工程评估中心, 昆明 650034; 2.招商局重庆交通科研设计院有限公司, 重庆 400067;3.四川水利职业技术学院 资环学院, 成都 611231; 4.四川大学 建筑与环境学院, 成都 610042)

21世纪,我国交通建设发展迅速[1],截至2022年底,我国公路总里程约535万km,其中高速公路17.7万km[2]。地处西南的云南省高速公路里程已突破1万km[3],成为我国继广东省之后第2个高速公路里程超万公里的省份。

公路建设作为人类改造自然生态环境的主要活动之一[4-5],经常引发植被破坏、水土流失、景观破碎等问题[6-7]。云南省地处中国西南山地、东喜马拉雅山地和印缅地区3个世界生物多样性热点的交汇地带,生物资源及其丰富[8]。而云南省在建、待建的高速公路工程众多,且路线不断延伸至新的区域[9],不可避免地对云南省的生物多样性造成影响。尽管我国在生态建设方面已取得了很大成效,但生态环境保护仍然任重道远。如何解决公路等基础建设活动与生物多样性保护的矛盾,有效维护云南省生物多样性安全,仍是一个重大问题[10-11]。

本文以拟建的宣威至会泽高速公路为例,详细阐述当公路建设工程涉及到大量国家重点保护植物黄杉(Pseudotsuga sinensis)[12]时,通过详细调查和影响分析,制定对国家重点保护植物影响较小的优化工程方案,即采取工程方案优化策略,以期为今后西南地区公路建设工程中的植物多样性保护提供参考。

1 工程概况

宣威至会泽高速公路地处曲靖市宣威市、会泽县境内,属于《云南省“十四五”综合交通运输发展规划》中的“十四五”期间综合交通八大重点工程中的高速公路“互联互通”工程,是《云南省县域高速公路“互联互通”工程实施方案》(云办通〔2020〕19号)中第67项地方高速公路项目。项目的建设将有利于完善国家高速公路网和云南省路网布局,提高云南省公路网等级结构,满足地方交通发展需求,有利于加快区域社会经济发展。

该项目初步设计推荐路线主线起于宣威市北侧下关冲村附近,接威宁至宣威高速公路,路线由东向西依次经过马街、龙潭、得禄、大井、者海、会泽机场,终点止于会泽县五星乡白泥井附近,接G85银昆高速(会巧高速起点)。该方案在进行环境影响评价过程中,根据现场调查,发现工程沿线有国家二级保护植物黄杉(Pseudotsuga sinensis)分布,且数量较多。

国家重点保护植物对维护生物多样性和生态平衡意义重大,在公路建设过程中需重点关注[13]。虽然建设项目的生态环境影响评价有相关的导则和方法,但每一个具体的公路建设项目,影响的生物多样性都不一样,需根据实际情况,采取相应的调查和评价手段。就本项目而言,因项目区黄杉集中分布,涉及数量巨大,需对其密度和数量进行估算。

2 调查与分析方法

本调查需同时了解黄杉群落特征以及数量特征,因此分别设置了群落特征调查样方和统计样方。

2.1 群落特征调查样方布设

为了解黄杉所在路域群落结构特征,采用典型取样法进行样方调查。先确定典型的黄杉分布群落地段,设置4个20 m×20 m的样方,布设情况见表1。后采用法瑞学派样地记录法进行群落调查,在测定样方经纬度、海拔、坡度、坡向、土壤类型、周围环境影响等环境因子的前提下,记录样方中的植物信息。

2.2 统计样方布设

为了解工程涉及的黄杉的密度和数量,除在黄杉散生区域进行数量调查外,还在龙潭互通及周边(对应主线K18+740～K19+900)的黄杉集中区域设置了统计样方,并统计每个样方内黄杉的密度(即各树高区间的黄杉数量/m2),且以此为基础,结合黄杉集中区域的总面积估算工程涉及的黄杉的总体数量。

表1 群落样方布设

统计样方的布设原则为分段式,以工程内容及黄杉集中分布区为基础,结合斑块的坡向、坡位等环境特征因子,设置具有代表性的黄杉统计样方。通过卫星影像图和现场调查,确认黄杉集中分布区共由6个分离的图斑组成,其中斑块2距工程较远,且群落特征与斑块1北端相似,因此不再布设统计样方,最终布设6个统计样方,如图1所示。

(a) 遥感影像

(b) 统计样方示意

黄杉集中分布区的群落类型为云南油杉和黄杉的共建种群落,现场调查到的黄杉集中分布区的群落结构多有乔木层和林下更新层,但由于部分林地潮湿,林下苔藓层较厚且覆被,导致该类林下低于1 m的黄杉幼苗数量较少。结合这一特性,现场将所选定的样方确定大小为20 m×20 m,分径级(为了直观且准确统计数量,野外实际按树高划分)记录不同树高区间的植株数量。具体划分为3个级别:树高5 m以上的乔木、树高1 m～5 m之间的幼树、树高低于1 m的幼苗。

3 调查结果

3.1 黄杉群落特征

群落样方调查到的黄杉主要为黄杉和云南油杉组成的共优群落。其中,共优群落的乔木层盖度在70%～80%之间,且黄杉的数量不等。除了建群种云南油杉以外,还偶有云南松(Pinus yunnanensis)伴生。林中有牛筋条(Dichotomanthes tristaniicarpa)、棠梨(Pyrus pashia)常位于亚层,并有炮仗花(Rhododendron spinuliferum)、小铁仔(Myrsine africana)、西南栒子(Cotoneaster franchetii)、野拔子(Elsholtzia rugulosa)、矮杨梅(Myrica nanta)等灌木伴生。林下多有云南油杉幼苗更新,多数林下无黄杉幼苗更新。林下多由苔藓层覆被,草本植物稀少,常见云南兔耳风(Ainsliaea yunnanensis)、间型沿阶草(Ophiopogon intermedius)、刺芒野古草(Arundinella setosa)、茜草(Rubia cordifolia)等少数种类。

3.2 黄杉密度和数量估算

1) 在图1中设置的6处样方分别统计各树高区间的黄杉株数,计算得到6处样方分布的黄杉密度;2) 根据6处样方对应的6处分割斑块的面积分别估算黄杉分布数量;3) 求和获得6个分割斑块的黄杉总数,黄杉集中分布区的黄杉数量共计29 455株,结果见表2;4) 结合其他路段散生黄杉密度,推算得到拟建公路评价区的黄杉分布数量约3.5万株。

表2 集中分布区黄杉株数计算

根据现场样方统计和调查,集中分布区的黄杉所在群落受到不同程度人为活动影响,同时存在坡向、坡位区别,导致分布密度存在差异。但群落中的成年大树相对较少,成年植株的高度多低于10 m,群落中的黄杉均表现为增长型,年龄结构处于中、幼龄林阶段,说明群落的黄杉种群更新良好。这与该区域曾开展的黄杉种群数量动态研究的调查结论较为一致[14]。

4 原初设与改进方案对黄杉影响分析

4.1 原初设方案对黄杉影响与避让可行性分析

1) 原初设方案对黄杉影响分析

根据现场调查结合统计样方密度估算,原初设方案对黄杉的影响见表3。工程原初设方案在黄杉集中分布路段占用黄杉约7 512株,其中乔木3 268株(树高5 m以上)、幼树2 899株(树高1 m～5 m)、幼苗1 345株(树高低于1 m)。另外,根据现场踏勘确认工程将在其他路段零散占用约200株黄杉。原初设方案占用黄杉数量约为8 000株。

2) 原初设方案路线避让可行性分析

由于原初设方案占用黄杉集中分布区约7 500株黄杉,课题组优先依照“不破坏就是最大保护”的原则,考虑路线对黄杉集中分布区进行避让。原黄杉集中分布区是位于龙潭镇东侧的龙潭互通段,该段旨在为龙潭镇设置下道口,串联该镇区与周边城镇。根据镇区周边地形,结合线路走向,经方案设计单位研判,选取主线沿线邻近龙潭镇区设置互通所需要的开阔地形,在龙潭镇东西两侧设置3条避让黄杉集中分布区的方案,分别是西线绕避方案、东线绕避方案、西南线绕避方案,如图2所示。综合安全、经济、环保、技术及其他方面进行综合比选,单项比选结论见表4。

表3 原初设方案占用集中分布区黄杉株数统计

表4 绕避方案与原初设方案综合比选

图2 基于原初设方案的绕避黄杉集中分布区3方案示意

由表4可知,对3个技术可行的避让方案,西线绕避不影响黄杉,但存在较大安全隐患;东线绕避对黄杉占用更多;西南线绕避虽占用黄杉变少,但存在经济不利、拆迁量大以及占用基本农田等问题。综合来看,原初设方案和西南线绕避相对影响更小,如果能优化原初设方案,使之占用黄杉数量降低,则原初设方案更优。

4.2 优化方案对黄杉影响分析

1) 原初设方案优化

受十字形河谷地带居民房屋集中分布、学校等敏感点分布的限制,以及互通布设位置地形的限制,初设方案优化制约较大,不能完全避免占用黄杉集中分布区。基于环评编制单位提供的黄杉集中分布区分路段的黄杉密度和数量表,对线路前后进行了5次优化调整。其中4次调整是针对局部选线,包括主线及互通和互通连接线的局部选线调整,如图3所示,黄杉占用数量从7 000多株逐步减少至4 800多株,4 600多株、1 800多株,最后减少至1 100多株。

在线位无法进一步优化的情况下,进行第5次在第5次综合收缩挖方边坡和桥面下方植株保留后的黄杉占用数量共计950株,较原初设方案的7 000多株共计减少6 000多株,较第4次优化方案的1 207株减少257株。

图3 基于初设方案的4次局部选线优化示意

针对工程形式的调整,包括缩减挖方边坡和保留高桥位下方植株的优化,如图4所示。通过对挖方路段增设加高桩板墙的方式收坡、在主线和互通减少挖方边坡的占地,进一步缩减黄杉占用数量共计63株。同时,考虑到主线二台地大桥(跨径30.5 m的箱梁式大桥)局部净高可达43 m,其所经坡位属阴坡,低净空桥面的遮蔽将进一步减少光照,不利于作为阳生性树种的云南油杉和黄杉为建群种的群落发育和乔木层植株的生长,因此将在此对桥面高度低于15 m的桥面投影区(即工程占地红线范围)内的黄杉全部进行移栽,对桥面净高高于15 m(根据工程该段纵断面图,K19+200～K19+460、K19+955～K20+020桥面净高度15 m～43 m之间)的桥面投影区(桥梁占地红线区)下方桥墩桩基位置的黄杉进行移栽,而对其他因有15 m净空可获得较为充足光照的黄杉进行保留。最终扣除桥梁高净空路段桥墩基础占地范围,叠图计入桥梁高净空区将保留黄杉257株。

2) 优化方案对黄杉影响分析

黄杉广泛分布于我国云南、四川、贵州、湖北、湖南等地,多为建群的优势种与其他树种混生组成优势群落[12]。宣威及会泽县有大规模集中性质的黄杉分布,且当地也划定了以保护黄杉为主的自然保护区[15]。就现阶段黄杉的数量而言,已经在项目地区的部分区域形成单优势群落,原初设方案将对当地生态环境和生物多样性造成无法挽回的破坏。

图4 第5次工程形式优化示意

在5次优化方案后,经实地调查,工程占用黄杉共计950株。根据径级划定,1 m～5 cm内幼树数量最多,共计395株,小于1 cm的幼苗共计121株,5 m～10 cm的共计129株,10 m～20 cm的共计178株,20 m～30 cm的共计53株,30 m～50 cm的共计38株,50 m～70 cm的共计36株。工程建设占用黄杉的数量不到评价区黄杉总数(约3.5万株)的3%(约占2.71%),且所占用的黄杉将悉数移栽至当地林草部门指定的适宜生境进行集中保护。在采取移栽和育苗措施以及加强养护管理的基础上,工程建设对黄杉的影响总体可控。

优化后的工程选线基本沿着山脚黄杉集中分布区的斑块边缘布设,路基段占用区域基本位于黄杉集中分布区斑块的边缘地带,而桥梁穿越区在增加桥梁高度的基础上,可保留15 m以上桥面离地高度的植被,一定程度上保留了占地区范围内云南油杉、黄杉群落的连续性和完整性,因此工程建设对云南油杉、黄杉群落的分割影响小,不会导致该区域黄杉所在群落的结构和功能减弱。整体而言,优化后的工程建设对黄杉群落的影响较小。

3) 对受影响黄杉的保护对策

建设单位委托第三方对占地区内的950株黄杉全部进行移栽。移栽时间选择在2022年9月—10月进行,移栽前将进行修剪、缩坨断根处理、喷洒蒸腾抑制剂、土壤状况调查等。结合黄杉移栽方案,最终确定黄杉移栽地址在宣威市得禄乡务乐村委会以及会泽县金钟街道水城社区境内,这2个移栽点的优势在于拟移栽地生境相同,移栽后有专人管护,有水源处便于浇灌,有利于对黄杉资源的后期的管护。此外,建议选择移栽较近的地块,每年培育移栽数量的10%,用于黄杉的补植,增加保护区黄杉物种的数量。

4.3 影响分析准确性评价

本文在项目建设前的环境影响评价阶段设计样方并进行密度统计,估算得到优化后方案占用黄杉数量共计950株。而公路建设单位委托相关林业调查公司提前进场,针对第4次优化后的路线方案进行黄杉占用和移栽的详细调查,得到全线黄杉占用(移栽)数量为1 207株,其中集中分布区的黄杉数量约为1 000株。这一统计数量与本文估算得到的占用株数接近,表明本研究的调查和统计分析准确性较高。

5 结论

1) 本文采用“群落样方”+“统计样方”结合法,得到占用黄杉的统计结果与实地移栽数量误差小,该方法可行,在此基础上进行的影响评价合理可信。

2) 通过环保与路线设计协同优化,提出了4次局部线位优化、缩减挖方边坡和保留高桥位下方植株的优化,最终保全的黄杉植株达6 000多株,取得了较大的保护成果,这一思路可供同类工程参考。

3) 在制定保护措施时,严格按照先避让、再减缓、后修复的顺序,将生物多样性保护理念融入设计、施工、运营养护中。