線性工程建設對國家保護植物的影響分析和工程優化研究

尹明云, 李瑞年, 鄭 煒, 王秀麗

(1.云南省生態環境工程評估中心, 昆明 650034; 2.招商局重慶交通科研設計院有限公司, 重慶 400067;3.四川水利職業技術學院 資環學院, 成都 611231; 4.四川大學 建筑與環境學院, 成都 610042)

21世紀,我國交通建設發展迅速[1],截至2022年底,我國公路總里程約535萬km,其中高速公路17.7萬km[2]。地處西南的云南省高速公路里程已突破1萬km[3],成為我國繼廣東省之后第2個高速公路里程超萬公里的省份。

公路建設作為人類改造自然生態環境的主要活動之一[4-5],經常引發植被破壞、水土流失、景觀破碎等問題[6-7]。云南省地處中國西南山地、東喜馬拉雅山地和印緬地區3個世界生物多樣性熱點的交匯地帶,生物資源及其豐富[8]。而云南省在建、待建的高速公路工程眾多,且路線不斷延伸至新的區域[9],不可避免地對云南省的生物多樣性造成影響。盡管我國在生態建設方面已取得了很大成效,但生態環境保護仍然任重道遠。如何解決公路等基礎建設活動與生物多樣性保護的矛盾,有效維護云南省生物多樣性安全,仍是一個重大問題[10-11]。

本文以擬建的宣威至會澤高速公路為例,詳細闡述當公路建設工程涉及到大量國家重點保護植物黃杉(Pseudotsuga sinensis)[12]時,通過詳細調查和影響分析,制定對國家重點保護植物影響較小的優化工程方案,即采取工程方案優化策略,以期為今后西南地區公路建設工程中的植物多樣性保護提供參考。

1 工程概況

宣威至會澤高速公路地處曲靖市宣威市、會澤縣境內,屬于《云南省“十四五”綜合交通運輸發展規劃》中的“十四五”期間綜合交通八大重點工程中的高速公路“互聯互通”工程,是《云南省縣域高速公路“互聯互通”工程實施方案》(云辦通〔2020〕19號)中第67項地方高速公路項目。項目的建設將有利于完善國家高速公路網和云南省路網布局,提高云南省公路網等級結構,滿足地方交通發展需求,有利于加快區域社會經濟發展。

該項目初步設計推薦路線主線起于宣威市北側下關沖村附近,接威寧至宣威高速公路,路線由東向西依次經過馬街、龍潭、得祿、大井、者海、會澤機場,終點止于會澤縣五星鄉白泥井附近,接G85銀昆高速(會巧高速起點)。該方案在進行環境影響評價過程中,根據現場調查,發現工程沿線有國家二級保護植物黃杉(Pseudotsuga sinensis)分布,且數量較多。

國家重點保護植物對維護生物多樣性和生態平衡意義重大,在公路建設過程中需重點關注[13]。雖然建設項目的生態環境影響評價有相關的導則和方法,但每一個具體的公路建設項目,影響的生物多樣性都不一樣,需根據實際情況,采取相應的調查和評價手段。就本項目而言,因項目區黃杉集中分布,涉及數量巨大,需對其密度和數量進行估算。

2 調查與分析方法

本調查需同時了解黃杉群落特征以及數量特征,因此分別設置了群落特征調查樣方和統計樣方。

2.1 群落特征調查樣方布設

為了解黃杉所在路域群落結構特征,采用典型取樣法進行樣方調查。先確定典型的黃杉分布群落地段,設置4個20 m×20 m的樣方,布設情況見表1。后采用法瑞學派樣地記錄法進行群落調查,在測定樣方經緯度、海拔、坡度、坡向、土壤類型、周圍環境影響等環境因子的前提下,記錄樣方中的植物信息。

2.2 統計樣方布設

為了解工程涉及的黃杉的密度和數量,除在黃杉散生區域進行數量調查外,還在龍潭互通及周邊(對應主線K18+740～K19+900)的黃杉集中區域設置了統計樣方,并統計每個樣方內黃杉的密度(即各樹高區間的黃杉數量/m2),且以此為基礎,結合黃杉集中區域的總面積估算工程涉及的黃杉的總體數量。

表1 群落樣方布設

統計樣方的布設原則為分段式,以工程內容及黃杉集中分布區為基礎,結合斑塊的坡向、坡位等環境特征因子,設置具有代表性的黃杉統計樣方。通過衛星影像圖和現場調查,確認黃杉集中分布區共由6個分離的圖斑組成,其中斑塊2距工程較遠,且群落特征與斑塊1北端相似,因此不再布設統計樣方,最終布設6個統計樣方,如圖1所示。

(a) 遙感影像

(b) 統計樣方示意

黃杉集中分布區的群落類型為云南油杉和黃杉的共建種群落,現場調查到的黃杉集中分布區的群落結構多有喬木層和林下更新層,但由于部分林地潮濕,林下苔蘚層較厚且覆被,導致該類林下低于1 m的黃杉幼苗數量較少。結合這一特性,現場將所選定的樣方確定大小為20 m×20 m,分徑級(為了直觀且準確統計數量,野外實際按樹高劃分)記錄不同樹高區間的植株數量。具體劃分為3個級別:樹高5 m以上的喬木、樹高1 m～5 m之間的幼樹、樹高低于1 m的幼苗。

3 調查結果

3.1 黃杉群落特征

群落樣方調查到的黃杉主要為黃杉和云南油杉組成的共優群落。其中,共優群落的喬木層蓋度在70%～80%之間,且黃杉的數量不等。除了建群種云南油杉以外,還偶有云南松(Pinus yunnanensis)伴生。林中有牛筋條(Dichotomanthes tristaniicarpa)、棠梨(Pyrus pashia)常位于亞層,并有炮仗花(Rhododendron spinuliferum)、小鐵仔(Myrsine africana)、西南栒子(Cotoneaster franchetii)、野拔子(Elsholtzia rugulosa)、矮楊梅(Myrica nanta)等灌木伴生。林下多有云南油杉幼苗更新,多數林下無黃杉幼苗更新。林下多由苔蘚層覆被,草本植物稀少,常見云南兔耳風(Ainsliaea yunnanensis)、間型沿階草(Ophiopogon intermedius)、刺芒野古草(Arundinella setosa)、茜草(Rubia cordifolia)等少數種類。

3.2 黃杉密度和數量估算

1) 在圖1中設置的6處樣方分別統計各樹高區間的黃杉株數,計算得到6處樣方分布的黃杉密度;2) 根據6處樣方對應的6處分割斑塊的面積分別估算黃杉分布數量;3) 求和獲得6個分割斑塊的黃杉總數,黃杉集中分布區的黃杉數量共計29 455株,結果見表2;4) 結合其他路段散生黃杉密度,推算得到擬建公路評價區的黃杉分布數量約3.5萬株。

表2 集中分布區黃杉株數計算

根據現場樣方統計和調查,集中分布區的黃杉所在群落受到不同程度人為活動影響,同時存在坡向、坡位區別,導致分布密度存在差異。但群落中的成年大樹相對較少,成年植株的高度多低于10 m,群落中的黃杉均表現為增長型,年齡結構處于中、幼齡林階段,說明群落的黃杉種群更新良好。這與該區域曾開展的黃杉種群數量動態研究的調查結論較為一致[14]。

4 原初設與改進方案對黃杉影響分析

4.1 原初設方案對黃杉影響與避讓可行性分析

1) 原初設方案對黃杉影響分析

根據現場調查結合統計樣方密度估算,原初設方案對黃杉的影響見表3。工程原初設方案在黃杉集中分布路段占用黃杉約7 512株,其中喬木3 268株(樹高5 m以上)、幼樹2 899株(樹高1 m～5 m)、幼苗1 345株(樹高低于1 m)。另外,根據現場踏勘確認工程將在其他路段零散占用約200株黃杉。原初設方案占用黃杉數量約為8 000株。

2) 原初設方案路線避讓可行性分析

由于原初設方案占用黃杉集中分布區約7 500株黃杉,課題組優先依照“不破壞就是最大保護”的原則,考慮路線對黃杉集中分布區進行避讓。原黃杉集中分布區是位于龍潭鎮東側的龍潭互通段,該段旨在為龍潭鎮設置下道口,串聯該鎮區與周邊城鎮。根據鎮區周邊地形,結合線路走向,經方案設計單位研判,選取主線沿線鄰近龍潭鎮區設置互通所需要的開闊地形,在龍潭鎮東西兩側設置3條避讓黃杉集中分布區的方案,分別是西線繞避方案、東線繞避方案、西南線繞避方案,如圖2所示。綜合安全、經濟、環保、技術及其他方面進行綜合比選,單項比選結論見表4。

表3 原初設方案占用集中分布區黃杉株數統計

表4 繞避方案與原初設方案綜合比選

圖2 基于原初設方案的繞避黃杉集中分布區3方案示意

由表4可知,對3個技術可行的避讓方案,西線繞避不影響黃杉,但存在較大安全隱患;東線繞避對黃杉占用更多;西南線繞避雖占用黃杉變少,但存在經濟不利、拆遷量大以及占用基本農田等問題。綜合來看,原初設方案和西南線繞避相對影響更小,如果能優化原初設方案,使之占用黃杉數量降低,則原初設方案更優。

4.2 優化方案對黃杉影響分析

1) 原初設方案優化

受十字形河谷地帶居民房屋集中分布、學校等敏感點分布的限制,以及互通布設位置地形的限制,初設方案優化制約較大,不能完全避免占用黃杉集中分布區?；诃h評編制單位提供的黃杉集中分布區分路段的黃杉密度和數量表,對線路前后進行了5次優化調整。其中4次調整是針對局部選線,包括主線及互通和互通連接線的局部選線調整,如圖3所示,黃杉占用數量從7 000多株逐步減少至4 800多株,4 600多株、1 800多株,最后減少至1 100多株。

在線位無法進一步優化的情況下,進行第5次在第5次綜合收縮挖方邊坡和橋面下方植株保留后的黃杉占用數量共計950株,較原初設方案的7 000多株共計減少6 000多株,較第4次優化方案的1 207株減少257株。

圖3 基于初設方案的4次局部選線優化示意

針對工程形式的調整,包括縮減挖方邊坡和保留高橋位下方植株的優化,如圖4所示。通過對挖方路段增設加高樁板墻的方式收坡、在主線和互通減少挖方邊坡的占地,進一步縮減黃杉占用數量共計63株。同時,考慮到主線二臺地大橋(跨徑30.5 m的箱梁式大橋)局部凈高可達43 m,其所經坡位屬陰坡,低凈空橋面的遮蔽將進一步減少光照,不利于作為陽生性樹種的云南油杉和黃杉為建群種的群落發育和喬木層植株的生長,因此將在此對橋面高度低于15 m的橋面投影區(即工程占地紅線范圍)內的黃杉全部進行移栽,對橋面凈高高于15 m(根據工程該段縱斷面圖,K19+200～K19+460、K19+955～K20+020橋面凈高度15 m～43 m之間)的橋面投影區(橋梁占地紅線區)下方橋墩樁基位置的黃杉進行移栽,而對其他因有15 m凈空可獲得較為充足光照的黃杉進行保留。最終扣除橋梁高凈空路段橋墩基礎占地范圍,疊圖計入橋梁高凈空區將保留黃杉257株。

2) 優化方案對黃杉影響分析

黃杉廣泛分布于我國云南、四川、貴州、湖北、湖南等地,多為建群的優勢種與其他樹種混生組成優勢群落[12]。宣威及會澤縣有大規模集中性質的黃杉分布,且當地也劃定了以保護黃杉為主的自然保護區[15]。就現階段黃杉的數量而言,已經在項目地區的部分區域形成單優勢群落,原初設方案將對當地生態環境和生物多樣性造成無法挽回的破壞。

圖4 第5次工程形式優化示意

在5次優化方案后,經實地調查,工程占用黃杉共計950株。根據徑級劃定,1 m～5 cm內幼樹數量最多,共計395株,小于1 cm的幼苗共計121株,5 m～10 cm的共計129株,10 m～20 cm的共計178株,20 m～30 cm的共計53株,30 m～50 cm的共計38株,50 m～70 cm的共計36株。工程建設占用黃杉的數量不到評價區黃杉總數(約3.5萬株)的3%(約占2.71%),且所占用的黃杉將悉數移栽至當地林草部門指定的適宜生境進行集中保護。在采取移栽和育苗措施以及加強養護管理的基礎上,工程建設對黃杉的影響總體可控。

優化后的工程選線基本沿著山腳黃杉集中分布區的斑塊邊緣布設,路基段占用區域基本位于黃杉集中分布區斑塊的邊緣地帶,而橋梁穿越區在增加橋梁高度的基礎上,可保留15 m以上橋面離地高度的植被,一定程度上保留了占地區范圍內云南油杉、黃杉群落的連續性和完整性,因此工程建設對云南油杉、黃杉群落的分割影響小,不會導致該區域黃杉所在群落的結構和功能減弱。整體而言,優化后的工程建設對黃杉群落的影響較小。

3) 對受影響黃杉的保護對策

建設單位委托第三方對占地區內的950株黃杉全部進行移栽。移栽時間選擇在2022年9月—10月進行,移栽前將進行修剪、縮坨斷根處理、噴灑蒸騰抑制劑、土壤狀況調查等。結合黃杉移栽方案,最終確定黃杉移栽地址在宣威市得祿鄉務樂村委會以及會澤縣金鐘街道水城社區境內,這2個移栽點的優勢在于擬移栽地生境相同,移栽后有專人管護,有水源處便于澆灌,有利于對黃杉資源的后期的管護。此外,建議選擇移栽較近的地塊,每年培育移栽數量的10%,用于黃杉的補植,增加保護區黃杉物種的數量。

4.3 影響分析準確性評價

本文在項目建設前的環境影響評價階段設計樣方并進行密度統計,估算得到優化后方案占用黃杉數量共計950株。而公路建設單位委托相關林業調查公司提前進場,針對第4次優化后的路線方案進行黃杉占用和移栽的詳細調查,得到全線黃杉占用(移栽)數量為1 207株,其中集中分布區的黃杉數量約為1 000株。這一統計數量與本文估算得到的占用株數接近,表明本研究的調查和統計分析準確性較高。

5 結論

1) 本文采用“群落樣方”+“統計樣方”結合法,得到占用黃杉的統計結果與實地移栽數量誤差小,該方法可行,在此基礎上進行的影響評價合理可信。

2) 通過環保與路線設計協同優化,提出了4次局部線位優化、縮減挖方邊坡和保留高橋位下方植株的優化,最終保全的黃杉植株達6 000多株,取得了較大的保護成果,這一思路可供同類工程參考。

3) 在制定保護措施時,嚴格按照先避讓、再減緩、后修復的順序,將生物多樣性保護理念融入設計、施工、運營養護中。