高速公路植物隔离栅的应用研究现状与展望

祝 婕，徐 慧，王 莹，徐礼根

（1.浙江公路水运工程咨询有限责任公司，浙江 杭州 310004；2.浙江大学 农业与生物技术学院，浙江 杭州 310058）

隔离栅又名护栏网，是用于公路、铁路、机场、住宅小区、港口码头、花园、农场等场所的防护栏挡。高速公路隔离栅位于高速公路路基外沿，通常由金属隔离栅和柱杆组成，将高速公路与农田、村庄、城镇、山林等隔离分开[1]，可以有效防止人和动物随意进入或横穿高速公路，防止他人非法占用公路用地，保障行车安全，维护路产、路权的重要设施。据交通运输行业统计，到2020 年我国高速公路总里程已达15 万km，位居世界第一。交通基础设施加速成网在提升综合运输保障能力的同时也带来巨大的隔离栅需求，但传统的金属隔离栅由于材料易生锈老化使用期有限，后期维护成本高，也不够生态环保。随着人们环保意识和景观欣赏水平的提高，对隔离栅的景观处理要求也越来越高，已经不满足于以往常见的金属隔离栅模式。在这种情况下，高速公路植物隔离栅应运而生。

1 植物隔离栅的基本概念和特别功能

1.1 植物隔离栅的基本概念

当前，对采用植物作为高速公路隔离栅的防护形式并无统一的标准名称，有称生物隔离栅[2-3]，即与金属材料相对，表明是用生物材料进行防护；有称生态隔离栅或生态绿篱隔离栅[4]，表明其与传统易腐蚀生锈的金属隔离栅不同，具有生态环保性；有称植物篱隔离栅和植物刺篱隔离栅[5-6]，表明是采用植物种植成篱笆状起到隔离防护作用。本文将其统称为植物隔离栅。植物隔离栅就是以有刺植物为主体材料、宽幅1 m 左右、进行高速公路隔离防护（防人畜穿越）的设施，沿着高速公路路幅外围、公路红线范围内侧用地边界上，将高速公路与农田、村庄、城镇、山林等隔离分开构成一道绿色的屏障型廊道，以取代金属为主体材料的隔离栅，这对高速公路生态建设或生态高速公路建设具有积极的意义。

1.2 植物隔离栅的特别功能

植物隔离栅由于其使用的材料与传统金属隔离栅有很大的不同，在起到隔离栅作用的同时，更体现出独特的功能。

1.2.1 隔离阻断功能 植物隔离栅与传统金属隔离栅一样，首先要起到隔离阻断作用，其良好的隔离阻断功能主要体现在：所选用的植物分枝密集，构成防止人和动物通行的空间障碍；植物枝干上的刺构成防止人和动物穿过的威慑能力；刺篱带的宽度及高度构成防止人和动物跨越屏障[7-8]。

1.2.2 生态服务功能 与传统隔离栅采用金属材料不同，植物隔离栅由于采用植物为主体材料，因此体现出独特的生态功能与特性。采用植物种植，有效节省钢材、水泥等材料的用量，体现绿色公路节能减排的建设理念。植物根部具有固土保水效果，可减少水土流失[9]，通过枝、叶、根系生长覆盖地面，能辅助阻挡路外滚入的土石进入路面[10]。在植物生命活动过程中，通过光合作用、呼吸作用、蒸腾作用吸附粉尘、吸收尾气及其他有害气体，净化空气、释放氧气，改善局部小气候[11]。同时，由于植物隔离栅林带具有一定的宽度及茂密度，因此还能部分吸收和降低噪音[12-13]，减弱高速公路给周围居民生活带来的不利影响。

1.2.3 景观提升功能 金属网构成的人工隔离栅与道路景观不协调，易使司乘人员感到枯燥呆板[1]，且钢铁丝易生锈，锈蚀、倒塌后景观效果极差。植物隔离栅可以有效弱化人工痕迹，达到公路景观自然化，与周围环境相协调[14]。同时，采用观花植物、观果植物、色叶植物、常绿植物等多种植物搭配种植成篱，还能美化公路景观，提升公路视觉美学效果[2]。

1.2.4 环境教育功能 从环境心理学的角度考虑，适宜的景观环境设计在符合人群行为的同时，也兼顾使用者的心理需要，舒缓驾驶员的紧张情绪与疲劳感[15-16]，使人产生情感上的共鸣，可以在潜移默化中起到教育引导功能。与墙体、栏杆、金属隔离栅等“硬隔离”材料相比，植物隔离栅在有效分隔空间的同时，柔性材料刺篱植物能让使用者充分感受被尊重、被信任，对刺篱阻断不会产生反感情绪，在喜悦平和的心情中接受引导，体现“以人为本”的交通安全理念[14]。

1.2.5 维护管理成本低 植物隔离栅所选用的植物一般遵循“乡土植物”原则，对本地环境有极强的适应性、耐旱性、耐贫瘠性，因此，后期管理养护工作简单且使用寿命长[8]。相比于喷塑金属隔离栅，生态绿篱隔离栅在受到外在破坏时，植物有一定的“韧性”和自我恢复能力，因此养护工作也大为减少。植物生长成篱后，可以达到长久稳定的隔离防护效果，无需进行定期隔离栅更换。

2 植物隔离栅的应用和研究现状

2.1 植物隔离栅的早期应用

国内外很早就开始建造及维护植物墙，以达到篱笆的作用，用以在一定范围内饲养家畜，或者保护田地里的作物不受野生动物的侵害。

在英国，18 世纪的《围墙法案》是树篱建造的著名时期。在北美，1750 年以后农民开始种植“活篱笆”或树篱；20 世纪30 年代大平原防护林建设工程时期，美国中西部又开始大规模种植灌木篱墙和防护林。20 世纪70 年代，已经有了规则的、以单一树种形成篱笆墙的种植形式，垂直和水平结构相对均匀，其中，欧洲以山楂属Crataegus植物为主，美国则以橙桑属Maclura植物为主[17]。在这一时期，植物篱与一些人为的结构，如沟渠、河岸或铁丝网等结合的情况已经被注意到，但并未有深入的研究，也没有将其与高速公路的隔离防护结合应用。

在国内，篱笆的产生与农业起源密不可分，以树作篱是古人使用最早与最频繁的防御手段，最早在新石器时代就已被使用[18]，劳动人民用枝叶密集的灌木栽种成篱带，以保护庭院、美化环境[2]。柳树Salixspp.，榆树Ulmusspp.，酸枣Ziziphus jujubavar.spinosa，木槿Hibiscus syriacus等是中国古代百姓常用的制篱材料。而将植物篱笆应用于高速公路隔离栅的研究，最早在1992 年，浙江省交通设计院的许忠楠探讨了用绿篱做高速公路隔离设施的可行性和经济性[19]，认为南方温暖湿润的气候对露天钢铁类构造物隔离栅的腐蚀作用很大，但对植物生长却很有利，因此，在南方密植高绿篱或编篱与矮绿篱相结合等形式的绿篱做隔离设施是值得探讨的，并以南方平原微丘区高速公路为例，在护坡道上列植间种原有行道树和新栽珊瑚树Viburnum odoratissimum，对比得出采用植物做隔离栅的经济合理性。2002 年，广西沿海高速公路防城港管理所在高速公路沿线种植光荚含羞草Mimosa sepiaria[7]，5 年后长势良好，基本上起到了防护围护作用，并总结出在植物配置、土壤改良、育苗繁殖等方面的经验。

2.2 植物隔离栅的应用研究现状

近十余年来，利用植物篱进行隔离防护的研究不断推进，许多学者对各地区的刺篱植物特性、栽培技术等进行了较深入的研究和应用。

2.2.1 植物种类选择 高速公路植物隔离栅刺篱植物的选择是隔离人畜、防护成败与否的关键。本文结合多位学者的工程实践总结出刺篱植物封闭绿化中的树种选择原则，主要包括以下几个方面：

一是有刺植物。要求有刺植物分枝密集、成篱封闭快、易整形、耐修剪[7,20]，且植物枝干上的刺以密度大、硬度高为好，从而能建成隔离封闭效果好的篱带。

二是乡土植物。乡土植物具有栽植成本低、抗污染能力强、根系发达、萌蘖性强、病虫害少、耐贫瘠、耐干旱的特性[10,21]，这样能较好地适应高速公路路域环境，提高植株成活率与健康生长，有效降低成本，提升道路的生态环境效果[22]。我国地域广大，不同地区的地理气候差异较大，目前，已有多位学者结合立地条件、植物特性与实践经验，总结了适合湖南[2]、吉林[10]、贵州[15]、山西[23]、上海[24]、浙江[25]等地种植的乡土刺篱植物。总体来看，马甲子Paliurus ramosissimus，火棘Pyracantha fortuneana是各地普遍适宜种植且成篱效果较好的刺篱植物[2]。

三是观赏植物。注重常绿植物、色叶植物、观花观果植物、芳香植物等的搭配，从而建成景观优美的篱带。常用的攀援植物有凌霄Campsis grandiflora，月季花Rosa chinensis，扶芳藤Euonymus fortunei等，花灌木有玫瑰R.rugosa，野蔷薇R.multiflora，紫丁香Syringa oblata等，此外，还有通过引进筛选出的美国钢刺Albiziasp.，日本造刺Gleditsiasp.等一些株型美观、生长迅速、尖刺坚硬的植物种类[25]。

2.2.2 种植和配置技术 在植物繁殖上，与裸根苗相比，选用容器苗能有效提高植株成活率。吴建文[7]在高速公路剌篱防护带上采用营养袋苗种植，其种植成活率比裸根苗提高达80%～ 95%，且植株生长速度快，年生长量达0.6～ 1.5 m，比裸苗提高50%以上。也有研究人员以扦插的方式在栽植应用中取得了良好的效果，许春兴等[26]通过对河北太行山野生植物杠柳Periploca sepium使用生根粉进行硬枝扦插育苗实验，发现8 月扦插成活率高。甘灿欢[27]针对苗木栽植成活率低、缓苗期长和不能全年施工等问题，提出了植物新型环保种植技术即无纺布容器苗种植技术，并建立了84.9 km 的生物隔离栅示范工程，隔离栅植物生长状况良好，达到了隔离封闭的要求。

在植物配植模式上，常用的形式是在某一路段内确定一种主格调，然后镶嵌一段自然式或规则式的变化段[1,28]，结合地方林地形成密实的植物防护隔离。2008 年，种高军[25]选用冠幅10～ 30 cm 的植株进行工程种植，种植2～ 3 排以形成宽60～ 90 cm 的绿篱墙体。陈太勇等[29]针对焦桐高速公路沿线的自然环境状况、土壤特点以及路体绿化特点，推介适于填方段和挖方段绿化和隔离防护的几种植物配置模式。2011 年，常根柱等[20]选用2 年生苗在金属封闭网内0.5～ 1.0 m 处定植带刺灌木，4 年可形成刺篱植物封闭网。在已有的金属隔离栅内侧可绿化路段栽植刺篱植物，作为高速公路的第二道屏障，成篱后逐步取代日渐锈蚀的金属隔离栅[21]是切实可行的做法。将绿化植物与金属隔离栅相结合的公路景观处理方式，可以使隔离栅尽可能地隐藏于绿色植物之中，达到自然、生态的效果。

2.2.3 抗旱性研究 由于高速公路周边干旱贫瘠的立地环境，所以刺篱植物应具有较强的抗旱能力。在不同刺篱植物的抗旱性研究上，对常用刺篱植物进行干旱胁迫处理，对比筛选出抗旱性最好的植物种类。向佐湘等[30]对马甲子、火棘、枳Poncirus trifoliata，金樱子Rosa laevigata4 种湖南地区常用刺篱植物进行了对比研究，证明马甲子的抗旱性最强。郭智涛[31]以玫瑰、皂荚Gleditsia sinensis，花椒Zanthoxylum bungeanum和黄刺玫R.xanthine4 种刺篱植物为试材，探究了干旱胁迫对其光合及生理特性的影响，经综合分析评价确定了4 种刺篱植物的抗旱性强弱顺序是皂荚 > 花椒 > 黄刺枚 > 玫瑰。肖姣娣[32-33]采用盆栽称重控水法进行了野蔷薇，紫叶小檗Berberis thunbergii‘Atropurpurea’，锦鸡儿Caragana sinica以及蚊母树Distylium racemosum，龟甲冬青Ilex crecatacv.convexa，龙柏Sabina chinensis‘Kaizuca’，红叶石楠Potinia×fraseri这两组绿篱植物的抗干旱对比，分别得出两组刺篱植物的抗旱性强弱依次为紫叶小檗 > 锦鸡儿 > 野蔷薇，龙柏 > 蚊母树 > 红叶石楠 > 龟甲冬青。这些研究都为高速公路植物隔离栅优良植物种类的选择及其养护管理提供了科学依据。

2.2.4 综合效益评价 如何对生态绿篱隔离栅的功能效果进行综合评价，也是当前研究的热点。2011 年，董萍等[34]提出应建立综合评价指标体系对植物隔离栅的综合效益进行评价，并将所有指标划归为生态、经济、社会三大类。2012 年，蒲玉琳等[35]对坡地植物绿篱的生态效益和经济效益进行了讨论与总结。2013 年，李一为等[36]从刺篱植物自身隔离性能、抗逆性能和景观效应三个方面对16 种刺篱植物进行了评价，认为苦刺Solanum deflexicarpum，马缨丹Lantana camara，儿茶Acacia catechu，叶子花Bougainvillea spectabilis的综合隔离效果较好。2015 年，王姣雯[37]对植物篱的生态效益进行了全面分析，指出目前对植物篱技术的研究存在种类选择与配置等方面的不足。2016 年，刘殿君等[38]分析了植物篱技术在防治水土流失中的生态效益及经济效益，认为植物篱技术能够有效地防治水源污染的问题。

2.2.5 相关技术规范 在技术规范上，交通部先后制定了《公路建设项目环境评价规范(试行)》（JT J 005-96）和《公路环境保护设计规范》（JTJ/T 006-98）等行业标准，这些规范对高速公路建设的生态环境保护、景观与绿化设计等做了原则性的规定[39]。原国家林业局于2010 年发布了《植物篱营建技术规程》（LY T 1914-2010），规定了隔离植物篱一般采用双行或多行乔、灌木树种进行混交或纯林配置并形成具有一定宽度的隔离带。2013年，湖南省质监局发布了《高速公路生物隔离栅》（DB43T755-2013），规定了适用于湖南省高速公路的生物隔离栅的术语定义、植物要求、设计、施工和验收，并列举了湖南地区的14 种适用植物。2014 年，云南省质监局发布了《公路植物隔离栅技术规范》（DB53/T558-2014），规定了公路植物隔离栅植物选择要求、设计要求、栽植及验收要求、养护要求，列举了云南公路常用的18 种刺篱植物。

3 展望

随着绿色公路、生态公路、美丽公路、景观公路、旅游公路建设理念的推进，植物隔离栅在高速公路隔离防护上的特别功能与应用价值将越来越受到重视。可以预见，随着高速公路绿化模式和生态高速公路建设的不断完善与发展，将有更多公路参建者和植物类科研工作者参与此项研究和实践[40]，未来高速公路植物隔离栅能满足越来越多元的需求。为此，提出以下3 点建议和展望。

3.1 做好植物篱建设与隔离防护功能之间的有效衔接

与金属隔离栅安装即可使用不同，植物篱由于植物材料生长需要一定的时间，所以在早期存在一段较长的植物生长成篱过程。在这一时期，由于植株矮小、枝叶稀疏、枝干上的刺尚未达到足够的密度与硬度，所以不能起到隔离阻断作用，此时单纯采用植物刺篱防护的方式不能满足实际需要[41]，这在一定程度上给高速公路的建设与使用带来不便。因此，需要平衡高速公路施工建设与植物隔离栅种植时间的有效衔接，使得隔离栅植物能在高速公路通车前构建成篱，起到隔离阻断作用。

3.2 做好现有金属防护网与新栽隔离植物之间的合理衔接

在已经设有金属隔离栅的路段，如何协调植物隔离栅与金属隔离栅的关系，使绿篱植物作为高速公路的第二道屏障、逐步接替取代日渐锈蚀的金属隔离栅的过程中兼具保证良好的公路封闭效果与景观观赏效果，是值得进一步考虑的事。在现有金属防护栏处，种植刺篱树种，一方面可对现有金属防护栏起到加固作用不致年长倒伏，另一方面在不影响高速公路防护主体功能的同时使绿篱植物得到生长，从金属防护网的短期效果转换成植物隔离的长期效果，以弥补植物篱由于植物材料生长需要一定的时间以致在早期存在一段较长的植物生长成篱过程的不足。

3.3 做好科学研究与工程实践之间的促进衔接

尽管植物隔离栅在国内外很早就开始建造及维护植物墙以达到篱笆的作用，但用于高速公路植物防护的隔离栅的研究仍然不多，近十余年来相对较多，主要集中在植物种类的选择、栽培技术、抗旱特性、效益评价和规范制订等方面，研究的深度还远远不能满足生态保育、景观提升、环境教育等高速公路生态型植物隔离栅的理想要求，因此，还有许多值得进一步的深入研究，诸如植物种类的选择与有效配置研究、适地适树研究、生态功能的提升与价值评价研究、完善技术规范参数制订的科学依据等，不断实践高速公路植物隔离栅品种选择多样化、种植方法规范化、管理运营科学化、推广应用模式化，推进高速公路植物隔离栅的健康科学发展。