公路工程是建设周期长、工程量浩大的线性工程，占据大量的土地和空间，道路沿线生态系统在建造过程中会受到不同程度的扰动且破坏程度较大。此外，在运营过程中，由于雨水冲刷、水土流失、融雪剂使用不当等，导致土壤受损影响植物生长，短期内无法有效恢复。公路工程生态修复是利用有效的护坡、固坡手段，增强土壤层的稳定性，使生物群落恢复到自维持状态，来提高土壤表面抗冲刷的能力。开展公路工程生态修复时，应根据土壤质地、地形地貌、降水量、植被种类等，选择合适的土壤修复体系。因此，土壤修复和植被恢复是公路养护的重要内容。

目前边坡修复主要依靠植物本身和非生命材料的有机结合，其中高吸水树脂（SAP）起着固结和稳定的作用。SAP是一种呈网状结构的聚合物，其分子链段上连接有羟基、氨基、羧基等亲水基团，可以吸附自身重量几百甚至几千倍的水。SAP在土壤中可以调节土壤水分、提高土壤结构的稳定性、促进植物生长，从而恢复土壤生态平衡。

1.1　SAP的结构

SAP具有高度交联的三维网状结构，其主链或侧链含有大量亲水基团，吸水性强。李淑琴等合成了结构致密、不规则网状蓬松结构的聚丙烯酸钠/腐植酸型SAP。张杜禹等制备了海泡石(ST)/聚乙烯醇(PVA）/聚丙烯酰胺(PAM）吸水树脂，ST 颗粒增大了树脂的比表面积，PVA 与 PAM 形成半互穿网络结构，提高了树脂的溶胀能力。马砺等制备了高岭土、蒙脱土、锂皂石基复合SAP，表面出现褶皱、沟壑增多，孔径增大，吸水性能提高。

1.2　SAP的吸水保水机理

SAP中的羧基、羟基、氨基属于强亲水基团。当SAP遇水后，水分子通过毛细管润湿作用进入树脂内部。在吸水过程中，自由移动的阳离子提高了树脂内外的渗透压，水进入交联网络内；负离子固定在网络上，产生排斥并引起聚合物网络结构的膨胀，大量的水持续进入分子网络中，直至树脂内外渗透压平衡。分子表面的亲水基团电离与水分子相互作用，结合形成氢键，水分子被“锁”在SAP中。

2.1　耐盐性

边坡土壤的含盐量因大量融雪剂的使用而升高，且随着土壤水分的蒸发，盐分向土壤表面迁移。SAP在盐水中会收缩沉淀，甚至完全失去吸水能力，严重影响土壤修复性能。与其他吸水基团相比，引入酰胺基、羧基、磺酸基团对提高树脂耐盐性更有利。

2.2　耐候性

公路用SAP使用寿命很大程度上受到户外自然环境的影响，研究其抗紫外光降解能力十分必要。随着交联剂以及丙烯酰胺用量增加，SAP耐候性也会逐渐增强。在SAP结构中引入酰胺键也可以提高其耐候性。

2.3　保水保肥性

SAP吸水后可形成凝胶，减缓水分流失，将尿素与SAP复合可以减缓肥料的扩散，起到保水保肥的作用。

2.4　可降解性

在土壤中添加合成SAP，由于其生物降解性差势必对环境造成污染。高分子树脂的降解依赖其化学结构和环境，如空气、光、热、微生物、土壤条件（pH和温度）等。提高SAP的生物降解性可以通过在主链或侧基中引入酰胺、酯、氨基甲酸酯等来实现。

吸水树脂对土壤的修复作用在于吸水树脂与土壤混合后会发生物理化学反应，吸水树脂吸水形成凝胶，并且与土壤颗粒有机结合形成稳定的团聚体。SAP独特的三维网状结构还会形成较大的储水空间，减少水分的蒸发。通过土壤团聚体、土壤膨胀率、土壤容重以及渗透系数来评价SAP对土壤物理性质的影响。

3.1　土壤团聚体

研究表明，直径大于0.25mm的团聚体在土壤中起主要作用。SAP树脂表面的羧基可与土壤中带正电荷的粒子发生作用，使土壤中的团粒聚集，形成团聚体，提高土壤中团聚体的含量，也提高了团聚体的水稳定性。

3.2　土壤膨胀率

SAP吸水后，水分子进入树脂内部，使缠结的高分子长链舒展开来，体积增大，可提高土壤的膨胀率，能容纳更多的水。随着土壤膨胀率的提高，土壤中的液相组成比例增加，固气比例相对减少，有利于提高土壤的透气、透水性，为植物的生长创造条件。

3.3　土壤容重

加入SAP后土壤容重减小。土壤容重越小，说明土壤孔隙多，越疏松，有利于土壤中水、气、肥等的交换，提高土壤肥力。

3.4　土壤渗透系数

SAP对土壤的渗透系数有影响，会抑制土壤表层板结，减少地表径流，提高土壤的抗水侵蚀能力。加入SAP后，土壤中粒径大于0.25mm的水稳定团聚体的含量增加、土壤的膨胀率增大、容重减小、渗透系数增大，在增大吸水量的同时改善了土壤的通透性，有效地减少了地表径流，提高了土壤的抗侵蚀能力，起到保护土壤的作用。

我国公路贯穿南北，每个地区的土壤类型、环境气候特点各不相同，因此各地土壤修复的重点也不同。

4.1　对黄土土壤的修复效果

天然黄土质地疏松、强度低，遇水后易崩解，抗侵蚀能力弱。黄土中的团聚体可以起到减少径流的作用。

4.2　对盐碱土土壤的修复效果

盐碱土碱性大，土壤腐殖质易遭到淋失，造成土壤退化，植被无法正常生长。盐碱土的改良一般是将土壤中的Na+形成盐钝化固定，降低土壤含盐量。SAP能促进土壤团粒的形成，还能与土壤中的物质发生水解吸附等化学反应，从而起到改良作用。

4.3　对沙土土壤的修复效果

沙土土壤孔隙大、土质疏松、水分易蒸发，不利于水肥固定。孙任运在沙土表面喷洒不同浓度的微生物多糖胶（HG）、植物多糖胶 (GG)和MG（HG于GG质量比1∶1）溶液，形成一层加固膜，发现沙土的保水能力提高，表面硬度增强而且加入聚合物溶液还有利于植被的生长。

4.4　对其他类型土壤的修复效果

红壤土酸度大，有机质含量低，结构性能较差，团粒结构水稳性差，极易分解，水土流失严重。紫色土富含矿质养分，肥力较高但土壤中的有机质含量低、结构性差易崩解、蓄水保水能力弱。

总的来说，使用SAP提高不同类型土壤的吸水、保水、保肥能力的机理可概括为2种。第一，改善土壤的物理组成。使土壤中形成更多的团聚体，增大土壤孔隙率，降低土壤容重；第二，调节土壤的吸附性质。增加土壤对氮钾元素的吸附、固定及解吸能力，提高土壤肥效、降低土壤养分淋溶率。因此，不同类型土壤的改良目的都是通过粘结性材料的加入来改善土壤颗粒的结构，最终提高其保水保肥的能力。对于黄土，主要从提高土壤稳定性和抗耐崩解性能等方面进行改善；对于沙土，主要是通过聚集细小颗粒，调节土壤固液气三相比，提高土壤的粘滞力。

5.1　公路工程土壤修复的研究现状

欧美等发达国家在公路工程生态修复方面起步较早，从早期的树脂扦插、绿篱等措施，到如今的液压喷播、植草等技术。美国制定了高速公路绿化的技术标准，强调公路与周围景观协调性，注重生态环境景观美学。英国将生态恢复与加筋土技术相结合加固边坡，同时建立植被防护。德国和瑞士充分考虑了生物多样性的维持与生物迁徙路径，修复时还通过建设“生态桥”保证动物迁徙。日本的高速公路建设晚，但路域环境修复技术处于领先地位，十分注重新型生态修复技术。

我国公路工程土壤修复技术研究起步较晚，且土壤类型多样，因此呈现出区域发展不均衡和技术需求复杂的特点。目前，植生袋护坡、土工格室护坡、网袋植草技术、三维植被网技术、挂网喷播护坡等被广泛应用。经过多年发展积累了丰富的经验，但存在忽视修复方案与当地生态环境相结合的问题，如引用外来植被导致植被存活周期短等。此外，当前的修复主要关注短期植被修复效果，不能从根本上改善土壤结构，长期修复效果很难评价。

5.2  公路工程边坡修复技术的要点和难点

公路工程边坡修复的要点包括通过重新构建边坡结构，恢复边坡稳定性；恢复边坡生物群落，达到自我修复状态。目前的修复要点主要关注边坡失稳。然而，公路运营期间车辆尾气排放、融雪盐撒布等人为因素的影响，使得公路两侧地表植被的生长受到不同程度的影响，降低了植物固结土壤的能力；冻融侵蚀、风蚀等自然灾害使边坡地表裸露面积增加，导致其对风力、水力作用的敏感性增强，稳定性下降，甚至发生滑坡等。在恶劣气候条件下，开展高效的边坡土壤修复困难极大，因此对SAP也提出了更高要求。

SAP凭借优异的吸水保水性以及可改良土壤结构、促进植物生长的优势，成为公路工程土壤修复的主要材料之一。但在实际应用中还存在以下问题：

（1）有关SAP在公路工程边坡土壤修复中研究相对较少，特别是其与传统农业土壤修复的自然环境条件存在差异，对边坡土壤修复的机理尚不明确。如何将SAP对土壤的改良与当地先锋植被对土壤各营养组分的需求相结合，使其适应复杂的气候环境还需要深入研究。

（2）针对边坡修复效果的宏观评价体系模型多样，但具体到SAP在边坡修复中的作用评价方法较为单一，仅局限于SAP吸水率、土壤微量元素和土壤基本理化性质的测定。合成SAP是不可降解材料，长期过量使用可能会对植物生长和土壤肥力带来风险，对土壤造成二次破坏。

（4）我国每年需要消耗大量的人力、物力、财力用于道路养护，但对公路工程土壤的养护重视不够。未能结合公路地质地貌和气候条件选用适当的修复植被开展工程实践，导致长期修复效果不理想。因此，开发适应性、稳定性强，成本低的SAP及复合修复体系，对SAP的土壤修复机理进行更深层的理论研究具有重要意义。