濟南奧體中心山體邊坡斷崖面生態(tài)修復模式及效果

劉高鵬,金章利,牛海波,戴方喜,樊建修,陳先強

(1.三峽大學,湖北宜昌 443002;2.湖北三峽職業(yè)技術(shù)學院,湖北宜昌 443000;3.陜西紅葉集團,陜西西安 710054)

生態(tài)修復指的是采取各種手段,如生態(tài)工程、生物技術(shù)等,使受損或退化的生態(tài)系統(tǒng)恢復或重建到與原來相近的結(jié)構(gòu)和具有自我維持功能的穩(wěn)定狀態(tài)[1-3]。由于長年開山采石,濟南市周邊破損山體達 70余處,棄石坡 20多處,水土流失嚴重,生態(tài)環(huán)境與景觀受到極大破壞,急需生態(tài)修復的面積多達 173.3 hm2。筆者采用綜合生態(tài)修復模式,對濟南典型的破損山體——奧體中心開挖巖質(zhì)邊坡斷崖面開展了生態(tài)恢復,并取得了不錯的效果。在這里對所用的各種技術(shù)略作總結(jié)和介紹,以期為治理濟南其他破損山體提供實踐經(jīng)驗與借鑒。

1 項目區(qū)概況

濟南奧體中心是 2009年第十一屆全運會的主賽場之一,位于濟南市東部。地處中緯度,屬暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候區(qū),四季分明,年均氣溫 14.3℃、降水 685 mm。有棕壤、褐土、潮土、砂姜黑土、水稻土、風砂土 6個土類。植物總計有 1 175種和變種,分屬于 149科,以華北成分占絕對優(yōu)勢,其他有亞熱帶成分(多是生態(tài)幅度較大的種類)。開挖山體斷崖面位于濟南奧體中心東西兩側(cè)的體育東路和體育西路,形成的裸露高陡巖石斷崖面合計 14 100 m2,對區(qū)域環(huán)境景觀、水土保持、生態(tài)穩(wěn)定性產(chǎn)生了極大的負面影響。為了實現(xiàn)生態(tài)文明與和諧全運,需修復由于工程建設(shè)遭破壞的生態(tài)環(huán)境。

山體的巖質(zhì)為石灰?guī)r夾碎屑巖及變質(zhì)巖,坡面基本無土壤基質(zhì)。坡度大于 70°,坡體生物量極少,僅在一些坡度較緩部位有少量草本植物生存,但肉眼可辨其生理指標極弱。整個山體只見泥質(zhì)夾層偶爾有少量小灌木生長,但其株高明顯低于周圍山體同類型植物?？傊?山體經(jīng)開挖后,地表植被破壞嚴重,生態(tài)功能基本喪失,雖經(jīng)一段時間的自然擱置,但生態(tài)改觀微乎其微。

原山體上未經(jīng)采石的部位,植被覆蓋良好,喬木以松柏為主,但較為稀疏;其余為鄉(xiāng)土草本植物,以狗牙根和狗尾草為主,有少量低矮灌木,主要為金櫻子等。

2 綜合生態(tài)修復模式

在對開挖山體斷崖面邊坡進行綜合分析的基礎(chǔ)上,根據(jù)斷崖面自身的特點,依據(jù)不同的景觀要求,在開挖山體邊坡斷崖面不同位置采用不同的生態(tài)修復技術(shù)開展生態(tài)恢復,以達到景觀要求與生態(tài)修復的最優(yōu)化。具體配置方案見表1和圖1。

表1 生態(tài)修復技術(shù)及配置位置

圖1 生態(tài)修復技術(shù)及配置位置

2.1 植生袋綠化技術(shù)

本技術(shù)用于開挖山體斷崖面邊坡坡頂。采用鋪、疊方式將植生袋碼放在坡頂邊緣處實施生態(tài)修復,把植生袋砌疊成外高內(nèi)低;將坡頂徑流排入截水溝,防止其沖刷坡面。

植生袋綠化技術(shù),也稱生態(tài)袋綠化技術(shù),是將由高分子材料制作的植生袋裝滿種植土、長效復合肥、生物菌肥等綠化基材,經(jīng)連接裝置(標準連接扣、工程固定扣、錨桿、膨脹螺絲等)有效固定、疊放在邊坡上,再在其中栽種或在表面噴射植物種子的一種生態(tài)護坡技術(shù)。具體操作時注意如下內(nèi)容:

(1)先清理坡頂松散危石,然后將錨桿或膨脹螺絲固定于坡頂穩(wěn)定的巖體上,通過工程固定扣將植生袋固定于錨桿或膨脹螺絲上,使植生袋固定于穩(wěn)定的坡頂巖體上。同時用帶倒鉤的標準連接扣連接各植生袋,把鋪疊的植生袋連接為一個整體。

(2)選擇鄉(xiāng)土草灌木、蔓藤等易成活、少(免)維護的植被,采用在植生袋墻體表面噴播、壓播、圍栽、混播、插播等方法,對邊坡坡頂進行綠化。具體物種為:灌木類有檸條、小葉黃楊、紫穗槐、紫花苜蓿、多花木蘭、胡枝子等;草本類有狗牙根、沙打旺、白三葉、波斯菊、根莖羊茅、高羊茅、節(jié)水草、冰草等。

植生袋有一定的柔性變形,待植物生長到一定階段后,其發(fā)達的根系可穿透植生袋,會將各個植生袋連接成更為牢固的整體,從而實現(xiàn)水土保持、邊坡防護和綠化等多種功能。

植生袋綠化技術(shù)的優(yōu)點是施工工藝簡單,設(shè)備投入低;缺點是施工繁瑣,勞動強度大[4-5],施工效率低。通過此技術(shù)的局部應用,能有效防止坡頂徑流對坡面的沖刷。

2.2 鋼筋籠框+植生袋結(jié)合植被混凝土綠化技術(shù)

本技術(shù)用于開挖山體斷崖面邊坡坡面。

(1)鋼筋籠框 +植生袋綠化技術(shù)。將鋼筋焊接成籠框并插于巖體內(nèi)部,固定于坡面,規(guī)格大致為 1.5 m×0.7 m×0.7 m(長×寬×高);用裝入種植土的植生袋將底部封閉,側(cè)面用植生袋以砌磚式包裹,形成一個框狀種植槽;植生袋與鋼筋框之間襯以鐵絲網(wǎng),以防止植生袋由鋼筋籠框漏出、增加植生袋外側(cè)噴播混合草種的附著力;框內(nèi)添入種植基材,栽植植物,基材是由土壤、復合肥和有機質(zhì)(酒糟和鋸末)依一定比例混合而成,如圖2所示。此技術(shù)的優(yōu)點是:焊接籠框具有較大的種植空間,可栽植喬木及大型灌木,快速實現(xiàn)高層植物綠化坡面的目的。可選擇的喬木樹種有臭椿、側(cè)柏、刺槐等。

圖2 鋼筋籠框示意圖

(2)植被混凝土生態(tài)防護技術(shù)[6-7]。該技術(shù)是采用特定混凝土和混合植綠種子配方,對巖石邊坡進行防護和綠化的一種新技術(shù)。此技術(shù)的核心是植被混凝土綠化添加劑技術(shù),該技術(shù)是三峽大學的專利產(chǎn)品,它的應用不僅可以增強植被混凝土護坡和抗沖刷能力,而且可使植被混凝土不龜裂,改善植被混凝土的物理、化學特性,營造較好的植物生長環(huán)境。植被混凝土生態(tài)防護技術(shù)不僅可以較好地解決巖質(zhì)邊坡防護與快速綠化問題,而且在灌草植被與基材的共同作用下,基材的抗侵蝕性會得到進一步的增強。此外,該技術(shù)還可以保障植被快速成型。可選擇的植物種有狗牙根、紫花苜蓿、根莖羊茅、胡枝子、波斯菊、多花木蘭、紫花苜蓿、白三葉等。

(3)鋼筋籠框+植生袋結(jié)合植被混凝土綠化技術(shù)。植被混凝土生態(tài)防護技術(shù)可以快速恢復裸露邊坡植被,但在短期內(nèi)恢復的多為草本植物與灌木,無法形成喬灌草的立體生態(tài)模式。鑒于此,在進行斷崖面邊坡坡面生態(tài)修復時采用了鋼筋籠框 +植生袋綠化結(jié)合植被混凝土綠化技術(shù)。前者形成由喬木和大型灌木組成的高中層植被,后者形成由灌木與草本組成的低層植被。

2.3 巖壁砌筑毛石種植槽綠化技術(shù)

此技術(shù)主要應用在十分陡峭的具有特殊景觀要求的斷崖面邊坡坡面上。由于這些陡峭巖壁基本不具備植物生長基材附著或存蓄的條件,故而只能采取或在巖壁上開鑿坑穴,或在巖壁上砌筑小型圍擋結(jié)構(gòu),如坑、槽、臺,狀如燕窩、魚鱗,在里面種植耐干旱、貧瘠的灌喬木和藤蔓類攀爬植物,在邊坡上形成與鋼筋籠框+植生袋內(nèi)相同的梅花狀短期點式綠化、遠期藤本與木本結(jié)合面式綠化。種植前,在坑穴、槽臺內(nèi)填充好為植物生長提供養(yǎng)分和水分的種植基材(成分與鋼筋籠框植生袋內(nèi)的相同)。藤蔓類攀爬植物種植在坑穴邊緣以達到上攀下垂的效果,為加快爬藤的攀爬速度,可在坡面掛塑料網(wǎng)或鐵絲網(wǎng)。喬木類高層植物可選臭椿、側(cè)柏、刺槐等;灌木類可選砂地柏、檸條、小葉黃楊、紫穗槐、胡枝子等;爬藤類可選扶芳藤、蛇葡萄、爬山虎、葛藤等。

該技術(shù)的優(yōu)點是施工工藝簡單,適宜性強,綠化效果具長期性和易維護性,還可人為進行規(guī)劃設(shè)計以取得良好的景觀效果,較好地解決了巖石邊坡水土流失和植被恢復問題[8-10]。缺點是實現(xiàn)全坡面綠化較慢,往往需要 2～3 a甚至更長的時間[11-12]。該技術(shù)用于本斷崖面對景觀有特殊要求的陡峭、穩(wěn)定且無危石的崖壁上。

2.4 疊石擋土墻綠化技術(shù)

濟南市石材豐富,疊石景觀在園林設(shè)計中較為常用。在開挖斷崖面坡角處將形態(tài)各異的石材以水泥砂漿膠結(jié),使其成為水泥砌石墻體,墻體高 6～10m不等,厚依石材取 1 m左右。既可起到擋土墻的作用,又可在疊石間栽植花草樹木,營造園林疊石景觀效果。

在設(shè)計、施工時,石材的紋理、輪廓、造型、色彩、意韻等都是應該考慮的因素,要結(jié)合現(xiàn)代美學中點、線、面的構(gòu)圖原理來營造現(xiàn)代園林疊石景觀并根據(jù)設(shè)計意圖對天然石材稍微加工。值得注意的是:要根據(jù)石材本身的特征和周邊的自然環(huán)境,注重生態(tài)效益,盡量少用硬質(zhì)景觀,多創(chuàng)造可供植物生長的條件,使園林疊石景觀生態(tài)效益最大化。

精心選擇植物,要考慮種類、形態(tài)、高低、大小以及不同植物之間的搭配形式,宜選用常綠、耐旱、耐高溫的植物種。柔美的植物可以襯托山石的硬朗和氣勢,而石材之輔助點綴又可以讓植物顯得更加富有神韻?？傊?植物與石材搭配以求創(chuàng)造出豐富多彩的景觀?？蛇x喬木類樹種有側(cè)柏、刺槐等;灌木類有砂地柏、迎春、多花木蘭、紫花苜蓿、小葉黃楊、紫穗槐、胡枝子、黃薔薇等;草本植物有波斯菊、繡線菊等。

該方法的優(yōu)點是施工工藝簡單,景觀效果較好,具長期性和易維護性,還可人為進行規(guī)劃設(shè)計以取得良好的景觀效應,快速解決綠化與景觀問題;缺點是造價較高。該方法用于本斷崖坡面坡腳位置,具有擋土墻與園林疊石景觀的雙重功效。

3 綜合生態(tài)修復模式效果分析

(1)植被蓋度與景觀效果。據(jù)監(jiān)測:工程完工 3個月后,坡頂及坡面沒有特殊景觀要求區(qū)域的植被蓋度達到 90%以上,坡面有特殊景觀要求及坡腳區(qū)域植被蓋度約為 60%。修復后的坡體,雖與周邊自然生態(tài)景觀還有差異,但比修復前已有了質(zhì)的區(qū)別,生態(tài)、景觀效應初現(xiàn)。相信隨時間的推移和種植槽內(nèi)藤本植物的生長,坡體植被蓋度將會繼續(xù)提高,景觀效果也會更加顯著。

(2)栽植苗木成活率與物種發(fā)芽率。栽植苗木成活率可以反映栽植苗木對立地條件及氣候的適應性。據(jù)調(diào)查:完工 3個月后,喬木類臭椿、側(cè)柏、刺槐等,灌木類砂地柏、檸條、小葉黃楊、紫穗槐、紫花苜蓿、多花木蘭、胡枝子等,爬藤類扶芳藤、蛇葡萄、金銀花、五葉地錦、爬山虎、葛藤等,草本類狗牙根、白三葉、波斯菊、根莖羊茅、高羊茅、冰草、繡線菊等,都表現(xiàn)出良好的生態(tài)適應性,是本地區(qū)相似立地條件區(qū)域生態(tài)修復可以選擇的先鋒植物物種。

(3)邊坡危害防治與水土保持。通過生態(tài)修復,崩塌危害得到一定遏制,加之坡腳園林疊石攔擋作用,有效保障了邊坡下公路的安全運行。另外,邊坡植被把部分降雨滯留于坡面,既可為植被生長提供水分,又可減少地表徑流,減輕公路路面雨天排水壓力。隨著植被的生長,因汽車噪聲、廢氣排放和夜間行車燈光對沿線帶來的環(huán)境污染會得到一定改善,路容也會得到美化,有利于行車安全。

4 結(jié) 語

近年來,邊坡的生態(tài)修復技術(shù)得到了較快發(fā)展和廣泛應用,并取得了較好的生態(tài)效益和社會效益。依據(jù)濟南奧體中心開挖巖質(zhì)邊坡斷崖面的特點及景觀要求,采用多種方式對邊坡進行了生態(tài)修復,取得了不錯的生態(tài)效益和景觀效果,為濟南周邊破損山體的生態(tài)修復提供了多種適宜的修復技術(shù)和工程實踐經(jīng)驗,對于今后生態(tài)修復工作具有一定的借鑒意義。在實際工程應用中,應該根據(jù)工程狀況,因地制宜,選擇合適的生態(tài)修復技術(shù),同時不斷開拓創(chuàng)新,對邊坡進行綜合治理,實現(xiàn)“一坡數(shù)模式、一坡一方案”。

[1]余新曉,牛健植,徐軍亮.山區(qū)小流域生態(tài)修復研究[J].中國水土保持科學,2004,2(1):4-10.

[2]李洪遠,鞠美庭.生態(tài)恢復的原理與實踐[M].北京:化學工業(yè)出版社,2005.

[3]逄勇,朱偉,王華,等.濱江水體水質(zhì)改善、生態(tài)修復理論及應用[M].北京:科學出版社,2008.

[4]鄧輔唐,鄧輔商.植生袋在高速公路石質(zhì)邊坡生態(tài)防護中的應用[J].中國水土保持,2005(1):42-43.

[5]江賢圣.植生袋生態(tài)防護的設(shè)計與施工研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學,2007,35(23):7 245-7 247.

[6]許文年,王鐵橋,葉建軍.巖石邊坡護坡綠化技術(shù)應用研究[J].水利水電技術(shù),2002,33(7).

[7]許文年,王鐵橋,葉建軍.工程邊坡綠化技術(shù)初探[J].三峽大學學報:自然科學版,2001,23(6).

[8]高麗霞,劉水,陳陽春,等.廣州南沙采石場植被生態(tài)修復工程土建技術(shù)應用及評價[J].廣東林業(yè)科技,2008,24(1).

[9]夏長華,方雪松.北京建材化工廠采石場邊坡生態(tài)修復施工實踐[J].地質(zhì)災害與環(huán)境保護,2008,19(3):90-94.

[10]吳長文,章夢濤.裸露山體缺口生態(tài)治理[M].北京:科學出版社,2007.

[11]章恒江,章夢濤,付奇峰.巖質(zhì)坡面噴混快速綠化新技術(shù)[J].國外公路,2000,20(5):30-32.

[12]張鳳,申歡華.柯家山采礦場生態(tài)環(huán)境恢復治理工程[J].西部探礦工程,2006,18(9):279-281.