裸露山體生態(tài)修復(fù)技術(shù)研究

張懷生

(遼寧省喀左縣水利局)

1 裸露山體的基本特點及恢復(fù)生態(tài)學(xué)理論

裸露山體一般都是在工程建設(shè)過程中對自然山體破壞而形成的，以邊坡裸露、水土流失嚴重、土壤貧乏等為特征。按形成的因素不同，一般具體表現(xiàn)為采石(礦)場的開采坑口、關(guān)停坑口、廢棄坑口、遺留邊坡和公路、鐵路等開采、開挖缺口。滑坡、崩崗等自然災(zāi)害也能導(dǎo)致山體裸露。與自然山地水土流失相比，裸露山體具有以下特點:①由于山體被人為開挖，遺留的多為巖質(zhì)邊坡，其水土流失程度十分嚴重，土壤、水分以及有機質(zhì)缺乏，幾乎沒有土地生產(chǎn)力，自然條件下植被極難恢復(fù);②生態(tài)景觀遭受破壞，治理裸露山體應(yīng)該以改善生態(tài)景觀為主要目標，促進人與自然和諧;③治理難度大，治理措施的技術(shù)含量高，治理投入大;④大面積裸露山體將影響局部生態(tài)環(huán)境的健康發(fā)展，影響區(qū)域植被間的信息以及能量等流通。

要全面、科學(xué)、系統(tǒng)地分析和開發(fā)出有效的生態(tài)修復(fù)技術(shù)，就須在恢復(fù)生態(tài)學(xué)理論的基礎(chǔ)上，深入了解生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)機理和演替規(guī)律?；謴?fù)生態(tài)學(xué)應(yīng)用了許多學(xué)科的理論，但最主要的還是生態(tài)學(xué)理論，這些理論主要有:限制性因子原理(尋找生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的關(guān)鍵因子)、熱力學(xué)原理(確定生態(tài)系統(tǒng)能量流動特性)、種群密度制約以及分布格局原理(確定物種的空間配置)、生態(tài)適應(yīng)性理論(盡量采用鄉(xiāng)土種進行生態(tài)恢復(fù))、生態(tài)位原理(合理安排生態(tài)系統(tǒng)中的物種及其位置)、生態(tài)演替理論(縮短恢復(fù)時間，極端退化的生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)時演替理論不適用，但是具有指導(dǎo)作用)、植物入侵理論、生物多樣性原理(引進物種時強調(diào)生物多樣性，生物多樣性可能使恢復(fù)的生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定)、綴塊—廊道—基底理論(從景觀層次考慮景觀破碎化和整體土地利用方式)等等。

2 裸露山體生態(tài)規(guī)劃設(shè)計原則及物種遴選配置原則

裸露山體生態(tài)修復(fù)的基本任務(wù)是保持邊坡穩(wěn)定和恢復(fù)邊坡植被，最終的目標是基本恢復(fù)原有的結(jié)構(gòu)和功能。山體穩(wěn)定是實現(xiàn)生態(tài)恢復(fù)的前提，在進行生態(tài)恢復(fù)之前必須排除崩塌和落石隱患。生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)是有一定過程的，是遵循自然演替規(guī)律的，所以，裸露山體生態(tài)修復(fù)的規(guī)劃設(shè)計主要應(yīng)從如下幾方面開展。

2.1 現(xiàn)狀調(diào)查分析

主要目的是調(diào)查生態(tài)因子，綜合分析裸露山體各種生態(tài)環(huán)境因子的變化規(guī)律及趨勢，明確裸露山體的生態(tài)修復(fù)重點，獲取必要的基礎(chǔ)資料。

2.2 總體規(guī)劃

(1)確定規(guī)劃范圍、時間、恢復(fù)目標和任務(wù)。

(2)由于自然地理、氣候環(huán)境、立地條件和人為干擾等因素的不同，對裸露山體進行生態(tài)修復(fù)可以形成不同類型的植物群落。因為每個裸露區(qū)的植物群落不同，在對不同裸露區(qū)進行生態(tài)恢復(fù)的時候應(yīng)該針對裸露區(qū)周圍群落類型而遴選物種。所以，有必要對恢復(fù)對象分類、分區(qū)實施計劃，形成一個可行性規(guī)劃方案，使恢復(fù)的生態(tài)向健康穩(wěn)定的方向發(fā)展，恢復(fù)后的裸露山體能夠盡可能地與周邊生態(tài)系統(tǒng)相融合。

(3)對于土壤退化及生態(tài)環(huán)境改變程度不嚴重的裸露區(qū)域，可參照原有生態(tài)系統(tǒng)植物群落的組成與結(jié)構(gòu)，對系統(tǒng)進行修復(fù)。但是很多裸露區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)都發(fā)生了難以逆轉(zhuǎn)的變化，特別是那些土壤基質(zhì)發(fā)生徹底改變的裸露山體類型，其生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)大多選擇重建的方法。應(yīng)結(jié)合裸露區(qū)域的退化狀況、系統(tǒng)未來的作用、周圍的景觀背景規(guī)劃設(shè)計生態(tài)恢復(fù)目標，使得整個恢復(fù)后的生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)過長時間的演替，能夠具有一定的抵抗力，保持良好的能量流動和物質(zhì)循環(huán)。

2.3 生態(tài)恢復(fù)工程設(shè)計原則

裸露山體生態(tài)恢復(fù)工程設(shè)計應(yīng)遵循以下原則:

(1)協(xié)調(diào)性原則。裸露山體的生態(tài)恢復(fù)應(yīng)符合總體規(guī)劃，與周圍景觀相協(xié)調(diào)。根據(jù)周圍環(huán)境和生態(tài)經(jīng)濟總體規(guī)劃，可將裸露山體缺口設(shè)計為工業(yè)園區(qū)、山莊別墅、景點公園等。

(2)控制水土流失與土地開發(fā)整治相結(jié)合原則。裸露山體缺口破壞了原有生態(tài)系統(tǒng)，造成了嚴重的水土流失，因此，裸露山體缺口生態(tài)恢復(fù)必須以有效控制水土流失為前提。

(3)生態(tài)自然修復(fù)與景觀再造相結(jié)合原則。裸露山體缺口由于其形態(tài)、顏色與周圍環(huán)境形成強烈反差，屬于生態(tài)脆弱帶，因此，必須以恢復(fù)生態(tài)學(xué)、景觀生態(tài)學(xué)原理為依據(jù)，同時與景觀再造相結(jié)合，增加景觀異質(zhì)性與多樣性，提高視覺效果。

(4)生態(tài)效益、社會效益和經(jīng)濟效益統(tǒng)籌兼顧原則。現(xiàn)代城鄉(xiāng)應(yīng)是自然—經(jīng)濟—社會復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)，不能一味注重經(jīng)濟效益提高而忽略對生態(tài)的保護，更不能以犧牲生態(tài)環(huán)境為代價來追求經(jīng)濟效益的增長。裸露山體生態(tài)恢復(fù)應(yīng)既恢復(fù)其生態(tài)功能，又盡可能地發(fā)揮土地的使用價值，在生態(tài)、社會和經(jīng)濟方面均發(fā)揮最大效益。

2.4 物種遴選及配置原則

裸露山體對植被生長影響最大的就是土壤貧瘠和水分缺乏，因此，用于裸露山體生態(tài)修復(fù)的物種一般應(yīng)具備以下特點:①耐干旱貧瘠，適應(yīng)性強;②根系發(fā)達，能夠固持土壤，涵養(yǎng)水分;③生命力強，管理簡單;④生長迅速，分枝稠密;⑤樹冠濃密，落葉豐富，易于分解。

在具體選擇時，應(yīng)遵循以下原則:

(1)鄉(xiāng)土化和地帶性原則。要根據(jù)裸露山體地區(qū)的氣候特點，選擇處于同一氣候帶的植物品種，主要的物種要具有自我繁殖能力，易與當?shù)刂脖蝗诤?，這樣有利于保持長久并產(chǎn)生近于自然修復(fù)效果。優(yōu)先選用鄉(xiāng)土植物、地帶性植物，對植物群落的健康和加快生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)有著重要的意義，同時可以避免由于引進物種而帶來的一系列問題。

(2)物種多樣性原則。防治山體邊坡應(yīng)盡可能地采取喬、灌、草相結(jié)合的方式進行綠化，使之盡量符合當?shù)氐闹参锶郝浣Y(jié)構(gòu)，并走向本地化。為實現(xiàn)物種多樣性，應(yīng)喬灌優(yōu)先，喬灌草結(jié)合，慎用藤本。

(3)根系發(fā)達原則。根系發(fā)達的植物不但能夠很好地固持土壤，保護邊坡上的生長基質(zhì)，而且還可以吸收巖石裂隙內(nèi)的深層水分，有較強的生命力。裸露山體邊坡植被生境惡劣，坡面保水能力差，植物生長發(fā)育非常困難，所以，應(yīng)該堅持以深根性喬灌為主。

(4)遵照生態(tài)位原理，灌草立體配置、深根和淺根植物相結(jié)合原則。植被生長在時空上也存在一定的競爭，在選擇物種的時候應(yīng)該從時空角度來配置冷季和暖季型物種。從空間立體、景觀效果來看，宜選用喬灌草空間配置。從植物營養(yǎng)吸收以及坡面的穩(wěn)定方面來考慮，宜深根和淺根植物相結(jié)合。植物根系對邊坡的防護作用是深層錨固、淺層加筋。

(5)具有較好的改良土壤能力和互利共生原則。裸露山體植被生態(tài)修復(fù)必須要考慮植物個體和種群的關(guān)系，既要迅速達到綠化效果，又要持久不衰，保持生物多樣性，構(gòu)成穩(wěn)定的多物種立體植被結(jié)構(gòu)。植物都有各自的生物特性，物種間多會出現(xiàn)競爭和侵入性。因此，考慮物種互利共生關(guān)系，應(yīng)該盡量選擇落葉量大或者固氮能力強的植物，以便改良土壤，為其他植物生長創(chuàng)造條件。

3 裸露山體生態(tài)修復(fù)技術(shù)探討

裸露山體的破壞類型較多，對不同的破壞類型所采取的修復(fù)方法一般也不一樣。以下就針對北京至四平高速公路遼寧省朝陽段的巖質(zhì)邊坡生態(tài)修復(fù)進行探討。

3.1 工藝流程

植槽復(fù)綠時，應(yīng)首先清理坡面浮石，加固不穩(wěn)定面，設(shè)置截水溝和排水溝。而后的具體施工工藝為:搭腳手架—打錨桿—配筋—制摸版—配置營養(yǎng)土—安裝微灌系統(tǒng)—植苗和種草—養(yǎng)護管理。

3.1.1 搭腳手架

較陡的坡面種植槽施工時，為確保施工安全和質(zhì)量，按相關(guān)標準要求搭設(shè)腳手架是十分必要的。具體包括立桿、大橫桿搭設(shè)、小橫桿搭設(shè)、錨固鋼筋、搭設(shè)平臺、中間支撐和活動腳板搭設(shè)、剪刀撐、安全網(wǎng)和安全防護欄搭設(shè)等。

3.1.2 打錨桿

主筋采用Φ16－20鋼熱軋帶肋鋼筋，主筋長650－1 000 mm，采用風鉆或在與巖面成45°角方向向巖面鉆孔≥250 mm深，將主筋插入孔內(nèi)≥200 mm深，用1∶2水泥沙漿灌注固定主筋，錨入巖體的主筋間距250 mm左右。經(jīng)計算，這樣的配置強度能達到設(shè)計要求。

3.1.3 制模板

模板采用厚度≥20 mm的木板或10 mm厚的膠合板，采用鐵絲綁接固定，上下模板間距50 mm左右。

3.1.4 配水泥料

采用C20砼水泥料，各組料必須攪拌均勻稱重誤差≤2%，所用水泥和骨料需達到國家相關(guān)標準。

3.1.5 現(xiàn)澆槽板

現(xiàn)澆槽板寬450－600 mm，鋼筋保護層厚度30－20 mm?；炷翝茶T應(yīng)連續(xù)進行，如果因故中止且超過允許時間，則應(yīng)按施工接縫處理。每排槽板間距1.5－3 m。

3.1.6 配置營養(yǎng)土

種植槽容積有限，雖然比噴混植生土層厚度增加很多，可達到35－50 cm左右，但與地面種植相比土層還是比較薄的。因此，基質(zhì)必須科學(xué)配置，保水、保肥并能滿足植物長期生長需要。

3.1.7 安裝集雨微灌裝置

高陡坡面不保水容易給綠化造成極大困難，為節(jié)約用水和便于養(yǎng)護，設(shè)置集雨節(jié)水微灌裝置是必要的。滴灌裝置安裝主管采用 Φ100和 Φ50PVC管，支管采用Φ25PVC管，滴灌管我們推薦使用價格稍貴但敷設(shè)長度長、具有自動壓力補償功能、受路線縱坡影響較小、灌水均勻度較高的壓力補償式滴灌管?？紤]到水源水質(zhì)多樣，礦化度和水中懸浮物數(shù)量有可能偏大，所以，滴灌管出水口流量不應(yīng)選得太小，以防化學(xué)與生物阻塞。本工程使用的滴灌管主要技術(shù)參數(shù)如下:(1)直徑16 mm，壁厚1.20 mm;(2)工作壓力50－350 kPa，設(shè)計工作壓力150 kPa;(3)滴水口間距100 cm;(4)滴水口單口流量:1.0－4.0 L/h。本設(shè)計工作壓力150 kPa，其滴水口單口流量為2.75 L/h。為集雨可在坡頂或坡底修建蓄水池。

3.2 植物配置

種植槽種植基質(zhì)容積有限，坡面又經(jīng)常處于低養(yǎng)護或無養(yǎng)護狀態(tài)，這就對植物的配置提出了更高的要求。種植槽植物配置原則如下。

3.2.1 灌草藤立體配置

生態(tài)治理中一個重要問題是防止復(fù)綠植物退化。工程實踐表明，單一種草雖可實現(xiàn)快速綠化，但經(jīng)常退化。灌草藤立體配置是解決這個問題的有效途徑。灌木的深根有加錨桿作用，草本的淺根有加筋作用，兩者結(jié)合具有良好的護坡效果。種植槽種植能上爬下掛的藤本植物，對于坡面綠化覆蓋也很重要。

3.2.2 豆科與非豆科植物組合

豆科植物根部有根瘤，在固氮菌作用下可轉(zhuǎn)化空氣中的游離氮成為氮肥，實現(xiàn)在低養(yǎng)護條件下氮營養(yǎng)的長期可持續(xù)供給。

3.2.3 鄉(xiāng)土植物應(yīng)用

在長期的自然選擇中，鄉(xiāng)土植物形成了對當?shù)赝寥?、氣候等生態(tài)因子的良好適應(yīng)能力，在無養(yǎng)護或低養(yǎng)護條件下，種植槽種植植物能否成功很大程度上取決于鄉(xiāng)土植物的應(yīng)用。

4 結(jié)論

具體工程實踐證明，在裸露山體和廢渣堆積體的生態(tài)修復(fù)中，綜合應(yīng)用植被混凝土生態(tài)護坡綠化技術(shù)和防沖刷基材(PEB)生態(tài)護坡技術(shù)比較適合實際情況，體現(xiàn)出技術(shù)的科學(xué)性。實施單位能快而準地把握施工工藝，保證施工的順利進行。在經(jīng)濟上最節(jié)約，包括其邊際成本和邊際效益都能達到令人滿意的程度。能真正實現(xiàn)固土護坡、快速復(fù)綠、回歸自然的生態(tài)修復(fù)目標，可最大限度地減少人工修復(fù)痕跡，使人感受到和諧之美。

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