現(xiàn)澆網(wǎng)格生態(tài)護(hù)坡技術(shù)研究——以延慶試驗(yàn)區(qū)為例

陳 瓊，高甲榮，王 穎，王建軍

(1.北京林業(yè)大學(xué)水土保持學(xué)院，北京 100083;2.內(nèi)蒙古和信源生態(tài)工程研發(fā)中心，呼和浩特 010000)

1 研究背景

近年來(lái)隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，開(kāi)發(fā)建設(shè)項(xiàng)目不斷增多，各種公路、鐵路、礦山以及水電坡壩建設(shè)的開(kāi)挖形成了大量無(wú)法恢復(fù)植被的巖土邊坡，導(dǎo)致原生植被和動(dòng)物棲息地被破環(huán)、水土流失，以及局部環(huán)境惡化等一系列生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，給人民的生命財(cái)產(chǎn)造成了極大的損失。尤其是在礦產(chǎn)資源豐富、開(kāi)采頻繁、道路建設(shè)較多、生態(tài)環(huán)境破壞嚴(yán)重的高寒干旱區(qū)域［1－3］。然而，我國(guó)的生態(tài)護(hù)坡工程技術(shù)研究較晚，尚處于初級(jí)階段，目前我國(guó)市場(chǎng)上存在的生態(tài)護(hù)坡技術(shù)，如漿砌石護(hù)坡技術(shù)、鋼筋混凝土框架植草護(hù)坡技術(shù)、客土噴播護(hù)坡技術(shù)、漿砌片石骨架植草護(hù)坡技術(shù)、生態(tài)袋護(hù)坡技術(shù)、框格梁護(hù)坡技術(shù)、生態(tài)磚護(hù)坡技術(shù)等，雖然取得了優(yōu)異成績(jī)，但沒(méi)有一項(xiàng)生態(tài)護(hù)坡技術(shù)能夠適用于我國(guó)北方高寒、干旱地區(qū)。高寒、干旱地區(qū)的護(hù)坡技術(shù)一直處于空白，因此，研發(fā)一套適用于這一氣候地區(qū)公路、鐵路、礦山、水電坡壩等邊坡生態(tài)護(hù)坡技術(shù)是十分必要且重要的。

本文所研究的現(xiàn)澆網(wǎng)格生態(tài)護(hù)坡技術(shù)創(chuàng)新性地采用了蓄水保土的魚(yú)鱗坑型護(hù)坡網(wǎng)格，結(jié)合抗沖刷基質(zhì)、鄉(xiāng)土護(hù)坡植物綜合的生態(tài)護(hù)坡的模式，正是一種能夠應(yīng)用于我國(guó)北方高寒、干旱少雨地區(qū)的生態(tài)護(hù)坡新型技術(shù)，為了探討這種新型護(hù)坡技術(shù)在邊坡治理中的適應(yīng)性及護(hù)坡效果，對(duì)延慶試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行了一系列調(diào)查研究。成果表明:該技術(shù)護(hù)坡能力強(qiáng)，護(hù)坡植物成活率高，覆蓋率高，對(duì)邊坡可以起到改善土壤理化性質(zhì)、減輕徑流侵蝕的作用，水土保持效果顯著。該技術(shù)在各類(lèi)邊坡生態(tài)防護(hù)中的推廣應(yīng)用具有重要意義。

2 現(xiàn)澆網(wǎng)格生態(tài)護(hù)坡技術(shù)體系

現(xiàn)澆網(wǎng)格生態(tài)護(hù)坡技術(shù)作為一種新型的生態(tài)護(hù)坡技術(shù)，是通過(guò)植物與現(xiàn)澆網(wǎng)格工程相結(jié)合的方式達(dá)到護(hù)坡目的，該技術(shù)主要是利用特制專(zhuān)利模板在邊坡上現(xiàn)場(chǎng)澆筑鋼筋混凝土魚(yú)鱗型網(wǎng)格護(hù)坡，網(wǎng)格內(nèi)覆蓋抗沖刷基質(zhì)，種植抗逆性強(qiáng)的本土植物的一套綜合生態(tài)護(hù)坡模式，故現(xiàn)澆網(wǎng)格生態(tài)護(hù)坡技術(shù)體系共有現(xiàn)澆網(wǎng)格生態(tài)護(hù)坡模板、抗沖刷基質(zhì)材料和本土植物選擇3大部分。

(1)現(xiàn)澆網(wǎng)格生態(tài)護(hù)坡模板是以模具樹(shù)脂或橡膠、塑料等為原料加工而成的一種現(xiàn)場(chǎng)澆筑網(wǎng)格生態(tài)護(hù)坡的專(zhuān)用模板?，F(xiàn)澆網(wǎng)格生態(tài)護(hù)坡模板是在板的正面開(kāi)有4條或1條斜向相互交錯(cuò)的溝槽，溝槽的上邊寬度大于其底部的寬度，形成整齊、均一的生態(tài)護(hù)坡網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，達(dá)到穩(wěn)定坡面的目標(biāo)。目前該模板共有斜網(wǎng)格和縱橫網(wǎng)格2大類(lèi)型，1 180 mm×620 mm、1 700 mm×620 mm等5種規(guī)格，模板設(shè)計(jì)及剖面圖見(jiàn)圖1、圖2。

圖1 現(xiàn)澆網(wǎng)格生態(tài)護(hù)坡模板設(shè)計(jì)圖示Fig.1 Design of the template of ecological slope protection by cast-in-situ grid

圖2 網(wǎng)格鋼筋混凝土澆筑成型剖面圖Fig.2 Profile of the grids poured from reinforced concrete

(2)抗沖刷基質(zhì)材料是一種由壤土、草炭土、秸稈、有機(jī)肥和黏結(jié)劑組成的混合材料，是與現(xiàn)澆網(wǎng)格生態(tài)護(hù)坡技術(shù)配合使用的，其主要作用是在網(wǎng)格內(nèi)形成土壤保護(hù)層，截流雨水，減少水土流失，另外抗沖刷基質(zhì)材料也能為植物的正常生長(zhǎng)提供部分營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。根據(jù)壤土、草炭土、有機(jī)肥、黏結(jié)劑等材料的比例，目前已配置了5種適用于不同土壤、坡度的抗沖刷基質(zhì)材料，分別編號(hào)為 G1，G2，G3，G4，G5。

(3)鄉(xiāng)土植物對(duì)生長(zhǎng)地的生態(tài)環(huán)境適應(yīng)性極強(qiáng)，運(yùn)用于生態(tài)護(hù)坡中，可在短期內(nèi)形成植物群落，豐富護(hù)坡區(qū)域范圍內(nèi)生物多樣性。鑒于鄉(xiāng)土植物對(duì)地域環(huán)境的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，對(duì)于現(xiàn)澆網(wǎng)格生態(tài)護(hù)坡技術(shù)而言，應(yīng)根據(jù)不同生態(tài)環(huán)境條件選用不同種類(lèi)的鄉(xiāng)土植物。

3 試驗(yàn)區(qū)研究

3.1 試驗(yàn)區(qū)概況

現(xiàn)澆網(wǎng)格生態(tài)護(hù)坡技術(shù)水土保持試驗(yàn)在北京延慶縣研究地進(jìn)行，延慶縣地處北京市西北部，距北京市區(qū)74 km，是首都北京的北大門(mén)。地理位置東經(jīng)115°44'～116°34'，北緯 40°16'～ 40°47'，平均海拔500 m，屬溫帶與中溫帶、半干旱與半濕潤(rùn)帶的過(guò)渡地帶;氣候冬冷夏涼，年平均氣溫8℃，年平均降水量494 mm。示范基地小區(qū)規(guī)格為16 m×7 m，坡比為1∶1，面積112 m2，向陽(yáng)土質(zhì)邊坡。工程于2007年6月下旬施工，7月中旬完工。

3.2 施工流程

施工前首先要整平、夯實(shí)坡面。在整平的坡面上按規(guī)格為1 700 mm×620 mm的模板溝槽位置安置鋼筋，并固定在邊坡上，然后將模板按照鋼筋的擺放覆蓋在邊坡上，固定好后，從模板的溝槽處澆筑混凝土，澆筑的時(shí)候保證混凝土能停留在模板的斜槽內(nèi)，不出會(huì)現(xiàn)漏漿現(xiàn)象，不污染植物種植池，形成規(guī)格的魚(yú)鱗坑狀護(hù)坡網(wǎng)格，然后在網(wǎng)格內(nèi)按照每格3株栽植護(hù)坡植物金葉蕕，最后在表層鋪設(shè)5 cm的3#抗沖刷基質(zhì)材料。

3.3 監(jiān)測(cè)方案

植物的生長(zhǎng)特性和適宜性是護(hù)坡效果的重要指標(biāo)。本研究采取隨機(jī)取樣和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的方法，對(duì)現(xiàn)澆網(wǎng)格內(nèi)種植的金葉蕕的生長(zhǎng)特性進(jìn)行全面觀察，并對(duì)該坡面完工1 a以及4 a后金葉蕕的成活率、生長(zhǎng)高度和蓋度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。并且對(duì)原始坡面和完工4 a后的坡面土壤進(jìn)行取樣分析，從而探討現(xiàn)澆網(wǎng)格生態(tài)護(hù)坡技術(shù)的適宜性以及邊坡防護(hù)的效果。

3.4 結(jié)果與分析

3.4.1 植物生長(zhǎng)情況

植物的生長(zhǎng)情況不單影響坡面的視覺(jué)效果，而且會(huì)影響后期護(hù)坡的效果和控制水土流失的能力［4－7］，是展現(xiàn)護(hù)坡生態(tài)環(huán)境效益的最直接的方式。本試驗(yàn)實(shí)地調(diào)查監(jiān)測(cè)顯示，施工完成一年后，金葉蕕的成活率都在90%以上，表明金葉蕕在試驗(yàn)區(qū)適應(yīng)性良好。2011年6月，施工完成4 a后的調(diào)查結(jié)果顯示，試驗(yàn)小區(qū)金葉蕕的成活率達(dá)到94.3%，金葉蕕新生枝葉繁茂，每株枝條平均生物量可達(dá)到29.3 g，平均株高為33.07 cm，平均覆蓋度為533 cm2，具體株高、覆蓋度情況如表1所示。

從植物的生長(zhǎng)情況來(lái)看，金葉蕕的高度及覆蓋度隨著時(shí)間的推移都是呈上升趨勢(shì)的，且相對(duì)于裸露邊坡，現(xiàn)澆網(wǎng)格生態(tài)護(hù)坡技術(shù)的網(wǎng)格內(nèi)形成了一個(gè)有利于植物生長(zhǎng)的微環(huán)境，網(wǎng)格內(nèi)鋪設(shè)的抗沖刷基質(zhì)材料為植物的正常生長(zhǎng)提供更適宜的環(huán)境，并結(jié)合魚(yú)鱗狀的網(wǎng)格模板有效地?cái)r截了更多的雨水，使得金葉蕕在網(wǎng)格內(nèi)得到了良好的生長(zhǎng)，枝繁葉茂，生物量增加，從而短期內(nèi)就能達(dá)到一定的景觀和改善棲息環(huán)境的效果。

表1 現(xiàn)澆網(wǎng)格生態(tài)護(hù)坡技術(shù)網(wǎng)格內(nèi)金葉蕕的株高、覆蓋度情況Table 1 Statistics of height and coverage of Caryopteris clandonensis in the cast-in-situ grids

3.4.2 土壤改良情況

邊坡土壤是植物形成、生長(zhǎng)、演替的基礎(chǔ)，土壤養(yǎng)育植被，而植被也反過(guò)來(lái)穩(wěn)定、改善土壤條件［8－9］，故土壤的改良情況是生態(tài)護(hù)坡效果的重要指標(biāo)之一。在2011年6月的調(diào)查中，分別取金葉蕕根部附近土壤及空白對(duì)照實(shí)驗(yàn)小區(qū)土壤各50 g，測(cè)定土壤中有機(jī)質(zhì)、全氮、速效磷、速效鉀、pH值等理化指標(biāo)的變化。分析結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 現(xiàn)澆網(wǎng)格生態(tài)護(hù)坡技術(shù)網(wǎng)格內(nèi)土壤理化性質(zhì)變化情況Table 2 Variations of soil’s physical and chemical properties in the cast-in-situ grids

由表2可見(jiàn)，金葉蕕對(duì)該地區(qū)土壤起到了改良作用，數(shù)據(jù)顯示，土壤中機(jī)質(zhì)增加了28.11 g/kg，全氮增加了0.72 g/kg，速效磷增加了11.25 mg/kg，速效鉀增加了33.74 mg/kg，pH 下降了0.71。結(jié)果說(shuō)明:一方面由于現(xiàn)澆網(wǎng)格生態(tài)護(hù)坡技術(shù)的抗沖刷基質(zhì)材料一定程度地改善了土壤的理化性質(zhì);一方面現(xiàn)澆網(wǎng)格生態(tài)護(hù)坡技術(shù)有利于植物的生長(zhǎng)，而隨著植物的生長(zhǎng)將促進(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)的礦化作用和坡面土壤腐殖質(zhì)的合成，增加土壤有機(jī)質(zhì)的含量，故現(xiàn)澆網(wǎng)格生態(tài)護(hù)坡技術(shù)對(duì)坡面土壤的理化性質(zhì)有明顯改良作用，其改善了坡面的立地條件，有效修復(fù)了各種工程施工對(duì)邊坡生態(tài)環(huán)境造成的損害。

3.4.3 技術(shù)經(jīng)濟(jì)成本

對(duì)于一項(xiàng)生態(tài)護(hù)坡技術(shù)的推廣應(yīng)用，除護(hù)坡效果，改善環(huán)境能力等生態(tài)效益外，該技術(shù)的施工過(guò)程，施工效率及后期養(yǎng)護(hù)等經(jīng)濟(jì)指標(biāo)也至關(guān)重要?，F(xiàn)澆網(wǎng)格生態(tài)護(hù)坡技術(shù)與其他技術(shù)成本、費(fèi)用比較見(jiàn)表3。

由表3可見(jiàn)，框格梁護(hù)坡技術(shù)、蜂巢式護(hù)坡技術(shù)及現(xiàn)澆網(wǎng)格生態(tài)護(hù)坡技術(shù)在施工效率、施工成本上沒(méi)有太大區(qū)別，但從護(hù)坡養(yǎng)護(hù)上來(lái)講，現(xiàn)澆網(wǎng)格生態(tài)護(hù)坡技術(shù)勝其他護(hù)坡技術(shù)一籌，這主要是由于現(xiàn)澆網(wǎng)格護(hù)坡技術(shù)采取了魚(yú)鱗坑技術(shù)、抗逆性植被、抗沖刷保水固土等措施，使得后期養(yǎng)護(hù)費(fèi)用降低，養(yǎng)護(hù)時(shí)間減少為1～2 a。

表3 現(xiàn)澆網(wǎng)格生態(tài)護(hù)坡技術(shù)與其他技術(shù)成本、費(fèi)用比較Table 3 Costs and other expenses of cast-in-situ grids compared with other techniques

4 結(jié)論

(1)通過(guò)試驗(yàn)區(qū)對(duì)植物的生長(zhǎng)情況及土壤改良的研究可以看出，現(xiàn)澆網(wǎng)格生態(tài)護(hù)坡技術(shù)的魚(yú)鱗坑網(wǎng)格設(shè)計(jì)及抗沖刷基質(zhì)的配置為植物的生長(zhǎng)提供了良好的條件，鄉(xiāng)土植物護(hù)坡成活率高，且改善了網(wǎng)格內(nèi)土壤的理化性質(zhì)，有效修復(fù)了由于各種工程施工對(duì)邊坡生態(tài)環(huán)境造成的損害，所以該技術(shù)在保持水土、改良土壤、恢復(fù)生態(tài)環(huán)境方面效果顯著。

(2)通過(guò)與框格梁護(hù)坡技術(shù)和蜂巢式網(wǎng)格技術(shù)的經(jīng)濟(jì)對(duì)比可以看出，雖然現(xiàn)澆網(wǎng)格生態(tài)護(hù)坡技術(shù)的施工成本相對(duì)于其他技術(shù)并沒(méi)有太大區(qū)別，但由于其采取了魚(yú)鱗坑技術(shù)、抗逆性植被、抗沖刷保水固土等措施，使得后期養(yǎng)護(hù)時(shí)間短，養(yǎng)護(hù)費(fèi)用低，能夠?yàn)樯鐣?huì)節(jié)省更多的財(cái)力、物力，所以直接經(jīng)濟(jì)效益顯著。

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