邊坡生態(tài)修復(fù)群落設(shè)計與工法組合模式研究

唐彬童，辜 彬

(四川大學 生命科學學院/生物資源與生態(tài)環(huán)境教育部重點實驗室，四川 成都 610065)

1 研究背景

我國是多山國家，大型工程建設(shè)往往伴隨著山體破壞產(chǎn)生大量人工創(chuàng)面(邊坡)。這些裸露的山體邊坡不僅容易造成水土流失、邊坡坍塌等，還很大程度上破壞了自然生態(tài)環(huán)境，因此必須對山體邊坡進行治理。

治理工作分為工程治理和生態(tài)治理。工程治理主要包括工程防護、地質(zhì)災(zāi)害防治等，目的是增強工程的穩(wěn)定性，保護建設(shè)工程的安全和人居環(huán)境安全；生態(tài)治理的主要工作為植被恢復(fù)，達到植被護坡、恢復(fù)邊坡景觀的目的。

生態(tài)治理技術(shù)(邊坡生態(tài)修復(fù)技術(shù))主要分為植被群落設(shè)計和輔助植被生長的工法。山體破壞的方式多種多樣，形成的邊坡立地條件非常復(fù)雜。為了應(yīng)對復(fù)雜的邊坡條件，實施邊坡生態(tài)工程，開發(fā)出了許多各具特色的邊坡植被恢復(fù)工法，如耐貧瘠、耐干旱的植生袋工法，主要應(yīng)用于土質(zhì)邊坡的液壓噴附工法，應(yīng)用廣泛的客土噴附工法，具有土壤加筋功能的土工格柵、CF網(wǎng)、三維網(wǎng)工法，具有固土護坡功能的鍍鋅鐵絲網(wǎng)、土工格室、布魯格網(wǎng)工法，以及能在陡邊坡上構(gòu)筑槽穴，形成微地形的擋土翼、植生柵、V型植生槽工法等。

得益于工法的進步，邊坡植被群落設(shè)計(構(gòu)建先鋒植被群落)日漸多樣，以滿足不同邊坡在環(huán)境、功能、景觀和生態(tài)等方面的要求。道路邊坡考慮其功能性，以草本型群落或草灌結(jié)合復(fù)綠為主；礦山邊坡主要考慮其生態(tài)性及與周圍自然山體的景觀異質(zhì)性，在可能的情況下以喬灌草結(jié)合的森林型為主；人居環(huán)境周邊的邊坡會優(yōu)先考慮環(huán)境景觀性，以草花型為主。不管是礦山邊坡還是道路邊坡，群落設(shè)計都應(yīng)以邊坡立地條件為基礎(chǔ)，不同的群落其景觀特點、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、生態(tài)服務(wù)功能均不相同，但越是穩(wěn)定的先鋒群落往往對立地條件要求越是嚴格，因此明確立地條件極其重要。

工法組合是植被群落構(gòu)建的基礎(chǔ)，在多種工法中如何選擇不同的工法構(gòu)成則與群落目標及立地條件關(guān)系密切。雖然邊坡植被恢復(fù)工程實踐中已有不少成功的具體案例，但對群落目標、復(fù)雜立地條件與工法組合的普遍性規(guī)律還缺乏認識。因此，要把握復(fù)雜立地條件與群落目標及工法組合所能達到的目的間的關(guān)系，明確立地條件，在此基礎(chǔ)上提出對應(yīng)的可能工法組合。

由于群落設(shè)計和工法組合均依賴于對立地條件的確認,因此在進行群落設(shè)計和工法布置前應(yīng)充分了解邊坡立地條件的特征。

2 邊坡立地條件分類

邊坡立地條件復(fù)雜多變，為明確邊坡立地條件特征，首先應(yīng)對邊坡進行分類。傳統(tǒng)的工程護坡領(lǐng)域已對邊坡進行了分類：按坡度因子可將邊坡分為緩坡、中坡、陡坡、急陡坡；按高度因子可將邊坡分為低矮邊坡、高邊坡和超高邊坡；按巖性因子可將邊坡分為土質(zhì)邊坡、土石邊坡、巖質(zhì)邊坡[1]，巖質(zhì)邊坡按巖石的風化情況又可分為未風化、微風化、中風化、強風化和全風化邊坡。邊坡生態(tài)修復(fù)領(lǐng)域更加復(fù)雜，需要考慮多種因素。本研究結(jié)合以上3個邊坡因子，根據(jù)坡度、巖性、巖石風化情況，將邊坡立地條件分為9種類型，見表1。

表1 邊坡立地條件分類

注：①因坡高對工法的選擇影響不大，所以未將邊坡高度納入分類體系；②緩坡和中坡在實際工程中能適應(yīng)的群落類型和工法基本相同，所以分為一類；③在工程實踐中人工創(chuàng)面邊坡很少會有急陡土質(zhì)邊坡，所以該類別未納入，巖質(zhì)邊坡少有緩中坡，也不考慮。

3 群落設(shè)計模式

確定生態(tài)修復(fù)的群落類型是邊坡生態(tài)修復(fù)的首要任務(wù)。群落設(shè)計主要由邊坡的立地條件及景觀需求來決定，景觀需求因人而異，因此本研究僅以立地條件來確定群落的類型，盡量選用群落穩(wěn)定性高、耗費資金少的類型。國內(nèi)對邊坡植被群落類型的研究已有不少，大致可分為草坪型、草本型、草花型、灌草型、森林型、藤蔓型和苔蘚型，其中森林型、灌草型、草本型和藤蔓型最為常見。森林型為喬灌草搭配的類型，群落結(jié)構(gòu)與層次模擬自然山林的群落，其群落穩(wěn)定性最佳，但在坡度較陡的情況下，種植喬木困難，且因土層厚度薄，喬木根系不穩(wěn)，有時反而容易引發(fā)小規(guī)模地質(zhì)災(zāi)害，所以使用受限[2]；灌草型為僅有灌木與草本的類型，速成的草本植物能有效防止土表10～20 cm的土壤侵蝕[1]，為灌木生長創(chuàng)造條件，后長成的灌木能有效防止30 cm深度的土壤侵蝕[3]，是較為理想的群落結(jié)構(gòu)，灌草混播時應(yīng)注意減小草種密度，并適量點播灌木；草本型為只使用草本植物的類型，草本植物生成快，能在短時間內(nèi)快速覆蓋坡面，是見效最快的群落目標類型，但其較灌草型群落結(jié)構(gòu)單一、穩(wěn)定性差；藤蔓型也是特殊的群落類型，通常使用大量攀緣植物覆蓋坡面，使用少量草本和灌木進行點綴，是專門針對陡邊坡、急陡邊坡使用的群落類型，攀緣植物對其他植物的生態(tài)位侵占嚴重，所以藤蔓型群落應(yīng)慎用。據(jù)此，提出9類邊坡立地條件所適宜的群落類型，見表2。

4 工法組合模式

使用工法是為輔助植物生長、為植物提供賴以生存的穩(wěn)定土壤，因此工法的應(yīng)用由立地條件及群落類型共同決定。工法的應(yīng)用不是僅單一工法的使用，而是將多種工法組合以達到穩(wěn)固坡體、保持水土、輔助植物生長的目的。根據(jù)文獻研究和工程實踐，我國常用工法見表3。在確定了立地條件及群落類型的基礎(chǔ)上，滿足工法互補、耗費最小、加固邊坡使邊坡不易發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害、輔助植被生長的力度強等要求，提出了對應(yīng)立地條件和目標群落的工法及工法組合，見表4。

表2 適宜邊坡立地條件的群落類型

表3 我國常用工法

5 模式實踐

本研究提出的模式已在浙江省舟山市牛頭山礦山邊坡生態(tài)修復(fù)工程中得到實際應(yīng)用。牛頭山邊坡工程位于舟山市定海區(qū)新港工業(yè)園區(qū)內(nèi)，距離海岸線較近。該邊坡是采石場廢棄而成的，坡體分為坡面1、坡面2兩段(見圖1)，其中坡面1東西環(huán)境差異較大，又可分為坡面1西南部、坡面1東北部兩段。坡面1整體坡度在18°～50°之間變化，西南段部分坡度大于80°且存在部分倒坡，坡高在1～30 m之間變化。坡面1坡腳線長約233 m，坡面2坡腳線長約77 m。

表4 群落設(shè)計模式及工法組合模式

圖1 邊坡位置示意

坡面1東北部坡度基本大于30°小于50°，巖石中度風化，根據(jù)立地條件分類方法，可以將坡面1東北部歸類為巖質(zhì)中風化陡邊坡。因坡面坡度較陡，風勢強盛，將邊坡的群落設(shè)計為灌草型，主要使用的植物為胡枝子、小檗、火棘、檳柃、美人梅及混合草種。在此次生態(tài)工程之前，坡面已經(jīng)過客土噴附，由于沒有做固土的措施，部分噴附的土壤已經(jīng)脫落，因此使用植生柵加生態(tài)孔的工法組合，植生柵為坡面營造能盛土的微地形，防止土壤繼續(xù)剝落，生態(tài)孔對土壤及植物根系起加筋作用，旨在達到穩(wěn)固土壤及植物的目的。

坡面1西南部坡度在80°左右，坡面為裸露的凝灰?guī)r，有輕微的風化現(xiàn)象，整體比較完整，質(zhì)地堅硬，部分地方存在自然發(fā)育的裂隙及碎石，因此根據(jù)分類，該坡為巖質(zhì)微風化急陡邊坡。為了適應(yīng)多變的微地形，設(shè)計藤蔓型群落進行復(fù)綠，使用的植物為油麻藤、絡(luò)石、五葉地錦、爬山虎和混合草種。工法組合使用植生毯加生態(tài)孔，在光滑的巖壁上打生態(tài)孔同時鋪上植生毯增強爬藤對坡面的附著力，起到保水保溫、提供營養(yǎng)物質(zhì)的作用，也減少了夏季巖壁對太陽光的反射，增大了爬藤的存活率，藤蔓型群落的使用也增加了景觀異質(zhì)性。

坡面2坡度為17°～39°，坡面主要由混有碎石、混凝土塊的素填土組成，厚度大約為50 cm，根據(jù)分類，坡面2應(yīng)為土石陡邊坡(以較大的坡度為準)。使用草本型群落進行復(fù)綠，主要植物為蔥蘭、紅花酢漿草、百喜草、高羊茅、麥冬、波斯菊、苔草、紫花苜蓿。該坡使用格構(gòu)梁加客土噴附加擋土翼的工法組合模式，格構(gòu)梁可防止落石、崩塌，阻止回填物中碎石進一步風化，擋土翼起到固定土壤基質(zhì)的作用。

牛頭山邊坡植被恢復(fù)工程的設(shè)計，對本研究提出的邊坡分類系統(tǒng)與工法組合、群落構(gòu)建關(guān)系進行了實踐，明確了操作流程和具體細節(jié)的補充途徑，證明了方法的有效性和可操作性。

6 結(jié) 語

本研究提出的群落設(shè)計與工法組合體系包括了國內(nèi)常見邊坡的群落設(shè)計及工法組合應(yīng)用方法，力求將邊坡立地條件、群落構(gòu)建的可行性、工法組合可行性等復(fù)雜、繁瑣的問題化簡并歸類統(tǒng)一，是對將邊坡生態(tài)修復(fù)群落設(shè)計及工法組合應(yīng)用體系化的一次初探，能為邊坡生態(tài)修復(fù)設(shè)計提供參考。

在未來的體系完善過程中，希望能融入天氣、坡面順直度(坡面在水平方向上的起伏狀況)、坡高、土壤肥力等因素，并深入探討不同工法組合間的區(qū)別。天氣因素在某些時候?qū)θ郝湓O(shè)計及工法組合有較強的影響，如風力大小會影響群落的株高，風大不宜使用森林型群落，雨水沖刷較強的地域應(yīng)將三維網(wǎng)、客土噴附或者土工格柵、客土噴附的復(fù)合模式替換為土工格室、客土噴附的復(fù)合模式；坡高和坡面順直度因素對于施工難度的影響顯著，且高坡更需要在坡腳設(shè)置擋土墻來加固整個坡體；土壤肥力因素對邊坡植生基質(zhì)的選擇和植生方法有影響，土壤肥力貧瘠、土層薄的地方宜將噴附植生的工法替換為抗貧瘠、耐干旱的植生袋工法。討論不同工法組合的區(qū)別更有利于了解不同工法組合的優(yōu)勢、劣勢，本研究提供的模式是該邊坡宜用的模式，在某些情況下，工法的選擇不是根據(jù)其適應(yīng)性進行選擇，而是根據(jù)其經(jīng)濟價值進行選擇，且不同的工法具備其自身的特點，如CF網(wǎng)雖不如土工格柵抗侵蝕能力強，但CF網(wǎng)是天然材料，腐化后能作為植被的養(yǎng)料。希望經(jīng)過不斷完善，邊坡生態(tài)修復(fù)群落設(shè)計與工法組合模式具有更強的普適性、可行性，能應(yīng)用于更多的邊坡生態(tài)修復(fù)工程之中。