青藏高原東北地區(qū)邊坡恢復(fù)技術(shù)探討

曾曉東，孫其河，穆秋月，胡云龍，吳正國(guó)，劉金榮

(1.中鐵西北科學(xué)研究院有限公司，甘肅 蘭州 730000； 2.蘭州大學(xué) 草地農(nóng)業(yè)科技學(xué)院，甘肅 蘭州 730020)

隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，生態(tài)安全問題日益突出，生態(tài)環(huán)境顯得更加脆弱。青藏高原東北部作為“兩帶三屏”中青藏高原的重要組成部分，不僅影響青藏高原的生態(tài)安全，還因?yàn)槠涮厥獾牡赜蚝蜌夂蛞蛩?，影響著全球的生態(tài)安全[1]。周秀驥等[2]分析了青藏高原氣候?qū)τ谔窖鬅釒Ш椭芯暥群?氣的調(diào)節(jié)作用，以及對(duì)北太平洋副熱帶高壓的巨大影響。姚杰等[3]通過定量研究初步發(fā)現(xiàn)青藏高原可以使得北半球中低緯度的能量維持平衡，減少北半球中高緯度的蒸發(fā)量，對(duì)于北半球水汽調(diào)節(jié)有重要的作用。青藏高原東北部氣候?qū)儆诟吆?、濕?rùn)類型，冷季相對(duì)較長(zhǎng)、暖季較短，年均降水量545 mm，主要集中在夏季(7、8月)，霜凍、寒潮、洪澇等自然災(zāi)害頻發(fā)。惡劣的自然環(huán)境導(dǎo)致該地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)單一、穩(wěn)定性較差，生態(tài)環(huán)境十分脆弱，自我恢復(fù)能力弱，加之境內(nèi)礦產(chǎn)資源豐富，金、銅、銻等金屬資源的不斷開采及工程施工對(duì)山體的大規(guī)模破壞，導(dǎo)致巖石裸露，礦渣堆積如山，山體土壤松散，滑坡頻繁發(fā)生，植被破壞嚴(yán)重，生態(tài)環(huán)境問題日益凸顯。因此，對(duì)青藏高原東北部常見邊坡類型及其修復(fù)技術(shù)進(jìn)行歸納總結(jié)很有必要。

1 青藏高原常見邊坡類型

1.1 土質(zhì)邊坡

常見土質(zhì)邊坡一部分是由于滑坡、泥石流等自然災(zāi)害造成的，一部分是由于人為活動(dòng)造成的。土質(zhì)邊坡相對(duì)于其他邊坡類型而言，其土壤多為母質(zhì)土，水蝕、風(fēng)蝕對(duì)于表層土的影響較嚴(yán)重，而對(duì)于深層土的影響相對(duì)較小[4]。土質(zhì)邊坡較緩，土壤具有一定的保持水分、提供養(yǎng)分的能力,可以為植物生長(zhǎng)提供良好的環(huán)境。

1.2 巖石邊坡

巖石邊坡具有較強(qiáng)的異質(zhì)性[5]，坡度較陡，附著性較差，邊坡無植物生長(zhǎng)所需的土壤、水分及有機(jī)質(zhì)等養(yǎng)分，生長(zhǎng)環(huán)境惡劣。巖石的保水性很差，養(yǎng)分較低，植被很難從巖石中獲得水分及養(yǎng)分供自身生長(zhǎng)發(fā)育。

由于巖石邊坡十分陡峭，水流速度較大，因此植被容易被水流沖刷，這對(duì)于植被本身的抗倒伏能力有很大考驗(yàn)。同樣，坡面由于自然風(fēng)化而形成的土壤也很難固定在坡面上。另外，雨水也因?yàn)槠旅孑^陡、流速較快而不能完全滲入坡面為植被提供其生長(zhǎng)所需的水分，使得在干旱地區(qū)植被難以生存。因此，巖石邊坡的生態(tài)修復(fù)是一項(xiàng)巨大的考驗(yàn)。

1.3 礦渣堆積邊坡

礦渣堆積邊坡主要是由廢棄的礦渣、碎石、砂礫等堆積而形成的，坡度陡峭，結(jié)構(gòu)松散，非常容易發(fā)生滑坡，周圍環(huán)境無法滿足植物的生長(zhǎng)需求，恢復(fù)難度較大。在滑坡、水土流失、泥石流發(fā)生的同時(shí)還伴隨著重金屬的遷移，并且缺土、缺肥、少水[6]，導(dǎo)致自然條件下植物不能在礦渣邊坡上生存和生長(zhǎng)。此類邊坡穩(wěn)定性比較差，運(yùn)用單一的生物措施進(jìn)行修復(fù)很難達(dá)到預(yù)期效果，應(yīng)該將生物措施和工程措施相結(jié)合。

2 青藏高原東北部邊坡生態(tài)修復(fù)技術(shù)

2.1 植被噴播技術(shù)

植被噴播技術(shù)的原理是將植物種子、木制纖維、黏合劑、保水劑、肥料等加水?dāng)嚢杌旌虾?，通過專用噴播機(jī)噴播到待修復(fù)邊坡，從而形成均勻的基質(zhì)覆蓋層[7]。由于混合物中添加有特定的顏料，通過顏色的深淺可辨別噴播量的多少及噴播的均勻程度，所以該技術(shù)具有省時(shí)、省力、效率高、噴播均勻、種子發(fā)芽快、可以減少水土流失等優(yōu)點(diǎn)。該技術(shù)常常用于坡度較緩，保水能力較強(qiáng)，具有一定供肥能力的土質(zhì)邊坡。

2.2 三維植被網(wǎng)墊護(hù)坡技術(shù)

三維植被網(wǎng)墊是以熱塑料樹脂為主要原材料，經(jīng)過多道化學(xué)工藝制作而成的三維固體網(wǎng)墊[8]。在將坡面平整后，用鋼筋錨桿將三維植被網(wǎng)墊固定在邊坡上，使得邊坡和三維植被網(wǎng)墊緊密接觸，然后均勻播種。三維植被網(wǎng)墊表面粗糙，可以有效防止土壤、種子被雨水沖走。種子萌發(fā)后，根系穿過網(wǎng)孔相互盤結(jié)纏繞在一起，扎根土壤形成一層保護(hù)層，可以有效地防止水土流失[9]。此技術(shù)常用于生長(zhǎng)條件良好的土質(zhì)邊坡。對(duì)于巖石邊坡而言，因其無法提供良好的生長(zhǎng)環(huán)境供植被生長(zhǎng)，且坡度較大，故無法播種。對(duì)于礦渣堆積邊坡而言，由于缺土少水，且重金屬含量較高，因此直接鋪設(shè)三維植被網(wǎng)墊播種會(huì)腐蝕種子，致其無法萌發(fā)。

2.3 植生帶護(hù)坡技術(shù)

該技術(shù)是通過人工在邊坡上固定植生帶，使種子在自然條件下緩慢發(fā)芽。由于植生帶所用原料可降解，最終幼苗可以完全扎根土壤。該技術(shù)廣泛用于園林綠化等方面，具有便捷、效率高、無污染等特點(diǎn)。但是該技術(shù)缺點(diǎn)更明顯，局限性較大，必須是土質(zhì)邊坡，且對(duì)于選用的種子品質(zhì)要求較高。青藏高原東北部海拔高、氣溫低、雨水多，霜凍、泥石流、滑坡等自然災(zāi)害頻繁，自然條件下幼苗成活率較低。

2.4 水泥抹面邊坡防護(hù)

該技術(shù)常在邊坡陡峭、巖石裸露或礦渣裸露條件下運(yùn)用。這種技術(shù)僅僅是臨時(shí)性措施，并不能完全防止滑坡、泥石流等自然災(zāi)害。周有祿[10]提到惡劣的氣候?qū)τ谒嗟乃苄允湛s、自收縮等特性都會(huì)產(chǎn)生影響，在年均氣溫低、紫外線強(qiáng)烈時(shí)，一般水泥抹面在2～3年即會(huì)出現(xiàn)龜裂、空鼓、脫落的現(xiàn)象，不但安全性低而且會(huì)帶來新的水土流失問題。魏煥芬[11]提到在惡劣的自然條件下,溫度和濕度的驟然變化會(huì)使水泥在一段時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生裂縫，形成很大的安全隱患。水泥抹面的前期人力、物力等投入相對(duì)比較大，并且景觀效果不理想，不能從根本上修復(fù)生態(tài)環(huán)境。水泥抹面邊坡修復(fù)技術(shù)應(yīng)用范圍比較廣，適用于所有邊坡類型，尤其在陡峭的巖石邊坡運(yùn)用最為廣泛。

2.5 無土生態(tài)草毯鋪設(shè)

無土生態(tài)草毯是以稻麥秸稈、木屑、菌棒等為基質(zhì)，收集當(dāng)?shù)氐泥l(xiāng)土草種，混合保水劑、肥料等，經(jīng)過前期的培育而制成的一種草皮[12]。由于所使用的種子均為當(dāng)?shù)氐泥l(xiāng)土草種，適應(yīng)性較強(qiáng)，因此在絕大部分地區(qū)均能良好生長(zhǎng)。生態(tài)草毯輕巧、鋪設(shè)方便、運(yùn)輸便捷、適應(yīng)性較強(qiáng)，被廣泛推廣使用。針對(duì)礦渣堆積邊坡，在鋪設(shè)前期可在廢棄礦渣邊坡覆土，覆土厚度大約15 cm，人工平整之后可直接鋪設(shè)無土生態(tài)草毯，經(jīng)過短期養(yǎng)護(hù)，10天左右即開始扎根，利用植物根系的吸附作用和根系分泌物可以有效地降低重金屬的含量[13]。針對(duì)石質(zhì)邊坡類型，因無土生態(tài)草毯在培育過程中均使用了菌棒、木屑、秸稈等基質(zhì)及保水劑等，故完全可以為植物提供良好的生長(zhǎng)環(huán)境，且草種適應(yīng)當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件，鋪設(shè)也簡(jiǎn)單、方便。因此，無土生態(tài)草毯適用于不同的邊坡類型，效果良好。

2.6 植被混凝土邊坡防護(hù)技術(shù)

植被混凝土邊坡防護(hù)技術(shù)是使用混凝土和鄉(xiāng)土草籽對(duì)巖石邊坡進(jìn)行噴播綠化的一種方式[14]，即通過特定配方將土壤、肥料、水泥、種子、保水劑等按一定的比例摻混，經(jīng)過攪拌，將混合物噴播到已經(jīng)固定好的鐵絲網(wǎng)上。遮蓋無紡布可以有效保持水分，待種子萌發(fā)后揭去無紡布即可[15]。此技術(shù)可以有效恢復(fù)邊坡的生態(tài)環(huán)境，但是在惡劣的氣候條件下，種子發(fā)芽率有所下降，且與鋪設(shè)無土生態(tài)草毯相比，周期較長(zhǎng)。植被混凝土邊坡防護(hù)技術(shù)對(duì)土質(zhì)邊坡和石質(zhì)邊坡效果良好，但對(duì)礦渣堆積邊坡而言工程量較大，要求礦渣邊坡必須覆土整平，且由于礦渣質(zhì)地疏松，噴播完成后很容易發(fā)生滑坡，因此并不適用。

3 討論分析

(1)青藏高原東北部以巖石邊坡居多，巖石邊坡的生態(tài)環(huán)境非常脆弱，不能為植被提供良好的生存環(huán)境，選用植被混凝土邊坡防護(hù)技術(shù)可以為植被提供良好的生長(zhǎng)環(huán)境，使用無土生態(tài)草毯可以快速地形成植物群落。兩種技術(shù)施工方便、快捷，可以有效地修復(fù)巖石邊坡。

(2)針對(duì)該地區(qū)惡劣的氣候條件和地形條件，選用合適的草種至關(guān)重要，最好以當(dāng)?shù)氐泥l(xiāng)土草種為主。對(duì)于當(dāng)?shù)貝毫拥沫h(huán)境而言，鄉(xiāng)土草種適應(yīng)性較強(qiáng)，通過調(diào)查分析，按照一定的比例混播，可提高成活率，快速形成植物群落并且融入當(dāng)?shù)刂参锞坝^，增加生物多樣性，提高生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

(3)對(duì)于部分礦渣堆積邊坡類型，鋪設(shè)無土生態(tài)草毯可以快速改善環(huán)境，快速修復(fù)邊坡，且植被根系的吸附作用及分泌物可以有效地抑制重金屬的污染。