生態(tài)護(hù)坡噴播技術(shù)的應(yīng)用探討

鄭楚英，鐘 勛，陳宗湖，張 健

（1.湖北大禹水利水電建設(shè)有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430071；2.貴州省水利投資（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，貴州 貴陽 550081）

目前在水利水電工程建設(shè)中，大量運(yùn)用生態(tài)護(hù)坡噴播技術(shù)［1］，這主要是噴播技術(shù)有以下優(yōu)點：①速度快，不易施工的陡坡上也能播種；②坡上輸送成本低；③噴播基材能有效保護(hù)種子并與土壤良好接觸，確保種子的發(fā)芽率和成活率；④效率高，播種的同時，土壤、肥料、保水劑和澆水等一次成功且播種均勻；⑤摻有粘結(jié)材料的噴播作業(yè)面能形成疏水膜，抗水流侵蝕、風(fēng)化侵蝕。雖然噴播技術(shù)有諸多優(yōu)點，但并非所有坡面都能直接采用，需要根據(jù)工程實際情況針對性采用。

1 現(xiàn)有的主要噴播技術(shù)

1.1 高次團(tuán)粒噴播

種植土可自動形成0.5～1.0 cm的團(tuán)粒，有利于植物根須吸收氧氣、養(yǎng)分及水分、排除二氧化碳。利用這一特性，高次團(tuán)粒噴播采用渣漿泵輸送，并使用富含有機(jī)質(zhì)和黏粒的客土材料及團(tuán)粒劑，在噴播瞬間與團(tuán)粒劑混合發(fā)生團(tuán)粒反應(yīng)，形成與自然界表土具有相同團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的土壤培養(yǎng)基。噴播后會發(fā)生疏水反應(yīng)，所以粘結(jié)力極強(qiáng)的土壤培養(yǎng)基會牢固地吸附于坡面上，能抵抗雨蝕和風(fēng)蝕，防止水土流失。

1.2 客土噴播

我國目前并不具有高次團(tuán)粒噴播技術(shù)的知識產(chǎn)權(quán)，所以國內(nèi)常將高次團(tuán)粒噴播解釋成客土噴播或厚基材噴播［2-3］。但真正的客土噴播是利用泵送型混凝土濕噴技術(shù)即采用柱塞式、轉(zhuǎn)子活塞式混凝土泵或特制加壓多級泵輸送噴播材料，活塞式與多級泵在輸送濃度上有差別，前者約為80%，后者為50%～70%，有時在噴口處加入團(tuán)粒劑或粘結(jié)劑，但其機(jī)理上與高次團(tuán)粒噴播具有本質(zhì)區(qū)別，故稱為客土噴播。如果厚基材噴播采用高次團(tuán)粒技術(shù)，則屬于高次團(tuán)粒噴播，否則屬于客土噴播。

1.3 液力噴播

液力噴播主要是采用泥漿泵或離心泵輸送以水為載體，將經(jīng)處置的植物種子、纖維掩蓋物、粘合劑、保水劑及種子所需的養(yǎng)分物質(zhì)經(jīng)噴播機(jī)混合、攪拌并噴灑到需種植的位置，從而構(gòu)成生態(tài)植被的綠化技術(shù)。

1.4 團(tuán)粒膠囊噴播

團(tuán)粒膠囊噴播是一種新型噴播技術(shù)［4］。該技術(shù)主要是用低濃度有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥加上耕織土并以黏土為膠結(jié)材料制成土壤和肥料共存的?3～10 mm的連續(xù)級配大顆粒團(tuán)粒，然后用鈣鎂磷或聚合物包衣成為緩釋土壤肥料團(tuán)粒，再在外層涂布團(tuán)粒劑，以此為骨料并與耕織土、泥炭、有機(jī)肥、生物肥、復(fù)混肥、椰粉、稻殼、稻草纖維和水等進(jìn)行配合比設(shè)計，制成與噴錨支護(hù)混凝土相類似的自密實的噴播混合材料。其中，噴播基層用團(tuán)粒膠囊直徑?4～10 mm，并另加包膜殺菌型BB肥，表層用團(tuán)粒膠囊直徑?3～4mm，再用客土噴播機(jī)進(jìn)行噴播的技術(shù)。

2 主要工藝參數(shù)對比分析

高次團(tuán)粒噴播、客土噴播、液力噴播及團(tuán)粒膠囊噴播技術(shù)工藝參數(shù)的比較見表1。

2.1 輸送濃度

輸送濃度越高，效率越高，植土收縮率越低。收縮率越高，抗水流侵蝕、抗干縮膨脹能力、抗冰凍侵害能力以及抗風(fēng)化越低。

液力噴播輸送濃度僅約為25%，且基材內(nèi)未添加粘結(jié)材料，抗侵害能力很低。如果在噴口處添加粘結(jié)材料，則演變成高次團(tuán)粒噴播。高次團(tuán)粒噴播輸送濃度約為35%，雖然添加了團(tuán)粒劑，但壓縮率在1.5倍以上，植土內(nèi)存在大量空隙。如果坡度較緩時，空隙率大有利于涵養(yǎng)水分和養(yǎng)分，但如果是在1∶1以上的陡坡，由于團(tuán)粒劑的疏水作用，內(nèi)涵水分和養(yǎng)分反而會沿著空隙向外溢出。肥料溢出既不環(huán)保，也不利于植物存活。

從輸送濃度的角度看，顯然濃度越高越好，但前提條件是不影響輸送機(jī)械的可靠性和效率。

2.2 噴射方式

噴口離作業(yè)面越近，越易操作，直射顯然比拋射準(zhǔn)確性更高。拋射的特點是可以遠(yuǎn)離作業(yè)面，這給現(xiàn)場施工特別是高度在20 m以下的坡面噴播帶來便捷。

在實際施工過程中難度相當(dāng)大，基本上難以做到10 m距離的直射，所以高次團(tuán)粒噴播實際上采用的都是拋射。遠(yuǎn)距離噴射在槍口形成的團(tuán)?；驹趬毫χ屡龅狡旅婧蠖家哑扑椋貏e是采用加筋麥克墊、三維植物網(wǎng)、鍍鋅鐵絲網(wǎng)類的配合措施時會因網(wǎng)絲的切割作用而成為粘結(jié)劑和基材的混合體，從而達(dá)不到高次團(tuán)粒噴播的預(yù)期效果。

直射高度為1 m時噴射效果最佳，即客土噴播和團(tuán)粒膠囊噴播所采用的方式。但如果高次團(tuán)粒噴播是在不易施工的坡面作為補(bǔ)種，不失為一種選擇。

2.3 回彈率

回彈率的高低直接影響到施工成本和環(huán)保性。噴播材料觸碰坡面的壓力越高，回彈率越高。同時噴射角度越不垂直于坡面，回彈率越大。

液力噴播和高次團(tuán)粒噴播采用拋射，難以垂直于坡面噴射，回彈率相應(yīng)就高。高次團(tuán)粒噴播采用的壓力約為2.5 MPa，且只有較高的壓力才能形成團(tuán)粒和拋射，即使是團(tuán)粒劑的齒輪泵泵送壓力也約達(dá)1.5 MPa，明顯高于客土噴播和團(tuán)粒膠囊噴播的0.5 MPa。

2.4 抗侵害能力

抗侵害能力主要涉及到抗坡面徑流、強(qiáng)雨水和養(yǎng)護(hù)水壓力射流等水流侵害，抗冰凍損失侵害，抗干縮膨脹損害以及抗風(fēng)化損害等能力。

植土間的黏聚力越大，抗侵害能力越強(qiáng)。但由于植土不能采用黏性土，因其透氣性能不能滿足植土的要求，所以植土一般采用耕植土類有機(jī)質(zhì)土。故其黏聚力較低，不利于土壤的抗侵害，達(dá)不到水土保持的效果。

由于高次團(tuán)粒噴播和團(tuán)粒膠囊噴播采用了粘結(jié)劑材料，增強(qiáng)了土壤顆粒間的黏結(jié)力，同時添加了長5～7 cm的稻草纖維作為加筋材料，其黏結(jié)力的增加更為顯著。但因高次團(tuán)粒噴播采用的是渣漿泵輸送，只能在槍口前另加稻草纖維輸送管路，這造成高次團(tuán)粒噴播的管路和槍口極其易堵，可靠性明顯降低。而團(tuán)粒膠囊噴播和客土噴播采用活塞式泵輸送，稻草纖維可直接添加在輸送材料中，可靠性增強(qiáng)。

表1 噴播技術(shù)比較

由于液力噴播采用泥漿泵或離心泵輸送方式，雖也可添加粘結(jié)劑材料，但無法添加長5～7 cm的稻草纖維。

由于團(tuán)粒膠囊噴播有含水率較低的固體團(tuán)粒作為骨架，并以外層的團(tuán)粒劑作為團(tuán)粒間的粘結(jié)材料，故形成了一種蜂窩結(jié)構(gòu)，這是抗壓縮性能的最佳結(jié)構(gòu)，也是其抗冰凍損害能力、抗干縮膨脹能力、抗風(fēng)化能力和抗水流侵蝕能力較強(qiáng)的原因。

2.5 理化性狀

植土土壤的理化性狀改變越小，對植物的生長和長時間存活越有利，適合種植的植物范圍也越廣。

液力噴播和高次團(tuán)粒噴播采用的泵送方式導(dǎo)致植土中的粘土部分被嚴(yán)重液化。雖然增加了土壤與根須的貼合能力，但這種物理性能的改變增加了土壤“點石成金”效能的恢復(fù)時間，消弱了植物的適應(yīng)性能。這是因為渣漿泵和泥漿泵輸送時，土壤必須徹底液化，而土壤顆粒中一般含有60%以上的小于0.075 mm粉粒和小于0.005 mm的粘粒，在土壤未自動恢復(fù)形成0.5～10 mm團(tuán)粒的90 d之前，如果遭受水流侵害，將會造成水土流失。同時添加的團(tuán)粒劑也部分改變了土壤的化學(xué)性能，對種子的發(fā)芽率有影響，特別是在摻量超過0.1%時，影響明顯增加。

由于客土噴播未摻加團(tuán)粒劑，其土壤物理化學(xué)性能基本沒有改變，最適合于植物的發(fā)芽和生長。團(tuán)粒膠囊噴播通過局部的添加團(tuán)粒劑，給植物的發(fā)芽和生長提供了局部有利的發(fā)芽生長空間，優(yōu)于液力噴播和高次團(tuán)粒噴播。

結(jié)合其他措施，基層采用客土噴播，表層采用帶有團(tuán)粒劑的噴播方式較為合適。

2.6 黏聚力

噴播在巖石或噴錨混凝土面上的基材，黏聚力越大，附著力越大，在邊坡上的抗滑能力越強(qiáng)，抗侵害能力越好。

由于液力噴播和高次團(tuán)粒噴播的團(tuán)粒劑攪拌時間達(dá)5 min以上，播散更加均勻，噴著在基面上也比較均勻，黏聚力和附著力大。但根據(jù)實際施工情況看，這只是早期現(xiàn)象，超過90 d后，黏聚力和附著力明顯衰退，后期在高陡邊坡上不足以抗拒水流的沖刷。黏聚力早期高后期低的特性與混凝土早期低后期高較為不同，這導(dǎo)致高次團(tuán)粒噴播使用分層施工工藝時不能與加筋麥克墊或三維植物網(wǎng)同時應(yīng)用。這是因為附著在加筋麥克墊上的后面層黏聚力大于先施工的第一層附著力，造成接合面的局部脫空，從而影響植物的生長，更不利于坡面植物的抗風(fēng)。

團(tuán)粒膠囊噴播的黏聚力稍小于高次團(tuán)粒噴播，不加團(tuán)粒劑的客土噴播則更小，團(tuán)粒膠囊噴播和客土噴播在基層時不存在分層施工問題，但在高陡邊坡上尚不能直接采用上述噴播技術(shù)，還必須結(jié)合其他措施才能解決高陡邊坡上的抗侵害問題。

2.7 養(yǎng)分

植物生長需要適宜的養(yǎng)分，主要養(yǎng)分包括氮、磷、鉀，次要養(yǎng)分有鈣、鎂、硫以及其他的微量元素，也需要適宜的有機(jī)質(zhì)，但氮含量超過6%或有機(jī)質(zhì)含量超過50%時，植物會燒苗、燒根而死亡，過高的養(yǎng)分也不利于植物的越冬，會出現(xiàn)早期瘋長，冬期營養(yǎng)不足而倒伏甚至死亡。

噴播基層的厚度一般為10～15 cm，養(yǎng)分總量相對有限，故噴播時一般均配比一定量的肥料和有機(jī)質(zhì)等養(yǎng)分。

高次團(tuán)粒噴播、液力噴播和客土噴播配比的養(yǎng)分都較多，但根據(jù)已有資料得知，肥料氮的利用率在農(nóng)田里不足15%，其他部分處于流失狀態(tài)，邊坡上肥料氮的利用率則不到10%，流失的氮磷元素造成了嚴(yán)重的化肥污染。團(tuán)粒膠囊噴播的肥料采用控釋膠囊，使養(yǎng)分緩慢釋放，這也是現(xiàn)代生態(tài)農(nóng)業(yè)的前沿方向。雖然不加團(tuán)粒劑的液力噴播播撒效率高且便利，但由于肥料的污染問題和粉、粘粒的流失問題終究會被淘汰，高次團(tuán)粒噴播和客土噴播則還需采取其他措施控制肥料的污染問題。

2.8 涵養(yǎng)水分

植土涵養(yǎng)水分的能力越強(qiáng)越好，特別是在噴錨混凝土與巖體隔離而影響了溫濕度調(diào)控的高陡邊坡上，植物生長更需要涵養(yǎng)水分能力。

在平坦地面上，水分依靠自身重力涵養(yǎng)于土壤中。但在高陡邊坡上，情況發(fā)生了顯著變化，重力的一部分變成了下滑分力，且與坡度成正比關(guān)系。在干縮膨脹的循環(huán)作用下，水分會沿著土壤裂縫和空隙向外溢出，導(dǎo)致高陡邊坡上的植物缺水死亡。

高次團(tuán)粒噴播的團(tuán)粒劑具有疏水作用，高陡邊坡上加劇了水分流失，且從外部施加的養(yǎng)護(hù)水更難以進(jìn)入土壤內(nèi)。

由于團(tuán)粒膠囊噴播具有蜂巢結(jié)構(gòu)，且控釋膠囊內(nèi)部具有高溫下留存水分的能力，延長了植物抗旱時間，但植物長時間的存活，還是需要其他措施以抵抗持久的干旱。由于植物生長的特點，進(jìn)入土壤內(nèi)的水流不宜過大，只能以微灌的形式加以補(bǔ)充，因此，帶有微灌系統(tǒng)的植物措施體系才是較好解決高陡邊坡綠化的方法。

2.9 適用坡度

采用噴播技術(shù)在坡面上噴撒植被種子，待種子生長后其致密的根須形成了抗沖刷屏障，同時還起到反濾作用防止水土流失。灌木種子的根須則起到加筋作用，達(dá)到生態(tài)護(hù)坡的目的。

不加粘結(jié)劑的液力噴播只適用于平地和較緩的邊坡，由于加粘結(jié)劑的液力噴播只能有限用于表層，在植物根須未形成反濾屏障之前起作用。

客土噴播一般適用于噴播基層，在大于1∶1的坡面噴播時需要采取其他固土措施。直接采用客土噴播進(jìn)行坡面綠化還與當(dāng)?shù)赜晁闆r、土質(zhì)黏聚力等有關(guān)，要達(dá)到水土保持的良好效果，還需采取輔助措施，例如格柵分區(qū)固土、空心六方塊固土和三維植物網(wǎng)防沖刷等。

高次團(tuán)粒噴播和團(tuán)粒膠囊噴播適用的坡度可以達(dá)到1∶0.75，但要防止水流沖刷、干縮膨脹侵蝕和冰凍損害等，也最好采用格柵分區(qū)固土、網(wǎng)格分區(qū)固土等措施。

3 結(jié)論

（1）客土噴播適用于基層噴播且較高效，團(tuán)粒膠囊噴播效果更好但成本稍高，高次團(tuán)粒噴播適合補(bǔ)種，由于液力噴播易造成化肥污染和粉粒、粘粒流失，會逐漸被淘汰。

（2）高陡邊坡使用噴播技術(shù)還需采取固土措施，帶有微灌系統(tǒng)的植物措施體系是較好解決高陡邊坡綠化的方法。

（3）目前高次團(tuán)粒噴播、客土噴播、液力噴播應(yīng)用較廣，但對于團(tuán)粒膠囊噴播技術(shù)，還需通過大量實際應(yīng)用來不斷總結(jié)完善。