西南巖溶區(qū)高速公路高陡巖質(zhì)邊坡生態(tài)修復(fù)方法探討

高強偉，劉 祥，代 斌，楊進(jìn)克

(廣西交科集團有限公司，廣西 南寧 530007)

0 引言

我國巖溶地貌主要分布在西南地區(qū)，巖溶區(qū)地形復(fù)雜、生態(tài)環(huán)境脆弱。近年來國家加大了西南巖溶區(qū)生態(tài)環(huán)境建設(shè)和保護(hù)，巖溶區(qū)高速公路高陡巖質(zhì)邊坡的生態(tài)修復(fù)與重建已成為當(dāng)前生態(tài)學(xué)研究熱點之一[1]。從21世紀(jì)開始我國高速公路得到了跨越式發(fā)展，全國高速公路總里程從2001年的1.9萬km到2018年年底增加到14萬km，居全球第一。據(jù)統(tǒng)計，在我國每建設(shè)1 km高速公路，就會形成裸露邊坡面積約5～7 hm2[2]，這些邊坡有的是高大陡峭、缺土少肥的巖石邊坡，有的是貧瘠缺水的土質(zhì)邊坡，它們普遍存在沖刷侵蝕和滑坡現(xiàn)象，單純的工程防護(hù)方式很難恢復(fù)自然植被，尤其是高陡巖質(zhì)邊坡的生態(tài)恢復(fù)更是一大難題。目前，噴播基質(zhì)技術(shù)是高陡巖質(zhì)邊坡人工生態(tài)修復(fù)最為普遍、常用的方法，但存在著后期養(yǎng)護(hù)成本高，植物枯死，坡面覆蓋率低，景觀效果維持時間短，群落結(jié)構(gòu)簡單，無法構(gòu)建一個自我組織、自我支撐、自我修復(fù)、自我更新的功能生態(tài)系統(tǒng)的問題。噴播技術(shù)一般都會在生態(tài)修復(fù)初期有不錯的效果，邊坡覆蓋完整，植株生長茂盛，但是隨著公路的運行，養(yǎng)護(hù)措施不到位，植物就會出現(xiàn)枯黃、衰減現(xiàn)象，最后甚至成片枯死裸露，難以形成穩(wěn)定的植物群落，對沿線景觀及生態(tài)環(huán)境造成較大影響，這個問題已成為高速公路建設(shè)發(fā)展的瓶頸[3]。究其原因是這種高陡巖質(zhì)邊坡無土、缺水、少肥，所以研究改善巖質(zhì)高陡邊坡植物生長環(huán)境十分必要。

1 高陡巖質(zhì)邊坡生態(tài)修復(fù)原理

目前現(xiàn)有的大多數(shù)高陡巖質(zhì)邊坡修復(fù)(如噴錨、混凝土鋼筋骨架、擋土墻等)側(cè)重于邊坡的穩(wěn)定，而沒有考慮與周邊景觀的協(xié)調(diào)性，沒有反映關(guān)于植物生境分析的理念[4]，也沒有運用生態(tài)學(xué)原理系統(tǒng)、完整的謀劃，達(dá)不到生態(tài)文明建設(shè)和可持續(xù)發(fā)展的要求。雖然修復(fù)初期邊坡覆蓋完整，有不錯的美化綠化效果，但隨著后期局部位置養(yǎng)護(hù)措施跟不上，綠化植物因無法適應(yīng)少土、少水、少肥的生境，不能完成自我更新和生態(tài)演替，使邊坡景觀綠化效果變差，甚至最后干枯死亡，邊坡重新恢復(fù)裸露狀態(tài)。

高陡巖質(zhì)邊坡生態(tài)修復(fù)是利用植物涵水固土的原理穩(wěn)定巖土邊坡，同時美化生態(tài)環(huán)境的一種新技術(shù)，是涉及巖土工程、植物學(xué)、土壤肥料學(xué)等多科學(xué)于一體的綜合工程技術(shù)，既能創(chuàng)造一個滿足植物生長、種植基質(zhì)不被雨水沖刷的健康、穩(wěn)定、可持續(xù)的生態(tài)系統(tǒng)植物生長環(huán)境，又穩(wěn)定了裸露山體，保證高速公路運營安全。生態(tài)修復(fù)包括了生物群落和生態(tài)環(huán)境的修復(fù)，是充分遵守生物演替的自然規(guī)律，利用有生命力植物的根、莖、葉作為主體，通過改變邊坡微地形條件以改善坡面惡劣的植物生長環(huán)境，再按一定的方式扦插或種植于裸露坡面的不同位置，最終達(dá)到穩(wěn)固邊坡、控制水土流失和恢復(fù)生態(tài)環(huán)境的目的。邊坡植物一方面可以增強坡面粘附力，使坡面結(jié)構(gòu)趨于堅固和穩(wěn)定，使行車更舒適更安全；另一方面可以截留和存儲降雨，延滯徑流，調(diào)節(jié)坡面濕度，通過攔截、蒸發(fā)和儲存來促進(jìn)種植基質(zhì)水循環(huán)，調(diào)節(jié)植物根系呼吸溫度，促進(jìn)坡面土壤發(fā)育，以改善植物生長的無機環(huán)境，促進(jìn)植物穩(wěn)定生長，形成一種自我組織、自我支撐、自我修復(fù)、自我更新的生態(tài)系統(tǒng)。

2 目前國內(nèi)外高陡巖質(zhì)邊坡生態(tài)修復(fù)的主要方法

2.1 植生槽法

植生槽法是一種專門針對高陡巖石邊坡快速生態(tài)修復(fù)的新型綠化技術(shù)。經(jīng)過調(diào)查和實踐對比可知，該技術(shù)是目前對付坡度>75°的巖石邊坡的快速生態(tài)修復(fù)、水土保持和美化環(huán)境最有效的方法之一[5]。植生槽法是通過在坡面鉆孔打入錨桿，并在其上安裝模板澆筑鋼筋混凝土種植槽，在槽內(nèi)填土種植適地適生的草花及抗逆性強的灌木等，經(jīng)過一段時間生長后用以綠化坡面的一種技術(shù)。植生槽主要由錨板、主筋、板內(nèi)配筋、瀉水孔、拉錨、種植土、植物等部分組成。其結(jié)構(gòu)形式除了采用直板式外還可以采用“V”形、“U”形、“L”形。其操作步驟是：(1)清除浮石塊、危巖體修整坡面掛網(wǎng)；(2)鉆孔制作植生槽構(gòu)架并澆筑植生槽；(3)鋪填種植土栽植苗木，達(dá)到生態(tài)修復(fù)的目的。其優(yōu)點是充分利用生態(tài)工程學(xué)原理，創(chuàng)造適合植物生長的無機環(huán)境，若后期養(yǎng)護(hù)到位可以使其逐步進(jìn)入自然生長狀態(tài)，形成自然協(xié)調(diào)生長和演繹的植物群落。缺點是施工難度大，投入成本高，邊坡不能全部復(fù)綠，綠化覆蓋率低。植生槽法作為生態(tài)修復(fù)技術(shù)已在礦山邊坡生態(tài)修復(fù)中被廣泛應(yīng)用，且在高速公路高陡巖質(zhì)邊坡綠化中作為一種新型技術(shù)在近些年也得到了重視和應(yīng)用。

實施關(guān)鍵技術(shù)：

(1)物種配置。物種配置選擇以“內(nèi)爬、中擋、外掛”為原則，內(nèi)側(cè)種植攀爬植物，中間種植小灌木，外側(cè)選擇豆藤植物，同時考慮因地制宜。

(2)基質(zhì)配置。植生槽容量小，必須考慮基質(zhì)的通氣性、保水性、保肥性，以保證植物生長和更新的養(yǎng)分。

(3)后期管護(hù)。保證植物后期生長所需的水、肥、氣、熱等。

2.2 魚鱗穴法

魚鱗穴法是在基本穩(wěn)定陡直巖壁上利用較大的石縫、坑穴等，采用小面積定向爆破形成魚鱗狀洞穴，將事先準(zhǔn)備好的植物竹筐放置其中：(1)清除浮石塊、危巖體修整坡面；(2)結(jié)合壁面微地形環(huán)境安裝爆破設(shè)施，小面積爆破或開鑿≥30 cm×30 cm的魚鱗穴；(3)在穴中放入預(yù)先準(zhǔn)備好的長有植物的竹筐，達(dá)到綠化邊坡的目的。其優(yōu)點是苗木成活率高，植物選型豐富，易搭配，植物群落維持時間長。缺點是施工部位局限性較大，植被覆蓋率低，對于高陡邊坡難度大，工程造價較高。

實施關(guān)鍵技術(shù)：

(1)栽植植物的竹籃。竹籃里既包括了植物生長所需要的基質(zhì)，又有預(yù)先栽植好的植物，包括前期種植土配置和植物的選擇。

(2)后期管養(yǎng)，確保植物后期的澆水、施肥和養(yǎng)護(hù)，這是維持植物群落長久性的決定性因素。

2.3 飄臺法

飄臺法就是在高陡的巖質(zhì)邊坡上，按等高線以一定的角度安裝或現(xiàn)場澆筑混凝土板，形成種植槽，在槽內(nèi)填裝具有一定肥力的種植土，在種植土內(nèi)種植灌木、爬藤、草的邊坡復(fù)綠方法：(1)對實施飄臺法的巖質(zhì)坡面進(jìn)行清理及加固；(2)在預(yù)先設(shè)定的位置鉆孔，安裝錨固鋼筋注入砂漿，達(dá)到一定強度后立模澆筑飄臺；(3)將配置好的植生基質(zhì)填于飄臺植生槽中，栽植灌木及爬藤等植物。其優(yōu)點是坡面快速綠化，植物配置容易，成活率高，后期景觀效果自然維持時間長。缺點是坡面覆蓋不夠完整，施工難度大，成本高。

實施關(guān)鍵技術(shù)：

(1)飄臺的制作。在高陡巖質(zhì)邊坡上制作穩(wěn)定、持久的飄臺是保證植被恢復(fù)的關(guān)鍵。

(2)配置植生基質(zhì)。根據(jù)所選植物配置適合的植生基質(zhì)，植生基質(zhì)除土壤外還必須配置一定的有機質(zhì)、復(fù)合肥、保水劑以及生物肥等。

2.4 掛網(wǎng)客土噴播法

掛網(wǎng)客土噴播法是現(xiàn)代國際采用的新型噴播綠化方式。它是將有機質(zhì)土、邊坡綠化專用肥、速效肥、黏合劑、保水劑及凝固劑和草籽、灌木種子等按一定比例組成并攪拌平均的有機基材，經(jīng)過特制噴播機械噴播在掛有鍍鋅鐵絲網(wǎng)的坡面上，然后在其外表噴播草種，植被恢復(fù)后，興旺的根系可經(jīng)過基材深化到巖體的節(jié)理和裂隙中，能到達(dá)永久固坡和美化環(huán)境的雙重目的。其優(yōu)點是施工簡單，施工進(jìn)度快，造價不高，前期植物生長快，復(fù)綠效果佳。缺點是易被雨水沖刷，只適用于較緩邊坡，后期植物群落自我更新能力較弱，植物群落易出現(xiàn)衰退，生態(tài)系統(tǒng)難以持續(xù)恢復(fù)。

實施關(guān)鍵技術(shù)：

(1)基質(zhì)的配置。基質(zhì)不僅要具有高粘結(jié)性，而且還應(yīng)具備植物生長的各種營養(yǎng)成分?；|(zhì)配置的成敗直接關(guān)系到噴播效果。

(2)植物的組合。合理的組合既可以改善基質(zhì)環(huán)境，又能增加坡體土壤固定性，是保持復(fù)綠效果長久性的關(guān)鍵。

2.5 新型植被毯法

新型植被毯是目前最受歡迎的一種高陡石質(zhì)、砂質(zhì)邊坡最簡潔最有效的生態(tài)防護(hù)措施[6]。它是將草種、保水劑、營養(yǎng)土等材料添加在廢棄的椰桿、稻草、椰絲、麥秸等纖維中，制作成類似于毛毯的環(huán)保植生毯。植被毯主要包括植物纖維層、保水劑、營養(yǎng)土等。其中，植物纖維層就是提供植物生長所需營養(yǎng)的微型容器，包括了粘合劑、木質(zhì)纖維、有機礦物催化劑等材料，既減少了降雨對坡面的沖擊，也可以自身產(chǎn)生植物生長所需的營養(yǎng)物質(zhì)，促進(jìn)植物生長，形成良性循環(huán)，具有較高的抗拉、抗剪能力。其優(yōu)點是進(jìn)度快、建植容易、維護(hù)簡單、養(yǎng)護(hù)成本低、生態(tài)及水土保持效果好。缺點是植被結(jié)構(gòu)單一，后期植被自我更新能力差，不利于坡面植物生態(tài)演替。目前，我國對植被毯邊坡防護(hù)技術(shù)的研究多集中在技術(shù)工藝、水土保持效應(yīng)等方面，推廣和應(yīng)用還處于初級階段[7-8]，而對其后期自然協(xié)調(diào)生長和自我更新能力以及維持植物群落穩(wěn)定性的報道較少，需進(jìn)一步探討研究。

實施關(guān)鍵技術(shù)：

(1)新型植被毯選擇。根據(jù)立地條件選擇不同種類的植被毯，國內(nèi)常用的植被毯有麥秸、椰絲及椰絲麥秸混合型等，由于材質(zhì)與結(jié)構(gòu)不同，對立地的改良及成本差別明顯。

(2)鋪設(shè)植被毯。巖質(zhì)邊坡往往較陡較高，植被毯具有一定的重量，怎樣保證植被長久固定在邊坡上，需要結(jié)合工程措施(如錨桿固定等)。

3 結(jié)語

隨著人們生活水平的提高，環(huán)境保護(hù)問題越來越受到重視，而高陡巖質(zhì)邊坡的治理也朝著綠色、經(jīng)濟和高效的方向發(fā)展，特別是以掛網(wǎng)客土噴播為主的生態(tài)工程防護(hù)技術(shù)得以大面積應(yīng)用。高速公路在建設(shè)過程中對高陡巖質(zhì)邊坡采取生態(tài)修復(fù)更是大勢所趨，生態(tài)修復(fù)也由單一的草被運用向灌、草、花綜合運用發(fā)展，形成景觀、立體、多樣的植被結(jié)構(gòu)，形成建設(shè)生態(tài)、和諧、綠色高速公路的發(fā)展趨勢。而邊坡灌木是巖質(zhì)邊坡生態(tài)修復(fù)的重要環(huán)節(jié)，其成功實施對于營造更加接近于自然環(huán)境的長期穩(wěn)定邊坡具有重要意義，由此產(chǎn)生的社會效益和生態(tài)效益也是顯而易見的。巖質(zhì)邊坡的生態(tài)修復(fù)一個循序漸進(jìn)的過程，必須以無機環(huán)境的重建與恢復(fù)為基礎(chǔ)，以“尊重自然、恢復(fù)自然”為原則，使人工植被群落達(dá)到自然植被的穩(wěn)定狀態(tài)，取得和諧、可持續(xù)的綠化效果。

高陡巖質(zhì)邊坡本身就無土無肥，而怎樣在其壁面上種植植物，并且還要使其達(dá)到長期穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)，是公路建設(shè)者面對的一大難題。本文介紹的幾種方法都是從植物栽植方式的角度考慮，如植生槽法、魚鱗穴法、掛網(wǎng)客土噴播法、新型植被毯等，而這些方法共同的問題就是植物選擇、基質(zhì)配置及后期養(yǎng)護(hù)難度較大，今后有必要開展相關(guān)的試驗研究(尤其植被毯是作為近幾年新型的高陡巖石質(zhì)邊坡防護(hù)技術(shù))，對不同的植物選擇、基質(zhì)配置和養(yǎng)護(hù)技術(shù)進(jìn)行綜合研究，形成一套合理、切實可行的技術(shù)方法體系。