自然保護地廢棄石場生態(tài)修復*
——以廣東羅浮山省級自然保護區(qū)湖洋石場為例

李紀友 徐期瑚 朱利永 郭盛才

（1.廣東省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，廣東 廣州 510520；2.廣東省嶺南院勘察設(shè)計有限公司，廣東 廣州 510599)

自然保護地是國際公認的保護生物多樣性、提供優(yōu)質(zhì)生態(tài)產(chǎn)品與服務(wù)、維系生態(tài)系統(tǒng)健康最重要和最有效的途徑[1]。廣東省有各種類型自然保護地共計1359 處，約占全國保護地數(shù)量的13%，總面積294.52 萬hm2，約占全國自然保護地面積的1.7%[2]，是全省生態(tài)系統(tǒng)最完整、生物多樣性最豐富、珍稀野生動植物分布最集中的區(qū)域。但由于歷史原因,自然保護地內(nèi)仍存在部分生態(tài)受損的廢棄石場等。據(jù)廣東省自然保護地生態(tài)治理與生態(tài)修復專項摸底調(diào)查數(shù)據(jù)，自然保護地內(nèi)廢棄石場有25 處共計118.5 hm2。廢棄石場通常地表裸露，植被殘缺，存在邊坡塌方和水土流失等地質(zhì)災(zāi)害，破壞了自然保護地的生態(tài)和野生動植物生境，危及自然保護地生物多樣性。對廢棄石場進行生態(tài)修復，可以改善自然保護地生態(tài)環(huán)境，提升自然保護地景觀質(zhì)量，促進人與自然和諧共生。本文以廣東羅浮山省級自然保護區(qū)湖洋石場為試驗地，分析試驗地的主要生態(tài)問題，采用修復分區(qū)的方法，提出自然保護地廢棄石場生態(tài)修復設(shè)計的主要內(nèi)容，包括邊坡修復、土壤修復、植被修復和景觀修復。各項修復充分考慮地質(zhì)、地形地貌、植被等多種因素，通過穩(wěn)定性、美觀性、生態(tài)性和多樣性等多方面比選確定最優(yōu)的生態(tài)修復設(shè)計方案，工程措施和生物措施相結(jié)合，綜合治理，使廢棄石場生態(tài)環(huán)境和生物多樣性得到改善。

1 試驗地概況

廣東羅浮山省級自然保護區(qū)位于珠江三角洲東北部，東臨惠州市，南部與東莞市交界，西北部則分別與廣州市增城區(qū)和龍門縣接壤。自然保護區(qū)地形復雜，地勢以主峰飛云頂為中心向四周傾斜，坡度介于10°～45°之間；海拔500 m 以上的南坡多是大片裸露巖石。自然保護區(qū)屬于南亞熱帶季風氣候，日照充足，年均氣溫21.9oC；雨量充沛，年均降水量1 800～1 900 mm，多集中在4-9 月;每年均受到臺風侵害。自然保護區(qū)植被為南亞熱帶季風常綠闊葉林，森林覆蓋率97.43%。試驗地湖洋石場位于保護區(qū)的實驗區(qū)內(nèi)，目前早已關(guān)閉，廢棄多年。試驗地范圍海拔在70～145 m之間，地勢呈西北高東南低的趨勢；土壤為赤紅壤；石場范圍內(nèi)植被大部分為草本，少量為山烏桕Triadica cochinchinensis、朱纓花Calliandra ematocephala等，植被景觀效果較差。試驗地位置如圖1 所示。

圖1 試驗地位置Fig. 1 Location of the test site

20 世紀70 年代試驗地采用露天斜坡式開采（圖2），山體被大量開挖，形成了約3.35 hm2的廢棄地，與周邊茂密的天然植被形成極大反差，如同自然保護區(qū)的一道“疤痕”，保護地自然景觀遭到嚴重破壞。試驗地山體巖石大面積裸露，原有植被和植被生長所需的土壤被破壞，附近動物棲息地受到干擾，野生動植物生境質(zhì)量下降，生物多樣性降低。試驗地左側(cè)為塌方邊坡，面積4 456 m2；邊坡坡度較大，最大高度45 m，土質(zhì)松散，存在滑移帶，滑移帶最長處78 m。在汛期或遇暴雨等，有山體滑坡、泥石流等地質(zhì)安全隱患，對自然保護區(qū)野生動植物生存和周邊居民生活形成較大威脅。

生態(tài)修復設(shè)計之前，根據(jù)試驗地破壞狀況、地質(zhì)、地形地貌和植被等因素，將試驗地分為5個生態(tài)修復區(qū)（圖2）。試驗地生態(tài)修復分區(qū)詳見表1。

表1 試驗地生態(tài)修復分區(qū)Table 1 Zoning of ecological restoration in the test site

圖2 試驗地現(xiàn)狀及修復分區(qū)Fig. 2 Current situation and restoration zoning of test site

2 試驗設(shè)計

2.1 邊坡修復設(shè)計

2021 年1 月開展修復，邊坡修復設(shè)計前進行詳細勘查，準確掌握地質(zhì)、地形等各項數(shù)據(jù)，再根據(jù)邊坡的土質(zhì)、穩(wěn)定性和坡度等對邊坡進行分類，確定邊坡修復設(shè)計方案。試驗地內(nèi)邊坡分類及生態(tài)修復設(shè)計方案見表2。

表2 邊坡分類及生態(tài)修復設(shè)計方案Table 2 Slope classification and ecological restoration design scheme

2.1.1 塌方邊坡（Ⅰ區(qū)） 采用格構(gòu)錨固結(jié)構(gòu)+噴播植草技術(shù)，格構(gòu)錨固結(jié)構(gòu)穩(wěn)定耐久，既能保證深層加固又可兼顧淺層護坡[3]，可以最大限度的消除地質(zhì)安全隱患。格構(gòu)錨固結(jié)構(gòu)采用錨桿+鋼筋砼梁相連接形成復合抗滑護坡結(jié)構(gòu)，錨桿立面間距2 m（水平）×2 m（豎直），錨桿布置在鋼筋砼梁節(jié)點處（圖3）。鋼筋砼梁截面為矩形，梁高度的2/3 以上埋在土里，以保證防護效果。試驗地塌方邊坡較高，因此設(shè)計時分臺階設(shè)置三級格構(gòu)錨固結(jié)構(gòu)。鋼筋砼格構(gòu)框架每隔10～20 m 設(shè)置伸縮縫一道,伸縮縫位置與坡面縱向排水溝位置統(tǒng)一考慮以做到兩者兼顧。在邊坡頂外5 m 處設(shè)置截水溝，在臺階和坡腳處修建排水溝,并通過坡面縱向排水溝進行連接,將坡面雨水匯集后統(tǒng)一排到溝渠中，以解決雨水引起地質(zhì)災(zāi)害。為美化邊坡,恢復受損的生態(tài)環(huán)境,待格構(gòu)錨固結(jié)構(gòu)施工完成后進行噴播植草綠化。

圖3 格構(gòu)錨固結(jié)構(gòu)Fig. 3 Lattice frame anchorage structure

2.1.2 土質(zhì)邊坡（Ⅲ區(qū)） 采用人工植苗法，植穴沿等高線水平方向排列，上下兩行植穴錯位呈三角形布設(shè)，避免坡面雨水以直線形式下泄沖刷坡面，以利于水土保持。

2.1.3 低矮石質(zhì)邊坡（Ⅱ區(qū)） 直接在坡頂、坡底砌筑水平種植帶，鑿穴種植藤本植物，利用藤本植物下爬上垂的方式進行垂直綠化。

2.1.4 高陡石質(zhì)邊坡（Ⅱ區(qū)） 除在坡頂、坡底設(shè)置水平種植帶外，還在邊坡中間較平緩處設(shè)置3 行飄臺種植槽。高空飄臺種植槽內(nèi)回填種植土，再鑿穴種植藤本植物，利用藤本植物下爬上垂的垂直綠化特性，逐漸覆蓋綠化裸露巖質(zhì)邊坡。

2.2 土壤修復設(shè)計

試驗地巖質(zhì)平臺（Ⅳ區(qū)），地勢平坦，為裸露巖石，土層厚度0～4 cm，土層較薄植被難以生長；試驗地土質(zhì)平臺（Ⅴ區(qū)），表面有一層較薄的沖積土，下面為巖石，植被生長不良。設(shè)計對這兩個區(qū)域的土壤進行修復，以滿足植被健康穩(wěn)定生長。土壤修復有物理改良法、化學改良法和植物改良法等。土壤受損嚴重，土層過薄甚至完全沒有土壤層，植被難以生長，常采用物理改良法中的客土法改良基質(zhì)?；瘜W改良法和植物改良法適用于地表有一定表土或者表面覆土經(jīng)改良可以供植物生長的土壤。試驗地內(nèi)巖質(zhì)平臺土壤較薄，采用客土改良法和化學改良法相結(jié)合的綜合修復設(shè)計，先在平臺表面回填營養(yǎng)物質(zhì)較豐富的客土，巖質(zhì)平臺客土厚度100 cm 以上，土質(zhì)平臺客土厚度50 cm 以上；再對客土添加有機肥進行適當拌和，使土壤的物理化學性質(zhì)得到改良；最后挖穴進行人工植苗，種植穴在栽植前再施加有機肥2 kg/穴，同時加入復合肥（NPK 含量≥45%）1 kg/穴，進一步改善土壤肥力，促進植被快速健康生長，使植被修復和土壤修復達到相互促進。

2.3 植被修復設(shè)計

植被修復是廢棄石場生態(tài)修復的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，邊坡修復與裸露土壤修復都須進行植被修復，通過植被修復來改善生態(tài)環(huán)境和野生動植物棲息地。植被修復設(shè)計遵循適地適樹和喬灌草相結(jié)合的原則：塌方邊坡（Ⅰ區(qū)）種植灌木和草本，巖質(zhì)邊坡（Ⅱ區(qū)）種植藤本植物,土質(zhì)邊坡（Ⅲ區(qū)）喬灌草混合種植。植被修復設(shè)計中，樹種選擇是決定植被修復成功的關(guān)鍵之一。樹種應(yīng)具備適應(yīng)性強、抗逆性好、有改良土壤能力、根系發(fā)達，有較高的生長速度、播種栽植較容易和成活率高等特性[4]。根據(jù)現(xiàn)場立地條件、氣候和保護區(qū)保護對象等因素，試驗地內(nèi)植被修復設(shè)計喬木選用楓香Liquidambar formosana、 山 杜 英Elaeocarpus sylvestris、羅浮栲Castanopsis faberi、木荷Schima superba、山 烏 桕Triadica cochinchinensis等；灌木選用山毛豆Tephrosia candida、朱纓花Calliandra haematocephala、女貞Ligustrum lucidum、葉子花Bougainvillea spectabilis、銀合歡Leucaena leucocephala等；草本選用黑莎草Gahnia tristis、狗牙根Cynodon dactylon、蟛蜞菊Sphagneticola calendulacea等；藤本選用爬山虎Parthenocissus tricuspidata、牽?；≒harbitis nil、炮仗花Pyrostegia venusta、常春油麻藤Mucuna sempervirens等。樹種的配置采用多樹種混交，組成樹種5 種以上。采取株間隨機混交的方式，相鄰同一樹種不超過3 株，使改造后林分結(jié)構(gòu)更接近自然林，景觀更具有觀賞性，形成生物多樣性豐富、生長穩(wěn)定、生態(tài)高效的生物群落。植被修復設(shè)計時，喬木苗種選用生長健壯、樹形優(yōu)美、苗高2 m 以上和土球直徑40 cm 以上的假植苗；灌木選用高80～100 cm 的營養(yǎng)袋苗；藤本選用2.5 kg 袋苗，長度50～80 cm。喬木種植密度1 335 株/hm2，株行距3 m×2.5 m；灌木種植密度4 444 株/hm2，株行距1.5 m×1.5 m；藤本間距0.2 m/株；草本植物覆蓋率一般不小于80%。為了保證植被修復的效果，植被修復需做好后期撫育管護。

2.4 景觀修復設(shè)計

石場開采嚴重破壞了原有的自然景觀，采用景觀重構(gòu)法進行修復設(shè)計：對廢棄石場原有地貌進行利用、重塑與改造，充分利用人工地形地貌的有利特征進行景觀設(shè)計[5],同時將景觀修復設(shè)計貫穿于邊坡修復、土壤修復和植被修復全過程中，各項修復設(shè)計充分考慮景觀的協(xié)調(diào)性和可觀賞性。具體做法是根據(jù)廢棄石場地形、地貌特點，通過配置景觀植物來設(shè)計多個景觀節(jié)點和營造多重景觀空間。試驗地內(nèi)塌方邊坡（Ⅰ區(qū)）配置開花灌木為主，形成賞花區(qū)；巖質(zhì)邊坡（Ⅱ區(qū)）配置綠色藤本植物為主，形成觀葉區(qū)；穩(wěn)定的土質(zhì)邊坡（Ⅲ區(qū)）和平臺（Ⅳ區(qū)、Ⅴ區(qū)），則合理搭配喬、灌、草不同層次的植被，既建立穩(wěn)定的植物群落，又營造良好的植物景觀效果。各修復設(shè)計中的人工設(shè)施通過植被修復設(shè)計進行裝飾和掩蓋，與周圍景觀環(huán)境融為一體；植被的選擇借鑒鄰近未受干擾植物群落組成、結(jié)構(gòu)特征和演替規(guī)律[6]，優(yōu)先采用鄉(xiāng)土樹種，充分注意植物色彩相搭配，增強景觀層次和豐富度，打造多樹種、多色彩、多層次、多功能的闊葉混交林。

3 結(jié)果與分析

3.1 生態(tài)效益

截至2022 年6 月，試驗地通過人工輔助措施消除了邊坡水土流失和地質(zhì)災(zāi)害,改變了試驗地原來惡劣的地質(zhì)環(huán)境，使試驗地生態(tài)環(huán)境得到改善；試驗地生態(tài)修復選擇了適合當?shù)貤l件的多種鄉(xiāng)土樹種,初步構(gòu)建了較穩(wěn)定的近自然植物群落生態(tài)系統(tǒng),植被更加豐富，景觀更加優(yōu)美，試驗地內(nèi)植被覆蓋率明顯提高,從治理前的51%提高到100%，增加喬木林面積20 889 m2。增加和修復后的林地可以更好地調(diào)節(jié)區(qū)域氣候,保持水土,涵養(yǎng)水源,固碳釋氧，凈化空氣，增加生物多樣性，從各個方面改善了試驗地生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。

3.2 經(jīng)濟效益

試驗地內(nèi)原有土地按照土地利用現(xiàn)狀分類[7]，修復Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)和Ⅳ區(qū)為采礦用地，面積16 253 m2；修復Ⅲ區(qū)和Ⅴ區(qū)為灌木林地，面積17 248 m2（表1 和圖2）。通過生態(tài)修復治理，原有采礦用地（修復Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)）轉(zhuǎn)化為灌木林地12 612 m2，原有采礦用地（修復Ⅳ區(qū)）轉(zhuǎn)化為喬木林地3 641 m2，原有灌木林地轉(zhuǎn)化為喬木林地17 248 m2，成功實現(xiàn)廢棄石場土地資源用途轉(zhuǎn)換，增加了生態(tài)用地，生態(tài)修復土地成效分析詳見表3。對廢棄石場如不進行修復，而采用征地辦法來增加生態(tài)用地，則會擠占其他土地資源，改變土地利用類型，而且征地費用一般超過修復費用的幾倍[8]，生態(tài)修復增加了生態(tài)用地大幅減少了土地成本。試驗地生態(tài)修復同時增加了林地面積和森林面積，按平均每公頃森林蓄積量60.57 m3[9]計算，增加森林蓄積量126.5 m3，出材率按50%計，單價按1 000 元/m3估算，可獲得木材儲備效益6.3 萬元。

表3 廢棄石場生態(tài)修復土地成效分析Table 3 Analysis table of land effect of abandoned stone field ecological restoration

3.3 社會效益

試驗地原來存在3.35 hm2廢棄地，通過生態(tài)修復成功轉(zhuǎn)換為生態(tài)用地3.35 hm2，增加了土地利用率；通過生態(tài)修復消除了塌方、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害，保護了當?shù)鼐用竦纳敭a(chǎn)安全；生態(tài)修復工作的實施，給當?shù)靥峁┝艘欢〝?shù)量的工作崗位，增加了當?shù)鼐用袷杖?，對提高居民生活水平起到了積極作用；試驗地位于羅浮山風景區(qū)內(nèi)，其植被、空氣、土壤等環(huán)境條件通過修復得到改善，可以促進當?shù)芈糜萎a(chǎn)業(yè)健康發(fā)展,提升當?shù)鼐用竦纳钏?助推鄉(xiāng)村振興。

4 結(jié)論與討論

生態(tài)保護修復涉及環(huán)境治理、生態(tài)修復、生物多樣性保護等方面，是一項需要多空間、多領(lǐng)域、多部門聯(lián)動的復雜系統(tǒng)工程[10]。本文基于自然保護地保護生態(tài)和生物多樣性的目的，提出自然保護地廢棄石場生態(tài)修復設(shè)計的新思路，優(yōu)先重點對野生動植物的生境進行修復，包括邊坡修復、土壤修復、植被修復，然后進行景觀修復。在生態(tài)修復設(shè)計過程中，以邊坡、土壤、植被等為修復對象，考慮地質(zhì)、地形地貌和植被等多方面因素，通過穩(wěn)定性、美觀性、生態(tài)性和多樣性等多方面比選確定最優(yōu)的修復設(shè)計方案，工程措施和生物措施相結(jié)合，綜合治理，確保廢棄石場生態(tài)修復取得良好效果。廣東羅浮山省級自然保護區(qū)湖洋石場在面積大小、存在問題等方面具有典型性和代表性，湖洋石場生態(tài)修復設(shè)計對廣東省自然保護地廢棄石場生態(tài)修復具有示范指導作用。