硬質(zhì)巖石邊坡適生環(huán)境分析與植被恢復(fù)設(shè)計(jì)研究

摘要：硬質(zhì)巖石邊坡植被恢復(fù)是裸露巖石邊坡中恢復(fù)難度最大的類型，為重塑硬質(zhì)巖石邊坡的適生環(huán)境，解決植被恢復(fù)難題，文章基于硬質(zhì)巖石邊坡結(jié)構(gòu)類型、巖石硬度、坡率設(shè)計(jì)的三項(xiàng)特征，對(duì)巖壁、巖縫和巖臺(tái)的適生環(huán)境進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)巖壁形態(tài)生境條件最惡劣，植被恢復(fù)難度極大，巖縫和巖臺(tái)形態(tài)具有一定的適生環(huán)境，其生境條件還受有效受水量和巖表風(fēng)化程度影響，為此開展土壤層重構(gòu)、目標(biāo)群落建植、適生植物選擇的植被恢復(fù)設(shè)計(jì)，結(jié)論可為硬質(zhì)巖石邊坡植被恢復(fù)工程提供借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：硬質(zhì)巖石；邊坡；適生環(huán)境；植被恢復(fù)

中圖分類號(hào)：X171.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

前言

隨著中國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的持續(xù)快速發(fā)展，在公路、鐵路、水利、礦山、城鎮(zhèn)等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中出現(xiàn)的邊坡挖填工程越來越多。邊坡開挖必然會(huì)破壞原有的植被生態(tài)系統(tǒng)，形成大量的裸露邊坡，若不加以妥善處置，非常容易形成次生裸地，甚至產(chǎn)生嚴(yán)重的水土流失現(xiàn)象和地質(zhì)災(zāi)害，進(jìn)一步加劇生態(tài)環(huán)境失衡。在生態(tài)文明和“兩山”理論的指領(lǐng)下，除了對(duì)開挖邊坡采取必要的深層結(jié)構(gòu)防護(hù)措施外，還應(yīng)對(duì)其表層采取植被恢復(fù)措施，強(qiáng)化生態(tài)植被的淺層防護(hù)功能設(shè)計(jì)也勢(shì)在必行。硬質(zhì)巖石邊坡植被恢復(fù)是裸露巖石邊坡中恢復(fù)難度最大的類型，由于組成類型和結(jié)構(gòu)復(fù)雜，巖石硬度大，節(jié)理發(fā)育不一，開挖坡率多樣，植被恢復(fù)適生環(huán)境差異化明顯。為重塑硬質(zhì)巖石邊坡的適生環(huán)境，解決硬質(zhì)巖石邊坡植被恢復(fù)難題，文章基于硬質(zhì)巖石邊坡特征，對(duì)其適生環(huán)境進(jìn)行分析，并開展相應(yīng)植被恢復(fù)設(shè)計(jì)，以期為硬質(zhì)巖石邊坡植被恢復(fù)工程提供借鑒和參考。

1硬質(zhì)巖石邊坡特征

1.1結(jié)構(gòu)類型

硬質(zhì)巖石邊坡一般是由同一或相近強(qiáng)度巖石組合而成，主要包括花崗巖、花崗片麻巖、閃長巖、玄武巖、石灰?guī)r、石英砂巖和硅膠質(zhì)礫巖等類型。這類巖石坡面整體性強(qiáng)、巖層穩(wěn)定、變形與碎裂均不明顯，一般呈整體或塊狀結(jié)構(gòu)。整體結(jié)構(gòu)硬質(zhì)巖石邊坡多以原生構(gòu)造節(jié)理為主，結(jié)構(gòu)面基本處于閉合狀，很少有張開狀況，結(jié)構(gòu)面內(nèi)無泥質(zhì)充填，結(jié)構(gòu)面一般不交切，間距大于1.5 m，一般為1-2組，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，無危險(xiǎn)掉塊。巖層呈水平或緩傾，節(jié)理不發(fā)育，以大角度的X型剪切節(jié)理為主，節(jié)理組數(shù)少，貫通性差，同時(shí)發(fā)育有層面、層理和隱微裂隙。塊狀結(jié)構(gòu)硬質(zhì)巖石邊坡也是以原生構(gòu)造節(jié)理為主，多呈塊狀，大多為剛性結(jié)構(gòu)面，巖體一般弱風(fēng)化，結(jié)構(gòu)面不發(fā)育或輕度發(fā)育，有少數(shù)貫穿性較好的節(jié)理裂隙發(fā)育，結(jié)構(gòu)面間距0.7m-1.5 m，一般為2-3組，結(jié)構(gòu)面大多為閉合狀，膠結(jié)程度高。

1.2巖石硬度

硬質(zhì)巖石單軸抗壓強(qiáng)度高、變形特征與各項(xiàng)同性的均質(zhì)彈性體相當(dāng)，變形模量、承載能力以及抗滑能力均較高，穩(wěn)定性好，抗風(fēng)化能力強(qiáng)。因此，這類巖體具有良好的工程地質(zhì)性質(zhì)，巖體自穩(wěn)能力較強(qiáng)，自然界中普遍偏于穩(wěn)定。如表1所示《水力發(fā)電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（GB 50287-2016）硬質(zhì)巖石密度、抗剪強(qiáng)度、變型模量標(biāo)準(zhǔn)值。

1.3坡率設(shè)計(jì)

由于硬質(zhì)巖石邊坡的巖石硬度大、整體性強(qiáng)和穩(wěn)定性相對(duì)較好，尤其是出現(xiàn)堅(jiān)硬完整的塊狀或厚層狀巖組，工程中常采用設(shè)計(jì)坡率為1：0.3-1：0.75，從而形成高陡硬質(zhì)巖石邊坡。若巖體的堅(jiān)硬程度、風(fēng)化程度、破碎裂隙程度出現(xiàn)變化時(shí)，其坡率允許范圍也較大。如表2所示《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007-2011）規(guī)定的硬質(zhì)巖邊坡設(shè)計(jì)的坡率允許值。

2適生環(huán)境分析

2.1坡面形態(tài)

硬質(zhì)巖石坡面有平整、碎裂和凹凸之分，在進(jìn)行適生環(huán)境和植被恢復(fù)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)區(qū)別對(duì)待。常見巖壁、巖縫和巖臺(tái)三種形態(tài)。

2.1.1巖壁形態(tài)

由巖壁構(gòu)成的硬質(zhì)巖石邊坡大多平整光滑，絕大部分結(jié)構(gòu)面處于閉合狀，很少有張開的狀況，不具備巖縫和巖臺(tái)，不能儲(chǔ)存養(yǎng)分和水分，植物難以附著生長，這類硬巖邊坡是生境條件最惡劣類型，植被恢復(fù)難度極大。

2.1.2巖縫形態(tài)

具有巖縫的硬巖邊坡雖然沒有土壤，但由于巖縫破裂面可以存儲(chǔ)相對(duì)豐富的裂隙水分，能夠具有一定的植物生長微環(huán)境，一旦種子附著并生長，其根系能夠沿著裂隙或節(jié)理相互交錯(cuò)的位置延伸，從而獲取生長所需的水分和養(yǎng)分，因此這類邊坡具有一定的適生環(huán)境。

2.1.3巖臺(tái)形態(tài)

當(dāng)硬質(zhì)巖石邊坡出現(xiàn)凹凸不平的情形時(shí)，往往會(huì)伴隨著一定量的近似水平狀或緩坡狀的巖石臺(tái)面，這為土壤停留或依附提供可能，巖臺(tái)作為一種有利的空間載體，一旦形成相當(dāng)體量的土壤層或可供植物生長的依附材料時(shí)，就能夠不斷累積和儲(chǔ)存養(yǎng)分和水分，為植被恢復(fù)提供條件。

2.2有效受水量

當(dāng)發(fā)生自然降雨時(shí)，雖然投影面積內(nèi)的降雨量相同，但坡面比水平面所接受到的有效受水量明顯不同，見圖1。

當(dāng)降雨量Po垂直降落在水平地面S時(shí)，其有效受水量P=Po/s；而當(dāng)降雨量Po垂直降落在坡度a且投影面積S的坡面時(shí)，其有效受水量P=Pocosa/S。這可以理解為一定的雨量分散到坡面后，由于坡面傾斜導(dǎo)致受水范圍增加，單位面積的有效受水量則會(huì)減少，并且隨著坡度的增大而迅速降低，如表3所示。如坡率1：0.3的坡面有效受水量僅為正常降雨量的30%左右，容易形成極為干旱的坡面類型。

2.3巖表風(fēng)化

植物生長必須具備一定的根系擴(kuò)展空間，除了巖縫和巖臺(tái)形態(tài)能夠提供一定的前提條件，巖表風(fēng)化也在很大程度上決定了植被根系擴(kuò)展空間。弱風(fēng)化的硬質(zhì)巖石邊坡成土速度慢，與軟質(zhì)巖和土質(zhì)邊坡相比較，其提供不了較好的植物根系生長的小環(huán)境，植物根系難以深人巖石基巖扎根，不具備根系擴(kuò)展空間，如圖2所示。未風(fēng)化或淺風(fēng)化的坡面空隙率接受零值，即使人為提供一層生長基質(zhì)或土壤層，其巖表本身仍然相對(duì)較為獨(dú)立，植物很難附著和持久生長。存在巖表風(fēng)化的坡面具有較好的空隙率，能夠?yàn)橹参锔堤峁┍匾暮粑臻g，這是一種有利于植被恢復(fù)的生境條件。

3植被恢復(fù)設(shè)計(jì)

3.1土壤層重構(gòu)

土壤層重構(gòu)是植被恢復(fù)的基礎(chǔ)。一般來說，土壤層越厚，植物根際空間越充足，越有利于植被恢復(fù)。但對(duì)于硬質(zhì)巖石邊坡的特殊生境而言，重構(gòu)的土壤層厚度會(huì)受到自身容重、成分粘結(jié)強(qiáng)度、水分含量等因素影響，越厚越容易出現(xiàn)滑落崩塌和雨水侵蝕。因此，重構(gòu)土壤層的厚度既需要滿足植物根系擴(kuò)展，又要盡可能保證邊坡安全穩(wěn)定。由于硬質(zhì)巖石邊坡巖石堅(jiān)硬，節(jié)理不發(fā)育構(gòu)建基礎(chǔ)層的最小厚度以不低于10 cm為宜，保證植物根系最低限的生長空間，可通過掛網(wǎng)客土噴播、植生袋、植被混凝土、v/u型種植槽（見圖3）、鑿穴鉆孔填土、生態(tài)棒加糙、垂直綠化等方案實(shí)現(xiàn)。

3.2目標(biāo)群落建植

3.2.1全坡面恢復(fù)

坡率緩于1：0.5，有一定裂隙的中風(fēng)化或強(qiáng)風(fēng)化的硬質(zhì)巖石邊坡，具備一定的植物根系延展空間，應(yīng)當(dāng)優(yōu)先考慮以灌木為主的灌草群落作為目標(biāo)群落。草本植物具有建植快、對(duì)土壤要求低等優(yōu)點(diǎn)，可作為邊坡植被恢復(fù)的先鋒植物，利用其迅速擴(kuò)繁的能力第一時(shí)間實(shí)現(xiàn)邊坡植被覆蓋，降低因雨水沖刷可能造成的坡面侵蝕和水土流失；同時(shí)重點(diǎn)撫育灌木植物，依托灌木植物比草本植物更佳的抗旱、保水、保土優(yōu)點(diǎn)，與草本植物形成高低錯(cuò)落的立體群落結(jié)構(gòu)，這是硬質(zhì)高陡巖石邊坡植被恢復(fù)的最終目標(biāo)。

3.2.2點(diǎn)狀恢復(fù)

當(dāng)坡率陡于1：0.5，沒有裂隙、風(fēng)化程度弱的硬質(zhì)巖石邊坡宜構(gòu)建攀援植物+點(diǎn)狀栽植的植被群落。由于攀援植物具有極強(qiáng)的攀附能力，具有吸盤、氣生根或卷須等攀援器官，能較快速覆蓋陡直巖石坡面，北方地區(qū)普遍使用爬山虎實(shí)現(xiàn)邊坡植被恢復(fù)。點(diǎn)狀種植槽內(nèi)植物種應(yīng)選擇耐旱性強(qiáng)且具有一定景觀價(jià)值的小型灌木，如赤松、連翹等，并與巖臺(tái)、坡腳等栽植小型喬木，以增強(qiáng)點(diǎn)狀組合群落的景觀立體感。隨著新技術(shù)、新材料的研發(fā)與應(yīng)用，部分坡率陡于1：0.5的邊坡也可通過增糙、筑臺(tái)等方式增加植物生長空間，擴(kuò)大點(diǎn)狀恢復(fù)范圍或全面恢復(fù)設(shè)計(jì)。

3.3適生植物選擇

硬質(zhì)巖石邊坡不宜選用高大喬木，應(yīng)盡量選擇根系發(fā)達(dá)、抗逆性強(qiáng)的鄉(xiāng)土灌木、草本和攀援植物。文章依據(jù)大量的工程經(jīng)驗(yàn)和文獻(xiàn)資料，收集整理了中國不同區(qū)域硬質(zhì)巖石邊坡植被恢復(fù)工程中的主要適生植物類型，在植被交錯(cuò)區(qū)域或原生植被相近的小氣候區(qū)域內(nèi)，其適生植物也可混合使用。

3.3.1寒溫帶針葉林區(qū)域

松江柳、東北山梅花、珍珠梅、冰草、冷蒿、草地早熟禾、蛇白蘞、山葡萄、北五味子。

3.3.2溫帶針闊混交林區(qū)域

黃刺玫、珍珠梅、金銀忍冬、長白忍冬、松江柳、紫穗槐、赤松、東北山梅花、山杏、珍珠梅、胡枝子、草地早熟禾、紫羊茅、無芒雀麥、冰草、針茅、紫花苜蓿、小冠花、沙打旺、白三葉、波斯菊、二月蘭、冷蒿、五葉地錦、山葡萄、常春藤、紫藤。

3.3.3暖溫帶落葉闊葉林區(qū)域

紫穗槐、胡枝子、沙棘、檸條、荊條、小葉錦雞兒、山杏、金銀木、馬棘、連翹、酸棗、黃刺玫、華北繡線菊、忍冬、女貞、衛(wèi)矛、沙地柏、高羊茅、無芒雀麥、冰草、多年生黑麥草、彎葉畫眉草、披堿草、紫花苜蓿、沙打旺、草木樨、紅豆草、白三葉、波斯菊、二月蘭、五葉地錦、葛藤、扶芳藤。

3.3.4亞熱帶常綠闊葉林區(qū)域

木豆、山毛豆、傘房決明、多花木蘭、紫穗槐、胡枝子、豬屎豆、馬棘、夾竹桃、薔薇、火棘、車桑子、錦雞兒、杜鵑、女貞、牡荊、枸橘、歐李、香根草、百喜草、狗牙根、彎葉畫眉草、巴哈雀稗、結(jié)縷草、高羊茅、白三葉、紫花苜蓿、波斯菊、百脈根、草木犀、紫藤、油麻藤、南蛇藤、多花薔薇、扶芳藤、五葉地錦、常春藤、凌霄。

3.3.5熱帶雨林區(qū)域

山毛豆、木豆、寶巾、多花木蘭、夾竹桃、紫薇、蕞芝、野牡丹、勒杜鵑、羽葉決明、豬屎豆、狗牙根、百喜草、香根草、假儉草、糖蜜草、類蘆、細(xì)葉結(jié)縷草、白蝴蝶、金花生、大翼豆、三葉地錦、五葉地錦、葛藤、首冠藤。

3.3.6溫帶草原區(qū)域

山杏、沙柳、紫穗槐、沙棘、白刺、胡枝子、荊條、小葉錦雞兒、花棒、沙拐棗、酸棗、狼牙刺、枸杞、沙棗、楊柴、沙冬青、沙地柏、紫穗槐、檸條、金露梅、冰草、無芒雀麥、草地早熟禾、披堿草、賴草、老芒麥、紫花苜蓿、草木樨．紅豆草、白三葉、小冠花、沙打旺、馬藺、波斯菊、大針茅、鐵桿蒿、五葉地錦、山葡萄、南蛇藤、扶芳藤。

3.3.7溫帶荒漠區(qū)域

沙柳、枸杞、紫穗槐、中國沙棘、白刺、小葉錦雞兒、沙地柏、楊柴、優(yōu)若藜、花棒、沙拐棗、沙冬青、歐李、鹽穗木、鹽爪爪、紅柳、甘草、冰草、無芒雀麥、披堿草、針茅、芨芨草、鋒芒草、駱駝刺、燕麥、沙打旺、沙蒿、草木樨、紫花苜蓿、白三葉、啤酒花、紅豆草、沙蒿、花柴、地被菊、河西菊、五葉地錦。

3.3.8青藏高寒區(qū)域

駝絨藜、鬼箭錦雞兒、沙棘、檸條、錦雞兒、枸杞、霸王、白刺、沙地柏、金露梅、紫穗槐、杜鵑、四翅濱藜、老芒麥、紫花針茅、高山蒿草、藏蒿草、青藏苔草、紫羊茅、冰草、高羊茅、賴草、無芒雀麥、羊茅、白草、垂披堿草、五葉地錦、三葉地錦、南蛇藤。

4結(jié)束語

文章從硬質(zhì)巖石邊坡的結(jié)構(gòu)類型、巖石硬度、坡率設(shè)計(jì)三方面進(jìn)行分析。硬質(zhì)巖石邊坡具有巖壁、巖縫和巖臺(tái)三種形態(tài)，其中巖壁形態(tài)生境條件最惡劣，植被恢復(fù)難度極大，巖縫和巖臺(tái)形態(tài)具有一定的適生環(huán)境，但其生境條件還受有效受水量和巖表風(fēng)化程度影響。硬質(zhì)巖石邊坡植被恢復(fù)設(shè)計(jì)應(yīng)從土壤層重構(gòu)、目標(biāo)群落建植、適生植物選擇入手，其中目標(biāo)群落應(yīng)根據(jù)邊坡立地條件進(jìn)行全面和點(diǎn)狀恢復(fù)設(shè)計(jì)，前者應(yīng)構(gòu)建以灌木為主的灌草群落為恢復(fù)目標(biāo)，后者宜構(gòu)建攀援植物+點(diǎn)狀栽植的組合群落，文章中收集整理了中國不同區(qū)域硬質(zhì)巖石邊坡植被恢復(fù)工程中的主要適生植物類型，以期為硬質(zhì)巖石邊坡植被恢復(fù)工程提供借鑒和參考。