裸露山體生態修復技術研究

張懷生

(遼寧省喀左縣水利局)

1 裸露山體的基本特點及恢復生態學理論

裸露山體一般都是在工程建設過程中對自然山體破壞而形成的，以邊坡裸露、水土流失嚴重、土壤貧乏等為特征。按形成的因素不同，一般具體表現為采石(礦)場的開采坑口、關停坑口、廢棄坑口、遺留邊坡和公路、鐵路等開采、開挖缺口。滑坡、崩崗等自然災害也能導致山體裸露。與自然山地水土流失相比，裸露山體具有以下特點:①由于山體被人為開挖，遺留的多為巖質邊坡，其水土流失程度十分嚴重，土壤、水分以及有機質缺乏，幾乎沒有土地生產力，自然條件下植被極難恢復;②生態景觀遭受破壞，治理裸露山體應該以改善生態景觀為主要目標，促進人與自然和諧;③治理難度大，治理措施的技術含量高，治理投入大;④大面積裸露山體將影響局部生態環境的健康發展，影響區域植被間的信息以及能量等流通。

要全面、科學、系統地分析和開發出有效的生態修復技術，就須在恢復生態學理論的基礎上，深入了解生態系統的恢復機理和演替規律。恢復生態學應用了許多學科的理論，但最主要的還是生態學理論，這些理論主要有:限制性因子原理(尋找生態系統恢復的關鍵因子)、熱力學原理(確定生態系統能量流動特性)、種群密度制約以及分布格局原理(確定物種的空間配置)、生態適應性理論(盡量采用鄉土種進行生態恢復)、生態位原理(合理安排生態系統中的物種及其位置)、生態演替理論(縮短恢復時間，極端退化的生態系統恢復時演替理論不適用，但是具有指導作用)、植物入侵理論、生物多樣性原理(引進物種時強調生物多樣性，生物多樣性可能使恢復的生態系統穩定)、綴塊—廊道—基底理論(從景觀層次考慮景觀破碎化和整體土地利用方式)等等。

2 裸露山體生態規劃設計原則及物種遴選配置原則

裸露山體生態修復的基本任務是保持邊坡穩定和恢復邊坡植被，最終的目標是基本恢復原有的結構和功能。山體穩定是實現生態恢復的前提，在進行生態恢復之前必須排除崩塌和落石隱患。生態系統的恢復是有一定過程的，是遵循自然演替規律的，所以，裸露山體生態修復的規劃設計主要應從如下幾方面開展。

2.1 現狀調查分析

主要目的是調查生態因子，綜合分析裸露山體各種生態環境因子的變化規律及趨勢，明確裸露山體的生態修復重點，獲取必要的基礎資料。

2.2 總體規劃

(1)確定規劃范圍、時間、恢復目標和任務。

(2)由于自然地理、氣候環境、立地條件和人為干擾等因素的不同，對裸露山體進行生態修復可以形成不同類型的植物群落。因為每個裸露區的植物群落不同，在對不同裸露區進行生態恢復的時候應該針對裸露區周圍群落類型而遴選物種。所以，有必要對恢復對象分類、分區實施計劃，形成一個可行性規劃方案，使恢復的生態向健康穩定的方向發展，恢復后的裸露山體能夠盡可能地與周邊生態系統相融合。

(3)對于土壤退化及生態環境改變程度不嚴重的裸露區域，可參照原有生態系統植物群落的組成與結構，對系統進行修復。但是很多裸露區域的生態系統都發生了難以逆轉的變化，特別是那些土壤基質發生徹底改變的裸露山體類型，其生態系統恢復大多選擇重建的方法。應結合裸露區域的退化狀況、系統未來的作用、周圍的景觀背景規劃設計生態恢復目標，使得整個恢復后的生態系統經過長時間的演替，能夠具有一定的抵抗力，保持良好的能量流動和物質循環。

2.3 生態恢復工程設計原則

裸露山體生態恢復工程設計應遵循以下原則:

(1)協調性原則。裸露山體的生態恢復應符合總體規劃，與周圍景觀相協調。根據周圍環境和生態經濟總體規劃，可將裸露山體缺口設計為工業園區、山莊別墅、景點公園等。

(2)控制水土流失與土地開發整治相結合原則。裸露山體缺口破壞了原有生態系統，造成了嚴重的水土流失，因此，裸露山體缺口生態恢復必須以有效控制水土流失為前提。

(3)生態自然修復與景觀再造相結合原則。裸露山體缺口由于其形態、顏色與周圍環境形成強烈反差，屬于生態脆弱帶，因此，必須以恢復生態學、景觀生態學原理為依據，同時與景觀再造相結合，增加景觀異質性與多樣性，提高視覺效果。

(4)生態效益、社會效益和經濟效益統籌兼顧原則。現代城鄉應是自然—經濟—社會復合生態系統，不能一味注重經濟效益提高而忽略對生態的保護，更不能以犧牲生態環境為代價來追求經濟效益的增長。裸露山體生態恢復應既恢復其生態功能，又盡可能地發揮土地的使用價值，在生態、社會和經濟方面均發揮最大效益。

2.4 物種遴選及配置原則

裸露山體對植被生長影響最大的就是土壤貧瘠和水分缺乏，因此，用于裸露山體生態修復的物種一般應具備以下特點:①耐干旱貧瘠，適應性強;②根系發達，能夠固持土壤，涵養水分;③生命力強，管理簡單;④生長迅速，分枝稠密;⑤樹冠濃密，落葉豐富，易于分解。

在具體選擇時，應遵循以下原則:

(1)鄉土化和地帶性原則。要根據裸露山體地區的氣候特點，選擇處于同一氣候帶的植物品種，主要的物種要具有自我繁殖能力，易與當地植被融合，這樣有利于保持長久并產生近于自然修復效果。優先選用鄉土植物、地帶性植物，對植物群落的健康和加快生態系統的恢復有著重要的意義，同時可以避免由于引進物種而帶來的一系列問題。

(2)物種多樣性原則。防治山體邊坡應盡可能地采取喬、灌、草相結合的方式進行綠化，使之盡量符合當地的植物群落結構，并走向本地化。為實現物種多樣性，應喬灌優先，喬灌草結合，慎用藤本。

(3)根系發達原則。根系發達的植物不但能夠很好地固持土壤，保護邊坡上的生長基質，而且還可以吸收巖石裂隙內的深層水分，有較強的生命力。裸露山體邊坡植被生境惡劣，坡面保水能力差，植物生長發育非常困難，所以，應該堅持以深根性喬灌為主。

(4)遵照生態位原理，灌草立體配置、深根和淺根植物相結合原則。植被生長在時空上也存在一定的競爭，在選擇物種的時候應該從時空角度來配置冷季和暖季型物種。從空間立體、景觀效果來看，宜選用喬灌草空間配置。從植物營養吸收以及坡面的穩定方面來考慮，宜深根和淺根植物相結合。植物根系對邊坡的防護作用是深層錨固、淺層加筋。

(5)具有較好的改良土壤能力和互利共生原則。裸露山體植被生態修復必須要考慮植物個體和種群的關系，既要迅速達到綠化效果，又要持久不衰，保持生物多樣性，構成穩定的多物種立體植被結構。植物都有各自的生物特性，物種間多會出現競爭和侵入性。因此，考慮物種互利共生關系，應該盡量選擇落葉量大或者固氮能力強的植物，以便改良土壤，為其他植物生長創造條件。

3 裸露山體生態修復技術探討

裸露山體的破壞類型較多，對不同的破壞類型所采取的修復方法一般也不一樣。以下就針對北京至四平高速公路遼寧省朝陽段的巖質邊坡生態修復進行探討。

3.1 工藝流程

植槽復綠時，應首先清理坡面浮石，加固不穩定面，設置截水溝和排水溝。而后的具體施工工藝為:搭腳手架—打錨桿—配筋—制摸版—配置營養土—安裝微灌系統—植苗和種草—養護管理。

3.1.1 搭腳手架

較陡的坡面種植槽施工時，為確保施工安全和質量，按相關標準要求搭設腳手架是十分必要的。具體包括立桿、大橫桿搭設、小橫桿搭設、錨固鋼筋、搭設平臺、中間支撐和活動腳板搭設、剪刀撐、安全網和安全防護欄搭設等。

3.1.2 打錨桿

主筋采用Φ16－20鋼熱軋帶肋鋼筋，主筋長650－1 000 mm，采用風鉆或在與巖面成45°角方向向巖面鉆孔≥250 mm深，將主筋插入孔內≥200 mm深，用1∶2水泥沙漿灌注固定主筋，錨入巖體的主筋間距250 mm左右。經計算，這樣的配置強度能達到設計要求。

3.1.3 制模板

模板采用厚度≥20 mm的木板或10 mm厚的膠合板，采用鐵絲綁接固定，上下模板間距50 mm左右。

3.1.4 配水泥料

采用C20砼水泥料，各組料必須攪拌均勻稱重誤差≤2%，所用水泥和骨料需達到國家相關標準。

3.1.5 現澆槽板

現澆槽板寬450－600 mm，鋼筋保護層厚度30－20 mm。混凝土澆鑄應連續進行，如果因故中止且超過允許時間，則應按施工接縫處理。每排槽板間距1.5－3 m。

3.1.6 配置營養土

種植槽容積有限，雖然比噴混植生土層厚度增加很多，可達到35－50 cm左右，但與地面種植相比土層還是比較薄的。因此，基質必須科學配置，保水、保肥并能滿足植物長期生長需要。

3.1.7 安裝集雨微灌裝置

高陡坡面不保水容易給綠化造成極大困難，為節約用水和便于養護，設置集雨節水微灌裝置是必要的。滴灌裝置安裝主管采用 Φ100和 Φ50PVC管，支管采用Φ25PVC管，滴灌管我們推薦使用價格稍貴但敷設長度長、具有自動壓力補償功能、受路線縱坡影響較小、灌水均勻度較高的壓力補償式滴灌管。考慮到水源水質多樣，礦化度和水中懸浮物數量有可能偏大，所以，滴灌管出水口流量不應選得太小，以防化學與生物阻塞。本工程使用的滴灌管主要技術參數如下:(1)直徑16 mm，壁厚1.20 mm;(2)工作壓力50－350 kPa，設計工作壓力150 kPa;(3)滴水口間距100 cm;(4)滴水口單口流量:1.0－4.0 L/h。本設計工作壓力150 kPa，其滴水口單口流量為2.75 L/h。為集雨可在坡頂或坡底修建蓄水池。

3.2 植物配置

種植槽種植基質容積有限，坡面又經常處于低養護或無養護狀態，這就對植物的配置提出了更高的要求。種植槽植物配置原則如下。

3.2.1 灌草藤立體配置

生態治理中一個重要問題是防止復綠植物退化。工程實踐表明，單一種草雖可實現快速綠化，但經常退化。灌草藤立體配置是解決這個問題的有效途徑。灌木的深根有加錨桿作用，草本的淺根有加筋作用，兩者結合具有良好的護坡效果。種植槽種植能上爬下掛的藤本植物，對于坡面綠化覆蓋也很重要。

3.2.2 豆科與非豆科植物組合

豆科植物根部有根瘤，在固氮菌作用下可轉化空氣中的游離氮成為氮肥，實現在低養護條件下氮營養的長期可持續供給。

3.2.3 鄉土植物應用

在長期的自然選擇中，鄉土植物形成了對當地土壤、氣候等生態因子的良好適應能力，在無養護或低養護條件下，種植槽種植植物能否成功很大程度上取決于鄉土植物的應用。

4 結論

具體工程實踐證明，在裸露山體和廢渣堆積體的生態修復中，綜合應用植被混凝土生態護坡綠化技術和防沖刷基材(PEB)生態護坡技術比較適合實際情況，體現出技術的科學性。實施單位能快而準地把握施工工藝，保證施工的順利進行。在經濟上最節約，包括其邊際成本和邊際效益都能達到令人滿意的程度。能真正實現固土護坡、快速復綠、回歸自然的生態修復目標，可最大限度地減少人工修復痕跡，使人感受到和諧之美。

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