硬質巖石邊坡適生環境分析與植被恢復設計研究

摘要：硬質巖石邊坡植被恢復是裸露巖石邊坡中恢復難度最大的類型，為重塑硬質巖石邊坡的適生環境，解決植被恢復難題，文章基于硬質巖石邊坡結構類型、巖石硬度、坡率設計的三項特征，對巖壁、巖縫和巖臺的適生環境進行了分析，發現巖壁形態生境條件最惡劣，植被恢復難度極大，巖縫和巖臺形態具有一定的適生環境，其生境條件還受有效受水量和巖表風化程度影響，為此開展土壤層重構、目標群落建植、適生植物選擇的植被恢復設計，結論可為硬質巖石邊坡植被恢復工程提供借鑒和參考。

關鍵詞：硬質巖石；邊坡；適生環境；植被恢復

中圖分類號：X171.4 文獻標志碼：B

前言

隨著中國經濟建設的持續快速發展，在公路、鐵路、水利、礦山、城鎮等基礎設施建設中出現的邊坡挖填工程越來越多。邊坡開挖必然會破壞原有的植被生態系統，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，甚至產生嚴重的水土流失現象和地質災害，進一步加劇生態環境失衡。在生態文明和“兩山”理論的指領下，除了對開挖邊坡采取必要的深層結構防護措施外，還應對其表層采取植被恢復措施，強化生態植被的淺層防護功能設計也勢在必行。硬質巖石邊坡植被恢復是裸露巖石邊坡中恢復難度最大的類型，由于組成類型和結構復雜，巖石硬度大，節理發育不一，開挖坡率多樣，植被恢復適生環境差異化明顯。為重塑硬質巖石邊坡的適生環境，解決硬質巖石邊坡植被恢復難題，文章基于硬質巖石邊坡特征，對其適生環境進行分析，并開展相應植被恢復設計，以期為硬質巖石邊坡植被恢復工程提供借鑒和參考。

1硬質巖石邊坡特征

1.1結構類型

硬質巖石邊坡一般是由同一或相近強度巖石組合而成，主要包括花崗巖、花崗片麻巖、閃長巖、玄武巖、石灰巖、石英砂巖和硅膠質礫巖等類型。這類巖石坡面整體性強、巖層穩定、變形與碎裂均不明顯，一般呈整體或塊狀結構。整體結構硬質巖石邊坡多以原生構造節理為主，結構面基本處于閉合狀，很少有張開狀況，結構面內無泥質充填，結構面一般不交切，間距大于1.5 m，一般為1-2組，結構穩定，無危險掉塊。巖層呈水平或緩傾，節理不發育，以大角度的X型剪切節理為主，節理組數少，貫通性差，同時發育有層面、層理和隱微裂隙。塊狀結構硬質巖石邊坡也是以原生構造節理為主，多呈塊狀，大多為剛性結構面，巖體一般弱風化，結構面不發育或輕度發育，有少數貫穿性較好的節理裂隙發育，結構面間距0.7m-1.5 m，一般為2-3組，結構面大多為閉合狀，膠結程度高。

1.2巖石硬度

硬質巖石單軸抗壓強度高、變形特征與各項同性的均質彈性體相當，變形模量、承載能力以及抗滑能力均較高，穩定性好，抗風化能力強。因此，這類巖體具有良好的工程地質性質，巖體自穩能力較強，自然界中普遍偏于穩定。如表1所示《水力發電工程地質勘察規范》（GB 50287-2016）硬質巖石密度、抗剪強度、變型模量標準值。

1.3坡率設計

由于硬質巖石邊坡的巖石硬度大、整體性強和穩定性相對較好，尤其是出現堅硬完整的塊狀或厚層狀巖組，工程中常采用設計坡率為1：0.3-1：0.75，從而形成高陡硬質巖石邊坡。若巖體的堅硬程度、風化程度、破碎裂隙程度出現變化時，其坡率允許范圍也較大。如表2所示《建筑地基基礎設計規范》（GB50007-2011）規定的硬質巖邊坡設計的坡率允許值。

2適生環境分析

2.1坡面形態

硬質巖石坡面有平整、碎裂和凹凸之分，在進行適生環境和植被恢復設計時應區別對待。常見巖壁、巖縫和巖臺三種形態。

2.1.1巖壁形態

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

2.1.2巖縫形態

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相對豐富的裂隙水分，能夠具有一定的植物生長微環境，一旦種子附著并生長，其根系能夠沿著裂隙或節理相互交錯的位置延伸，從而獲取生長所需的水分和養分，因此這類邊坡具有一定的適生環境。

2.1.3巖臺形態

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

2.2有效受水量

當發生自然降雨時，雖然投影面積內的降雨量相同，但坡面比水平面所接受到的有效受水量明顯不同，見圖1。

當降雨量Po垂直降落在水平地面S時，其有效受水量P=Po/s；而當降雨量Po垂直降落在坡度a且投影面積S的坡面時，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，由于坡面傾斜導致受水范圍增加，單位面積的有效受水量則會減少，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巖表風化

植物生長必須具備一定的根系擴展空間，除了巖縫和巖臺形態能夠提供一定的前提條件，巖表風化也在很大程度上決定了植被根系擴展空間。弱風化的硬質巖石邊坡成土速度慢，與軟質巖和土質邊坡相比較，其提供不了較好的植物根系生長的小環境，植物根系難以深人巖石基巖扎根，不具備根系擴展空間，如圖2所示。未風化或淺風化的坡面空隙率接受零值，即使人為提供一層生長基質或土壤層，其巖表本身仍然相對較為獨立，植物很難附著和持久生長。存在巖表風化的坡面具有較好的空隙率，能夠為植物根系提供必要的呼吸空間，這是一種有利于植被恢復的生境條件。

3植被恢復設計

3.1土壤層重構

土壤層重構是植被恢復的基礎。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。但對于硬質巖石邊坡的特殊生境而言，重構的土壤層厚度會受到自身容重、成分粘結強度、水分含量等因素影響，越厚越容易出現滑落崩塌和雨水侵蝕。因此，重構土壤層的厚度既需要滿足植物根系擴展，又要盡可能保證邊坡安全穩定。由于硬質巖石邊坡巖石堅硬，節理不發育構建基礎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、生態棒加糙、垂直綠化等方案實現。

3.2目標群落建植

3.2.1全坡面恢復

坡率緩于1：0.5，有一定裂隙的中風化或強風化的硬質巖石邊坡，具備一定的植物根系延展空間，應當優先考慮以灌木為主的灌草群落作為目標群落。草本植物具有建植快、對土壤要求低等優點，可作為邊坡植被恢復的先鋒植物，利用其迅速擴繁的能力第一時間實現邊坡植被覆蓋，降低因雨水沖刷可能造成的坡面侵蝕和水土流失；同時重點撫育灌木植物，依托灌木植物比草本植物更佳的抗旱、保水、保土優點，與草本植物形成高低錯落的立體群落結構，這是硬質高陡巖石邊坡植被恢復的最終目標。

3.2.2點狀恢復

當坡率陡于1：0.5，沒有裂隙、風化程度弱的硬質巖石邊坡宜構建攀援植物+點狀栽植的植被群落。由于攀援植物具有極強的攀附能力，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，北方地區普遍使用爬山虎實現邊坡植被恢復。點狀種植槽內植物種應選擇耐旱性強且具有一定景觀價值的小型灌木，如赤松、連翹等，并與巖臺、坡腳等栽植小型喬木，以增強點狀組合群落的景觀立體感。隨著新技術、新材料的研發與應用，部分坡率陡于1：0.5的邊坡也可通過增糙、筑臺等方式增加植物生長空間，擴大點狀恢復范圍或全面恢復設計。

3.3適生植物選擇

硬質巖石邊坡不宜選用高大喬木，應盡量選擇根系發達、抗逆性強的鄉土灌木、草本和攀援植物。文章依據大量的工程經驗和文獻資料，收集整理了中國不同區域硬質巖石邊坡植被恢復工程中的主要適生植物類型，在植被交錯區域或原生植被相近的小氣候區域內，其適生植物也可混合使用。

3.3.1寒溫帶針葉林區域

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、細葉結縷草、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結束語

文章從硬質巖石邊坡的結構類型、巖石硬度、坡率設計三方面進行分析。硬質巖石邊坡具有巖壁、巖縫和巖臺三種形態，其中巖壁形態生境條件最惡劣，植被恢復難度極大，巖縫和巖臺形態具有一定的適生環境，但其生境條件還受有效受水量和巖表風化程度影響。硬質巖石邊坡植被恢復設計應從土壤層重構、目標群落建植、適生植物選擇入手，其中目標群落應根據邊坡立地條件進行全面和點狀恢復設計，前者應構建以灌木為主的灌草群落為恢復目標，后者宜構建攀援植物+點狀栽植的組合群落，文章中收集整理了中國不同區域硬質巖石邊坡植被恢復工程中的主要適生植物類型，以期為硬質巖石邊坡植被恢復工程提供借鑒和參考。