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裸露巖石邊坡生態修復關鍵技術的研究與探索
引言
裸露的巖石邊坡一般是在人類活動（如工程開發建設）或者自然災害（如滑坡、崩崗等）過程中對自然山體的破壞而形成的。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�？涌凇U氣坑口、遺留邊坡和公路、鐵路等開采缺口[1]。裸露的巖石邊坡具有以下特點[2]：一是邊坡表面土壤、水分以及有機質缺乏，水土流失程度嚴重，自然條件下植被極難恢復；二是治理難度大，治理措施的技術含量高，治理投入大；三是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。這些裸露邊坡暴露于自然界，長期受到自然因素（如雨水、日照、氣溫、風力等）的反復作用，從而使邊坡巖石的物理力學性質發生變化，容易造成和加劇邊坡的水毀病害。因此裸露巖石邊坡的治理逐漸受到人們的重視。
傳統的邊坡防護措施(如噴錨、漿砌片石骨架、水泥骨架、擋土墻等) ,雖然能有效確保邊坡的穩定，但與周邊的景觀協調性差,滿足不了現代城市景觀和人們追求舒適居住環境的要求[3],同時沒有系統地、綜合地以恢復生態學理論為基礎進行全面的整體規劃。而裸露巖石邊坡的生態修復則是一項系統的、綜合的過程，是一項集巖土工程學、植物學、土壤學、恢復生態學、水土保持學和景觀生態學等諸學科于一體的綜合性的科學技術，它既能保證裸露山體的穩定性、安全性，又能逐步建立起一個健康、穩定、可持續的生態系統。作者在總結了大量的國內外資料的基礎上從施工技術、基質組成、植物選擇、施工原則以及發展趨勢等五個方面對裸露巖石邊坡的生態修復進行介紹。
1 生態護坡施工技術
1.1 客土噴播護坡技術
所謂客土噴播技術[4]，就是指將植物生長的基礎——土壤與有機基材、粘結劑、保水劑、肥料、酸堿調節劑和種子等按一定比例混合，經過機械充分攪拌均勻后，利用客土噴播機提供的動力噴射到坡面上形成植物生長的土壤層，種子發芽、生長成坪后，可以對邊坡的穩定起到有效的保護，從而達到快速重建植被生態系統和生物護坡的目的�？屯羾姴ゼ夹g適用于邊坡坡率較緩的全風化及強風化邊坡、植物根系容易插入的石質邊坡。客土噴播防護邊坡主要靠植物的根系來實現。植物根系垂直扎入較為穩定的巖土層，如同在邊坡上打了無數的錨桿，對邊坡起到錨固的作用，淺層交錯盤結的根系對邊坡起到加筋的作用，把整個邊坡連接成有機整體。此外，植物的莖葉能避免坡面被雨水直接沖刷，并能有效減緩地表徑流速度，從而起到保護邊坡的作用。
1.2 噴混植生護坡技術
噴混植生護坡技術[5]是指利用液態播種原理，將生命力強、且能滿足各種綠化功能的植物種子經科學處理后與肥料、防土壤侵蝕劑、內覆纖維材料、保水劑、色素以及水等按一定比例放入混料灌內，通過攪拌器將混合液攪拌至全懸浮狀態后，利用離心泵把混合液導入消防軟管，經噴槍噴播在欲建邊坡裸地形成均勻覆蓋層保護下的植物種子層，再鋪設無紡布防護的一種進行坡面強制綠化的護坡技術。該護坡技術的特點[6]有三：一是噴混植生技術采用鍍鋅鐵絲網和鋼桿錨固，抗拉力強度大,可有效地防止崩塌和碎石掉落,確保山體和道路長治久安，該方法適用于惡劣環境的巖石邊坡,如礫石層、軟巖、破碎層及較硬的基巖石等；二是抗侵蝕性和水土流失；三是保障植被快速成型及生態穩定性。
1.3 厚層基材植被護坡技術
厚層基材植被護坡技術[7]是指使用經改進的混凝土噴射機將拌和均勻的厚層基材與植被種子的混合物按照設計厚度均勻噴射到需防護的工程坡面的綠色護坡技術。它是集巖土工程學、植物學、土壤學、肥料學、高分子化學和環境生態學等多學科于一體的綜合工程技術。厚層基材植被防護功能通過錨桿、復合材料網、植物根系的力學加固和坡面植物的水文效應實現。其基本結構主要由錨桿、鍍鋅網和基材混合物組成。該技術適用于年平均降雨量大于600 mm ,連續干旱時間小于50 d 的非高寒地區,且坡度不超過1∶0. 5 的硬質巖邊坡、混凝土面、漿砌片石面,也適用于穩定的碎石坡面邊坡以及各類軟質巖邊坡等。
1.4 纖維網植被護坡技術
纖維網植被護坡技術[8]是指栽種固坡植物并結合纖維地衣等工程材料,在坡面構建一個具有自身生長能力的防護系統,通過固坡植物的生長對邊坡進行加固或美化的一門新技術。根據邊坡地形、地貌、土質和區域氣候的特點,在邊坡表面覆蓋一層纖維網材料,并按一定的組合種植多種植物,通過植物的生長活動達到根系加筋、莖葉防沖蝕的目的,經過生態護坡技術處理,可在坡面形成茂密的植被覆蓋,在表土層形成盤根錯節的根系,有效抑制暴雨徑流對邊坡的侵蝕,增加土體的抗剪強度,減小孔隙水壓力和土體自重力,從而大幅度提高邊坡的穩定性和抗沖刷能力。
1.5 液壓噴播植草護坡技術
液壓噴播植草護坡技術[9]，是國外近十多年新開發的一項邊坡植物防護措施，是將草籽、肥料、粘著劑、紙漿、土壤改良劑、色素等按一定比例在混合箱內配水攪勻，通過機械加壓噴射到邊坡坡面而完成植草旋工的。其特點是：①旋工簡單、速度快；②施工質量高，草籽噴播均勻，而且由于在坡面形成了一層能保水保溫薄膜，使得種子發芽生長快，整齊一致；③防護效果好．正常情況下，噴播一個月后坡面植物覆蓋率可達70％以上，兩個月后形成防護、綠化功能；④適用性廣，可在任何氣候及邊坡條件下施工。
1.6 土工網植草護坡技術
土工網植草護坡技術主要采用的材料是三維植被固土網墊，它[10]是由多層塑料凹凸網和高強度平網復合而成的立體網結構。面層外觀凹凸不平,材質疏松柔韌,留有90 %以上的空間可填充土壤及砂粒,將草籽及表層土壤牢牢護在立體網中間。這種復合體系具有極強的抗沖刷能力,能夠達到有效防護邊坡的目的。該技術的適用邊坡坡率緩于1∶1 的路塹邊坡和坡率緩于1∶1. 5 的路堤邊坡。
1.7 蜂巢式網格植草護坡技術
蜂巢式網格植草護坡技術[11]，是指在修整好的邊坡坡面上拼鋪正六邊形混凝土框磚形成蜂巢式網格后，在網格內鋪填種植土，再在磚框內栽草或種草的一項邊坡防護措施。該技術所用框磚可在預制場批量生產，其受力結構合理，拼鋪在邊坡上能有效地分散坡面雨水徑流，減緩水流速度，防止坡面沖刷，保護草皮生長。這種護坡施工簡單，外觀齊整，造型美觀大方，具有邊坡防護、綠化雙重效果，該技術多用于填方邊坡的防護。
1.8 生物活性無土植被毯護坡技術
生物活性無土植被毯護坡技術[12]是指一種用于泊岸和斜坡的活性固土植被培植構件,由至少一個固底構件構成,任意一個固底構件均由一個纖維束構成,環繞任意一個纖維束的外側均分別設置有網格加固層。固底構件中均設置有植物,植物具有根須。將固底構件沿泊岸和斜坡的底端線或者中間方向排列,纖維吸水后,固底構件的重量增加,不能移動,從而防止泊岸和斜坡底端的土石隨水流失。進一步地利用設置在固底構件中的植物根須伸入泊岸和斜坡的底端面內,可以進一步鞏固泊岸和斜坡底端的土石,阻斷泥土向下流或者塌方,同時生長在固底構件中的植物也可以改善景觀,綠化環境。該技術適用于邊坡坡度小于45°的全風化及強風化邊坡。
1.9 六邊形混凝土空心磚植物護坡技術
六邊形混凝土空心磚植物護坡技術[13]適用于坡度緩于1∶ 0.75 的全風化、強風化的巖石邊坡�？煞乐惯吰率苡晁治g，避免坡面上產生溝槽。該技術節省材料，造價較低，施工方便。宜在春秋施工，雨季施工時，為使草種免受雨水沖失，應加蓋無紡布等。其缺點是不能全覆蓋護坡，易出現局部斑禿；蓄水能力一般；維護煩瑣，人工澆灌時水分會沿坡流失，費工費水。
1.10 火山巖護坡磚護坡技術
火山巖護坡磚[14]是以火山巖（粒徑10～40 mm）為骨料，水泥為黏合劑預制的（400mm×400 mm×100 mm）砌塊。火山巖磚內置植物生長成份，上平面預留20 個孔徑為35 mm的植被生長孔，是一種新型的生態護坡方式。具有透水、蓄水、透氣、無黃土外露的特點，有利于植物生長、防止水土流失、節水、環保。
1.11 掛籠磚綠化護坡技術
掛籠磚綠化護坡技術[15]是指采用工廠生產配制的栽培基質加粘合劑壓制成磚狀土坯,加入草、藤類植物,形成長滿絮狀草根的綠化草磚,將草磚裝入過塑網籠磚內,形成綠化籠磚,施工時用錨釘將綠化籠磚固定在巖質坡面上,達到即時綠化效果的綠化技術,主要用于75°以上的石壁邊坡綠化。
1.12 漿砌片石骨架植草護坡技術
漿砌片石骨架植草護坡技術[16]是指用漿砌片石在坡面形成框架,在框架里鋪填種植土,然后噴播植草的一種邊坡護坡措施。適用于邊坡高度不高且坡度較緩的各種強風化巖石邊坡。
1.13 植被混凝土綠化護坡技術
植被混凝土綠化護坡技術[17],是指在開挖邊坡形成以后,通過種植植物,利用植物與巖土體的相互作用(根系錨固作用)對邊坡表層進行防護、加固,使之既能滿足對邊坡表層穩定的要求,又能恢復被破壞的自然植被的生態治理方法,同時又形成與周圍環境相協調,與現代文明城市發展相適應的開放性生態系統。它綜合考慮了各方面因素,遵循水力穩定性原則、生態原則和回歸自然原則。它是集巖石工程力學、生物學、土壤學、園藝學、恢復生態學和水土保持工程學等學科于一體的綜合生態治理技術,也是高陡邊坡水土保持綜合治理的一項基本措施[18]，此技術主要應用在高陡巖石邊坡、混凝土邊坡的護坡綠化工程以及硬化河道的生態修復工程上。
1.14 藤蔓植物護坡技術
藤蔓植物護坡[19]，又稱垂直綠化，是指利用植物本身的攀緣或垂吊生長習性，如爬山虎、常春藤、黃素馨、絡石、葛藤等，栽植這些植物以遮蓋巖石或泥質邊坡，從而達到美化環境的綠化效果。
2 生態護坡基質組成
在這些生態護坡的施工技術中，最為常用的是客土噴播護坡技術、厚層基材植被護坡技術、噴混植生護坡技術以及液壓噴播植草護坡技術等，這些技術無一例外的都需要自制適合植物在石質邊坡上生長的基質，如此才可以使植物在裸露的巖石邊坡上順利地生長。為了更好地達到生態護坡的效果，配制的基質應該有以下三點特征[20]：一是配制的基質具有抗雨水沖刷性能，以保證在植物生長成型前不被雨水沖失；二是配制的基質應具有一定的團粒結構，便于協調水、肥、氣、熱等以適應植物生長的需要；三是所配基質應該可以保證植物生長所需養分的長期有效性，以使在坡面形成穩定的植被群落之前不會出現養分耗盡的現象。
一般情況基質是由種植土、肥料、保水劑、粘合劑、團粒劑和酸堿調節劑組成的，有的基質還包括染色劑、有機質、高分子外加劑和活力劑等物質。
2.1 種植土
種植土[21]可因地選材,選擇就近可以采集的粘土、黃土或沙土,但往往沙土、黃土、粘土的肥力不足,一般可用其他肥土以1 :1 配合使用,土要干凈無雜質,無雜草且疏松,經曬干、粉碎、過篩,粒徑小于10mm×10mm ,將濕度控制在30 %以下,干容重不得高于1. 3g/ cm3 ,p H 值應為6. 5～7. 5。
2.2 肥料
肥料的使用是為了給植物的生長提供養分，其用量取決于施工土壤的貧瘠程度,如果施工土層土壤肥沃,或者回填了比較肥沃的客土,肥料的施用量可以根據實際情況進行增減。同時,國產復合肥和進口復合肥在配方上也有所差異,這也必然會導致肥料施用量的不一致。肥料[22]應根據選用植物、肥力的可靠性和持續性、粘合劑、基床材料等選定種類。一般使用高效化肥、緩效性IB 態化肥或石炭酸系列樹脂、聚烯烴系列樹脂包裹的編碼肥料。
2.3 保水劑
保水劑[23]是無毒、無害的高分子聚合物，能吸收自身重量400 倍左右的水分，具有快速吸水，緩慢釋放，促進植物吸收的特點。它能夠增強土壤和基質的保水保肥能力，改善土壤的團粒結構，持續供應植物生長所需水分，抗旱抗逆、節水省肥。保水劑的使用能夠明顯的提高植物種子的生根發芽率，保證喬灌木及草坪的生長質量，延長綠期。保水劑的使用應根據種植地的地質地貌條件，土壤性質、氣候條件以及植物種子和種植方式，采用不同的型號、配方。
2.4 粘合劑
為避免風雨等自然因素對種植基材造成的侵蝕、沖刷,必須在種植基層中加入相當數量的粘合劑[24],以促使基質與巖石粘結和增強基質本身的抗侵蝕沖刷. 粘合劑常用有化學粘合劑和普通硅酸鹽水泥,水泥的堿性對種子生根、發芽是有害的,因此加入水泥時應嚴格控制其用量,最大用量不得超過80kg/m3. 對于土壤的酸堿性和物理機能,視情況加入一定的土壤改良劑.
2.5 團粒劑
團粒劑[25]是高分子樹脂類制劑,能解決有機基材混合形成易于植物生長團粒結構。
2.6 酸堿調節劑
酸堿調節劑的加入是為了調節所配基質的PH 值，由于基質的組成材料中有酸性的，也有堿性的，如果不加以調節便有可能使基質的PH 值不利于植物的生長。
2.7 染色劑
染色劑是一種顏色標志物,以界定噴播的地域。鑒于它沒有營養價值所以對于一些熟練的工人以及專業草坪噴播公司而言,一般不考慮添加染色劑。這在一定程度上也可以降低生產成本。
2.8 有機質
有機質的使用主要是增加土的肥力和保證土壤的通氣性,常用的有東北泥碳、腐葉土、堆肥、鋸木屑、谷殼、經充分發酵的家畜肥料等。
2.9 高分子外加劑
為使綠化基材在巖石坡面上保持水土， 降低水分的蒸發量，在拌制和噴射基材時還要加入適量的高分子外加劑[26]。它是一種高分子有機聚合物，呈粉末狀，不僅吸水率大，而且在溶水后會變成極光滑且粘稠的物質。它與其他基材混合后形成非常均勻的糊狀稠化物，有利于噴播施工，噴播后會在巖石坡面形成性能良好的保水、牢固、透氣、松軟的“混凝土”。高分子外加劑摻量的多少取決于巖石邊坡的坡度，坡度越大，用量相應增大。
3 生態護坡植物選擇
為了更好地達到護坡的綠化效果，植物的選擇也是至關重要的。一般情況下，植物的選擇應該注意以下幾點：一是要充分考慮施工目的和綠化目標[27]；二是要適應施工場地氣候，發芽能力、繁殖能力旺盛；三是能改善土壤性質，使之肥沃化，地表植被效果好，土壤加固效果好；四是不同特性的植物要組合選擇；五是種子容易獲取、使用安全。生態護坡常選用的植物是高羊茅、白三葉、狗牙根、黑麥草、結縷草以及早熟禾等。
3.1 高羊茅
高羊茅[28]是多年生叢生型禾草，呈疏叢狀，須根發達，入土很深。適應于多種土壤和氣候條件。喜溫耐熱，有強的抗熱性，在高溫炎熱的夏季，許多冷季型禾草都進入休眠期，但它不休眠。較抗寒，耐蔭耐濕又較抗旱，能良好適應pH4.7~8.5 的酸堿土壤。
3.2 白三葉
白三葉[29]是多年生草本植物，根部分蘗能力及再生能力強，側根發達并集中于表土15cm 以內。喜溫涼濕潤氣候，亦能耐半蔭，不耐干旱，稍耐潮濕，耐熱性稍差，抗寒能力較強，生長適溫19 -24℃，在我國長江流域以南地區生長，冬季保持常綠不枯，不耐鹽堿。
3.3 狗牙根
狗牙根[30]是多年生禾草，具根狀莖和匍匐枝。喜光稍耐蔭，在光照良好的開曠地上，草色濃綠厚密，長勢旺盛，而林下長勢較弱。喜溫暖，當氣溫降低至0℃時，生長受到嚴重影響。因根系淺，須根少，遇夏季干旱氣候，容易出現匍匐枝嫩尖成片枯黃。
3.4 黑麥草
黑麥草[29]為非匍匐性叢生型禾草，莖直立，稈叢生，具有喜弱的根狀莖，須根稠密。喜溫暖濕潤夏季較涼爽的環境，抗寒、抗霜而不耐熱，在35℃以上氣溫時則生長勢變弱，氣溫低于－15℃時會產生凍害。耐濕而不耐干旱，也不耐瘠薄。壽命一般為4-6a。
3.5 結縷草
結縷草[30]是我國栽培最早、應用最廣的一種禾草，喜光、抗旱、耐高溫、耐瘠薄和抗寒，但不耐蔭。入冬后草根在－20℃左右能安全越冬，20~25℃生長最盛，30~32℃生長速度減弱，36℃以上生長緩慢或停止。適應pH5.5~8.5 土壤。
3.6 早熟禾
早熟禾是多年生疏叢型禾草。稈叢生，須根數量極多。適應性較強，喜光耐蔭，喜溫暖濕潤，適宜在氣候冷涼、濕度較大的地區生長，又具有很強的耐寒能力，在－30℃的寒冷地區能安全越冬。但該植物抗旱和耐炎熱性差。
4 生態護坡施工原則
生態護坡工程是一個耗資較大的工程，為了保證工程的質量，生態護坡工在實施過程中應該遵循以下原則。
4.1 邊坡穩定原則
邊坡穩定[31]是生態環境治理的基礎, 沒有穩定的邊坡, 也就沒有穩定的邊坡植被。因此首先要對邊坡進行清理, 排除邊坡崩塌、危巖、滑石隱患, 以期達到邊坡的基本穩定。同時要根據山體形狀設置截、排水溝和擋土墻等配套設施。
4.2 協調性原則
協調性原則[32]是指裸露山體的生態恢復應符合總體規劃,與周圍景觀相協調。根據周圍環境和城市總體規劃,可將裸露山體缺口設計為工業園區、山莊別墅、景點公園等。
4.3 生態自然修復與景觀再造相結合原則
所謂生態自然修復與景觀再造相結合原則[33]，是指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。
4.4 生態效益、社會效益和經濟效益統籌兼顧原則
現代城市應是自然- 經濟- 社會復合生態系統,不能一味注重經濟效益發展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。生態效益、社會效益和經濟效益統籌兼顧原則[34]是指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、社會和經濟效益方面發揮最大的綜合效益。
5 生態護坡發展趨勢
生態護坡經過幾十年的發展，已逐漸形成了自己的一套理論體系和方法技術。隨著生態文明的提出和發展，對于越來越多的裸露巖石邊坡開展生態修復已經是勢在必行，今后其發展趨勢將有以下幾點：
�。�1）自從邊坡開展生態修復以來，多是從國外引進生態修復理論和技術方法，而結合我國實際情況的理論和技術研究還很缺乏，今后應該多從我國實際情況出發，完善生態修復理論和方法，同時應多做一些現場試驗，以便積累更多的工程經驗。
�。�2）不同的地域、不同的邊坡應該有不同的護坡施工技術、不同的基質配比和選擇不同的植物，以后應該針對不同的情形開展具有特色的生態修復。
�。�3）現在學者多是對較為緩和的邊坡開展生態修復，而對于一些高坡度巖石邊坡的生態修復則是研究的較少，今后應該增加對一些高坡度邊坡的生態修復研究。
（4）現在開展的巖石邊坡生態修復多是學者獨自開展，所以研究信息不夠暢通，今后應該加強合作，并在此基礎上制定符合我國實際情況的生態修復施工標準或者規范。
�。�5）雖然基質的配制比例有所不同，但基質的粘結度、基質的酸堿度和基質的營養與水分的長效供應，一直都是基質配制研究的重點，因此基質的配制比例研究還應該繼續下去，同時，在配制基質的研究中應該盡量考慮當地資源和當地廢棄物的充分利用，并經工廠化特種處理，產業化生產植被護坡基質是可行的。
�。�6）護坡植被的種類已由當初的一種發展到現在采用幾種植物混播的方法，但是開發利用鄉土草種較少，利用木本植物進行巖體護坡更少。因此大力開發鄉土灌木甚至小喬木和草本進行巖石邊坡的生態修復，與當地自然植被景觀構成一體，并創造自然演替的植物群落條件，是護坡植物選擇中的創新內容。
6 結語
裸露巖石邊坡的生態修復能有效地改善山體景觀,營造生態環境,以實現邊坡防護和景觀綠化兩大功能的完美結合。生態護坡植被的根系有提高表層土粘聚力的作用,同時由于土體加筋材料的形成,對于邊坡的整體穩定性有很大的意義。生態修復不僅有利于邊坡的穩定,而且還可恢復植被,吸收噪聲,減少太陽輻射,凈化大氣污染,調節局部小氣候等特點,這種防護方式越來越受到重視,同時也是邊坡防護發展的必然趨勢。
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