露天高陡巖質邊坡生態修復技術的探討

趙金召，李予紅,，席 正，張萬河,，席明碩

(1.河北省地礦局國土資源勘查中心，河北 石家莊 050081;2.河北省地質環境監測院,河北 石家莊 050000;3.河北省水文工程地質勘查院，河北 石家莊 050000)

1 引言

露天礦開采在促進社會經濟發展的同時，也形成了大量裸露的高陡巖質邊坡。由此造成了許多礦山地質環境問題[1]，如礦山地質災害、占用破壞土地資源、地貌景觀破壞、含水層破壞、水土流失等一系列生態環境問題，在一定程度上影響并制約著社會經濟的可持續發展[2，3]，尤其是“三區兩線”附近的礦山地質環境問題更為突出。為踐行 “綠水青山就是金山銀山”的理念，河北省政府部門對此高度重視，露天高陡巖質邊坡的生態修復工作勢在必行。

高陡巖質邊坡是一類極端的生境，由于其坡度陡、坡面長、坡面力學性質不穩定、坡面溫差晝夜變化幅度大，且同一個邊坡由于其坡向、坡面形態不盡相同，所以高陡巖質邊坡的生態修復始終都是難以實現長久的復綠效果。例如三河市區石灰巖礦山開采形成的采坑、孤山、殘丘及無序堆放的廢棄渣石等對礦區內生態環境造成了嚴重破壞，尤其是高陡巖質邊坡遠望猶如“白茬山”，嚴重破壞了地形地貌景觀，使之與周邊環境極不協調[4，5]。而且有的坡面裂隙發育，有的光滑，有的向陽，有的向陰，這些都給高陡巖質邊坡的生態修復工作帶來極大的不利。近年來高陡巖質邊坡復綠技術一直都是采用高速公路和高速鐵路沿線的邊坡復綠技術[6～10]，對于高陡巖質邊坡應在巖性、構造、氣象、土壤、生物、開采現狀調查的基礎上，充分考慮坡高、坡向、坡長、坡面風化程度等綜合因子對生態修復技術選取的影響。本文歸納總結了常用的高陡巖質邊坡的復綠技術，旨在為正在興起的礦山生態環境治理工作提供一定的參考依據。

2 國內研究現狀

張楊等[11]通過對裂隙巖體邊坡植物生態需水量的計算，分析了高陡邊坡復綠植物生態需水狀況；吳帆等[12]提出了4種養護辦法：自動浸灌、自灌式植草、自滲水植生帶和活木樁-生態袋；周華健等[13]通過對高陡巖壁復綠植被的成活率、地上生長量以及根系形狀結構的調查，探究了高陡巖質邊坡生態恢復物種的環境適應特征，為其他復綠技術的物種選擇提供參考；李冰美等[14]基于正交實驗和盆栽實驗研究了礦山邊坡生態恢復和重建的綠化基質；李坤龍等[15]研究了高陡巖壁生態修復中的幾種工程措施的優勢與不足。

3 高陡巖質邊坡生態修復技術

生態修復是以植被恢復為前提，因此植被演替理論作為礦山廢棄地植被恢復重建的重要基本理論,一直以來都是高陡巖質邊坡生態修復過程中眾多學者研究的焦點問題之一[16，17]。高陡巖質邊坡生態修復技術的核心問題就是如何為復綠植被長期提供充足的水分、肥分和植物根系的生長空間，為植被營造一個長期適合生長的“水土肥”的生境。

3.1 放坡留臺復綠技術

對高陡邊坡進行放坡留臺處理,結合擋土墻、種植槽、截排水溝、攀援網等工程方法。在種植槽內種植生根系發達、耐干旱、抗寒冷、耐瘠薄、抗病蟲害強的喬、灌、藤、草鄉土植物，通過攀援類植物的上爬下垂，解決垂直綠化問題[18]。由于國家目前對炸藥管控比較嚴格，且為了防止爆破過程中產生大量的揚塵、PM10和PM2.5，造成大氣污染，洪林[19]、張福寶[20]研究了液態二氧化碳爆破技術，節約了成本、降低了施工風險，取得了良好的經濟、社會和環境效益。該復綠技術的優點：可以充分利用殘余資源的收益對礦山進行治理，國家和社會投資較少。缺點：后期養護困難，種植槽內覆土厚度小，難以滿足植物根部的持續生長空間，而且隨著雨水的沖刷，土肥流失嚴重，需要人工定期巡視。

3.2 噴砼飄臺復綠技術

用電錘在坡面選擇完整的巖石鉆孔后，灌入水泥漿，插入鋼筋錨桿，飄臺基礎支模不低于C25砼澆筑后，安裝側面網片。飄臺基礎上安裝波形模板，然后進行不低于C25噴砼施工[21]。槽內置營養豐富的生長基質，種植耐旱、根系發達、固土能力強的草本植物以及攀援藤本植物等[22]。該復綠技術的優點：可快速達到垂直復綠效果，使之與周邊自然環境和諧有序地融為一體；缺點：后期維護和管理成本較高，很難達到長期復綠的效果。鄭思光等[22]應用該方法針對河北省灤縣榛子鎮文喜采石場廢棄礦區坡度大、石壁陡峭的裸露邊坡開展植被生態修復工作，取得了良好的效果。

3.3 植生孔復綠技術

在高陡邊坡的坡面上打設傾角45°，孔徑150 mm，孔深500 mm的孔洞。孔內回填配有肥料、保水劑、土壤的客土，在孔內種植本地的攀援藤本植物。該復綠技術的優點：無須削坡，施工簡易，綠化速度快，逐漸受到重視；缺點：因為根域限制程度對植物的生長造成必然的影響，隨著根域限制程度的增大，藤本植物的株高、徑粗、葉片數、葉面積、根系生長量及光合特性參數均明顯降低[23]。

3.4 高次團粒客土噴播復綠技術

高次團粒客土噴播技術是用特定的客土噴播機[24]，由工作人員在高陡裸露巖質邊坡上，霎時制造出具備最優異功能的“土壤培養基”，使邊坡迅速構成理想的植物群落。該復綠技術的優點：不但適應范圍廣、施工簡單高效、污染度低、成本低，而且防止水土流失；缺點：由于部分植物難于播種繁殖以及生長習性的限制, 常綠植物的應用被局限。

3.5 多孔植被混凝土復綠技術

多孔植被混凝土[25]由粗骨料、膠結材、水和外加劑拌和澆筑而成，是由粗骨料表面包覆一薄層水泥漿后彼此相互黏結而構成孔隙勻稱散步的一種蜂窩狀結構。植被生長所需的土壤、肥料、保水劑等基材可以填充在這些空隙中，復綠效果在施工后的前期比較顯著，但是隨著土壤中營養物質的消耗，后期綠化效果不太理想，同時陡坡的澆筑和基材防雨水沖刷仍然是技術難點。

3.6 藤本植物生態復綠技術

藤本植物生態修復技術是針對高陡巖質邊坡的立地條件而開發的一種疾速修復新技術。它是將藤本植物的生長基質置于邊坡坡腳與分級平臺上建造的種植槽內，在坡面上布置一定高度的攀援網，便于藤本植物初期的垂直生長和防止藤本植物被風吹落，該復綠技術的優點：可在短期內形成綠化植物屏障，綠化面積大，后期攀援類植物可直接沿巖壁向上生長，便于粗放型養護管理[26～28]。

3.7 自滲水植生槽復綠技術

自滲水植生槽復綠技術是將植生槽固定在高陡巖壁的坡面上，在巖壁頂部的修建高位蓄水池，種植槽用混凝土隔板分為上下兩部分，下部為儲水池，且安裝有沿巖石邊坡的進水管和出水管；上部由下往上依次鋪設滲水層、覆土層和防蒸發層；在覆土層中種植喬、灌、草、藤植物的種子。該復綠技術可解決了植被缺水問題，提高植物成活率，降低后期養護成本，同時高效利用水分。

3.8 三維植被網復綠技術

三維植被網是以熱塑性樹脂為原料，應用科學配方，經擠出、拉伸焊接、收縮等一系列工藝制成的2層或多層表面呈凸凹不平網袋狀的層狀結構孔網，無腐蝕性、耐酸堿。三維植被網復綠技術的初始功能是有利于植被生長，隨著植被的形成，它的首要功能是協助草根系統加強其抵抗水土流失的能力。不僅可以改善植物立地條件，而且可以穩定邊三維植被網恢復高陡巖壁的自然植被，同時美化了環境，保護了自然生態平衡。

4 存在的問題

高陡巖質邊坡生態修復現存的主要問題為工程竣工后初期的綠化效果較好，植物生長旺盛，水土保持好，但隨著時間的推移，后期景觀效果自然維持的時間太短。同時由于工程造價高、后期養護困難、復綠植物種類較單一、死亡快，很難形成與周邊環境相協調的穩定植物群落。分析其原因主要有以下幾點：一是缺乏對植物地境的研究，難以給植物提供一種長期穩定的地境；二是植物生長的基質和坡面難以長期的結合，隨著時間的推移，雨水的沖刷，烈日的暴曬等惡劣氣候條件，基質無法與坡面長期結合；三是植被的選擇上對喬、藤、草合理的組合搭配考慮不周，有的甚至出現單一物種現象，植物群落缺多樣性；四是后期養護困難，成本較高，需要定期的人工養護。

5 建議

高陡巖質邊坡生態修復是我國正在興起的礦山生態環境治理工作，隨著人們對生態環境的逐漸重視，近年來專家學者們將恢復生態學、高分子新材料和肥料學等新技術引進該領域。但是我國有關高陡巖質邊坡的復綠技術目前仍然處于起步階段。現針對目前存在的問題提出幾點建議，以供參考。

5.1 重塑植被地境

充分利用高陡巖壁坡面的裂隙,并結合植生孔, 通過重塑植被地境，在高陡巖質邊坡條件下為植被營造生存所需的基本地境條件。巖體裂隙可以為土壤和水分提供儲存空間,同時也是植物根部的生長場所,巖體內部的溫度和濕度能保證相對適宜的植被地境。

5.2 優化植被組合

根據植被群落在高度、成活率、生物量、覆蓋度、基礎呼吸等指標中的綜合表現，控制草本植被的噴播比例，選擇初期根部生長緩慢的草本植物，利用草、灌、藤、喬植物類型在時空上逐步實現穩定和合理的發展格局，有效提高高陡巖壁的抗沖刷能力。

5.3 后期養護技術

在邊坡頂部修建蓄水池，結合自滲水技術充分利用雨水、重力作用，對高陡巖壁上的復綠植物進行灌溉，充分利用雨水與重力，節約養護成本。