露天礦山高陡巖質邊坡生態修復技術的應用現狀與發展趨勢

高 軒，邵鵬遠，康春景，何旭麒

（河南省地質礦產勘查開發局 第四地質勘查院，河南 鄭州 450001）

自20世紀以來，國內外露天礦石開采比例不斷增大，尤其是我國經濟發展的高速推動下，石材礦產的需求不斷增加，露天礦山的數量也在不斷增加并產生一系列新的問題[1-2]，急需要改善和解決。石材開采在促進社會經濟快速發展的同時，也形成了大量的高、陡、裸露的巖質邊坡，導致礦區土地資源遭受破壞，植被群落的多樣性喪失，水土流失嚴重，嚴重破壞了地貌景觀，增大了空氣中PM2.5和PM10含量，誘發了礦山地質災害。這些問題影響了當前我國和諧社會的構建與人類生活的健康發展。另一方面，我國大量廢棄或遺留的礦山形成惡劣的條件，很難進行有效的植被恢復，大量棄置的露天礦山或坑口影響了當地的城市形象構建并留下各種安全隱患，與當前“綠水青山就是金山銀山”的生態理念相矛盾[3]，也成為本文研究的現實背景之一。

與正常的地質生態環境相比，高陡巖質邊坡具有“長、高、陡”的特殊性[4]，“長”指的是坡面長；“高”指的是坡高落差大；“陡”指的是坡度陡，并且上下晝夜溫差大。巖坡質地堅硬，植物根系空間受限，修復綠色植被極其困難，技術條件要求較高。目前，高陡巖質邊坡的修復更多的是學習和借鑒客土噴播技術、植生袋技術、三維植被網噴播技術、飄臺法、藤本垂直綠化技術等公路或鐵路的邊坡修復技術[5-9]。但以上技術依然存在投資大、成本高、后期維護困難等現實制約因素，導致生態修復效果一般，長久性效果較差。

基于以上背景及原因，現代化、科學的露天礦山高陡巖質邊坡生態修復技術急需要改進和使用，在修復技術的選擇上，要根據露天礦山高陡巖質邊坡的地理位置及實際情況進行實地考察與調研，充分掌握邊坡的構造、質地、高度、坡長、落差、植被覆蓋情況等數據，高質量地完成修復問題[10]。本文從生態環境建設的新背景出發，就當前露天礦山高陡巖質邊坡生態修復技術的使用及研究現狀做全面的梳理，并對技術的創新與改進提出建設性意見，為以后露天礦山高陡巖質邊坡生態修復提供可借鑒的理論和案例支撐。

1 主要生態修復技術

目前，露天礦山高陡巖質邊坡生態修復技術主要借鑒公路和鐵路等坡度修復技術，需要科學、完整的技術流程，主要包括植被地境重塑技術、坡面復綠技術和后期管護技術等。

1.1 植被地境重塑技術

植被地境重塑技術是傳統的露天礦山高陡巖質邊坡生態修復技術之一，具有較強的適用性，因此得到廣泛的應用和研究。植被地境重塑技術通過充分利用人工造孔和巖體裂隙，從而為植被營造地境條件。植被生長需要適宜的地下生境條件，包括生長空間、水肥和溫濕度等條件，良好的地境有助于形成開放的生態環境系統。該技術誕生以后，對于露天礦山高陡巖質邊坡的修復起到了重要的作用，學者們從理論上不斷探索和完善該技術的內容，為實踐應用做出更多的幫助。

蘇繪夢等[11]通過研究發現，雖然高陡巖質邊坡生存環境惡劣，但是依然具備植被生存的基本條件，通過研究發現巖基巖隙內植物的根系形態與巖基形態相關，一般呈扁平狀發育，巖隙內的環境足夠滿足植被的最基本的生存條件。王帥等[12]則重點研究了植被生長的地境特征，發現利用該技術能很好地擴大巖隙空間，優化邊坡巖的貫通性，滿足植被生存的基本要求，且間隙大的空間還能夠滿足植被生長的基本水分和溫度以及水汽交換等條件，有利于植被的長久性修復。另外，我國部分學者還進行了實地的考察與實驗，用實驗結果驗證了該技術的操作的可行性和科學性。吳楊等[13]構建生態重建方案以及巖體質量等級測量，在選定的石材礦區不同區域進行相關實驗，實驗結果表明：前期林草結合可以有效地進行土壤熟化，在土壤熟化的基礎上進行經濟作物種植可以獲得一定的經濟收益。勘測隊進行生物孔鉆設，然后用養分和水分客土回填空洞，再進行灌木、雜草、藤蔓等植物的種植，取得良好的種植效果。最終以上結果顯示進行植被重塑的高陡巖質邊坡能夠滿足植被不同時節水、溫度、氣體交換等生存的基本條件，為該技術的推廣和應用提供了理論基礎。

1.2 坡面復綠技術

國外城市發展速度快，對于石材的開發與應用歷史較早，相關的修復保護研究已經形成成熟的研究理念和體系，為國內相關的研究積累了經驗。坡面復綠技術就是讓高陡巖質邊坡重新生長出綠植，發揮生態保護的作用。坡面復綠技術是一個總體概念，涉及到多種關鍵技術。

1.2.1 液壓噴播技術

該技術是一種綠化技術，利用液壓噴播機將催芽后的種子混合物噴灑到邊坡表面，形成綠化效應。該技術需要提前對種子進行催芽處理，混合一定的水、纖維、黏合劑、有機肥和腐殖土壤等，最后進行邊坡噴灑。液壓噴播技術流程如圖1所示。

圖1 液壓噴播技術流程Fig.1 Technical process of hydraulic spray seeding

該技術具有很多的優點，如機械化水平高、噴灑速度快、工作效率高等。由于該技術已經成熟，并且效果較好，得到國內很多學者的研究和應用，如周利民[14]利用該技術對我國露天銅礦邊坡進行綠化，取得了滿意的效果。

1.2.2 三維植被網噴播技術

該技術也是目前常用坡面復綠技術之一，在高陡巖質邊坡構建適合植被生長的環境，噴灑播種土工合成和人工活性植物種子的混合物，然后利用生長起來植物的根系加筋對坡面進行加固和保護，如圖2所示。

圖2 三維植被網噴播護坡Fig.2 Three dimensional vegetation netspraying slope protection

同樣，該技術傳入到我國以后，也被很多的學者專家研究和實踐并取得了一定的成果。學者們從不同的角度進行研究，羅藝偉等[15-16]等主要探討研究了該技術在使用過程中的程序和工作要領；徐一斐等[17]通過研究和實踐發現，利用三維植被網噴播技術能夠有效地減少水土流失，增加高巖質邊坡的植被覆蓋率。

1.2.3 植被混凝土防護技術

植被混凝土防護技術就是把植物的種植與硅酸鹽水泥、有機肥、混合土壤、水分等融合在一起，然后利用噴灑機器將其噴灑在需要修復的陡坡坡面之上，種子在一定的時期內生根發芽，植物的根系附著固定在坡面上，形成良好的修復保護作用，如圖3所示。該技術同樣具有機械化水平高、操作簡單、效率高、后期管理簡單等優點，是一項集生物學、地質學、土壤學、巖石學和景觀生態保護學等為一體的綜合性技術。該技術從20世紀90年代傳入到我國，在邊坡生態修護與保護中起到了不可替代的作用。葉建軍等[18]進行跟蹤研究發現，該技術在不同種類的露天礦石開采生態修護中產生了重要作用，能夠快速復綠和緩解水土流失。

圖3 植被混凝土防護實景Fig.3 Real scene of vegetation concrete protection

1.2.4 藤本護坡技術

藤本護坡技術具有明顯的垂直綠化優勢，更適合情況惡劣的高陡巖質邊坡情況。具體方法是在邊坡面上放置種植槽，種植槽內播撒攀援類植物種子，利用植物的攀援和附著作用形成保護機制。張博文等[19]通過研究發現，攀援植物在邊坡生態修復中有更強的適應性和生態效應，是高陡巖質邊坡修復的先鋒性植物。

1.2.5 植物纖維毯技術

生態保護植物纖維地毯指的是“用于土壤、地基、巖石、土地或者任何巖土工程相關的有滲透性的紡織品”，一般由自然材料或人工合成為主，其護坡實景如圖4所示。

圖4 植物纖維毯護坡實景Fig.4 Actual view of plant fiber blanket slope protection

該技術在公路坡面修復中具有非常良好的修復效果，張平等[20]對比分析了不同植物纖維地毯的優缺點，并對該技術的未來發展趨勢做了展望與分析；劉宏遠等[21]研究發現，該技術在改良土壤、減少水土流失和優化土壤結構中具有顯著作用。

2 后期管護技術

完善的露天礦山高陡巖質邊坡生態修復系統不僅需要前期的鋪墊和修復，更需要后期的管理和維護，構建科學種植、生態養殖和后期管護為一體的修復新系統。前期技術的使用是基礎，后期管護是保證，二者協同一體，共同形成完整的復綠有機系統。

后期管護就是在前期植被種植和生長出來的基礎上，對其進行澆水、施肥、病蟲害預防以及治療等后續活動內容[22]。澆水技術需要一定的原則和方法，澆水的總量應該略大于植物所需要和地表蒸發的總和，并且植被穩定以后應該有意識地控水控溫，減少水量，引導根系生長形成強大的根系系統，增加牢固和防護作用。澆水應該注意季節的變更，尤其是夏季炎熱時，要及時澆水控水，如圖5所示。

圖5 復綠邊坡后期澆水管護Fig.5 Watering and pipe protection of regreening slope in the later stage

施肥同樣注意一定的原則和方法，提高技術操作性。施肥應該根據不同修復技術的特點以及植物的生長特性、生長階段和邊坡的實際情況來選擇合適的肥料和施肥方法。除了基礎的施肥，還要掌握追肥技術，追肥同樣要掌握種類、時間、數量和方法。施肥還要根據季節的不同選擇不同的肥料，夏季要注重水分的蒸發與攝取，選擇易吸收的肥料；冬季注意保暖性緩釋復肥料的使用。施肥可采用“水肥一體技術”，即將有機肥料或復合肥料溶解在水中，利用噴灑機對需要施肥的邊坡植被進行噴灑灌溉，助力其生長發育[23]。

此外，還要注意植被病蟲的預防與治療。傳統病蟲防治技術一般指噴灑化學農藥，即植被發病前或發病以后根據癥狀尋找原因，然后噴灑對應的農藥或其他化學藥品。常見的害蟲防治方法有藥劑防治、人工防治、物理防治、摘除卵塊、滅殺幼蟲、誘殺成蟲和生物防治相結合等。

3 生態修復技術的發展趨勢展望

基于目前技術的使用及研究現狀，在新的生態文明建設背景下，對露天礦山高陡巖質邊坡生態修復技術提出新的展望和建議，助力生態文明建設與發展。

（1）構建露天礦山高陡巖質邊坡生態修復技術的關鍵是應該結合實地的考察與探訪，根據礦體結構、巖石質地、坡面特征、裂隙情況以及機器特點，有機地將天然與人工方法相結合，對坡面完成植被重塑，該研究內容應該得到重視。

（2）形成高巖邊坡長期穩定的植被群是露天礦山高陡巖質邊坡生態修復技術成效的關鍵之一，應當根據邊坡的土壤情況、水文情況、氣候情況等，搭配不同的植物類型，比如草地、灌木、攀藤類植物進行綜合培植，形成穩定的植被群生態系統。

（3）應該繼續探索和重視后期管護技術。前期修復是前提，后期管護是保障，在現有技術的基礎上，繼續探索和創新水肥一體技術、節能灌溉技術以及實時監控技術，節約更多的人力、物力成本，構建科學、健康可持續發展的邊坡管護新機制。