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        裸露山體生態(tài)修復(fù)技術(shù)研究

        2012-04-12 10:52:31張懷生
        山西水土保持科技 2012年3期
        關(guān)鍵詞:山體物種邊坡

        張懷生

        (遼寧省喀左縣水利局)

        1 裸露山體的基本特點(diǎn)及恢復(fù)生態(tài)學(xué)理論

        裸露山體一般都是在工程建設(shè)過程中對(duì)自然山體破壞而形成的,以邊坡裸露、水土流失嚴(yán)重、土壤貧乏等為特征。按形成的因素不同,一般具體表現(xiàn)為采石(礦)場的開采坑口、關(guān)??涌?、廢棄坑口、遺留邊坡和公路、鐵路等開采、開挖缺口?;?、崩崗等自然災(zāi)害也能導(dǎo)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(diǎn):①由于山體被人為開挖,遺留的多為巖質(zhì)邊坡,其水土流失程度十分嚴(yán)重,土壤、水分以及有機(jī)質(zhì)缺乏,幾乎沒有土地生產(chǎn)力,自然條件下植被極難恢復(fù);②生態(tài)景觀遭受破壞,治理裸露山體應(yīng)該以改善生態(tài)景觀為主要目標(biāo),促進(jìn)人與自然和諧;③治理難度大,治理措施的技術(shù)含量高,治理投入大;④大面積裸露山體將影響局部生態(tài)環(huán)境的健康發(fā)展,影響區(qū)域植被間的信息以及能量等流通。

        要全面、科學(xué)、系統(tǒng)地分析和開發(fā)出有效的生態(tài)修復(fù)技術(shù),就須在恢復(fù)生態(tài)學(xué)理論的基礎(chǔ)上,深入了解生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)機(jī)理和演替規(guī)律?;謴?fù)生態(tài)學(xué)應(yīng)用了許多學(xué)科的理論,但最主要的還是生態(tài)學(xué)理論,這些理論主要有:限制性因子原理(尋找生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的關(guān)鍵因子)、熱力學(xué)原理(確定生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)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(tài)適應(yīng)性理論(盡量采用鄉(xiāng)土種進(jìn)行生態(tài)恢復(fù))、生態(tài)位原理(合理安排生態(tài)系統(tǒng)中的物種及其位置)、生態(tài)演替理論(縮短恢復(fù)時(shí)間,極端退化的生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)時(shí)演替理論不適用,但是具有指導(dǎo)作用)、植物入侵理論、生物多樣性原理(引進(jìn)物種時(shí)強(qiáng)調(diào)生物多樣性,生物多樣性可能使恢復(fù)的生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)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(tài)規(guī)劃設(shè)計(jì)原則及物種遴選配置原則

        裸露山體生態(tài)修復(fù)的基本任務(wù)是保持邊坡穩(wěn)定和恢復(fù)邊坡植被,最終的目標(biāo)是基本恢復(fù)原有的結(jié)構(gòu)和功能。山體穩(wěn)定是實(shí)現(xiàn)生態(tài)恢復(fù)的前提,在進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)之前必須排除崩塌和落石隱患。生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)是有一定過程的,是遵循自然演替規(guī)律的,所以,裸露山體生態(tài)修復(fù)的規(guī)劃設(shè)計(jì)主要應(yīng)從如下幾方面開展。

        2.1 現(xiàn)狀調(diào)查分析

        主要目的是調(diào)查生態(tài)因子,綜合分析裸露山體各種生態(tài)環(huán)境因子的變化規(guī)律及趨勢,明確裸露山體的生態(tài)修復(fù)重點(diǎn),獲取必要的基礎(chǔ)資料。

        2.2 總體規(guī)劃

        (1)確定規(guī)劃范圍、時(shí)間、恢復(fù)目標(biāo)和任務(wù)。

        (2)由于自然地理、氣候環(huán)境、立地條件和人為干擾等因素的不同,對(duì)裸露山體進(jìn)行生態(tài)修復(fù)可以形成不同類型的植物群落。因?yàn)槊總€(gè)裸露區(qū)的植物群落不同,在對(duì)不同裸露區(qū)進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)的時(shí)候應(yīng)該針對(duì)裸露區(qū)周圍群落類型而遴選物種。所以,有必要對(duì)恢復(fù)對(duì)象分類、分區(qū)實(shí)施計(jì)劃,形成一個(gè)可行性規(guī)劃方案,使恢復(fù)的生態(tài)向健康穩(wěn)定的方向發(fā)展,恢復(fù)后的裸露山體能夠盡可能地與周邊生態(tài)系統(tǒng)相融合。

        (3)對(duì)于土壤退化及生態(tài)環(huán)境改變程度不嚴(yán)重的裸露區(qū)域,可參照原有生態(tài)系統(tǒng)植物群落的組成與結(jié)構(gòu),對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行修復(fù)。但是很多裸露區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)都發(fā)生了難以逆轉(zhuǎn)的變化,特別是那些土壤基質(zhì)發(fā)生徹底改變的裸露山體類型,其生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)大多選擇重建的方法。應(yīng)結(jié)合裸露區(qū)域的退化狀況、系統(tǒng)未來的作用、周圍的景觀背景規(guī)劃設(shè)計(jì)生態(tài)恢復(fù)目標(biāo),使得整個(gè)恢復(fù)后的生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)過長時(shí)間的演替,能夠具有一定的抵抗力,保持良好的能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)。

        2.3 生態(tài)恢復(fù)工程設(shè)計(jì)原則

        裸露山體生態(tài)恢復(fù)工程設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下原則:

        (1)協(xié)調(diào)性原則。裸露山體的生態(tài)恢復(fù)應(yīng)符合總體規(guī)劃,與周圍景觀相協(xié)調(diào)。根據(jù)周圍環(huán)境和生態(tài)經(jīng)濟(jì)總體規(guī)劃,可將裸露山體缺口設(shè)計(jì)為工業(yè)園區(qū)、山莊別墅、景點(diǎn)公園等。

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

        (3)生態(tài)自然修復(fù)與景觀再造相結(jié)合原則。裸露山體缺口由于其形態(tài)、顏色與周圍環(huán)境形成強(qiáng)烈反差,屬于生態(tài)脆弱帶,因此,必須以恢復(fù)生態(tài)學(xué)、景觀生態(tài)學(xué)原理為依據(jù),同時(shí)與景觀再造相結(jié)合,增加景觀異質(zhì)性與多樣性,提高視覺效果。

        (4)生態(tài)效益、社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益統(tǒng)籌兼顧原則。現(xiàn)代城鄉(xiāng)應(yīng)是自然—經(jīng)濟(jì)—社會(huì)復(fù)合生態(tài)系統(tǒng),不能一味注重經(jīng)濟(jì)效益提高而忽略對(duì)生態(tài)的保護(hù),更不能以犧牲生態(tài)環(huán)境為代價(jià)來追求經(jīng)濟(jì)效益的增長。裸露山體生態(tài)恢復(fù)應(yīng)既恢復(fù)其生態(tài)功能,又盡可能地發(fā)揮土地的使用價(jià)值,在生態(tài)、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)方面均發(fā)揮最大效益。

        2.4 物種遴選及配置原則

        裸露山體對(duì)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(tài)修復(fù)的物種一般應(yīng)具備以下特點(diǎn):①耐干旱貧瘠,適應(yīng)性強(qiáng);②根系發(fā)達(dá),能夠固持土壤,涵養(yǎng)水分;③生命力強(qiáng),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(shí),應(yīng)遵循以下原則:

        (1)鄉(xiāng)土化和地帶性原則。要根據(jù)裸露山體地區(qū)的氣候特點(diǎn),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(dāng)?shù)刂脖蝗诤?,這樣有利于保持長久并產(chǎn)生近于自然修復(fù)效果。優(yōu)先選用鄉(xiāng)土植物、地帶性植物,對(duì)植物群落的健康和加快生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)有著重要的意義,同時(shí)可以避免由于引進(jìn)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(yīng)盡可能地采取喬、灌、草相結(jié)合的方式進(jìn)行綠化,使之盡量符合當(dāng)?shù)氐闹参锶郝浣Y(jié)構(gòu),并走向本地化。為實(shí)現(xiàn)物種多樣性,應(yīng)喬灌優(yōu)先,喬灌草結(jié)合,慎用藤本。

        (3)根系發(fā)達(dá)原則。根系發(fā)達(dá)的植物不但能夠很好地固持土壤,保護(hù)邊坡上的生長基質(zhì),而且還可以吸收巖石裂隙內(nèi)的深層水分,有較強(qiáng)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(fā)育非常困難,所以,應(yīng)該堅(jiān)持以深根性喬灌為主。

        (4)遵照生態(tài)位原理,灌草立體配置、深根和淺根植物相結(jié)合原則。植被生長在時(shí)空上也存在一定的競爭,在選擇物種的時(shí)候應(yīng)該從時(shí)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(yǎng)吸收以及坡面的穩(wěn)定方面來考慮,宜深根和淺根植物相結(jié)合。植物根系對(duì)邊坡的防護(hù)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(tài)修復(fù)必須要考慮植物個(gè)體和種群的關(guān)系,既要迅速達(dá)到綠化效果,又要持久不衰,保持生物多樣性,構(gòu)成穩(wěn)定的多物種立體植被結(jié)構(gòu)。植物都有各自的生物特性,物種間多會(huì)出現(xiàn)競爭和侵入性。因此,考慮物種互利共生關(guān)系,應(yīng)該盡量選擇落葉量大或者固氮能力強(qiáng)的植物,以便改良土壤,為其他植物生長創(chuàng)造條件。

        3 裸露山體生態(tài)修復(fù)技術(shù)探討

        裸露山體的破壞類型較多,對(duì)不同的破壞類型所采取的修復(fù)方法一般也不一樣。以下就針對(duì)北京至四平高速公路遼寧省朝陽段的巖質(zhì)邊坡生態(tài)修復(fù)進(jìn)行探討。

        3.1 工藝流程

        植槽復(fù)綠時(shí),應(yīng)首先清理坡面浮石,加固不穩(wěn)定面,設(shè)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(yǎng)土—安裝微灌系統(tǒng)—植苗和種草—養(yǎng)護(hù)管理。

        3.1.1 搭腳手架

        較陡的坡面種植槽施工時(shí),為確保施工安全和質(zhì)量,按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求搭設(shè)腳手架是十分必要的。具體包括立桿、大橫桿搭設(shè)、小橫桿搭設(shè)、錨固鋼筋、搭設(shè)平臺(tái)、中間支撐和活動(dòng)腳板搭設(shè)、剪刀撐、安全網(wǎng)和安全防護(hù)欄搭設(shè)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(fēng)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(nèi)≥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(jīng)計(jì)算,這樣的配置強(qiáng)度能達(dá)到設(shè)計(jì)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(dá)到國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

        3.1.5 現(xiàn)澆槽板

        現(xiàn)澆槽板寬450-600 mm,鋼筋保護(hù)層厚度30-20 mm。混凝土澆鑄應(yīng)連續(xù)進(jìn)行,如果因故中止且超過允許時(shí)間,則應(yīng)按施工接縫處理。每排槽板間距1.5-3 m。

        3.1.6 配置營養(yǎng)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(dá)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(zhì)必須科學(xué)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(jié)約用水和便于養(yǎng)護(hù),設(shè)置集雨節(jié)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(jià)格稍貴但敷設(shè)長度長、具有自動(dòng)壓力補(bǔ)償功能、受路線縱坡影響較小、灌水均勻度較高的壓力補(bǔ)償式滴灌管??紤]到水源水質(zhì)多樣,礦化度和水中懸浮物數(shù)量有可能偏大,所以,滴灌管出水口流量不應(yīng)選得太小,以防化學(xué)與生物阻塞。本工程使用的滴灌管主要技術(shù)參數(shù)如下:(1)直徑16 mm,壁厚1.20 mm;(2)工作壓力50-350 kPa,設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(zhì)容積有限,坡面又經(jīng)常處于低養(yǎng)護(hù)或無養(yǎng)護(hù)狀態(tài),這就對(duì)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(tài)治理中一個(gè)重要問題是防止復(fù)綠植物退化。工程實(shí)踐表明,單一種草雖可實(shí)現(xiàn)快速綠化,但經(jīng)常退化。灌草藤立體配置是解決這個(gè)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(jié)合具有良好的護(hù)坡效果。種植槽種植能上爬下掛的藤本植物,對(duì)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(zhuǎn)化空氣中的游離氮成為氮肥,實(shí)現(xiàn)在低養(yǎng)護(hù)條件下氮營養(yǎng)的長期可持續(xù)供給。

        3.2.3 鄉(xiāng)土植物應(yīng)用

        在長期的自然選擇中,鄉(xiāng)土植物形成了對(duì)當(dāng)?shù)赝寥?、氣候等生態(tài)因子的良好適應(yīng)能力,在無養(yǎng)護(hù)或低養(yǎng)護(hù)條件下,種植槽種植植物能否成功很大程度上取決于鄉(xiāng)土植物的應(yīng)用。

        4 結(jié)論

        具體工程實(shí)踐證明,在裸露山體和廢渣堆積體的生態(tài)修復(fù)中,綜合應(yīng)用植被混凝土生態(tài)護(hù)坡綠化技術(shù)和防沖刷基材(PEB)生態(tài)護(hù)坡技術(shù)比較適合實(shí)際情況,體現(xiàn)出技術(shù)的科學(xué)性。實(shí)施單位能快而準(zhǔn)地把握施工工藝,保證施工的順利進(jìn)行。在經(jīng)濟(jì)上最節(jié)約,包括其邊際成本和邊際效益都能達(dá)到令人滿意的程度。能真正實(shí)現(xiàn)固土護(hù)坡、快速復(fù)綠、回歸自然的生態(tài)修復(fù)目標(biāo),可最大限度地減少人工修復(fù)痕跡,使人感受到和諧之美。

        [1]吳長文,章夢濤.裸露山體缺口生態(tài)治理[M].北京:科學(xué)出版社,2007.

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