還祥生

北京門頭溝地區(qū)巖質(zhì)邊坡生態(tài)修復(fù)技術(shù)研究

還祥生

本文分別介紹了客土種植、鉆孔種植穴種植這兩種傳統(tǒng)的裸露巖質(zhì)邊坡修復(fù)技術(shù)，以及生態(tài)植被袋護(hù)坡、團(tuán)粒客土噴播這兩種常用的新型裸露巖質(zhì)邊坡生態(tài)修復(fù)技術(shù)，并闡述了它們生態(tài)修復(fù)的特點(diǎn)。在北京門頭溝軍莊某廢棄石灰石采石場內(nèi)的裸露巖質(zhì)邊坡，進(jìn)行了為期一年多的生態(tài)修復(fù)試驗(yàn)，根據(jù)巖質(zhì)邊坡坡度、表面破碎程度等不同特性，分別采用了客土種植、鉆孔種植穴和生態(tài)植被袋護(hù)坡、團(tuán)?？屯羾姴ミ@四種生態(tài)修復(fù)技術(shù)，并得出了相應(yīng)的生態(tài)修復(fù)成果。在試驗(yàn)結(jié)論的基礎(chǔ)上，對比分析了這幾種在北京地區(qū)常用的巖質(zhì)邊坡修復(fù)技術(shù)的適宜性和經(jīng)濟(jì)性。

裸露巖質(zhì)邊坡；傳統(tǒng)生態(tài)修復(fù)技術(shù)；新型生態(tài)修復(fù)技術(shù)；生態(tài)修復(fù)試驗(yàn)

0 前言

長期的礦產(chǎn)資源開發(fā)利用給人類帶來社會文明與經(jīng)濟(jì)極大進(jìn)步和發(fā)展的同時，也形成了許多的地質(zhì)環(huán)境問題。礦山開采破壞形成的地質(zhì)環(huán)境問題主要包括地形地貌破壞、土地資源占壓和生態(tài)破壞等（張興等，2011），已經(jīng)對人類的生存和社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展造成了嚴(yán)重威脅。

門頭溝位于北京西部，地處華北平原向蒙古高原過渡地帶，區(qū)內(nèi)礦產(chǎn)資源豐富，其中以煤、石灰石分布廣、儲量大，煤、石灰石等資源的開采形成了大量裸露的巖質(zhì)邊坡,嚴(yán)重的破壞了當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境和居住環(huán)境。因此，為了恢復(fù)自然生態(tài)環(huán)境和改善當(dāng)?shù)卮迕竦木幼…h(huán)境，對這些裸露的巖質(zhì)邊坡進(jìn)行生態(tài)修復(fù)顯得十分迫切。本文以北京門頭溝軍莊地區(qū)某裸露的巖質(zhì)邊坡生態(tài)修復(fù)為例，在該選定的巖質(zhì)邊坡上進(jìn)行了生態(tài)修復(fù)試驗(yàn)并得出相應(yīng)的試驗(yàn)結(jié)論，為從事巖質(zhì)邊坡生態(tài)修復(fù)工程的相關(guān)技術(shù)人員，提供一定的參考與啟發(fā)。

1 巖質(zhì)邊坡生態(tài)特點(diǎn)

巖質(zhì)邊坡一般是在人類活動（如資源開發(fā)、工程建設(shè)等）或者自然災(zāi)害（如滑坡、崩塌等）過程中對自然山體的破壞而形成的（陳帆等，2010；劉立平等，2000；包永興，1998；黃潤秋等，2002）。巖質(zhì)邊坡具有以下特點(diǎn)：①邊坡表面缺少植被生長所需的土壤、水分以及有機(jī)質(zhì)等基質(zhì)條件，且水土流失程度嚴(yán)重，自然條件下植被極難恢復(fù)；②治理難度大，治理措施的技術(shù)含量高，治理投入大；③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。這些裸露的巖質(zhì)邊坡暴露于自然界，長期受到自然因素（如雨水、日照、風(fēng)力等）的反復(fù)作用，從而使邊坡巖石的物理力學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化，影響邊坡穩(wěn)定性。對裸露的巖質(zhì)邊坡進(jìn)行生態(tài)修復(fù)，可以減緩自然因素對邊坡的破壞作用，有利于保持邊坡穩(wěn)定性。

2 巖質(zhì)邊坡生態(tài)修復(fù)技術(shù)

2.1 傳統(tǒng)生態(tài)修復(fù)技術(shù)

傳統(tǒng)巖質(zhì)邊坡生態(tài)修復(fù)技術(shù)包括客土種植、噴播種植等，具有施工簡單、造價較低等特點(diǎn)。采用客土種植、噴播種植等方式可以形成可供植被生長的基質(zhì)層，但是由于巖質(zhì)邊坡表層附著能力較差，在降雨沖刷作用下基質(zhì)流失現(xiàn)象嚴(yán)重，久而久之，附著于邊坡巖面上的基質(zhì)層將不復(fù)存在，使得已經(jīng)成活的植被喪失生長基質(zhì)而退化，從而出現(xiàn)“一年綠，二年黃，三年死光光”的現(xiàn)象。

2.2 新型生態(tài)修復(fù)技術(shù)

通過引進(jìn)國外先進(jìn)的巖質(zhì)邊坡生態(tài)修復(fù)技術(shù)和國內(nèi)多年的工程項目應(yīng)用實(shí)踐及創(chuàng)新，目前已經(jīng)形成技術(shù)可行、較為實(shí)用的巖質(zhì)邊坡生態(tài)修復(fù)技術(shù)體系（婁仲連等，2001；宮彥章等，2016），應(yīng)用較多的修復(fù)技術(shù)包括生態(tài)植被袋護(hù)坡、團(tuán)?？屯羾姴?、柔性生態(tài)土工袋護(hù)坡、蜂巢格室護(hù)坡、環(huán)保植物纖維毯護(hù)坡等技術(shù)。

北京地區(qū)裸露巖質(zhì)邊坡生態(tài)修復(fù)常采用“生態(tài)植被袋護(hù)坡”和“團(tuán)?？屯羾姴ァ边@兩種新型生態(tài)修復(fù)技術(shù)，分別介紹如下。

（1）生態(tài)植被袋護(hù)坡

生態(tài)植被袋也叫植生袋，是采用內(nèi)附種子層的土工材料袋，通過在袋內(nèi)裝入植物生長的土壤材料，在坡面上以一定的方式碼放，起到坡面防護(hù)、防止土壤侵蝕的作用，同時達(dá)到植被恢復(fù)、生態(tài)修復(fù)的目的。由于植生袋對植被不排斥，植物可以從里面長出，也可以從表面扎根，因此可以起到“固根保土”的作用。該技術(shù)對坡面質(zhì)地?zé)o限制性要求，尤其適宜于坡度較大的坡面，見效快且效果穩(wěn)定。

（2）團(tuán)?？屯羾姴?/p>

團(tuán)?？屯羾姴ゲ捎脠F(tuán)粒反應(yīng)與噴播設(shè)置一體化技術(shù)，瞬間制造出具有優(yōu)異性能的適合植物快速生長的土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，使得巖質(zhì)邊坡快速形成理想的植物群落。該技術(shù)將各種適合植物生長的植生材料經(jīng)過科學(xué)配比，再經(jīng)過團(tuán)粒反應(yīng)之后用專用的噴播機(jī)將團(tuán)粒后的土壤自然降落到事先預(yù)制的植生位置。由于是團(tuán)粒反應(yīng)且土壤自然降落到事先預(yù)制的值生位置，所以土壤結(jié)構(gòu)松軟、透氣性好，無板結(jié)現(xiàn)象不易剝離脫落，保水性能理想，因此十分適合植物迅速存活、生長。

西漢河平三年（公元前26年），杰出學(xué)者劉向受命主持大規(guī)模的書籍整理工作，并在每一部書籍整理完畢時，撰寫一篇敘錄，記述此部書的作者、內(nèi)容、學(xué)術(shù)價值及校讎過程。這些敘錄匯集成《別錄》，是我國最早的官修圖書綜合目錄。

3 巖質(zhì)邊坡生態(tài)修復(fù)試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)基本情況

本次巖質(zhì)邊坡生態(tài)修復(fù)試驗(yàn)地點(diǎn)，位于距門頭溝城區(qū)約8km的軍莊鎮(zhèn)灰峪村。區(qū)域內(nèi)出露的地層為奧陶系和石炭系。試驗(yàn)區(qū)為一處廢棄石灰石礦山開采形成的裸露巖質(zhì)邊坡，南北長約160m，邊坡高約50m，坡面北段為表面較光滑的陡壁坡度約70，其余坡度40～60。試驗(yàn)對象為試驗(yàn)區(qū)內(nèi)較陡的巖質(zhì)邊坡、坡腳平臺及兩者之間的緩坡。試驗(yàn)周期為2014年5月27日—2015年8月12日。

3.2 試驗(yàn)方法

圖1 試驗(yàn)位置部署示意圖Fig.1 Diagram of test location deployment

本次巖質(zhì)邊坡生態(tài)修復(fù)的試驗(yàn)方法，包括鉆孔種植穴和客土種植兩種傳統(tǒng)生態(tài)修復(fù)技術(shù)，以及生態(tài)植被袋和團(tuán)粒噴播兩種新型生態(tài)修復(fù)技術(shù)，對較陡的巖質(zhì)邊坡采取孔種植穴、團(tuán)粒噴播方法，對坡腳平臺進(jìn)行客土種植，及陡坡與平臺之間的緩坡進(jìn)行生態(tài)植被袋護(hù)坡，具體的試驗(yàn)位置部署見圖1。

（1）鉆孔種植穴

試驗(yàn)重點(diǎn)是對比裸露巖質(zhì)邊坡人工鉆孔造穴種植攀援植物的生長情況。在試驗(yàn)區(qū)北偏東側(cè)較完整的巖質(zhì)邊坡（坡度約52）上，長約40.0m，寬約15.0m的范圍內(nèi)，在距離底部平臺向上約4m、8m位置分別鉆一排孔，共鉆二排孔，鉆孔水平向間距0.60m。鉆孔種植穴分為單孔、雙孔種植穴兩種類型，單孔種植穴孔徑150mm，孔口豎向或與坡面夾角約30，孔深500mm。雙孔種植穴由兩個單孔種植穴聯(lián)通形成。此外，在孔穴上方寬約0.5m位置處，鑿成一個深80mm、寬50mm的渠槽與孔穴相連，作為種植穴的雨水收集系統(tǒng)（圖2）。在成孔的種植穴內(nèi)敷設(shè)輕基質(zhì)網(wǎng)桶植生袋和營養(yǎng)土，分別種植攀緣植物五葉地錦、扶芳藤。

圖2 鉆孔種植穴平面、剖面示意圖Fig.2 Diagram of plane and section of drill hole

（2）團(tuán)粒噴播

在試驗(yàn)區(qū)北段巖質(zhì)邊坡（坡度約70）上進(jìn)行團(tuán)粒噴播試驗(yàn)，試驗(yàn)區(qū)長約35m，高12m，團(tuán)粒噴播面積210m2。

①噴播材料?？屯敛牧希赫惩痢⑸?、有機(jī)質(zhì)比例適中，物理和化學(xué)穩(wěn)定性好的改良土壤，經(jīng)團(tuán)粒反應(yīng)后可以確保土壤培養(yǎng)基質(zhì)量；復(fù)合纖維料：增加了適合植物生長的緩釋肥，為了增加土壤培養(yǎng)基的強(qiáng)度和保水性，加入復(fù)合性纖維；土壤穩(wěn)定劑：由天然植物性油脂的誘導(dǎo)體構(gòu)成，施工時對團(tuán)粒反應(yīng)起促進(jìn)作用，形成穩(wěn)定的土壤培養(yǎng)基；團(tuán)粒劑：線狀有機(jī)高分子，能再現(xiàn)最理想土壤形態(tài)；植物纖維：植物纖維吸水性良好，添加后使土壤顆粒的連接作用更加緊密，對土壤培養(yǎng)基起加固作用；種子：刺槐、紫穗槐、胡枝子、馬棘等。②噴播厚度。由于坡面基巖較破碎，凹凸不平，掛網(wǎng)后對坡面進(jìn)行初噴、復(fù)噴，噴播厚度8～12cm3。

（3）客土種植

試驗(yàn)區(qū)內(nèi)坡腳平臺種植攀援植物五葉地錦和扶芳藤。在擋土墻后挖一條寬度、深度均為0.60m的種植槽，槽內(nèi)放置營養(yǎng)土，按照株間距0.15m種植了攀援植物。在平臺位置種植了沙地柏和衛(wèi)矛兩種耐旱灌木，株距、行距0.60m，并根據(jù)地形條件種植喬木側(cè)柏等。

（4）生態(tài)植被袋護(hù)坡

在試驗(yàn)區(qū)陡坡與平臺兩者之間的緩坡部位（坡度約45），在坡面上敷設(shè)生態(tài)植被袋，并輔以錨桿和土工格柵加固（圖3）。生態(tài)植被袋尺寸選用1100mm×550mm，袋內(nèi)充填營養(yǎng)土后能形成長1.0m、寬0.4m、高0.2m的長方體形狀。

圖3 生態(tài)植被袋敷設(shè)工程設(shè)計圖Fig.3 Design of Ecological vegetation bag laying

3.3 試驗(yàn)結(jié)論

本次巖質(zhì)邊坡生態(tài)修復(fù)試驗(yàn)，根據(jù)不同的試驗(yàn)段巖質(zhì)邊坡的特點(diǎn)，分別采用了客土種植、鉆孔種植穴、團(tuán)粒噴播和生態(tài)植被袋護(hù)坡4種生態(tài)修復(fù)技術(shù)，綠化方面選用“喬、灌、草、攀援植物”相結(jié)合的立體種植方案。經(jīng)過一個水文年的養(yǎng)護(hù)與觀測，試驗(yàn)區(qū)選定的巖質(zhì)邊坡生態(tài)得到一定程度的修復(fù)，修復(fù)后的巖質(zhì)邊坡綠化效果見圖4。

圖4 巖質(zhì)邊坡整體綠化效果Fig.4 Overall greening effect of rock slope

（1）試驗(yàn)區(qū)內(nèi)巖質(zhì)邊坡鉆孔種植穴內(nèi)種植的五葉地錦、扶芳藤的養(yǎng)護(hù)與觀測，五葉地錦的生長率為0.41cm/d，扶芳藤的生長率為0.11cm/d，地錦生長較快；在7—8月間觀測發(fā)現(xiàn)，植被在耐受高溫影響方面，五葉地錦較差，部分葉面被烤焦，而扶芳藤耐高溫能力較強(qiáng)。通過一年觀測，鉆孔種植穴內(nèi)種植的攀援植物成活率及保存率較高，大于83%。因此，對裸露的巖質(zhì)邊坡采用人工鉆孔種植穴的方法進(jìn)行綠化可行；五葉地錦、扶芳藤等攀援類植物都可作為鉆孔種植穴內(nèi)種植的物種。另外，本次裸露的巖質(zhì)邊坡生態(tài)修復(fù)試驗(yàn)，共鉆孔成穴255個，成活率及保存率較高，均大于83%，單鉆孔種植穴工程綜合造價較低，在巖質(zhì)邊坡生態(tài)修復(fù)中具有一定的價格優(yōu)勢。

（2）試驗(yàn)區(qū)平臺種植的衛(wèi)矛、沙地柏、地錦、扶芳藤等植物，以及緩坡上生態(tài)植被袋護(hù)坡，經(jīng)過一年觀測，均長勢良好，適宜作為巖質(zhì)邊坡生態(tài)修復(fù)方案。

（3）團(tuán)粒噴播是一種比較成熟的巖質(zhì)邊坡生態(tài)修復(fù)方法。本次試驗(yàn)期間受冰雹等自然災(zāi)害天氣影響，團(tuán)粒噴播效果一般，未能達(dá)到預(yù)期效果。

4 結(jié)論與建議

本文分析了裸露巖質(zhì)邊坡生態(tài)修復(fù)的特點(diǎn)，介紹了傳統(tǒng)和新型的巖質(zhì)邊坡生態(tài)修復(fù)技術(shù)及各自的特點(diǎn)。通過門頭溝軍莊地區(qū)裸露巖質(zhì)邊坡生態(tài)修復(fù)試驗(yàn)，取得了試驗(yàn)成果。在此分析與研究基礎(chǔ)上，得出有關(guān)裸露巖質(zhì)邊坡生態(tài)修復(fù)的結(jié)論與建議。

4.1 結(jié)論

（1）在北京門頭溝軍莊地區(qū)，采用客土種植、鉆孔種植穴、團(tuán)粒噴播和生態(tài)植被袋護(hù)坡方法進(jìn)行巖質(zhì)邊坡生態(tài)修復(fù)可行，每種方法分別適應(yīng)不同坡度的巖質(zhì)邊坡：平臺、緩坡宜選用客土種植方法，較陡巖質(zhì)邊坡宜選用生態(tài)植被袋護(hù)坡方法，高陡巖質(zhì)邊坡宜選用鉆孔種植穴或團(tuán)粒噴播方法。

（2）客土種植、鉆孔種植穴、團(tuán)粒噴播和生態(tài)植被袋護(hù)坡施工工藝都比較成熟，但是施工費(fèi)用相差較大?？屯练N植、鉆孔種植穴兩種生態(tài)修復(fù)方法前期施工費(fèi)用較低、后期養(yǎng)護(hù)成本也較低；生態(tài)植被袋護(hù)坡須設(shè)置錨桿和土工格柵等輔助加固措施，前期施工費(fèi)用較高、后期養(yǎng)護(hù)成本較低；團(tuán)粒噴播施工工藝相對復(fù)雜，前期施工費(fèi)用較高、后期養(yǎng)護(hù)成本也較高。

（3）在裸露巖質(zhì)邊坡生態(tài)修復(fù)的整體效果方面，團(tuán)粒噴播和生態(tài)植被袋護(hù)坡措施治理巖質(zhì)邊坡的整體效果更好。

4.2 建議

（1）裸露巖質(zhì)邊坡的整體性和穩(wěn)定性直接影響到坡面綠化存活率和效果，因此，在巖質(zhì)邊坡生態(tài)修復(fù)施工之前，須根據(jù)邊坡的風(fēng)化程度和地層巖性，選取適宜的掛網(wǎng)和錨固等加固措施保證邊坡的整體性和穩(wěn)定性。

（2）在進(jìn)行裸露巖質(zhì)邊坡生態(tài)修復(fù)時，應(yīng)根據(jù)巖質(zhì)邊坡的特性選擇相對應(yīng)的修復(fù)方法，宜采用傳統(tǒng)與新型生態(tài)修復(fù)相結(jié)合的方法。在技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理的前提下，優(yōu)先選用團(tuán)粒噴播和生態(tài)植被袋護(hù)坡等整體修復(fù)效果好的方法。

（3）為了達(dá)到裸露巖質(zhì)邊坡生態(tài)修復(fù)的目的，宜采取“喬、灌、草、攀援植物”相結(jié)合的立體種植措施。種植用的喬、灌木、草籽品種以及團(tuán)粒噴播的基材和種子應(yīng)因地制宜，充分考慮植物的成長條件，建議盡量選取本土樹種。

（4）裸露巖質(zhì)邊坡生態(tài)修復(fù)完成后，應(yīng)充分重視后期施肥、澆水和病蟲害防治等養(yǎng)護(hù)工作。

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Study on ecological restoration of rock slope in Mentougou area of Beijing

HUAN Xiangsheng

(Beijing Sheng-Yuan-Jin-Tu Energy Investment Co. Ltd., Beijing 100050, China)

The paper introduces the two kinds of traditional planting bare rock slope soil remediation technology of planting, planting hole drilling, and also introduces vegetation bag revetment, granular soil spray sowing of these two kinds of commonly used model of bare rock slope ecological restoration technology, and expounds the characteristics of their ecological restoration. More than a year of the test of ecological restoration was done on the bare rock slope of an abandoned limestone quarry in Junzhuang Town of Beijing Mentougou area. According to different characteristics of rock slope, slope surface fragmentation degree, It took four kinds of restoration techniques: soil planting, hole drilling planting and vegetation bag revetment, granular soil spray sowing and got the corresponding results of ecological restoration. On the basis of the experimental results, the suitability and economy of these techniques used in Beijing area are analyzed and compared.

Exposed rock slope, Traditional ecological restoration technology, New ecological restoration technology, Ecological restoration experiment

A

1007-1903（2017）03-0041-05

（北京盛元金土能源投資有限公司，北京 100050）

10.3969/j.issn.1007-1903.2017.03.008

還祥生（1983- ），男，碩士，高工，主要從事地質(zhì)災(zāi)害、礦山地質(zhì)環(huán)境治理工程項目的勘查、設(shè)計工作。E-mail：81014504@qq.com