裸露岩石边坡生态修复关键技术的研究与探索
裸露的岩石边坡一般是在人类活动（如工程开发建设）或者自然灾害（如滑坡、崩岗等）过程中对自然山体的破坏而形成的。按形成的因素不同，一般具体表现为采石（矿）场的开采坑口、关停坑口、废气坑口、遗留边坡和公路、铁路等开采缺口[1]。裸露的岩石边坡具有以下特点[2]：一是边坡表面土壤、水分以及有机质缺乏，水土流失程度严重，自然条件下植被极难恢复；二是治理难度大，治理措施的技术含量高，治理投入大；三是大面积裸露山体将影响局部生态环境的健康发展，影响区域植被间的信息以及能量等流通。这些裸露边坡暴露于自然界，长期受到自然因素（如雨水、日照、气温、风力等）的反复作用，从而使边坡岩石的物理力学性质发生变化，容易造成和加剧边坡的水毁病害。因此裸露岩石边坡的治理逐渐受到人们的重视。
传统的边坡防护措施(如喷锚、浆砌片石骨架、水泥骨架、挡土墙等) ,虽然能有效确保边坡的稳定，但与周边的景观协调性差,满足不了现代城市景观和人们追求舒适居住环境的要求[3],同时没有系统地、综合地以恢复生态学理论为基础进行全面的整体规划。而裸露岩石边坡的生态修复则是一项系统的、综合的过程，是一项集岩土工程学、植物学、土壤学、恢复生态学、水土保持学和景观生态学等诸学科于一体的综合性的科学技术，它既能保证裸露山体的稳定性、安全性，又能逐步建立起一个健康、稳定、可持续的生态系统。作者在总结了大量的国内外资料的基础上从施工技术、基质组成、植物选择、施工原则以及发展趋势等五个方面对裸露岩石边坡的生态修复进行介绍。
1 生态护坡施工技术
1.1 客土喷播护坡技术
所谓客土喷播技术[4]，就是指将植物生长的基础——土壤与有机基材、粘结剂、保水剂、肥料、酸碱调节剂和种子等按一定比例混合，经过机械充分搅拌均匀后，利用客土喷播机提供的动力喷射到坡面上形成植物生长的土壤层，种子发芽、生长成坪后，可以对边坡的稳定起到有效的保护，从而达到快速重建植被生态系统和生物护坡的目的。客土喷播技术适用于边坡坡率较缓的全风化及强风化边坡、植物根系容易插入的石质边坡。客土喷播防护边坡主要靠植物的根系来实现。植物根系垂直扎入较为稳定的岩土层，如同在边坡上打了无数的锚杆，对边坡起到锚固的作用，浅层交错盘结的根系对边坡起到加筋的作用，把整个边坡连接成有机整体。此外，植物的茎叶能避免坡面被雨水直接冲刷，并能有效减缓地表径流速度，从而起到保护边坡的作用。
1.2 喷混植生护坡技术
喷混植生护坡技术[5]是指利用液态播种原理，将生命力强、且能满足各种绿化功能的植物种子经科学处理后与肥料、防土壤侵蚀剂、内覆纤维材料、保水剂、色素以及水等按一定比例放入混料灌内，通过搅拌器将混合液搅拌至全悬浮状态后，利用离心泵把混合液导入消防软管，经喷枪喷播在欲建边坡裸地形成均匀覆盖层保护下的植物种子层，再铺设无纺布防护的一种进行坡面强制绿化的护坡技术。该护坡技术的特点[6]有三：一是喷混植生技术采用镀锌铁丝网和钢杆锚固，抗拉力强度大,可有效地防止崩塌和碎石掉落,确保山体和道路长治久安，该方法适用于恶劣环境的岩石边坡,如砾石层、软岩、破碎层及较硬的基岩石等；二是抗侵蚀性和水土流失；三是保障植被快速成型及生态稳定性。
1.3 厚层基材植被护坡技术
厚层基材植被护坡技术[7]是指使用经改进的混凝土喷射机将拌和均匀的厚层基材与植被种子的混合物按照设计厚度均匀喷射到需防护的工程坡面的绿色护坡技术。它是集岩土工程学、植物学、土壤学、肥料学、高分子化学和环境生态学等多学科于一体的综合工程技术。厚层基材植被防护功能通过锚杆、复合材料网、植物根系的力学加固和坡面植物的水文效应实现。其基本结构主要由锚杆、镀锌网和基材混合物组成。该技术适用于年平均降雨量大于600 mm ,连续干旱时间小于50 d 的非高寒地区,且坡度不超过1∶0. 5 的硬质岩边坡、混凝土面、浆砌片石面,也适用于稳定的碎石坡面边坡以及各类软质岩边坡等。
1.4 纤维网植被护坡技术
纤维网植被护坡技术[8]是指栽种固坡植物并结合纤维地衣等工程材料,在坡面构建一个具有自身生长能力的防护系统,通过固坡植物的生长对边坡进行加固或美化的一门新技术。根据边坡地形、地貌、土质和区域气候的特点,在边坡表面覆盖一层纤维网材料,并按一定的组合种植多种植物,通过植物的生长活动达到根系加筋、茎叶防冲蚀的目的,经过生态护坡技术处理,可在坡面形成茂密的植被覆盖,在表土层形成盘根错节的根系,有效抑制暴雨径流对边坡的侵蚀,增加土体的抗剪强度,减小孔隙水压力和土体自重力,从而大幅度提高边坡的稳定性和抗冲刷能力。
1.5 液压喷播植草护坡技术
液压喷播植草护坡技术[9]，是国外近十多年新开发的一项边坡植物防护措施，是将草籽、肥料、粘着剂、纸浆、土壤改良剂、色素等按一定比例在混合箱内配水搅匀，通过机械加压喷射到边坡坡面而完成植草旋工的。其特点是：①旋工简单、速度快；②施工质量高，草籽喷播均匀，而且由于在坡面形成了一层能保水保温薄膜，使得种子发芽生长快，整齐一致；③防护效果好．正常情况下，喷播一个月后坡面植物覆盖率可达70％以上，两个月后形成防护、绿化功能；④适用性广，可在任何气候及边坡条件下施工。
1.6 土工网植草护坡技术
土工网植草护坡技术主要采用的材料是三维植被固土网垫，它[10]是由多层塑料凹凸网和高强度平网复合而成的立体网结构。面层外观凹凸不平,材质疏松柔韧,留有90 %以上的空间可填充土壤及砂粒,将草籽及表层土壤牢牢护在立体网中间。这种复合体系具有极强的抗冲刷能力,能够达到有效防护边坡的目的。该技术的适用边坡坡率缓于1∶1 的路堑边坡和坡率缓于1∶1. 5 的路堤边坡。
1.7 蜂巢式网格植草护坡技术
蜂巢式网格植草护坡技术[11]，是指在修整好的边坡坡面上拼铺正六边形混凝土框砖形成蜂巢式网格后，在网格内铺填种植土，再在砖框内栽草或种草的一项边坡防护措施。该技术所用框砖可在预制场批量生产，其受力结构合理，拼铺在边坡上能有效地分散坡面雨水径流，减缓水流速度，防止坡面冲刷，保护草皮生长。这种护坡施工简单，外观齐整，造型美观大方，具有边坡防护、绿化双重效果，该技术多用于填方边坡的防护。
1.8 生物活性无土植被毯护坡技术
生物活性无土植被毯护坡技术[12]是指一种用于泊岸和斜坡的活性固土植被培植构件,由至少一个固底构件构成,任意一个固底构件均由一个纤维束构成,环绕任意一个纤维束的外侧均分别设置有网格加固层。固底构件中均设置有植物,植物具有根须。将固底构件沿泊岸和斜坡的底端线或者中间方向排列,纤维吸水后,固底构件的重量增加,不能移动,从而防止泊岸和斜坡底端的土石随水流失。进一步地利用设置在固底构件中的植物根须伸入泊岸和斜坡的底端面内,可以进一步巩固泊岸和斜坡底端的土石,阻断泥土向下流或者塌方,同时生长在固底构件中的植物也可以改善景观,绿化环境。该技术适用于边坡坡度小于45°的全风化及强风化边坡。
1.9 六边形混凝土空心砖植物护坡技术
六边形混凝土空心砖植物护坡技术[13]适用于坡度缓于1∶ 0.75 的全风化、强风化的岩石边坡。可防止边坡受雨水侵蚀，避免坡面上产生沟槽。该技术节省材料，造价较低，施工方便。宜在春秋施工，雨季施工时，为使草种免受雨水冲失，应加盖无纺布等。其缺点是不能全覆盖护坡，易出现局部斑秃；蓄水能力一般；维护烦琐，人工浇灌时水分会沿坡流失，费工费水。
1.10 火山岩护坡砖护坡技术
火山岩护坡砖[14]是以火山岩（粒径10～40 mm）为骨料，水泥为黏合剂预制的（400mm×400 mm×100 mm）砌块。火山岩砖内置植物生长成份，上平面预留20 个孔径为35 mm的植被生长孔，是一种新型的生态护坡方式。具有透水、蓄水、透气、无黄土外露的特点，有利于植物生长、防止水土流失、节水、环保。
1.11 挂笼砖绿化护坡技术
挂笼砖绿化护坡技术[15]是指采用工厂生产配制的栽培基质加粘合剂压制成砖状土坯,加入草、藤类植物,形成长满絮状草根的绿化草砖,将草砖装入过塑网笼砖内,形成绿化笼砖,施工时用锚钉将绿化笼砖固定在岩质坡面上,达到即时绿化效果的绿化技术,主要用于75°以上的石壁边坡绿化。
1.12 浆砌片石骨架植草护坡技术
浆砌片石骨架植草护坡技术[16]是指用浆砌片石在坡面形成框架,在框架里铺填种植土,然后喷播植草的一种边坡护坡措施。适用于边坡高度不高且坡度较缓的各种强风化岩石边坡。
1.13 植被混凝土绿化护坡技术
植被混凝土绿化护坡技术[17],是指在开挖边坡形成以后,通过种植植物,利用植物与岩土体的相互作用(根系锚固作用)对边坡表层进行防护、加固,使之既能满足对边坡表层稳定的要求,又能恢复被破坏的自然植被的生态治理方法,同时又形成与周围环境相协调,与现代文明城市发展相适应的开放性生态系统。它综合考虑了各方面因素,遵循水力稳定性原则、生态原则和回归自然原则。它是集岩石工程力学、生物学、土壤学、园艺学、恢复生态学和水土保持工程学等学科于一体的综合生态治理技术,也是高陡边坡水土保持综合治理的一项基本措施[18]，此技术主要应用在高陡岩石边坡、混凝土边坡的护坡绿化工程以及硬化河道的生态修复工程上。
1.14 藤蔓植物护坡技术
藤蔓植物护坡[19]，又称垂直绿化，是指利用植物本身的攀缘或垂吊生长习性，如爬山虎、常春藤、黄素馨、络石、葛藤等，栽植这些植物以遮盖岩石或泥质边坡，从而达到美化环境的绿化效果。
2 生态护坡基质组成
在这些生态护坡的施工技术中，最为常用的是客土喷播护坡技术、厚层基材植被护坡技术、喷混植生护坡技术以及液压喷播植草护坡技术等，这些技术无一例外的都需要自制适合植物在石质边坡上生长的基质，如此才可以使植物在裸露的岩石边坡上顺利地生长。为了更好地达到生态护坡的效果，配制的基质应该有以下三点特征[20]：一是配制的基质具有抗雨水冲刷性能，以保证在植物生长成型前不被雨水冲失；二是配制的基质应具有一定的团粒结构，便于协调水、肥、气、热等以适应植物生长的需要；三是所配基质应该可以保证植物生长所需养分的长期有效性，以使在坡面形成稳定的植被群落之前不会出现养分耗尽的现象。
一般情况基质是由种植土、肥料、保水剂、粘合剂、团粒剂和酸碱调节剂组成的，有的基质还包括染色剂、有机质、高分子外加剂和活力剂等物质。
2.1 种植土
种植土[21]可因地选材,选择就近可以采集的粘土、黄土或沙土,但往往沙土、黄土、粘土的肥力不足,一般可用其他肥土以1 :1 配合使用,土要干净无杂质,无杂草且疏松,经晒干、粉碎、过筛,粒径小于10mm×10mm ,将湿度控制在30 %以下,干容重不得高于1. 3g/ cm3 ,p H 值应为6. 5～7. 5。
2.2 肥料
肥料的使用是为了给植物的生长提供养分，其用量取决于施工土壤的贫瘠程度,如果施工土层土壤肥沃,或者回填了比较肥沃的客土,肥料的施用量可以根据实际情况进行增减。同时,国产复合肥和进口复合肥在配方上也有所差异,这也必然会导致肥料施用量的不一致。肥料[22]应根据选用植物、肥力的可靠性和持续性、粘合剂、基床材料等选定种类。一般使用高效化肥、缓效性IB 态化肥或石炭酸系列树脂、聚烯烃系列树脂包裹的编码肥料。
2.3 保水剂
保水剂[23]是无毒、无害的高分子聚合物，能吸收自身重量400 倍左右的水分，具有快速吸水，缓慢释放，促进植物吸收的特点。它能够增强土壤和基质的保水保肥能力，改善土壤的团粒结构，持续供应植物生长所需水分，抗旱抗逆、节水省肥。保水剂的使用能够明显的提高植物种子的生根发芽率，保证乔灌木及草坪的生长质量，延长绿期。保水剂的使用应根据种植地的地质地貌条件，土壤性质、气候条件以及植物种子和种植方式，采用不同的型号、配方。
2.4 粘合剂
为避免风雨等自然因素对种植基材造成的侵蚀、冲刷,必须在种植基层中加入相当数量的粘合剂[24],以促使基质与岩石粘结和增强基质本身的抗侵蚀冲刷. 粘合剂常用有化学粘合剂和普通硅酸盐水泥,水泥的碱性对种子生根、发芽是有害的,因此加入水泥时应严格控制其用量,最大用量不得超过80kg/m3. 对于土壤的酸碱性和物理机能,视情况加入一定的土壤改良剂.
2.5 团粒剂
团粒剂[25]是高分子树脂类制剂,能解决有机基材混合形成易于植物生长团粒结构。
2.6 酸碱调节剂
酸碱调节剂的加入是为了调节所配基质的PH 值，由于基质的组成材料中有酸性的，也有碱性的，如果不加以调节便有可能使基质的PH 值不利于植物的生长。
2.7 染色剂
染色剂是一种颜色标志物,以界定喷播的地域。鉴于它没有营养价值所以对于一些熟练的工人以及专业草坪喷播公司而言,一般不考虑添加染色剂。这在一定程度上也可以降低生产成本。
2.8 有机质
有机质的使用主要是增加土的肥力和保证土壤的通气性,常用的有东北泥碳、腐叶土、堆肥、锯木屑、谷壳、经充分发酵的家畜肥料等。
2.9 高分子外加剂
为使绿化基材在岩石坡面上保持水土， 降低水分的蒸发量，在拌制和喷射基材时还要加入适量的高分子外加剂[26]。它是一种高分子有机聚合物，呈粉末状，不仅吸水率大，而且在溶水后会变成极光滑且粘稠的物质。它与其他基材混合后形成非常均匀的糊状稠化物，有利于喷播施工，喷播后会在岩石坡面形成性能良好的保水、牢固、透气、松软的“混凝土”。高分子外加剂掺量的多少取决于岩石边坡的坡度，坡度越大，用量相应增大。
3 生态护坡植物选择
为了更好地达到护坡的绿化效果，植物的选择也是至关重要的。一般情况下，植物的选择应该注意以下几点：一是要充分考虑施工目的和绿化目标[27]；二是要适应施工场地气候，发芽能力、繁殖能力旺盛；三是能改善土壤性质，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组合选择；五是种子容易获取、使用安全。生态护坡常选用的植物是高羊茅、白三叶、狗牙根、黑麦草、结缕草以及早熟禾等。
3.1 高羊茅
高羊茅[28]是多年生丛生型禾草，呈疏丛状，须根发达，入土很深。适应于多种土壤和气候条件。喜温耐热，有强的抗热性，在高温炎热的夏季，许多冷季型禾草都进入休眠期，但它不休眠。较抗寒，耐荫耐湿又较抗旱，能良好适应pH4.7~8.5 的酸碱土壤。
3.2 白三叶
白三叶[29]是多年生草本植物，根部分蘖能力及再生能力强，侧根发达并集中于表土15cm 以内。喜温凉湿润气候，亦能耐半荫，不耐干旱，稍耐潮湿，耐热性稍差，抗寒能力较强，生长适温19 -24℃，在我国长江流域以南地区生长，冬季保持常绿不枯，不耐盐碱。
3.3 狗牙根
狗牙根[30]是多年生禾草，具根状茎和匍匐枝。喜光稍耐荫，在光照良好的开旷地上，草色浓绿厚密，长势旺盛，而林下长势较弱。喜温暖，当气温降低至0℃时，生长受到严重影响。因根系浅，须根少，遇夏季干旱气候，容易出现匍匐枝嫩尖成片枯黄。
3.4 黑麦草
黑麦草[29]为非匍匐性丛生型禾草，茎直立，秆丛生，具有喜弱的根状茎，须根稠密。喜温暖湿润夏季较凉爽的环境，抗寒、抗霜而不耐热，在35℃以上气温时则生长势变弱，气温低于－15℃时会产生冻害。耐湿而不耐干旱，也不耐瘠薄。寿命一般为4-6a。
3.5 结缕草
结缕草[30]是我国栽培最早、应用最广的一种禾草，喜光、抗旱、耐高温、耐瘠薄和抗寒，但不耐荫。入冬后草根在－20℃左右能安全越冬，20~25℃生长最盛，30~32℃生长速度减弱，36℃以上生长缓慢或停止。适应pH5.5~8.5 土壤。
3.6 早熟禾
早熟禾是多年生疏丛型禾草。秆丛生，须根数量极多。适应性较强，喜光耐荫，喜温暖湿润，适宜在气候冷凉、湿度较大的地区生长，又具有很强的耐寒能力，在－30℃的寒冷地区能安全越冬。但该植物抗旱和耐炎热性差。
4 生态护坡施工原则
生态护坡工程是一个耗资较大的工程，为了保证工程的质量，生态护坡工在实施过程中应该遵循以下原则。
4.1 边坡稳定原则
边坡稳定[31]是生态环境治理的基础, 没有稳定的边坡, 也就没有稳定的边坡植被。因此首先要对边坡进行清理, 排除边坡崩塌、危岩、滑石隐患, 以期达到边坡的基本稳定。同时要根据山体形状设置截、排水沟和挡土墙等配套设施。
4.2 协调性原则
协调性原则[32]是指裸露山体的生态恢复应符合总体规划,与周围景观相协调。根据周围环境和城市总体规划,可将裸露山体缺口设计为工业园区、山庄别墅、景点公园等。
4.3 生态自然修复与景观再造相结合原则
所谓生态自然修复与景观再造相结合原则[33]，是指裸露山体缺口由于其形态、颜色与周围环境形成强烈反差,属于生态脆弱带,因此必须以恢复生态学、景观生态学原理为依据,同时与景观再造相结合,增加景观异质性与多样性,提高视觉效果。
4.4 生态效益、社会效益和经济效益统筹兼顾原则
现代城市应是自然- 经济- 社会复合生态系统,不能一味注重经济效益发展而忽略对生态的保护,更不能以牺牲生态环境为代价来追求经济效益的增长。生态效益、社会效益和经济效益统筹兼顾原则[34]是指裸露山体生态恢复应既恢复其生态功能,又尽可能地发挥土地的使用价值,在生态、社会和经济效益方面发挥最大的综合效益。
5 生态护坡发展趋势
生态护坡经过几十年的发展，已逐渐形成了自己的一套理论体系和方法技术。随着生态文明的提出和发展，对于越来越多的裸露岩石边坡开展生态修复已经是势在必行，今后其发展趋势将有以下几点：
（1）自从边坡开展生态修复以来，多是从国外引进生态修复理论和技术方法，而结合我国实际情况的理论和技术研究还很缺乏，今后应该多从我国实际情况出发，完善生态修复理论和方法，同时应多做一些现场试验，以便积累更多的工程经验。
（2）不同的地域、不同的边坡应该有不同的护坡施工技术、不同的基质配比和选择不同的植物，以后应该针对不同的情形开展具有特色的生态修复。
（3）现在学者多是对较为缓和的边坡开展生态修复，而对于一些高坡度岩石边坡的生态修复则是研究的较少，今后应该增加对一些高坡度边坡的生态修复研究．
（4）现在开展的岩石边坡生态修复多是学者独自开展，所以研究信息不够畅通，今后应该加强合作，并在此基础上制定符合我国实际情况的生态修复施工标准或者规范。
（5）虽然基质的配制比例有所不同，但基质的粘结度、基质的酸碱度和基质的营养与水分的长效供应，一直都是基质配制研究的重点，因此基质的配制比例研究还应该继续下去，同时，在配制基质的研究中应该尽量考虑当地资源和当地废弃物的充分利用，并经工厂化特种处理，产业化生产植被护坡基质是可行的。
（6）护坡植被的种类已由当初的一种发展到现在采用几种植物混播的方法，但是开发利用乡土草种较少，利用木本植物进行岩体护坡更少。因此大力开发乡土灌木甚至小乔木和草本进行岩石边坡的生态修复，与当地自然植被景观构成一体，并创造自然演替的植物群落条件，是护坡植物选择中的创新内容。
6 结语
裸露岩石边坡的生态修复能有效地改善山体景观,营造生态环境,以实现边坡防护和景观绿化两大功能的完美结合。生态护坡植被的根系有提高表层土粘聚力的作用,同时由于土体加筋材料的形成,对于边坡的整体稳定性有很大的意义。生态修复不仅有利于边坡的稳定,而且还可恢复植被,吸收噪声,减少太阳辐射,净化大气污染,调节局部小气候等特点,这种防护方式越来越受到重视,同时也是边坡防护发展的必然趋势。
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