还祥生

北京门头沟地区岩质边坡生态修复技术研究

还祥生

本文分别介绍了客土种植、钻孔种植穴种植这两种传统的裸露岩质边坡修复技术，以及生态植被袋护坡、团粒客土喷播这两种常用的新型裸露岩质边坡生态修复技术，并阐述了它们生态修复的特点。在北京门头沟军庄某废弃石灰石采石场内的裸露岩质边坡，进行了为期一年多的生态修复试验，根据岩质边坡坡度、表面破碎程度等不同特性，分别采用了客土种植、钻孔种植穴和生态植被袋护坡、团粒客土喷播这四种生态修复技术，并得出了相应的生态修复成果。在试验结论的基础上，对比分析了这几种在北京地区常用的岩质边坡修复技术的适宜性和经济性。

裸露岩质边坡；传统生态修复技术；新型生态修复技术；生态修复试验

0 前言

长期的矿产资源开发利用给人类带来社会文明与经济极大进步和发展的同时，也形成了许多的地质环境问题。矿山开采破坏形成的地质环境问题主要包括地形地貌破坏、土地资源占压和生态破坏等（张兴等，2011），已经对人类的生存和社会经济的可持续发展造成了严重威胁。

门头沟位于北京西部，地处华北平原向蒙古高原过渡地带，区内矿产资源丰富，其中以煤、石灰石分布广、储量大，煤、石灰石等资源的开采形成了大量裸露的岩质边坡,严重的破坏了当地的生态环境和居住环境。因此，为了恢复自然生态环境和改善当地村民的居住环境，对这些裸露的岩质边坡进行生态修复显得十分迫切。本文以北京门头沟军庄地区某裸露的岩质边坡生态修复为例，在该选定的岩质边坡上进行了生态修复试验并得出相应的试验结论，为从事岩质边坡生态修复工程的相关技术人员，提供一定的参考与启发。

1 岩质边坡生态特点

岩质边坡一般是在人类活动（如资源开发、工程建设等）或者自然灾害（如滑坡、崩塌等）过程中对自然山体的破坏而形成的（陈帆等，2010；刘立平等，2000；包永兴，1998；黄润秋等，2002）。岩质边坡具有以下特点：①边坡表面缺少植被生长所需的土壤、水分以及有机质等基质条件，且水土流失程度严重，自然条件下植被极难恢复；②治理难度大，治理措施的技术含量高，治理投入大；③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。这些裸露的岩质边坡暴露于自然界，长期受到自然因素（如雨水、日照、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，影响边坡稳定性。对裸露的岩质边坡进行生态修复，可以减缓自然因素对边坡的破坏作用，有利于保持边坡稳定性。

2 岩质边坡生态修复技术

2.1 传统生态修复技术

传统岩质边坡生态修复技术包括客土种植、喷播种植等，具有施工简单、造价较低等特点。采用客土种植、喷播种植等方式可以形成可供植被生长的基质层，但是由于岩质边坡表层附着能力较差，在降雨冲刷作用下基质流失现象严重，久而久之，附着于边坡岩面上的基质层将不复存在，使得已经成活的植被丧失生长基质而退化，从而出现“一年绿，二年黄，三年死光光”的现象。

2.2 新型生态修复技术

通过引进国外先进的岩质边坡生态修复技术和国内多年的工程项目应用实践及创新，目前已经形成技术可行、较为实用的岩质边坡生态修复技术体系（娄仲连等，2001；宫彦章等，2016），应用较多的修复技术包括生态植被袋护坡、团粒客土喷播、柔性生态土工袋护坡、蜂巢格室护坡、环保植物纤维毯护坡等技术。

北京地区裸露岩质边坡生态修复常采用“生态植被袋护坡”和“团粒客土喷播”这两种新型生态修复技术，分别介绍如下。

（1）生态植被袋护坡

生态植被袋也叫植生袋，是采用内附种子层的土工材料袋，通过在袋内装入植物生长的土壤材料，在坡面上以一定的方式码放，起到坡面防护、防止土壤侵蚀的作用，同时达到植被恢复、生态修复的目的。由于植生袋对植被不排斥，植物可以从里面长出，也可以从表面扎根，因此可以起到“固根保土”的作用。该技术对坡面质地无限制性要求，尤其适宜于坡度较大的坡面，见效快且效果稳定。

（2）团粒客土喷播

团粒客土喷播采用团粒反应与喷播设置一体化技术，瞬间制造出具有优异性能的适合植物快速生长的土壤团粒结构，使得岩质边坡快速形成理想的植物群落。该技术将各种适合植物生长的植生材料经过科学配比，再经过团粒反应之后用专用的喷播机将团粒后的土壤自然降落到事先预制的植生位置。由于是团粒反应且土壤自然降落到事先预制的值生位置，所以土壤结构松软、透气性好，无板结现象不易剥离脱落，保水性能理想，因此十分适合植物迅速存活、生长。

西汉河平三年（公元前26年），杰出学者刘向受命主持大规模的书籍整理工作，并在每一部书籍整理完毕时，撰写一篇叙录，记述此部书的作者、内容、学术价值及校雠过程。这些叙录汇集成《别录》，是我国最早的官修图书综合目录。

3 岩质边坡生态修复试验

3.1 试验基本情况

本次岩质边坡生态修复试验地点，位于距门头沟城区约8km的军庄镇灰峪村。区域内出露的地层为奥陶系和石炭系。试验区为一处废弃石灰石矿山开采形成的裸露岩质边坡，南北长约160m，边坡高约50m，坡面北段为表面较光滑的陡壁坡度约70，其余坡度40～60。试验对象为试验区内较陡的岩质边坡、坡脚平台及两者之间的缓坡。试验周期为2014年5月27日—2015年8月12日。

3.2 试验方法

图1 试验位置部署示意图Fig.1 Diagram of test location deployment

本次岩质边坡生态修复的试验方法，包括钻孔种植穴和客土种植两种传统生态修复技术，以及生态植被袋和团粒喷播两种新型生态修复技术，对较陡的岩质边坡采取孔种植穴、团粒喷播方法，对坡脚平台进行客土种植，及陡坡与平台之间的缓坡进行生态植被袋护坡，具体的试验位置部署见图1。

（1）钻孔种植穴

试验重点是对比裸露岩质边坡人工钻孔造穴种植攀援植物的生长情况。在试验区北偏东侧较完整的岩质边坡（坡度约52）上，长约40.0m，宽约15.0m的范围内，在距离底部平台向上约4m、8m位置分别钻一排孔，共钻二排孔，钻孔水平向间距0.60m。钻孔种植穴分为单孔、双孔种植穴两种类型，单孔种植穴孔径150mm，孔口竖向或与坡面夹角约30，孔深500mm。双孔种植穴由两个单孔种植穴联通形成。此外，在孔穴上方宽约0.5m位置处，凿成一个深80mm、宽50mm的渠槽与孔穴相连，作为种植穴的雨水收集系统（图2）。在成孔的种植穴内敷设轻基质网桶植生袋和营养土，分别种植攀缘植物五叶地锦、扶芳藤。

图2 钻孔种植穴平面、剖面示意图Fig.2 Diagram of plane and section of drill hole

（2）团粒喷播

在试验区北段岩质边坡（坡度约70）上进行团粒喷播试验，试验区长约35m，高12m，团粒喷播面积210m2。

①喷播材料。客土材料：粘土、砂、有机质比例适中，物理和化学稳定性好的改良土壤，经团粒反应后可以确保土壤培养基质量；复合纤维料：增加了适合植物生长的缓释肥，为了增加土壤培养基的强度和保水性，加入复合性纤维；土壤稳定剂：由天然植物性油脂的诱导体构成，施工时对团粒反应起促进作用，形成稳定的土壤培养基；团粒剂：线状有机高分子，能再现最理想土壤形态；植物纤维：植物纤维吸水性良好，添加后使土壤颗粒的连接作用更加紧密，对土壤培养基起加固作用；种子：刺槐、紫穗槐、胡枝子、马棘等。②喷播厚度。由于坡面基岩较破碎，凹凸不平，挂网后对坡面进行初喷、复喷，喷播厚度8～12cm3。

（3）客土种植

试验区内坡脚平台种植攀援植物五叶地锦和扶芳藤。在挡土墙后挖一条宽度、深度均为0.60m的种植槽，槽内放置营养土，按照株间距0.15m种植了攀援植物。在平台位置种植了沙地柏和卫矛两种耐旱灌木，株距、行距0.60m，并根据地形条件种植乔木侧柏等。

（4）生态植被袋护坡

在试验区陡坡与平台两者之间的缓坡部位（坡度约45），在坡面上敷设生态植被袋，并辅以锚杆和土工格栅加固（图3）。生态植被袋尺寸选用1100mm×550mm，袋内充填营养土后能形成长1.0m、宽0.4m、高0.2m的长方体形状。

图3 生态植被袋敷设工程设计图Fig.3 Design of Ecological vegetation bag laying

3.3 试验结论

本次岩质边坡生态修复试验，根据不同的试验段岩质边坡的特点，分别采用了客土种植、钻孔种植穴、团粒喷播和生态植被袋护坡4种生态修复技术，绿化方面选用“乔、灌、草、攀援植物”相结合的立体种植方案。经过一个水文年的养护与观测，试验区选定的岩质边坡生态得到一定程度的修复，修复后的岩质边坡绿化效果见图4。

图4 岩质边坡整体绿化效果Fig.4 Overall greening effect of rock slope

（1）试验区内岩质边坡钻孔种植穴内种植的五叶地锦、扶芳藤的养护与观测，五叶地锦的生长率为0.41cm/d，扶芳藤的生长率为0.11cm/d，地锦生长较快；在7—8月间观测发现，植被在耐受高温影响方面，五叶地锦较差，部分叶面被烤焦，而扶芳藤耐高温能力较强。通过一年观测，钻孔种植穴内种植的攀援植物成活率及保存率较高，大于83%。因此，对裸露的岩质边坡采用人工钻孔种植穴的方法进行绿化可行；五叶地锦、扶芳藤等攀援类植物都可作为钻孔种植穴内种植的物种。另外，本次裸露的岩质边坡生态修复试验，共钻孔成穴255个，成活率及保存率较高，均大于83%，单钻孔种植穴工程综合造价较低，在岩质边坡生态修复中具有一定的价格优势。

（2）试验区平台种植的卫矛、沙地柏、地锦、扶芳藤等植物，以及缓坡上生态植被袋护坡，经过一年观测，均长势良好，适宜作为岩质边坡生态修复方案。

（3）团粒喷播是一种比较成熟的岩质边坡生态修复方法。本次试验期间受冰雹等自然灾害天气影响，团粒喷播效果一般，未能达到预期效果。

4 结论与建议

本文分析了裸露岩质边坡生态修复的特点，介绍了传统和新型的岩质边坡生态修复技术及各自的特点。通过门头沟军庄地区裸露岩质边坡生态修复试验，取得了试验成果。在此分析与研究基础上，得出有关裸露岩质边坡生态修复的结论与建议。

4.1 结论

（1）在北京门头沟军庄地区，采用客土种植、钻孔种植穴、团粒喷播和生态植被袋护坡方法进行岩质边坡生态修复可行，每种方法分别适应不同坡度的岩质边坡：平台、缓坡宜选用客土种植方法，较陡岩质边坡宜选用生态植被袋护坡方法，高陡岩质边坡宜选用钻孔种植穴或团粒喷播方法。

（2）客土种植、钻孔种植穴、团粒喷播和生态植被袋护坡施工工艺都比较成熟，但是施工费用相差较大。客土种植、钻孔种植穴两种生态修复方法前期施工费用较低、后期养护成本也较低；生态植被袋护坡须设置锚杆和土工格栅等辅助加固措施，前期施工费用较高、后期养护成本较低；团粒喷播施工工艺相对复杂，前期施工费用较高、后期养护成本也较高。

（3）在裸露岩质边坡生态修复的整体效果方面，团粒喷播和生态植被袋护坡措施治理岩质边坡的整体效果更好。

4.2 建议

（1）裸露岩质边坡的整体性和稳定性直接影响到坡面绿化存活率和效果，因此，在岩质边坡生态修复施工之前，须根据边坡的风化程度和地层岩性，选取适宜的挂网和锚固等加固措施保证边坡的整体性和稳定性。

（2）在进行裸露岩质边坡生态修复时，应根据岩质边坡的特性选择相对应的修复方法，宜采用传统与新型生态修复相结合的方法。在技术可行、经济合理的前提下，优先选用团粒喷播和生态植被袋护坡等整体修复效果好的方法。

（3）为了达到裸露岩质边坡生态修复的目的，宜采取“乔、灌、草、攀援植物”相结合的立体种植措施。种植用的乔、灌木、草籽品种以及团粒喷播的基材和种子应因地制宜，充分考虑植物的成长条件，建议尽量选取本土树种。

（4）裸露岩质边坡生态修复完成后，应充分重视后期施肥、浇水和病虫害防治等养护工作。

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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资有限公司，北京 100050）

10.3969/j.issn.1007-1903.2017.03.008

还祥生（1983- ），男，硕士，高工，主要从事地质灾害、矿山地质环境治理工程项目的勘查、设计工作。E-mail：81014504@qq.com