駱銀輝，吳柳宗，蔣學(xué)廣，郭 睿，陳允建

(1.云南地質(zhì)工程第二勘察院有限公司，云南 昆明 650218； 2.云南省地質(zhì)科學(xué)研究所，云南 昆明 650051)

我國(guó)經(jīng)歷了幾十年工業(yè)化發(fā)展階段，開(kāi)展了大規(guī)模的水、電、路、礦山等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和城市化建設(shè)，對(duì)國(guó)土生態(tài)造成了巨大的破壞，其中山區(qū)大量的道路工程和水電工程產(chǎn)生的工程邊坡，對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞面最大。工程邊坡生態(tài)修復(fù)是典型的困難立地條件下的生態(tài)修復(fù)，是工程建設(shè)項(xiàng)目生態(tài)修復(fù)的大難題。目前，國(guó)家尚未提出針對(duì)工程邊坡生態(tài)修復(fù)的目標(biāo)要求，大部分工程邊坡治理的技術(shù)目標(biāo)主要是滿足工程安全，即使部分工程邊坡做了綠化覆蓋，也僅僅是以滿足水土保持要求的綠化為目標(biāo)[1]，且每個(gè)地方的標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，效果差異也較大?？傊?，未能從全面恢復(fù)生態(tài)功能的角度開(kāi)展生態(tài)修復(fù)，這種現(xiàn)狀顯然達(dá)不到國(guó)家關(guān)于綠色發(fā)展的要求。在國(guó)家生態(tài)文明建設(shè)和“碳達(dá)峰、碳中和”的發(fā)展階段[2-3]，應(yīng)堅(jiān)持生態(tài)優(yōu)先的發(fā)展原則，建設(shè)綠色礦山、綠色公路、綠色水電、綠色鐵路，最大限度修復(fù)因工程建設(shè)而破壞的生態(tài)環(huán)境。目前，各行業(yè)都在制定綠色發(fā)展的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，因此工程邊坡治理的目標(biāo)除了要滿足工程安全要求，還要達(dá)到環(huán)境保護(hù)和生態(tài)功能恢復(fù)目標(biāo)，按照安全、環(huán)保、生態(tài)三大目標(biāo)統(tǒng)籌考慮。筆者從恢復(fù)生態(tài)功能的要求出發(fā)，根據(jù)大量工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和國(guó)內(nèi)相關(guān)研究成果，結(jié)合工程實(shí)例，介紹邊坡生態(tài)修復(fù)的目標(biāo)和技術(shù)方法，以期為邊坡生態(tài)修復(fù)探索出較為科學(xué)的技術(shù)途徑和綠色發(fā)展途徑，為研究制定工程建設(shè)的生態(tài)修復(fù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)提供參考。

1 工程邊坡生態(tài)功能修復(fù)的目標(biāo)及技術(shù)途徑

過(guò)去，生態(tài)修復(fù)主要強(qiáng)調(diào)綠化，如《生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土流失防治標(biāo)準(zhǔn)》強(qiáng)調(diào)林草恢復(fù)率和覆蓋率。生態(tài)修復(fù)的目標(biāo)不應(yīng)僅僅是綠化，而應(yīng)是根據(jù)生態(tài)學(xué)理論恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)的基本功能[4-5]。按照生態(tài)學(xué)理論，整個(gè)生物圈生態(tài)系統(tǒng)的功能主要表現(xiàn)為生物生產(chǎn)、能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)，它們是通過(guò)生態(tài)系統(tǒng)的核心部分——生物群落來(lái)實(shí)現(xiàn)的。生態(tài)系統(tǒng)對(duì)人類具有多方面的服務(wù)功能，生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)功能在人類不同發(fā)展階段的貢獻(xiàn)是不一樣的，比如在農(nóng)耕時(shí)代，生態(tài)系統(tǒng)對(duì)人類的服務(wù)主要體現(xiàn)在農(nóng)林產(chǎn)品的生產(chǎn)和食用動(dòng)物的生產(chǎn)與供給。我們要修復(fù)的國(guó)土生態(tài)系統(tǒng)主要是指植物生態(tài)系統(tǒng)，站在人與自然和諧發(fā)展角度，在我國(guó)新的發(fā)展階段，在全面實(shí)施山水林田湖草生態(tài)保護(hù)修復(fù)工程的要求下[6]，植物生態(tài)系統(tǒng)對(duì)人類的服務(wù)功能主要體現(xiàn)在：農(nóng)林植物生產(chǎn)、固碳(碳匯)、固氮、制氧、凈化空氣[7-9]；美化自然和人居生態(tài)環(huán)境；發(fā)揮防風(fēng)固沙、保持水土、涵養(yǎng)水源、凈化水質(zhì)等作用；改善氣候，促進(jìn)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)等[10]。根據(jù)大量研究成果，生態(tài)服務(wù)功能總體可歸納為四大功能：供給功能、調(diào)節(jié)功能、文化功能、支持功能。

邊坡生態(tài)修復(fù)的基本目標(biāo)就是充分恢復(fù)植物生態(tài)系統(tǒng)的四項(xiàng)服務(wù)功能?；炯夹g(shù)途徑即根據(jù)氣候條件、土壤環(huán)境及工程邊坡實(shí)際情況，按照生態(tài)學(xué)理論，篩選優(yōu)勢(shì)植物，構(gòu)建適宜的邊坡植物立地條件，重建與區(qū)域生態(tài)功能(如城市生態(tài)功能、森林生態(tài)功能、草原生態(tài)功能、河岸湖岸濕地生態(tài)功能、農(nóng)業(yè)生態(tài)功能等)相協(xié)調(diào)的生態(tài)系統(tǒng)[11]。在此重點(diǎn)以重建邊坡森林型生態(tài)系統(tǒng)為例，根據(jù)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和國(guó)內(nèi)相關(guān)研究成果，結(jié)合工程實(shí)踐介紹邊坡生態(tài)系統(tǒng)重建的技術(shù)方法。

2 工程邊坡生態(tài)系統(tǒng)重建模式與方法

為了更好地實(shí)現(xiàn)邊坡工程的安全、環(huán)保和生態(tài)目標(biāo)，邊坡生態(tài)修復(fù)也要有利于安全和環(huán)保(水土保持)的需要，因此工程邊坡生態(tài)修復(fù)的總體原則是：以實(shí)現(xiàn)植物生態(tài)服務(wù)功能為目標(biāo)，安全優(yōu)先，突出生態(tài)功能，注重景觀與區(qū)域生態(tài)協(xié)調(diào)。即在保證邊坡安全的前提下，依照生態(tài)學(xué)理論指導(dǎo)，兼顧景觀效果，構(gòu)建一個(gè)與區(qū)域生態(tài)功能相協(xié)調(diào)(與國(guó)家和地方生態(tài)功能區(qū)劃協(xié)調(diào)一致)、可自我更新、健康、穩(wěn)定的邊坡森林型生態(tài)系統(tǒng)?；痉椒ň褪窍吰掳踩[患，創(chuàng)造喬、灌、草不同植物的立地條件，采用科學(xué)的生態(tài)修復(fù)技術(shù)，重建科學(xué)的喬灌草群落結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，即邊坡森林型生態(tài)系統(tǒng)。

森林型生態(tài)系統(tǒng)是以喬、灌植物為主體，包含草、藤、苔蘚等物種的植物群落及多種動(dòng)物棲息衍生的生態(tài)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，具備了生態(tài)系統(tǒng)的三大基本功能和植物生態(tài)系統(tǒng)的四項(xiàng)服務(wù)功能。重建邊坡森林生態(tài)功能就是構(gòu)建科學(xué)的喬灌草植物群落結(jié)構(gòu)系統(tǒng)[12-13]。重建的喬灌草森林型生態(tài)系統(tǒng)發(fā)揮作用的先后順序是草、灌(或藤)、喬。草本植物種下后經(jīng)一個(gè)雨季即可見(jiàn)效，可以對(duì)邊坡土壤產(chǎn)生一定保持作用；2～3 a后灌木(或藤)長(zhǎng)成開(kāi)始發(fā)揮作用，對(duì)邊坡土壤和水分起到有效保持作用，此時(shí)草本植物逐步退化，僅作為邊坡生態(tài)系統(tǒng)的補(bǔ)充植物。新構(gòu)建的喬灌草森林型生態(tài)系統(tǒng)最終要向以喬、灌植物為主體，草、藤、苔蘚植物為補(bǔ)充，呈現(xiàn)有序林層的森林空間生態(tài)結(jié)構(gòu)演替。比如21世紀(jì)初期云南建成的多條高速公路旁部分灌草混栽修復(fù)的邊坡，如今調(diào)查發(fā)現(xiàn)多數(shù)已演替為以灌叢為主的群落結(jié)構(gòu)，種植合歡樹(shù)的喬灌草邊坡基本演替成以合歡林為主體，少量灌木、局部草叢的群落結(jié)構(gòu)。

工程邊坡的基本類型包括人工填土邊坡、人工開(kāi)挖土質(zhì)邊坡、人工開(kāi)挖巖質(zhì)邊坡等；按照坡度分類可分為緩坡(<30°)、斜坡(30°～45°)、陡坡(45°～75°)、特陡坡(>75°)；按照邊坡巖土類型可分為土質(zhì)邊坡和巖質(zhì)邊坡。不同坡度的土質(zhì)邊坡和巖質(zhì)邊坡立地條件不同，生態(tài)修復(fù)方法不同。這里具體探討不同類型邊坡生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建模式和方法。

2.1 土質(zhì)邊坡生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建

土質(zhì)邊坡由土體構(gòu)成，多以緩坡(<30°)和斜坡(30°～45°)為主，植物根系可以進(jìn)入坡體，對(duì)表層土壤改良后可直接栽植、播種植物。坡度大的邊坡可采用分臺(tái)結(jié)構(gòu)，為喬木栽種創(chuàng)造立地條件。通常情況下，土質(zhì)緩坡可采取“喬+灌+草”方式構(gòu)建植物群落結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖1)，土質(zhì)斜坡可采取“灌+草”方式構(gòu)建植物群落結(jié)構(gòu)，多級(jí)邊坡之間的平臺(tái)主要種植喬木(見(jiàn)圖2)。整個(gè)邊坡區(qū)域采取喬灌草植物群落立體結(jié)構(gòu)模式，通過(guò)優(yōu)選植物配置，可充分發(fā)揮植物在不同時(shí)間和不同空間上的生態(tài)功能。植物通過(guò)地上枝葉和地下根莖共同起到保持水土、涵養(yǎng)水源的作用，最終恢復(fù)邊坡生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能。

圖1 土質(zhì)邊坡(緩坡)植物群落結(jié)構(gòu)剖面示意

圖2 土質(zhì)、巖質(zhì)邊坡(斜坡)植物群落結(jié)構(gòu)剖面示意

2.2 巖質(zhì)邊坡生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建

巖質(zhì)邊坡由巖石構(gòu)成坡體。巖質(zhì)邊坡多以斜坡(30°～45°)、陡坡(45°～75°)為主，也存在一些特陡坡(>75°)情形。根據(jù)邊坡高度、巖體的物理力學(xué)性質(zhì)、巖層與坡面走向等，可采取分臺(tái)削坡、框格梁錨固等不同防護(hù)措施進(jìn)行防治，保證邊坡安全穩(wěn)定。工程邊坡應(yīng)采用臺(tái)階式結(jié)構(gòu)，合理設(shè)計(jì)邊坡臺(tái)寬、臺(tái)高和坡度，為喬木生長(zhǎng)創(chuàng)造立地條件。一般來(lái)說(shuō)，巖質(zhì)邊坡缺乏植生土壤，還應(yīng)通過(guò)覆蓋客土構(gòu)建植物生長(zhǎng)的土壤層。不穩(wěn)定巖質(zhì)邊坡應(yīng)該按照先錨固后修復(fù)的順序施工[14]。通常情況下在巖質(zhì)邊坡上構(gòu)建植物群落結(jié)構(gòu)時(shí)，平臺(tái)+斜坡可采取“喬+灌+草”方式(見(jiàn)圖2)，平臺(tái)+陡坡可采取“喬+草+藤”方式(見(jiàn)圖3)，平臺(tái)+特陡坡可采取“喬+藤”方式(見(jiàn)圖4)。

圖3 巖質(zhì)邊坡(陡坡)植物群落結(jié)構(gòu)剖面示意

圖4 巖質(zhì)邊坡(特陡坡)植物群落結(jié)構(gòu)剖面示意

2.3 邊坡生態(tài)修復(fù)主要技術(shù)方法

目前邊坡生態(tài)修復(fù)廣泛采用的技術(shù)方法，總體上可分為噴播修復(fù)和栽植修復(fù)兩大類型(見(jiàn)表1)。根據(jù)材料配方及噴播基質(zhì)性狀的不同，噴播修復(fù)可分為團(tuán)粒噴播、植被混凝土噴播、客土噴播、液力噴播等多種方法；栽植修復(fù)方法更多，除直播和植苗造林外，主要有植生毯墊、植生袋、植生槽等多種工法，這些栽植工法可充分結(jié)合邊坡地質(zhì)穩(wěn)定情況輔以漿砌石骨架、現(xiàn)澆格構(gòu)等工程措施進(jìn)行綜合防護(hù)[14-17]。

表1 邊坡生態(tài)修復(fù)技術(shù)方法及適用條件

2.4 植物選配原則和要求

植物選配是植物群落構(gòu)建的關(guān)鍵，要根據(jù)生態(tài)修復(fù)目標(biāo)、氣候條件、景觀要求、植物對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性、植物群落的穩(wěn)定性要求，選配植物種類?？偟脑瓌t是：適地適樹(shù)，鄉(xiāng)土原則；短期效果與長(zhǎng)遠(yuǎn)效果兼顧原則；生態(tài)功能與景觀效果兼顧原則；有益植物群落穩(wěn)定和植物多樣性原則。植物選擇要兼顧短期效果和植物長(zhǎng)期適應(yīng)性，盡量選用生長(zhǎng)較快的常綠型鄉(xiāng)土植物，其中先鋒植物必須生長(zhǎng)速度快，能通過(guò)一個(gè)雨季見(jiàn)效，盡快起到維護(hù)邊坡土壤的作用，這對(duì)客土噴播的邊坡非常重要[17]；同時(shí)要考慮植物適應(yīng)性，避免出現(xiàn)“一年綠，二年黃，三年枯”的水土不服現(xiàn)象[16-18]。公路、城市工程邊坡等還要選擇體現(xiàn)景觀效果的植物?？紤]到邊坡喬木生長(zhǎng)的立地條件，不宜選擇樹(shù)冠高大的植物。藤本植物應(yīng)能很好地適應(yīng)強(qiáng)光照或陰濕、瘠薄及巖面高溫等惡劣條件，并且要根據(jù)邊坡高度選擇不同攀爬能力的植物。最后，要考慮植物群落的穩(wěn)定性及預(yù)防自然災(zāi)害的需求，物種要多樣化，同時(shí)還要考慮物種之間的生長(zhǎng)協(xié)調(diào)性，避免惡性競(jìng)爭(zhēng)，防止有害物種入侵。

2.5 植物群落維護(hù)管理

植物種植后，應(yīng)有3個(gè)月的成活養(yǎng)護(hù)期，養(yǎng)護(hù)事項(xiàng)有施肥、病蟲(chóng)害防治、補(bǔ)植補(bǔ)種、灌溉澆水等。在施工完成3個(gè)月后進(jìn)行植被恢復(fù)效果評(píng)價(jià)，并根據(jù)評(píng)價(jià)效果制定相應(yīng)的補(bǔ)種和管理措施。喬灌草型和灌草型植被群落構(gòu)建后的管理期限一般為2～3 a，草本型和藤灌型植被施工后的管理期限一般為1～2 a。草灌斜坡最終會(huì)演替成以灌叢為主體的生態(tài)結(jié)構(gòu)[19]，因此從第二年開(kāi)始必要時(shí)進(jìn)行割草干預(yù)，以促進(jìn)灌叢發(fā)育生長(zhǎng)，加快群落演替進(jìn)程。以喬木為主體的群落養(yǎng)護(hù)同樣需要人工適當(dāng)干預(yù)，進(jìn)行必要的除草、除去過(guò)度茂盛的灌叢，以保障喬木生長(zhǎng)需要的養(yǎng)分、陽(yáng)光等資源，加快群落演替進(jìn)程，實(shí)現(xiàn)生態(tài)功能的恢復(fù)。

3 工程實(shí)踐與工程實(shí)例

近幾年公路建設(shè)、水電建設(shè)、礦山建設(shè)等領(lǐng)域開(kāi)始探索綠色發(fā)展道路和邊坡生態(tài)修復(fù)技術(shù)方法。云南省個(gè)舊市黑馬山礦山(采石場(chǎng))采坑邊坡生態(tài)修復(fù)項(xiàng)目是本科研課題的生產(chǎn)試驗(yàn)項(xiàng)目之一，邊坡總高度150 m，為灰?guī)r巖質(zhì)邊坡。為達(dá)到邊坡穩(wěn)定和重建森林型生態(tài)系統(tǒng)的目標(biāo)，邊坡治理采用分臺(tái)結(jié)構(gòu)，平臺(tái)寬3～8 m，臺(tái)高20 m，臺(tái)間斜坡坡度45°～75°。參照礦區(qū)周邊區(qū)域生態(tài)功能和植被群落結(jié)構(gòu)，平臺(tái)栽種本地喬木濕地松，巖質(zhì)陡坡采用掛網(wǎng)客土噴播木豆、合歡、苜蓿、車桑子、羊蹄甲、狗牙根、傘房決明、波斯菊、高羊茅、黑麥草等多種灌草植物，特陡坡底部和頂部平臺(tái)分別栽植炮仗花、爬山虎等藤本植物覆蓋坡面，形成分臺(tái)式喬、灌、草、藤邊坡立體群落結(jié)構(gòu)。

該項(xiàng)目于2021年3—6月施工，草本植物3個(gè)月基本長(zhǎng)成，對(duì)邊坡土壤形成有效保持作用；灌木類植物6個(gè)月高30～150 cm，兩個(gè)雨季后已形成灌木叢(最高達(dá)300 cm)，草本植物大部分退化，3 a后可形成灌木林，能發(fā)揮較好的生態(tài)功能；濕地松15個(gè)月最高達(dá)600 cm，預(yù)計(jì)8～10 a后成林，礦區(qū)森林生態(tài)功能基本恢復(fù)。

4 結(jié) 論

(1)在國(guó)家生態(tài)文明建設(shè)和“碳達(dá)峰、碳中和”發(fā)展階段，工程邊坡治理應(yīng)統(tǒng)籌考慮安全、環(huán)保、生態(tài)三大目標(biāo)。

(2)邊坡生態(tài)修復(fù)的目標(biāo)不僅僅是綠化，而是按照生態(tài)學(xué)理論恢復(fù)和重建植物生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能。

(3)工程邊坡生態(tài)修復(fù)的總體原則是：以實(shí)現(xiàn)植物生態(tài)服務(wù)功能為目標(biāo)，安全優(yōu)先，突出生態(tài)功能，注重景觀與區(qū)域生態(tài)協(xié)調(diào)。

(4)邊坡生態(tài)系統(tǒng)重建的基本方法是根據(jù)邊坡的工程地質(zhì)條件、氣候環(huán)境條件、土壤環(huán)境條件，采用現(xiàn)代生態(tài)修復(fù)技術(shù)構(gòu)建邊坡植物立地條件，重建科學(xué)的植物群落，實(shí)現(xiàn)邊坡生態(tài)系統(tǒng)功能的恢復(fù)。