南太行地区裸岩边坡植被再生技术研究与应用.pdf

第 卷第 期 年 月环境生态学 南太行地区裸岩边坡植被再生技术研究与应用苏奇童田 翊李中召熊 鹏(.河南省地质局 地质灾害防治中心河南 郑州.河南省地质环境生态修复工程技术研究中心河南 郑州)摘要:以南太行地区岩质崖壁为对象研究裸岩边坡植被再生技术及其应用最终确定爬山虎、迎春、连翘作为台阶绿化植被雪中红、矾根作为崖壁绿化植被 台阶植被再生实验结果表明植被抗旱能力为:爬山虎连翘迎春可通过爬山虎实现崖壁立面绿化通过连翘和迎春实现平面绿化形成立面和平面相结合的立体绿化效果根据崖壁打孔植被恢复实验分析土壤厚度的影响可知雪中红有较好的恢复效果适用于崖壁植被恢复种植孔内土壤厚度以 深、全部采用 打印土更为适宜 最终基于对技术研究数据和工程实施效果的综合分析提出了裸岩边坡植被再生的治理方法相关结果可为同类工程提供参考关键词:裸岩边坡植被再生台阶绿化崖壁绿化中图分类号:.文献标识码:文章编号:().(.).().:.:.:收稿日期:基金项目:南太行地区裸岩边坡(岩质崖壁)植被再生技术研究与应用(豫地矿科研 号)资助作者简介:苏奇童()男河南郑州人本科工程师主要研究方向为水文地质、工程地质、环境地质:.由于特定时代背景下安全意识和环保意识的薄弱各地矿区采矿活动均存在不同程度的无序开采、乱采滥挖历史乱象导致矿区山体残破危岩林立严重破坏土地资源、地形地貌、植被景观使生态环境恶化崩塌灾害对道路交通安全产生了极大的隐患严重威胁群众出行安全产生了较大的负面影响矿山生态修复工作亟待进行近年来针对矿山生态修复问题进行了大量研究提出废弃矿山生态修复应该从生态系统整体出发考虑到系统内各环境要素间的相互依存关系、相互作用等特点坚持山水林田湖草生命共同体理念即根据矿区生态功能定位和生态系统特征合理选择修复方式 为解决闭矿时形成的高陡岩质边坡急需覆绿这一问题植生槽类复绿法、破燕窝复绿法、垒砌阶梯复绿法、种子喷播环 境 生 态 学第 期法、客土喷播法、植生吹附工法、钢筋水泥框格法、厚层基材喷射技术等技术相继被提出此类技术虽然可取得短期覆绿效果但脱离了人工养护则植物存活困难其根本原因是没有针对性地分析植物生长需要的生境与地境条件 对于裸岩边坡植被恢复技术尚未形成完善的治理体系 南太行地区由于以往矿山无序开采存在许多裸岩高陡边坡同时该地区降水量少自然植被系统不够丰富难以很好地赋存本就较少的降水生态系统较为脆弱本研究首先开展植被、土壤、水资源等调查并基于调查结果对植物生长的生境和地境特征进行针对性分析探索该地区裸岩边坡植被恢复技术并进行工程应用针对南太行地区裸岩边坡植被再生问题进行平面和立面 种不同形式的植被再生技术研究并结合现场实测数据进行工程实施最终基于对技术研究数据和工程实施效果的综合分析提出裸岩边坡植被再生的治理方法本研究成果可为同类工程的实施提供借鉴具有一定的推广应用价值 工程概况 研究区概况研究区位于辉县市常村镇属山前丘陵温暖区年均气温约 年平均降水量 属于南太行景区的重要交通道路 矿区现有多个 以上的高陡危岩边坡存在崩塌灾害风险严重威胁群众和南太行景区游客的交通安全研究区为裸岩边坡土壤资源贫瘠植被恢复所需土壤需从周边调运周边现有林地主要为天然次生林和人工林地带性植被为落叶阔叶林 研究区岩土体为未风化微风化硬质岩石结构总体较完整岩层倾向与坡向相反属稳定斜坡结构类型 受采矿活动影响坑壁陡崖表层多处岩体分离、松动局部碎裂稳定性较差 选定碳酸盐类工程地质区作为目标实验区其为高陡岩质崖壁整体可作为削坡修整台阶植被恢复区裂隙、溶隙发育区域可作为崖壁打孔植被恢复区 目标植被 选取依据研究主要致力于解决南太行地区裸岩边坡植被再生问题 基于试验探索后提出植被恢复方案可为南太行地区开展规模化的植被再生工程提供借鉴 本次研究在植被选取方面主要考虑了以下因素:)仅在市场化培育良好的植被物种中选择)台阶目标植被选择种类适宜控制在 种)崖壁打孔目标植被选择抗旱性、耐热性、耐寒性等均较佳的植被)由于裸岩边坡的特殊性优先选择地被植物如攀缘类、下垂类等具有良好遮蔽性的植被 通过对植被生长所需的生境、地境条件等进行评价选出合适植被 植被选取根据研究目的、目标植被选择依据及研究区生态地质环境等方面的调查资料实验适宜选择覆盖裸露地面的地被植物其通常具有以下基本特征:)一般为多年生常绿或半常绿)具有攀缘性可塑性较强)具有较强的抗逆性和环境适应性)植株矮小枝叶稠密分枝强)根系发达有利于护坡固土)具有一定的经济和科普价值可以满足上述部分特征的地被植物即可作为本次目标植被同时结合生态地质环境评价结果植被选取结果为:攀缘类植物爬山虎、具有下垂习性的迎春、连翘作为台阶植被卫矛科雪中红、虎耳草科矾根作为崖壁打孔种植植被 植被再生技术研究如仅做台阶平面植被再生由于植被所处自然条件较差绿化效果有限 故本研究分别针对平面和立面 种不同形式的植被再生进行技术研究不但可以丰富植被再生技术的形式更有助于边坡立体绿化效果的形成 台阶植被再生实验 实验地点及材料以“辉县市三原县北侧废弃矿山地质环境综合治理项目”为依托工程在研究区全阳面岩质崖壁进行种植施工在水平阶梯平台外缘砌筑挡土保水岸墙以形成种植槽槽内回填土壤、有机肥料和保水剂等 通过现场调查及综合分析选出迎春、连翘、爬山虎等供试植物 供试植物、有机肥料和保水剂等来源于市场供试土壤来源于项目区周边 实验方法()实验设计实验方案:为了对比同一光照及土壤厚度条件下供试植物在不同水分胁迫水平下生长情况采用控水法胁迫植物干旱分别作了 种不同水分梯度处理即自然生长群(不进行浇水养护)正常浇水组(浇水 次)、轻度干旱胁迫组(浇水 次)与重度干旱胁迫组(浇水 次)实验布局:种植槽槽宽 深 共 年苏奇童等:南太行地区裸岩边坡植被再生技术研究与应用栽植供试植物 株其中迎春、连翘、爬山虎各 株迎春和连翘种植在 个不同的台阶爬山虎在相应台阶内侧均有种植 将每种实验植物分为 个实验组共 个实验组实验实施:年 月底完成台阶灌木栽植实验于 年 月进行单次浇水量为/根据研究区降水情况 月实验地区降水量处于较低区间近似于月灌溉量 /大气降水对干旱胁迫实验影响较小观测指标在试验过程中对植物的株高、枯黄和萎蔫状况、叶片数和叶面积进行观察观测频率实验期间平均每半月观测 次共观测 次()生长指标测定方法株高、叶片数、叶鲜重、叶干重等分别采用直尺、卷尺、电子天平、烘箱等设备进行测定每个对照实验区随机选择 株目标植被进行指标测定 结果分析()干旱胁迫对台阶植物长势的影响在干旱胁迫期间通过植物形态观测记录植物长势(见图)正常浇水的目标植被均能正常生长未发现植物生长指标异常)在轻度干旱胁迫处理下连翘、爬山虎正常发育类似于正常浇水组迎春的一些叶片略有萎蔫没有枯死现象)重度干旱胁迫处理下植物显示出与轻度干旱胁迫处理类似的表型变化趋势只是植株更低矮偶有叶片出现枯死现象)自然生长的迎春正常生长 后叶片开始萎蔫 连翘正常生长 后开始出现萎蔫、干枯现象爬山虎正常生长 后叶片开始萎蔫、干枯图 干旱胁迫期间植物形态特征.图 干旱胁迫处理后生长量对比.植物生长期间共进行 次现场量测统计记录了植物生长指标根据相关数据轻度干旱胁迫组、重度干旱胁迫组、自然生长组分别与对照组(正常浇水处理)进行对比分析结果见图 对所测生长指标进行分析发现连翘、爬山虎、迎春均具备较好的抗旱性轻度干旱胁迫组与正常浇水组的长势相似重度干旱胁迫组相较于自然生长组的长势有所下降 而 种植物中爬山虎的抗旱性最强其次为连翘和迎春()台阶植物抗旱性综合评价及植被恢复技术分析抗旱性综合评价经过上述植物生长指标和形态指标的测定分环 境 生 态 学第 期析认为 种台阶植物抗旱能力为:爬山虎连翘迎春植被恢复技术分析通过开凿台阶形成可以满足植被成长的平地在台阶上覆土营造植被生长的基质通过实施挡土保水岸墙形成种植槽最终形成适宜植物长期生长的必要基础条件虽然种植槽可以实现植物基础生长条件然而由于岩质崖壁的特殊条件种植槽所选植被自然生长状态下难以获得充足的水分补给因此需优先选择抗旱性较强的植被通过台阶植被再生实验可知:可选用爬山虎实现崖壁立面绿化选择连翘作为平面绿化植物形成立面和平面的立体绿化效果可少量选择迎春用于提高植被群落丰富性 崖壁植被再生实验根据现场野外调查南太行地区部分岩质崖壁裂隙分布较多在裂隙较发育处开凿台阶时为保证台阶完整性需适当增加台阶高度此时选用前述植被恢复技术效果欠佳部分区域由于自然条件限制无法开凿出合适的台阶 为满足岩质崖壁立面绿化效果需进行崖壁打孔植被恢复技术研究 实验地点及材料在研究区选取全阳面岩质崖壁不同裂隙发育处进行打孔种植施工 选择雪中红、矾根等 种耐旱、耐寒的植物和 打印土 种种植基质而 打印种植土是由各种有机腐殖土与高分子聚合物混合发泡而成具有海绵结构的固态栽培基质可应用于生态修复 实验方法实验崖壁共打种植孔 个种植雪中红 株、矾根 株种植土选择不同含量的 土及普通营养土种植孔深度分别为、通过观测实验前(植被栽植前)、实验中(正常养护期间)、实验后(停止养护后 )实验植被的生长指标变化情况分析崖壁植被再生效果及其影响因素崖壁打孔根据现场施工情况在两层台阶之间选择裂隙较发育处开凿崖壁实验孔孔距根据裂隙发育程度按平均 确定共 个其中深度为 和 的孔各 个植被培养采用河南红枫生物高科股份有限公司加工制作含苗木 打印土并于室内养护 周植被栽植将加工为一体的含 打印土的优良植株按照设计规格栽植入实验孔内 其中 个 深孔全部用 土、个 深孔采用营养土和 土各半 个 深孔用 土、营养土 个 深孔用 土、深营养土 个 深孔用 土、营养土 个 深孔全部采用 土植被栽植设计情况如图 图 植被栽植设计图.观测指标崖壁植被再生实验期间观测植物株高、枯黄、萎蔫状况、叶片数、叶鲜重、叶干重、叶面积、叶片含水量观测频率崖壁植被再生实验于 年 月至 年 月进行实验期间平均每半月观测 次共观测 次后期停止养护后、各观测 次 结果分析崖壁植被再生实验历时 个月实验中崖壁共打种植孔 个种植雪中红 株、矾根 株 雪中红 株长势良好 株干枯死亡新发植株 株平均株高 矾根 株干枯死亡剩余 株生长状态欠佳其不能有效适应岩质崖壁植被恢复要求故不再分析矾根的生长数据()土壤对实验植株的影响土壤成分实验用土由 土及普通营养土组成 土含量分别为、共 种 种组分土壤中的植株生长数据见表 由表 可知 土含量的增高对植物的生长有明显的促进作用其含量小于 时效果明显含量高于时促进作用有所减缓 而 土含量越高土壤中含水量越高更利于植被在缺水状况下的生存 年苏奇童等:南太行地区裸岩边坡植被再生技术研究与应用表 雪中红生长汇总表 种植孔编号 土含量/生长指标平均株高/叶片面积/土壤湿度/、土壤厚度本次实验种植孔深度为、两种规格两种种植孔中植物生长数据见表 表 雪中红生长汇总表 种植孔编号土壤厚度/生长指标平均株高/植株总数/个新株数量/个叶片含水量/叶片面积/、由表 可知两种土壤厚度下的植物生长状况差别不大土壤厚度 可以满足植物生长需要()养护对实验植株(雪中红)的影响实验前期对实验植株进行了充分的养护每周 次单次浇水量 /共计养护 个月之后停止养护使实验植株适应自然生长环境 养护期间植被生长状况明显优于停止养护之后但停止养护 后植被依旧能够正常生长通过崖壁植被再生实验可知:植被实验植株雪中红较为适宜矾根生长效果不佳 种植孔内土壤厚度以 为宜全部采用 打印土经初步估算单孔成本(含打孔、养护、材料等)约 元具有一定可行性及时、充分的养护对植株的生长较为重要养护停止后植株生长虽明显放缓但仍可以适应自然环境 工程应用研究 应用范围本次研究主要针对南太行地区裸岩边坡(岩质崖壁)区域内 高陡岩质边坡通过削坡台阶工程的实施形成层状类梯田平台创造适宜植被生长的条件技术应用范围主要为:)裂隙特征明显裂隙率高裂隙间连通性好)裂隙内的温度和水分能够满足植物生长的需要)项目区周边存在可满足植物生长所需的土壤)高陡岩质边坡 工程应用 实施方法()固土工程台阶削坡削坡治理通过分层分级进行处理 分级削坡设计依据河南省矿山地质环境恢复治理工程勘查、设计、施工技术要求中岩质边坡坡度允许值原则上设计分级按照高程每 个台阶每级边坡坡度为 台阶宽度 削坡后最终平均边坡坡度为 挡土保水岸墙平台外侧砌筑宽 、高 的挡土保水岸墙形成 宽、深的凹槽凹槽里面覆土覆土台阶覆土按适宜目标植被生长的规定厚度进行摊铺崖壁打孔在崖壁裂隙发育处打孔打孔采用以潜孔钻为主按每平方米 个孔的密度在崖壁上开凿向下倾斜 的种植孔孔径 孔深 然后填入按照孔形制作好的 打印土()建植工程树木选取四季常青、三季开花、层次分明、颜色多样的乔木、灌木、藤本植物、绿篱植物 所选植物均应耐瘠薄、耐干旱、少病虫害适宜在治理区种植苗木种类选取落叶和常青相搭配开花和观叶植物相搭配()养护工程养护灌溉用水水质应满足绿化养护需求 优先采用可利用的再生水其次选用项目区周边地表水或地下水 养护灌溉用水量:乔木每次 灌木每平方米 绿化养护用水管道相互串联既能分别供水又能同时供水以防止水泵出现故障 各级平台埋设地埋式 供水管每级平台埋设 条根据台阶长度设置相应数量的出水口养护期为 年 浇水次数与种植期有关种植首月 天每天 次 天每 天 次环 境 生 态 学第 期 天每 天 次本月浇水共 次 月每月 次以后每月 次 治理效果通过对台阶目标植被再生技术的实施爬山虎实现崖壁立面绿化连翘和迎春实现削坡台阶平面绿化形成立面和平面相结合的立体绿化效果通过崖壁目标植被再生技术的实施认为“崖壁打孔打印土”技术可实现崖壁生态修复裸岩边坡植被再生技术的实施不仅有效解决了裸露边坡的视觉污染还具有护坡固土及涵养水源的作用重构裸岩边坡自然景观 植被再生效果如图 图 裸岩边坡植被再生技术实施效果.技术评价()台阶植被再生技术根据实验成果台阶植被再生技术具有养护方便、植株成活率高、前期施工成本高及对原始植被破坏大的特点 该技术适用范围较广在允许大面积削坡施工的治理工程或具有一定坡度的坡面恢复工程中有广阔的应用前景()崖壁植被再生技术根据实验成果崖壁植被再生技术具有施工成本低、不破坏原始植被、植株成活率较好的优点但该技术养护成本高、对植株种类及崖壁自身裂隙发育等条件有一定的要求该技术在裂隙发育较好处用来实现立面绿化有一定的可行性 结论本研究围绕南太行地区裸岩边坡植被再生技术研究与应用这一主题基于现场实验研究确定裸岩边坡植被再生目标植物并进行工程实施最终提出裸岩边坡植被再生的治理方法 通过工程实施和质量检验对实验结果进行综合研究分析明确了裸岩边坡植被再生技术并确定其具有一定的推广应用价值 所得主要结论如下:()研究确定爬山虎、迎春、连翘作为台阶绿化目标植被雪中红、矾根作为崖壁绿化目标植被()种台阶植物均具有较好抗旱性其抗旱能力为:爬山虎连翘迎春 可通过爬山虎实现崖壁立面绿化通过连翘和迎春实现平面绿化形成立面和平面相结合的立体绿化效果()雪中红有较好恢复效果较为适宜崖壁植被恢复种植孔内土壤以 深、全部采用 打印土较为适宜()采用台阶植被再生结合“崖壁打孔 打印土”植被再生对裸岩边坡进行改造后可使研究区内植被得到较好的恢复参考文献 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