济南奥体中心山体边坡断崖面生态修复模式及效果

刘高鹏,金章利,牛海波,戴方喜,樊建修,陈先强

(1.三峡大学,湖北宜昌 443002;2.湖北三峡职业技术学院,湖北宜昌 443000;3.陕西红叶集团,陕西西安 710054)

生态修复指的是采取各种手段,如生态工程、生物技术等,使受损或退化的生态系统恢复或重建到与原来相近的结构和具有自我维持功能的稳定状态[1-3]。由于长年开山采石,济南市周边破损山体达 70余处,弃石坡 20多处,水土流失严重,生态环境与景观受到极大破坏,急需生态修复的面积多达 173.3 hm2。笔者采用综合生态修复模式,对济南典型的破损山体——奥体中心开挖岩质边坡断崖面开展了生态恢复,并取得了不错的效果。在这里对所用的各种技术略作总结和介绍,以期为治理济南其他破损山体提供实践经验与借鉴。

1 项目区概况

济南奥体中心是 2009年第十一届全运会的主赛场之一,位于济南市东部。地处中纬度,属暖温带半湿润大陆性季风气候区,四季分明,年均气温 14.3℃、降水 685 mm。有棕壤、褐土、潮土、砂姜黑土、水稻土、风砂土 6个土类。植物总计有 1 175种和变种,分属于 149科,以华北成分占绝对优势,其他有亚热带成分(多是生态幅度较大的种类)。开挖山体断崖面位于济南奥体中心东西两侧的体育东路和体育西路,形成的裸露高陡岩石断崖面合计 14 100 m2,对区域环境景观、水土保持、生态稳定性产生了极大的负面影响。为了实现生态文明与和谐全运,需修复由于工程建设遭破坏的生态环境。

山体的岩质为石灰岩夹碎屑岩及变质岩,坡面基本无土壤基质。坡度大于 70°,坡体生物量极少,仅在一些坡度较缓部位有少量草本植物生存,但肉眼可辨其生理指标极弱。整个山体只见泥质夹层偶尔有少量小灌木生长,但其株高明显低于周围山体同类型植物。总之,山体经开挖后,地表植被破坏严重,生态功能基本丧失,虽经一段时间的自然搁置,但生态改观微乎其微。

原山体上未经采石的部位,植被覆盖良好,乔木以松柏为主,但较为稀疏;其余为乡土草本植物,以狗牙根和狗尾草为主,有少量低矮灌木,主要为金樱子等。

2 综合生态修复模式

在对开挖山体断崖面边坡进行综合分析的基础上,根据断崖面自身的特点,依据不同的景观要求,在开挖山体边坡断崖面不同位置采用不同的生态修复技术开展生态恢复,以达到景观要求与生态修复的最优化。具体配置方案见表1和图1。

表1 生态修复技术及配置位置

图1 生态修复技术及配置位置

2.1 植生袋绿化技术

本技术用于开挖山体断崖面边坡坡顶。采用铺、叠方式将植生袋码放在坡顶边缘处实施生态修复,把植生袋砌叠成外高内低;将坡顶径流排入截水沟,防止其冲刷坡面。

植生袋绿化技术,也称生态袋绿化技术,是将由高分子材料制作的植生袋装满种植土、长效复合肥、生物菌肥等绿化基材,经连接装置(标准连接扣、工程固定扣、锚杆、膨胀螺丝等)有效固定、叠放在边坡上,再在其中栽种或在表面喷射植物种子的一种生态护坡技术。具体操作时注意如下内容:

(1)先清理坡顶松散危石,然后将锚杆或膨胀螺丝固定于坡顶稳定的岩体上,通过工程固定扣将植生袋固定于锚杆或膨胀螺丝上,使植生袋固定于稳定的坡顶岩体上。同时用带倒钩的标准连接扣连接各植生袋,把铺叠的植生袋连接为一个整体。

(2)选择乡土草灌木、蔓藤等易成活、少(免)维护的植被,采用在植生袋墙体表面喷播、压播、围栽、混播、插播等方法,对边坡坡顶进行绿化。具体物种为:灌木类有柠条、小叶黄杨、紫穗槐、紫花苜蓿、多花木兰、胡枝子等;草本类有狗牙根、沙打旺、白三叶、波斯菊、根茎羊茅、高羊茅、节水草、冰草等。

植生袋有一定的柔性变形,待植物生长到一定阶段后,其发达的根系可穿透植生袋,会将各个植生袋连接成更为牢固的整体,从而实现水土保持、边坡防护和绿化等多种功能。

植生袋绿化技术的优点是施工工艺简单,设备投入低;缺点是施工繁琐,劳动强度大[4-5],施工效率低。通过此技术的局部应用,能有效防止坡顶径流对坡面的冲刷。

2.2 钢筋笼框+植生袋结合植被混凝土绿化技术

本技术用于开挖山体断崖面边坡坡面。

(1)钢筋笼框 +植生袋绿化技术。将钢筋焊接成笼框并插于岩体内部,固定于坡面,规格大致为 1.5 m×0.7 m×0.7 m(长×宽×高);用装入种植土的植生袋将底部封闭,侧面用植生袋以砌砖式包裹,形成一个框状种植槽;植生袋与钢筋框之间衬以铁丝网,以防止植生袋由钢筋笼框漏出、增加植生袋外侧喷播混合草种的附着力;框内添入种植基材,栽植植物,基材是由土壤、复合肥和有机质(酒糟和锯末)依一定比例混合而成,如图2所示。此技术的优点是:焊接笼框具有较大的种植空间,可栽植乔木及大型灌木,快速实现高层植物绿化坡面的目的。可选择的乔木树种有臭椿、侧柏、刺槐等。

图2 钢筋笼框示意图

(2)植被混凝土生态防护技术[6-7]。该技术是采用特定混凝土和混合植绿种子配方,对岩石边坡进行防护和绿化的一种新技术。此技术的核心是植被混凝土绿化添加剂技术,该技术是三峡大学的专利产品,它的应用不仅可以增强植被混凝土护坡和抗冲刷能力,而且可使植被混凝土不龟裂,改善植被混凝土的物理、化学特性,营造较好的植物生长环境。植被混凝土生态防护技术不仅可以较好地解决岩质边坡防护与快速绿化问题,而且在灌草植被与基材的共同作用下,基材的抗侵蚀性会得到进一步的增强。此外,该技术还可以保障植被快速成型。可选择的植物种有狗牙根、紫花苜蓿、根茎羊茅、胡枝子、波斯菊、多花木兰、紫花苜蓿、白三叶等。

(3)钢筋笼框+植生袋结合植被混凝土绿化技术。植被混凝土生态防护技术可以快速恢复裸露边坡植被,但在短期内恢复的多为草本植物与灌木,无法形成乔灌草的立体生态模式。鉴于此,在进行断崖面边坡坡面生态修复时采用了钢筋笼框 +植生袋绿化结合植被混凝土绿化技术。前者形成由乔木和大型灌木组成的高中层植被,后者形成由灌木与草本组成的低层植被。

2.3 岩壁砌筑毛石种植槽绿化技术

此技术主要应用在十分陡峭的具有特殊景观要求的断崖面边坡坡面上。由于这些陡峭岩壁基本不具备植物生长基材附着或存蓄的条件,故而只能采取或在岩壁上开凿坑穴,或在岩壁上砌筑小型围挡结构,如坑、槽、台,状如燕窝、鱼鳞,在里面种植耐干旱、贫瘠的灌乔木和藤蔓类攀爬植物,在边坡上形成与钢筋笼框+植生袋内相同的梅花状短期点式绿化、远期藤本与木本结合面式绿化。种植前,在坑穴、槽台内填充好为植物生长提供养分和水分的种植基材(成分与钢筋笼框植生袋内的相同)。藤蔓类攀爬植物种植在坑穴边缘以达到上攀下垂的效果,为加快爬藤的攀爬速度,可在坡面挂塑料网或铁丝网。乔木类高层植物可选臭椿、侧柏、刺槐等;灌木类可选砂地柏、柠条、小叶黄杨、紫穗槐、胡枝子等;爬藤类可选扶芳藤、蛇葡萄、爬山虎、葛藤等。

该技术的优点是施工工艺简单,适宜性强,绿化效果具长期性和易维护性,还可人为进行规划设计以取得良好的景观效果,较好地解决了岩石边坡水土流失和植被恢复问题[8-10]。缺点是实现全坡面绿化较慢,往往需要 2～3 a甚至更长的时间[11-12]。该技术用于本断崖面对景观有特殊要求的陡峭、稳定且无危石的崖壁上。

2.4 叠石挡土墙绿化技术

济南市石材丰富,叠石景观在园林设计中较为常用。在开挖断崖面坡角处将形态各异的石材以水泥砂浆胶结,使其成为水泥砌石墙体,墙体高 6～10m不等,厚依石材取 1 m左右。既可起到挡土墙的作用,又可在叠石间栽植花草树木,营造园林叠石景观效果。

在设计、施工时,石材的纹理、轮廓、造型、色彩、意韵等都是应该考虑的因素,要结合现代美学中点、线、面的构图原理来营造现代园林叠石景观并根据设计意图对天然石材稍微加工。值得注意的是:要根据石材本身的特征和周边的自然环境,注重生态效益,尽量少用硬质景观,多创造可供植物生长的条件,使园林叠石景观生态效益最大化。

精心选择植物,要考虑种类、形态、高低、大小以及不同植物之间的搭配形式,宜选用常绿、耐旱、耐高温的植物种。柔美的植物可以衬托山石的硬朗和气势,而石材之辅助点缀又可以让植物显得更加富有神韵。总之,植物与石材搭配以求创造出丰富多彩的景观。可选乔木类树种有侧柏、刺槐等;灌木类有砂地柏、迎春、多花木兰、紫花苜蓿、小叶黄杨、紫穗槐、胡枝子、黄蔷薇等;草本植物有波斯菊、绣线菊等。

该方法的优点是施工工艺简单,景观效果较好,具长期性和易维护性,还可人为进行规划设计以取得良好的景观效应,快速解决绿化与景观问题;缺点是造价较高。该方法用于本断崖坡面坡脚位置,具有挡土墙与园林叠石景观的双重功效。

3 综合生态修复模式效果分析

(1)植被盖度与景观效果。据监测:工程完工 3个月后,坡顶及坡面没有特殊景观要求区域的植被盖度达到 90%以上,坡面有特殊景观要求及坡脚区域植被盖度约为 60%。修复后的坡体,虽与周边自然生态景观还有差异,但比修复前已有了质的区别,生态、景观效应初现。相信随时间的推移和种植槽内藤本植物的生长,坡体植被盖度将会继续提高,景观效果也会更加显著。

(2)栽植苗木成活率与物种发芽率。栽植苗木成活率可以反映栽植苗木对立地条件及气候的适应性。据调查:完工 3个月后,乔木类臭椿、侧柏、刺槐等,灌木类砂地柏、柠条、小叶黄杨、紫穗槐、紫花苜蓿、多花木兰、胡枝子等,爬藤类扶芳藤、蛇葡萄、金银花、五叶地锦、爬山虎、葛藤等,草本类狗牙根、白三叶、波斯菊、根茎羊茅、高羊茅、冰草、绣线菊等,都表现出良好的生态适应性,是本地区相似立地条件区域生态修复可以选择的先锋植物物种。

(3)边坡危害防治与水土保持。通过生态修复,崩塌危害得到一定遏制,加之坡脚园林叠石拦挡作用,有效保障了边坡下公路的安全运行。另外,边坡植被把部分降雨滞留于坡面,既可为植被生长提供水分,又可减少地表径流,减轻公路路面雨天排水压力。随着植被的生长,因汽车噪声、废气排放和夜间行车灯光对沿线带来的环境污染会得到一定改善,路容也会得到美化,有利于行车安全。

4 结 语

近年来,边坡的生态修复技术得到了较快发展和广泛应用,并取得了较好的生态效益和社会效益。依据济南奥体中心开挖岩质边坡断崖面的特点及景观要求,采用多种方式对边坡进行了生态修复,取得了不错的生态效益和景观效果,为济南周边破损山体的生态修复提供了多种适宜的修复技术和工程实践经验,对于今后生态修复工作具有一定的借鉴意义。在实际工程应用中,应该根据工程状况,因地制宜,选择合适的生态修复技术,同时不断开拓创新,对边坡进行综合治理,实现“一坡数模式、一坡一方案”。

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