CN101748719A - 华东地区裸露岩石坡面植被恢复重建方法 - Google Patents

华东地区裸露岩石坡面植被恢复重建方法 Download PDF

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田兴军
陈展慧
王焱
丁瑞清
倪武
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Abstract

本发明属于生态工程技术领域,具体涉及一种适用于华东地区裸露岩石坡面的植被恢复及重建的方法,本发明利用活性植物材料,及土工合成网等工程材料,通过植生基质专用喷射装置将植生基质(植物工具种种子、营养土及粘结剂等材料)按照一定比例搅拌均匀根据设计厚度喷射到岩石坡面上,在岩石坡面上构建一个能保证植物自主生长的生态环境,通过植物的生长活动和其它辅助功能措施实现边坡加固及复绿,达到裸露岩石坡面的植被重建目的。本发明在植物工具种及基质的配方等方面适用于华东地区岩石裸露坡面的植被恢复及重建,经过几年的实施和推广取得了显著的生态效益。

Description

华东地区裸露岩石坡面植被恢复重建方法
一.技术领域
本发明属于生态工程技术领域,具体涉及一种适用于华东地区裸露岩石坡面的植被恢复及重建的方法。
二.背景技术
随着我国工业现代化的迅猛发展,生态环境遭到一定程度的破坏,裸地面积不断增大,水土流失严重。裸地形成的原因是多种多样的:有干旱、严寒、大风、暴雪等恶劣气候;有洪水对土地的侵蚀和在另一个地点却又使泥沙沉积,以及大风刮起沙土而后堆积,还有山坡滑塌等地形变迁等,但规模最大、方式最多、程度最为深刻的当数人为活动。在人口激增的巨大压力下,对自然资源不合理开发利用,导致某些地区生态系统功能也逐步退化甚至丧失,裸地面积不断增加,水土流失严重,致使沙生暴、洪灾频繁发生,严重威胁人类的生活、健康与发展。生态系统保护、恢复与重建,尤其是裸地植被系统的恢复与重建,已经成为我国乃至全世界面临的紧迫问题和新兴领域。
据统计我国仅由于修建公路、采矿和采石造成的废弃地达2.70×106hm2,且以2.00×104hm2/yr的速度在增加,大大加剧了我国人多地少的矛盾和生态环境的退化。华东地区是我国经济发达的地区之一,具有裸地约240万公顷,虽然经过多年的努力力求把裸地覆绿,但由于技术条件所限,都没有取得理想的效果,特别是由于城市开发、森林砍伐等形成的硬质裸地,植被难以自行修复。由于没有植被覆盖,裸地上就具有极端的环境条件,或者是潮湿,或者是干燥。共同点是:光照强,温度变化幅度大,风、霜、雨、雪等直接作用在裸露地面上;有一些原生裸地,如流动沙丘和坡度很大的裸露坡面,植物还来不及定居,就被流沙或坡面滑塌等把植物带走。在这样的地面上,完全依靠植物天然定居而保护地面是不可能的。必须采取人工措施,选择适应性强,生长速度快的植物,通过人工播种或种植,并以一定的工程措施配合,帮助第一代植物定居下来。而实验表明,本地植物都难以成为裸地的先锋植物,必须经过良种的引进方可达到裸地第一代植物定居的目的。
因此裸地植被恢复与重建技术,在加强生态系统建设技术措施上,改善我国居民生活的生态环境,具有特别重要的意义。本专利建立适合华东地区的植被恢复技术和方法,解决华东地区因工业开发、城市建设等造成的大量裸地的植被恢复问题。为华东地区的生态建设及长江三角洲地区的经济和社会发展做出贡献。
三.发明内容
本发明需要解决的问题是提供一种适合华东地区岩石坡面植被恢复的技术,用以解决华东地区因工业开发、城市建设等造成的大量裸地的植被恢复问题,为该地区的生态建设及长江三角洲地区的经济和社会发展做出贡献。
本发明是通过以下技术方案来实现的:
本发明所述的岩石坡面植被恢复方法包括:在铺有高强度土工及锚杆固定的岩质边坡上喷附由泥炭土、种植土、植物纤维、粘合剂、保水剂和缓释肥等按一定比例组成的植生基质的基础上,再将植物种子拌合表层基质,通过专用喷播机混喷植生基质到裸露岩石上从而实现对坡面的防护。具体方法按如下步骤进行:
1)坡面清理清除坡面浮石、浮土,尽可能平整坡面,局部凹陷处采用浆砌片石嵌补平顺;消除由于不稳定石块(岩体)可能引起崩塌、滑坡等地质灾害,保证边坡经修整和复绿后能保持长期的稳定。
2)挂网、锚固先用气压钻或电钻在坡面上打孔,然后将高强度土工格栅开卷铺挂在坡面上,再用灌浆固定锚杆或锚钉,锚杆固网,对于坡度45°以下岩体结构稳定的边坡,或已作拱架的陡坡,可不挂网,而向岩面直接喷射混合好的材料;
3)设置排水系统根据水源及坡面情况,合理设置喷灌系统,满足客土喷播复绿养护的需要;
4)喷附植物基质和种子完成上述施工工序和坡面排水系统后,按照设计比例混和搅拌基材混合物,湿润坡面,高压机械喷射混合植生基材,先喷射不含种子的基材混合物,然后喷射含植物工具种种子的植生基材,喷射时应尽可能的垂直坡面均匀喷射,避免仰喷,喷射时应作好标志线,并根据喷射面积估算材料用量,按从左至右,从上至下的顺序进行;
5)铺设植被毯及喷水养护喷射完成后,及时覆盖植被毯,防止雨水直接冲刷坡面造成基材混合物流失,前期养护时,根据天气和蒸发情况,采用高压喷雾器洒水,并保持3~5cm的湿润深度,草发芽后,保持每天至少2次养护,直至45天后进入后期养护,后期养护适当减少洒水量,并根据实际情况选择进行追肥及杀虫等措施。
本发明的有益效果是:
本发明提供了适合华东地区裸露岩石坡面植被重建的方法,该方法能够在2-3个月使裸露岩石坡面覆绿,养护一年以后灌木和爬藤类植物长势良好,乔木成活率90%以上,绿化效果显著,通过2-3年的养护管理,植物群落对当地环境具有很强的适应性,重建的边坡能够保持长期的稳定,边坡生态系统运行良好,本发明在加强生态系统建设技术措施的同时也改善我国居民生活的生态环境,为解决华东地区因工业开发、城市建设等造成的大量裸地的植被恢复问题提供了新的解决方式,为华东地区的生态建设及长江三角洲地区的经济和社会发展做出贡献。
四.具体实施方式
本发明在江苏省丹阳市建山废弃矿山地质环境治理施工工程均能实现上述的有益效果。该地区矿山坡度多在30-60°之间,个别陡坡可达70°以上,山体岩性主要为灰岩组成,局部有较多的泥岩,极易形成滑坡体。
挂网选用高强度土工格栅,一般是双向双层土工网,网格尺寸有7.4cm×7.4cm或4cm×4cm,也可采用14号镀锌铁丝网,在山顶向后或坡顶上方延伸6cm-10cm,用锚钉固定后,回填土,坡顶固定好后,自上而下挂网,搭接距离不小于10cm,用火烧丝将其捆绑牢固,网和锚杆之间用火烧丝绑扎牢固,网面和坡面之间保持3-4cm左右的空隙。
锚固时所用锚杆分自钻式和自行加工两种,自钻式锚杆配以不同钻头可钻进深度16-40cm不等,锚杆长度可据具体的坡面情况而定。
1)对于坡度较大的坡面,客土喷播后的承载力较大,锚固时必须布置主锚钉,其行、列间距均为2m,对于不平顺的位置需增设锚钉孔位,另外,在坡顶及搭接处用主锚钉固定,其中坡顶至少布置一行,主锚钉用Φ16mm螺纹钢,长度30-40cm;
2)局部破碎严重区段,锚钉适当加大、加长、加密。在布置主锚钉位置用凿岩机或用冲击钻凿孔,钻孔孔眼方向与坡面垂直,用凿岩机凿的孔径大小为28-32mm,用冲击钻的孔径为16mm,安装主锚钉时外露9cm,外露部分做防锈处理。采用水泥注浆固定主锚钉,注浆后12小时方可进行下一步骤的施工,除主锚钉外,还必须采用″L″形Φ6mm-Φ8mm的钢锚钉,锚钉长度根据实际情况分别采用150-250mm,″L″形锚钉横向间距50cm,在铺面网搭接处布置一行,间距1m;
3)在坡面其余位置,每平方米不少于4-5个″L″形锚钉,且梅花形布置,施工中″L″形锚钉嵌入岩面不小于10cm,岩石处用电钻钻空后,用″L″形锚钉紧固,采用水泥注浆,铁丝网与坡面保持一定间隙,并均匀一致;
4)岩面处采用厚度为3-4cm的木条或草绳按一定间隔缠绕在铁丝网上,以增加附着力,同时使客土厚度得到保证;
5)对于个别不平顺的坡面须增设″L″形锚钉;
6)在网与岩面比较大的空隙间填入含有当地植物根系和易萌发的植物块根的种植土,以有利于当地植被的侵入,促使种植土中的当地植被的种子、块根和根茎的再生发芽和萌生但覆土不得超过网面。
在养护管理设置喷灌系统的过程中,根据水源的位置,选择水泵和水管,以保证有足够的水压到达喷播养护区,从水源到养护区,按照水管直径从大到小的原则合理布设水管,并在区内设置旋转喷头,使水流成雾状进行喷灌养护;
坡面养护浇灌系统的布置:在坡中间布设一个横向4寸水管;在横向水管上两边每15m布设一个纵向水管,规格用2寸水管,压力不足时,用增压泵增压,根据现场的实际情况、水压情况及养护需要布置旋转喷头,旋转喷头的布置以15m间距为宜。
铺网和锚固工序完成后,可进行喷附植生基质和种子施工。喷射分二次进行,首先喷射不含种子的混合料,严格按照设计厚度标准控制实际喷射厚度,厚度为6-10cm,基质喷播后,停滞10-20分钟,待第一次喷射的混合土达到一定强度后,紧接着第二次喷射含有营养液及植物种子的混合材料,喷射厚度为1-2cm,喷射植生基质时尽可能从正面进行,凹凸部及死角要充分注意,依照从上到下、从左到右的顺序分层进行,喷射混合材料平均厚度不小于8cm,在岩性破碎、岩石坚硬坡段喷层厚度可适当增加,施工时一定要核准规定的各种材料混合比例、用水量,防基材下流、客土下层空洞现象的出现。
针对不同坡度裸露山体,进行实地考察,根据实际情况确定了针对性的试验方案:对于坡度大于70°的地段,用爬山虎、凌霄,爬藤类植物在坡脚攀援,用葛藤、长春油麻藤、黄馨,悬挂类植物从坡顶挂下来覆盖绿化;对于坡度50°-70°地段,采用挂网客土喷播法进行绿化;对于坡度小于50°的地段,采用水力喷播法绿化,方法与第二种相似,但是不需铺网。植生基质主要由植物种子、种植土、粘合剂、土壤改良剂、生物菌肥、缓释肥、保水剂等材料按一定的配比组成;植生基质在施工时与当地植壤土按比例混合形成植生基材,植生基材混合物种类、配比量见下表1;植壤土宜采用含水量≤30%的地表种植土或森林腐殖质层土壤过10mm筛后使用;植生基材采用的肥料、粘合剂、保水剂等材料的各项理化性能应达到下边述物理要求:有良好的附着力和粘结力,能附着在坡面上经得起自然降雨和人工灌溉的液力冲刷而不会出现大的侵蚀及基材层成份的流失;具有良好的团粒结构,总空隙度>40%,容重应在0.8g/cm3-1.2g/cm3,有效持水量应大于40%;有良好的渗透性、保水性和保肥性;不应板结,干后不出现明显的收缩和龟裂,不允许出现明显的分层现象,植生基材的化学性能要求见表2。
选择的肥料是缓释性复合肥料与有机肥料,有机肥料应充分发酵腐熟,复合肥料符合GB15063-2001规定,其中N∶P∶K为6∶36∶6,微生物菌剂的有效活菌数≥2×108/g。
所采用保水剂,外观为粉末状,适用pH值范围5-9,吸水倍率≥400g水/g保水剂,吸水倍率<20min。
所采用粘合剂为聚乙烯类粘合剂并符合以下规定:度Brookfield 20转/rain>1500CPS;最低的成膜温度:10℃。
从日本引进弯叶画眉草及金雀花这两种先锋工具种,在华东地区裸地植被恢复中得到很好的效果,实现第一代先锋植物在裸地坡面的定居。
在植被毯或草帘铺设过程中,植被毯搭接距离为4cm,被毯用Φ3mm镀锌U形铁钉固定,完工后立即喷水,保持坡面湿润直至种子发芽。
表1
植生基材草种、灌木、藤本、基材混合物种类及配比量
Figure G2009102644712D00051
表2
植生基材的化学性能
  项目   技术指标   单位
  pH值   6.0-7.0   /
  有机质   ≥200   g/kg
  全氮(N)   ≥1   g/kg
  全磷(P205)   ≥0.6   g/kg
  全钾(K20)   ≥10   g/kg

Claims (10)

1.一种华东地区裸露岩石坡面植被护坡方法,其特征在于该方法依靠植生基质、锚杆、高强度土工网与植被共同作用对坡面进行防护,具体方法按如下步骤进行:
1)坡面清理清除坡面浮石、浮土,尽可能平整坡面,局部凹陷处采用浆砌片石嵌补平顺;
2)挂网、锚固先用气压钻或电钻在坡面上打孔,然后将高强度土工格栅开卷铺挂在坡面上,再用灌浆固定锚杆或锚钉,锚杆固网,对于坡度45°以下岩体结构稳定的边坡,或已作拱架的陡坡,可不挂网,而向岩面直接喷射混合好的材料;
3)设置排水系统根据水源及坡面情况,合理设置喷灌系统,满足客土喷播复绿养护的需要;
4)喷附植物基质和种子完成上述施工工序和坡面排水系统后,按照设计比例混和搅拌基材混合物,湿润坡面,高压机械喷射混合植生基材,先喷射不含种子的基材混合物,然后喷射含植物工具种种子的植生基材,喷射时应尽可能的垂直坡面均匀喷射,避免仰喷,喷射时应作好标志线,并根据喷射面积估算材料用量,按从左至右,从上至下的顺序进行;
5)铺设植被毯及喷水养护喷射完成后,及时覆盖植被毯,防止雨水直接冲刷坡面造成基材混合物流失,前期养护时,根据天气和蒸发情况,采用高压喷雾器洒水,并保持3~5cm的湿润深度,草发芽后,保持每天至少2次养护,直至45天后进入后期养护,后期养护适当减少洒水量,并根据实际情况选择进行追肥及杀虫措施。
2.根据权利要求1所述华东地区岩石坡面植被恢复的方法,其特征在于挂网选用高强度土工格栅,一般是双向双层土工网,网格尺寸有7.4cm×7.4cm或4cm×4cm,也可采用14号镀锌铁丝网,在山顶向后或坡顶上方延伸6cm-10cm,用锚钉固定后,回填土,坡顶固定好后,自上而下挂网,搭接距离不小于10cm,用火烧丝将其捆绑牢固,网和锚杆之间用火烧丝绑扎牢固,网面和坡面之间保持3-4cm的空隙。
3.根据权利要求1所述华东地区岩石坡面植被恢复的方法,其特征在于锚固时所用锚杆分自钻式和自行加工两种,自钻式锚杆配以不同钻头可钻进深度16-40cm,锚杆长度可据具体的坡面情况而定;
1)对于坡度较大的坡面,客土喷播后的承载力较大,锚固时必须布置主锚钉,其行、列间距均为2m,对于不平顺的位置需增设锚钉孔位,另外,在坡顶及搭接处用主锚钉固定,其中坡顶至少布置一行,主锚钉用Φ16mm螺纹钢,长度30-40cm;
2)局部破碎严重区段,锚钉适当加大、加长、加密,在布置主锚钉位置用凿岩机或用冲击钻凿孔,钻孔孔眼方向与坡面垂直,用凿岩机凿的孔径大小为28-32mm,用冲击钻的孔径为16mm,安装主锚钉时外露9cm,外露部分做防锈处理。采用水泥注浆固定主锚钉,注浆后12小时方可进行下一步骤的施工,除主锚钉外,还必须采用″L″形Φ6mm-Φ8mm的钢锚钉,锚钉长度根据实际情况分别采用150-250mm,″L″形锚钉横向间距50cm,在铺面网搭接处布置一行,间距1m;
3)在坡面其余位置,每平方米不少于4-5个″L″形锚钉,且梅花形布置,施工中″L″形锚钉嵌入岩面不小于10cm,岩石处用电钻钻空后,用″L″形锚钉紧固,采用水泥注浆,铁丝网与坡面保持一定间隙,并均匀一致;
4)岩面处采用厚度为3-4cm的木条或草绳按一定间隔缠绕在铁丝网上,以增加附着力,同时使客土厚度得到保证;
5)对于个别不平顺的坡面须增设″L″形锚钉;
6)在网与岩面比较大的空隙间填入含有当地植物根系和易萌发的植物块根的种植土,以有利于当地植被的侵入,促使种植土中的当地植被的种子、块根和根茎的再生发芽和萌生但覆土不得超过网面。
4.根据权利要求1所述华东地区岩石坡面植被恢复的方法,其特征在于在养护管理设置喷灌系统的过程中,根据水源的位置,选择水泵和水管,以保证有足够的水压到达喷播养护区,从水源到养护区,按照水管直径从大到小的原则合理布设水管,并在区内设置旋转喷头,使水流成雾状进行喷灌养护;
坡面养护浇灌系统的布置:在坡中间布设一个横向4寸水管;在横向水管上两边每15m布设一个纵向水管,规格用2寸水管,压力不足时,用增压泵增压,根据现场的实际情况、水压情况及养护需要布置旋转喷头,旋转喷头的布置以15m间距为宜。
5.根据权利要求1所述华东地区岩石坡面植被恢复的方法,其特征在于铺网和锚固工序完成后,进行喷附植生基质和种子施工,喷射分二次进行,首先喷射不含种子的混合料,严格按照设计厚度标准控制实际喷射厚度,厚度为6-10cm,基质喷播后,停滞10-20分钟,待第一次喷射的混合土达到一定强度后,紧接着第二次喷射含有营养液及植物种子的混合材料,喷射厚度为1-2cm,喷射植生基质时尽可能从正面进行,凹凸部及死角要充分注意,依照从上到下、从左到右的顺序分层进行,喷射混合材料平均厚度不小于8cm,在岩性破碎、岩石坚硬坡段喷层厚度可适当增加,施工时一定要核准规定的各种材料混合比例、用水量,防基材下流、客土下层空洞现象的出现。
6.根据权利要求1所述华东地区岩石坡面植被恢复的方法,其特征在于针对不同坡度裸露山体,进行实地考察,根据实际情况确定针对性的施工方案:对于坡度大于70°的地段,用爬山虎、凌霄爬藤类植物在坡脚攀援,用葛藤、长春油麻藤、黄馨悬挂类植物从坡顶挂下来覆盖绿化;对于坡度50°-70°地段,采用挂网客土喷播法进行绿化;对于坡度小于50°的地段,采用水力喷播法绿化,方法与第二种相似,但是不需铺网。
7.根据权利要求1所述华东地区岩石坡面植被恢复的方法,其特征在于植生基质主要由植物种子、种植土、粘合剂、土壤改良剂、生物菌肥、缓释肥、保水剂材料按一定的配比组成,植生基质在施工时与当地植壤土按比例混合形成植生基材,植壤土采用含水量≤30%的地表种植土或森林腐殖质层土壤过10mm筛后使用,植生基材采用的肥料、粘合剂、保水剂材料的各项理化性能应达到下述物理要求:有良好的附着力和粘结力,能附着在坡面上经得起自然降雨和人工灌溉的液力冲刷而不会出现大的侵蚀及基材层成份的流失;具有良好的团粒结构,总空隙度>40%,容重应在0.8g/cm3-1.2g/cm3,有效持水量应大于40%;有良好的渗透性、保水性和保肥性;不应板结,干后不出现明显的收缩和龟裂不允许出现明显的分层现象。
8.根据权利要求1所述华东地区岩石坡面植被恢复的方法,其特征在于选择的肥料是缓释性复合肥料与有机肥料,有机肥料应充分发酵腐熟,复合肥料符合GB 15063-2001规定,其中N∶P∶K为6∶36∶6,微生物菌剂的有效活菌数≥2×108/g;所采用保水剂,外观为粉末状,适用pH值范围5-9;吸水倍率≥400g水/g保水剂,吸水倍率<20min;所采用粘合剂为聚乙烯类粘合剂并符合以下规定:度Brookfield 20转/rain>1500CPS;最低的成膜温度:10℃。
9.根据权利要求1所述华东地区岩石坡面植被恢复的方法,其特征在于从日本引进弯叶画眉草及金雀花这两种先锋工具种,在华东地区裸地植被恢复中得到很好的效果,实现第一代先锋植物在裸地坡面的定居。
10.根据权利要求1所述华东地区岩石坡面植被恢复的方法,其特征在于在植被毯或草帘铺设过程中,植被毯搭接距离为4cm,被毯用Φ3mm镀锌U形铁钉固定,完工后立即喷水,保持坡面湿润直至种子发芽。
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