生態環境恢復技術蘇州旺山廢棄礦山的應用
簡介： 蘇州吳中區旺山廢棄石礦是國內較早進行生態環境治理的礦區，在生態環境恢復過程中采用了當時比較先進的客土噴播、植生袋、厚層基材等邊坡綠化工藝，盡管存在著某些不足，經過兩年的養護和半年的自然維護，植被整體生長良好，與周邊山林能夠融合。基本達到了預期的綠化效果。
關鍵字：旺山；生態環境治理；客土噴播；厚層基材；植生袋
伴隨著經濟的快速發展，人類對礦產資源，特別是石礦資源的需求呈跳躍式發展的趨勢，特別是改革開放以來，經濟的迅猛發展刺激了采石場的發展。這些采石場在促進整個社會經濟發展和基礎設施的建設過程中發揮了不可磨滅的作用，但是，同時我們也注意到采石場給環境、生態和景觀帶來了一系列的危害和問題，因此采石場的生態環境恢復日益成為社會普遍關注的問題之一。
由于以前沒有成熟的采石場生態治理技術與資金支持，許多廢棄的采石場暴露在城市中成為一個個“傷疤”，影響了人與自然的和諧發展。最近幾十年里，國內外生態專家與工程技術人員為采石場等裸露邊坡的生態重建開展了深入系統的研究，并創造了各種各樣的生態恢復技術。近幾年，隨著環保意識的提高，我國地礦、公路、國土等部門對于生態防護越來越重視，設立了礦山生態環境恢復保證金制度，確保了廢棄礦山生態恢復的資金難題。結合現有成熟的邊坡生態環境恢復工藝，如客土噴播、植生袋、厚層基材等使廢棄礦山的生態重建成為可能。
在江蘇省與蘇州市進行的廢棄礦山生態環境治理規劃的指導下，蘇州吳中區旺山采石場于2002年關閉，同年5月21日杭州環復園林工程有限公司開始對旺山進行生態環境治理，成為江蘇省首批進行生態環境恢復的礦山，此項工程的施工期到2003年1月20日截止，共治理山體面積8萬平方米，通過2年的養護觀察，已經基本達到了生態恢復的要求。在旺山生態環境治理過程中，綜合采用了以厚層基材為主，包括植生袋，客土噴播等多種國內外的先進工藝。
本文就旺山生態恢復過程中使用的主要工藝進行介紹，并對旺山廢棄礦山的持續觀察效果進行重點闡述。
1 旺山地區基本概況
旺山地區屬亞熱帶季風海洋性氣候，四季分明，全年平均溫度15.7℃，年平均降水量1088.5mm (最多1782.9mm，最少600mm)：常年6月16日入梅，7月9日出梅，梅雨量194mm；無霜期240天；年日照時數1940.3小時，年日照百分率為45％。
2 材料與方法
2.1噴播植物種子
根據旺山廢棄礦山所處地區的氣候、地質與水文條件，在前期采用了高羊茅 (Festuca arundinacea)、彎葉畫眉草（Eragrostis curvula）、狗牙根（Cynodon dactylon）、百喜草（Paspalum notatum）、白三葉（Trifolium repens）等禾本科和豆科草本植物，后期更多的采用了胡枝子（Lespedeza bicolor）、紫穗槐（Amorpha fruiticosa）、馬棘（Indigofera pseudotinctoria）、沙打旺（Astragalus adsurgens）、紫花苜蓿（Medicago sativa）等草灌木品種，并對前期單一的草本坡面進行了灌木種子補播。
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表1 種子用量表
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3 工藝方法
3.1 客土噴播工藝
客土噴播是以團粒劑使客土形成團粒化結構，加筋纖維在其中起到類似植物根莖的網絡加筋作用，從而造就有一定厚度的具有耐雨水、風侵蝕，牢固透氣，與自然表土相類似或更優的多孔穩定土壤結構。
3.1.1特點
1、錨桿、鐵絲網（土工網），混合在客土基質中的粘合劑、團粒劑、加筋纖維，有邊坡防護和支撐客土基質的雙重功能。
2、用空壓機、客土噴播機等設備對客土基質進行高壓噴播 (0.5MPa)，保證了基質在邊坡的穩定性，且機械化作業速度快、效率高。
3、植物根系生長，尤其是灌木根系的生長，給坡面的長期穩定起到了重要的作用，同時改善和美化生態環境。
3.1.2技術要點
1、噴播基材是保證噴播成功的重要因素。泥炭土是噴播的好材料，可和木纖維 (或紙漿)按一定的配比混合使用，比單用純木纖維具有更優良的附著和保水性能，可在土壤層較薄且非常瘠瘦，甚至風化巖的坡面上進行噴播，一般噴播厚度在10～20cm。
2、保水劑及粘合劑用量。保水劑可根據各地氣候條件及石場特點的不同而做相應的調整；粘合劑可根據石壁的坡度而定，與坡度大小成正比。
3、掛網。先把錨釘按一定的間距固定在石壁上，然后掛網。
4、草種選擇。所噴播的草種應是根系發達、生長成坪快、抗旱、耐貧瘠的多年生品種；如果當地的冬季寒冷的話，還應考慮品種的抗凍性。
5、混播。利用草種的互補性，如深根性和淺根性、豆科和禾本科、外地與本地、發育早與發育晚等特性進行混合噴播。
3.1.3施工流程施工準備à作業面清理à截、排水溝施工à鋪網、釘網à客土噴播à噴播植物種子à覆蓋à養護管理
3.1.3.1施工準備
設安全防護區：施工現場附近，禁止行人、車輛通過，界定安全防護區，在施工場地兩頭設施工標志。根據施工安全操作規范要求，選擇安全防護措施，搭設鋼管腳手架，下鋪毛竹腳手片，上掛防護網，或從山頂下懸繩索，系安全帶施工。腳手架搭設按腳手架搭設施工規范進行施工，現場施工人員配戴安全帽及必要的勞保用具。
3.1.3.2作業面清理
清除作業面雜物及松動巖塊，對坡面轉角處及坡頂的棱角進行修整，使之呈弧形，盡可能將作業面平整，以利于客土噴播施工，同時增加作業面綠化效果。保證施工前作業面的凹凸度平均為±10cm，最大不超過±15cm；對低洼處適當覆土夯實回填或以植生袋裝土回填，以填至使反坡段消失為準，有條件的可在作業面上每隔一定高度開一橫向槽，以增加作業面的粗糙度，使客土對作業面的附著力加大。若巖石邊坡本身不穩定，應該采用預應力錨桿錨索進行加固處理。
3.1.3.3截、排水溝施工
作業面排水系統得設置是否恰當和合理直接關系到作業面植被的生長環境，對于長、大邊坡，坡頂、坡腳以及平臺均需要設置排水溝。并根據作業面水流量的大小考慮是否設置坡面排水溝。
3.1.3.4鋪網、釘網
采用高鍍鋅棱形鐵絲網或高強塑料加強土工網，網孔規格為5cm×5cm。巖石處用風鉆或電鉆按1×1m間距梅花形布置錨桿和錨釘。錨桿長90~100cm。錨釘長約15~40cm。掛網施工時采用自上而下放卷，相鄰兩卷鐵絲網（土工網）分別用綁扎鐵絲連接固定，兩網交接處至少要求有10cm的重疊，錨釘每平方米不少于5只。網與作業面保持一定間隙，并均勻一致，。較陡巖面處，可用草繩按一定間隔纏繞在網上，以增加附著力，使客土厚度得到保證。掛網可以使客土基質在巖石表面形成一個持久的整體板塊。
3.1.3.5客土噴播
客土噴播前澆水濕潤坡面，將泥炭、腐殖土、草纖維、緩釋營養肥料等混合材料經過專用機械的攪拌后噴播在鐵絲網上，厚度為2~8cm。由于基質水分喪失會造成基質厚度不夠，一般要求噴射厚度為設計厚度的125%。
3.1.3.6噴播植物種子
根據施工作業面土壤或巖面性質、當地氣候條件、施工季節，并結合各種植物生長特性選擇植物的種子，并增加當地類似地貌作業面上的鄉土樹種種子，使次生植被在今后的數年內逐漸與自然生態植被融合，不顯人工雕琢的痕跡。喬、灌木種子用60~80℃熱水（含浸種劑）浸種1天，草本植物種子在噴播前浸種1-2小時使種子吸水濕潤即可。將處理好的種子與纖維、粘合劑、保水劑、復合肥、緩釋肥、微生物菌肥等經過噴播機攪拌混勻成噴播泥漿，在噴播泵的作用下，均勻噴灑在工作作業面上。
3.1.3.7覆蓋
為保證多雨季節，植物種子生根前免受雨水沖刷；寒冷季節，植物種子和幼苗免受凍傷害；以及正常施工季節的保溫保濕。要求采用無紡布（或稻草簾）覆蓋、并力求仔細，這樣可防早期無紡布被風吹跑，其目的一是預防成型后的作業面被雨沖刷；二是可保溫保濕，促進植物的生長。
3.1.3.8養護管理
植物種子從出芽至幼苗期間，必須澆水養護，保持土壤濕潤。從開始堅持每天早晨澆一次水（炎熱夏季早晚各澆水一次），澆水時應將水滴霧化（有條件的地方可以安裝霧化噴頭），隨后隨植物的生長可逐漸減少澆水次數，并根據降水情況調整。在草坪草逐漸生長過程中，對其適時施肥和防治病蟲害，施肥堅持“多次少量”的原則。噴播完成后一個月，應全面檢查植草生長情況，對生長明顯不均勻的位置予以補播。
1.4適用范圍
客土噴播工藝主要應用在旺山廢棄礦山坡度小于60°，巖石風化或有較薄土層的邊坡上。在更為陡峭或貧瘠的邊坡上需要采用厚層基材工藝。
2 厚層基材工藝
厚層基材噴射植被是采用混凝土噴射機把基材與植物種子的混合物按照設計厚度均勻噴射到需要防護的工程坡面的綠色護坡技術。厚層基材噴射植被護坡技術主要針對巖石邊坡的植被防護而開發。巖石邊坡不同于土質邊坡，目前常用的植被護坡（如撒播、液壓噴播、植生帶、框格植被、三維土工網植草等）無法應用于巖石邊坡，因為巖石邊坡無法供給植物生長所需的土壤、水分和養分。
2.1基本原理
將泥炭土、腐植土、陶土、保水劑、黏結劑和長效復合肥、木纖維等混合，制成巖質陡坡植被生長所需要的大量和持續性較強且具有較持久肥力的活性土（人工土），在巖坡上設置塑料PVC樹脂鍍鋅網或鋼筋網，將配制好的活性土與草種、鄉土草木種子及防止水土流失的土壤安定劑、黏合劑、保水劑等摻和后，經攪拌機拌勻，在干料狀態用空壓機和混凝土噴射泵輸送，在噴射口前與水混合噴射到作業面，形成噴射厚度較大，粘稠度較高，能促進植物長期生長所需的基材。
3.2.2施工流程施工準備à作業面清理à截、排水溝施工à鋪網、釘網à噴射混合土à噴播植物種子和營養液à覆蓋à養護管理厚層基材工藝主要體現在噴播基質的厚度與強度與客土噴播不同，其他主要步驟類似。
3.2.2.1鋪網、釘網
①鉆孔：石質邊坡硬度大，必須用風機鉆孔，孔向與坡面基本垂直。
②鋼釘：用直徑6 mm、長度為30㎝的L型鐵釘（或鋼釘）固定鍍鋅網，每平方米為4-5根左右。
③對于個別不平順的坡面，為保證鐵網貼附坡面，可增設錨釘。
④網面不須緊貼坡面，可留8cm左右空隙。
3.2.2.2噴射混合土
將曬干的泥炭土、腐殖土（過篩）和木（紙）纖維、粘結劑、保水劑，用攪拌機攪和均勻，然后用噴射泵和空壓機將混合干料送到噴射管，在噴射管口與適量的水混合后噴射在坡面上，厚度為10cm。
3.2.2.3噴播植物種子和營養液
對于選好的種子應進行催芽處理，而后用木纖維、粘合劑、保水劑、復合肥、緩釋肥等，經過噴播機攪拌成噴播漿，在噴播泵的作用下，均勻地噴灑在巖面上。
3.2.3適用范圍適用于坡度高陡的巖石斜面 (坡度大于75°、未風化巖面等高難度巖)；景觀要求高的綠化坡面，是旺山廢棄礦山生態恢復的主要工藝。
3.3 植生袋工藝
3.3.1基本原理
植生袋是將選好的草、花、灌木種子、保水劑、微生物肥料等材料，通過機器設備均勻的復合在兩層可降解的無紡布中間，并覆上一層抗老化綠網，然后將復合好的材料按一定的規格縫制成的袋狀，是一種新型邊坡綠化材料。
3.3.2施工流程施工準備à作業面清理à截、排水溝施工à填裝基質à鋪設植生袋à養護管理省略步驟參見客土噴播工藝。
3.3.2.1填裝基質將植生袋平鋪，把混合好的基質填裝到每個袋口中，飽滿度達到80%時扎緊袋口。
3.3.2.2鋪設植生袋
將裝好基質的綠生（植生）袋，平整的鋪在作業面上，并以緊固件加固。緊固件擬采用鐵釘或Ø6mm的鋼錨釘，一般采用200mm-400mm等不同長度。巖石處用電鉆鉆孔后用錨釘緊固。緊固件每平方米不少于5只。鋪設前將作業面澆足澆透水，每鋪設一塊，固定后再澆水保持袋中基質濕潤。
3.3.3適用范圍主要用于反坡、地形不規則的裸露巖石邊坡的綠化。
4 養護管理
在施工完成后，隨即進行養護管理，并根據蘇州吳中區地區的氣候特點制定了養護方案，在植物種子處于萌發與植物幼苗階段，特別注重保持濕度和平衡養分。在植被成坪后加強對植物抗逆性的鍛煉，逐漸減少澆水、施肥次數，促進深根性的灌木生長。由于噴播的植物種子以豆科和禾本科植物種子為主，因此特別注意對銹病、斜紋夜蛾的防治。
5 結果
旺山廢棄礦山生態恢復工程經過兩年的精心養護，植被生長良好，沒有引發地質災害，工程質量與養護管理效果都令人滿意。撤除人工灌溉、施肥等管養措施半年后，植被表現良好，整個坡面基本上已經形成1~2米的灌木為主的草灌植物群落，植物基本上能自然生長。安然度過了3個雨季，植被與土壤基質沒有被沖刷的現象，周圍山林的鄉土草木本也逐漸侵入到邊坡上來，達到了人工快速過渡的效果。而且恢復的植被基本上與周圍的環境融為一體，趨于自然。
6 討論
蘇州旺山廢棄礦山生態環境治理工程在綜合采用客土噴播、植生袋和厚層基材工藝結合科學的施工、養護、管理手段，實現了石質邊坡植被的重建與邊坡的穩定。說明了利用植物進行廢棄礦山的生態環境恢復是可行的。可以在2~3年內形成植被的有效覆蓋、防止地質災害、水土流失、綠化美化了環境，具有良好的生態效益和社會效益。
同時我們也注意到，同樣的工藝在不同地區、季節，或不同的施工隊伍進行施工，效果就大相徑庭。說明在對廢棄礦山生態環境恢復工作中還缺乏統一、科學的技術標準，單*經驗進行施工往往阻礙了我國的生態環境恢復技術的發展。
因此，我們在對更多廢棄礦山進行生態環境治理的同時，還需要對植物種子配方、基質配方等進行研究，提高技術、管理內涵，促進生態環境恢復產業與技術的發展。
參考文獻
1. 王玲, 陳永安, 康用權, 黃滔, 李軒. 客土噴播在潭邵高速公路石質邊坡防護中的應用[J]. 草業科學, 2005, 22 (7): 107~110.
2. 謝鋼, 李克儉, 客土噴播技術在高速公路邊坡防護中的運用[J]. 公路與汽運, 2005 (3): 80~82.
3. 章夢濤, 邱金淡, 顏冬. 客土噴播在邊坡生態修復與防護中的應用[J]. 中國水土保持科學, 2004, 2 (3): 10~12.
4. 陳曉斌. 客土噴播法在石質邊坡綠化中的應用[J]. 公路, 2004 (8): 307~309.
5. 朱峪增. 客土噴播施工工藝技術要點[J]. 草業科學, 2003, 20 (11): 76~78.
6. 王琦, 梁占訓. 太原繞城高速公路陡坡客土噴播技術初探[J]. 甘肅林業科技, 2004, 29 (2): 60~62, 65.
7. 杜娟. 客土噴播施工法在日本的應用與發展[J]. 公路, 2000 (7): 72~73.
8. 馬萬權, 沈康健, 鄧輔唐. 客土噴播技術對石質邊坡防護的運用[J]. 云南交通科技, 2003, 19 (3): 7~11.
9. 蔣鵬飛, 舒安平, 等. 客土噴播在臨長高速公路石質邊坡防護中的應用[J]. 湖南交通科技, 2002, 28 (4): 68~69.
10. 鄧輔唐, 鄧輔商. 植生袋在高速公路石質邊坡生態防護中的應用[J]. 中國水土保持, 2005 (1): 42~43.
11. 陳戈. 厚層基材噴播植草護坡在西南鐵路的應用[J]. 路基工程, 2005 (3): 97~101.
12. 張敏. TBS厚層基材綠色植被在邊坡防護中的應用[J]. 山西建筑, 2005, 31 (6): 213~214.
13. 張俊云, 周德培. 厚層基材噴射植被護坡基材混合物的收縮恢復性研究[J]. 巖石力學與工程學報, 2004, 23 (7): 1203~1208.
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