生態(tài)環(huán)境恢復(fù)技術(shù)蘇州旺山廢棄礦山的應(yīng)用(1)

1、生態(tài)環(huán)境恢復(fù)技術(shù)蘇州旺山廢棄礦山的應(yīng)用(1)    簡介： 蘇州吳中區(qū)旺山廢棄石礦是國內(nèi)較早進(jìn)行生態(tài)環(huán)境治理的礦區(qū)，在生態(tài)環(huán)境恢復(fù)過程中采用了當(dāng)時比較先進(jìn)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(jīng)過兩年的養(yǎng)護(hù)和半年的自然維護(hù)，植被整體生長良好，與周邊山林能夠融合。基本達(dá)到了預(yù)期的綠化效果。關(guān)鍵字：旺山；生態(tài)環(huán)境治理；客土噴播；厚層基材；植生袋        伴隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人類對礦產(chǎn)資源，特別是石礦資源的需求呈跳躍式發(fā)展的趨勢，特別是改革開放以來

2、，經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展刺激了采石場的發(fā)展。這些采石場在促進(jìn)整個社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展和基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)過程中發(fā)揮了不可磨滅的作用，但是，同時我們也注意到采石場給環(huán)境、生態(tài)和景觀帶來了一系列的危害和問題，因此采石場的生態(tài)環(huán)境恢復(fù)日益成為社會普遍關(guān)注的問題之一。由于以前沒有成熟的采石場生態(tài)治理技術(shù)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(fā)展。最近幾十年里，國內(nèi)外生態(tài)專家與工程技術(shù)人員為采石場等裸露邊坡的生態(tài)重建開展了深入系統(tǒng)的研究，并創(chuàng)造了各種各樣的生態(tài)恢復(fù)技術(shù)。近幾年，隨著環(huán)保意識的提高，我國地礦、公路、國土等部門對于生態(tài)防護(hù)越來越重視，設(shè)立了礦山生態(tài)環(huán)境恢復(fù)保證金制度，確

3、保了廢棄礦山生態(tài)恢復(fù)的資金難題。結(jié)合現(xiàn)有成熟的邊坡生態(tài)環(huán)境恢復(fù)工藝，如客土噴播、植生袋、厚層基材等使廢棄礦山的生態(tài)重建成為可能。在江蘇省與蘇州市進(jìn)行的廢棄礦山生態(tài)環(huán)境治理規(guī)劃的指導(dǎo)下，蘇州吳中區(qū)旺山采石場于2002年關(guān)閉，同年5月21日杭州環(huán)復(fù)園林工程有限公司開始對旺山進(jìn)行生態(tài)環(huán)境治理，成為江蘇省首批進(jìn)行生態(tài)環(huán)境恢復(fù)的礦山，此項(xiàng)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(yǎng)護(hù)觀察，已經(jīng)基本達(dá)到了生態(tài)恢復(fù)的要求。在旺山生態(tài)環(huán)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(nèi)外的先進(jìn)工藝。本文就旺山生態(tài)恢復(fù)過程中使用的主要工藝進(jìn)行介紹，并對旺山廢

4、棄礦山的持續(xù)觀察效果進(jìn)行重點(diǎn)闡述。1 旺山地區(qū)基本概況旺山地區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)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(shù)1940.3小時，年日照百分率為45。2 材料與方法根據(jù)旺山廢棄礦山所處地區(qū)的氣候、地質(zhì)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

5、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(jìn)行了灌木種子補(bǔ)播。表1 種子用量表table1 dosage of seeds    編號種子用量（g/m2）前期后期1高羊茅 (festuca arundinacea)1532彎葉畫眉草（eragrostis cur

6、vula）313狗牙根（cynodon dactylon）14百喜草（paspalum notatum）215白三葉（trifolium repens）416胡枝子（lespedeza bicolor）-57紫穗槐（amorpha fruiticosa）-58紫花苜蓿（medicago sativa）-29馬棘（indigofera pseudotinctoria）-510沙打旺（astragalus adsurgens）-5合計253 工藝方法3.1 客土噴播工藝客土噴播是以團(tuán)粒劑使客土形成團(tuán)粒化結(jié)構(gòu)，加筋纖維在其中起到類似植物根莖的網(wǎng)絡(luò)加筋作用，從而造就有一定厚度的具有耐雨水、風(fēng)侵蝕，牢固

7、透氣，與自然表土相類似或更優(yōu)的多孔穩(wěn)定土壤結(jié)構(gòu)。 1、錨桿、鐵絲網(wǎng)（土工網(wǎng)），混合在客土基質(zhì)中的粘合劑、團(tuán)粒劑、加筋纖維，有邊坡防護(hù)和支撐客土基質(zhì)的雙重功能。2、用空壓機(jī)、客土噴播機(jī)等設(shè)備對客土基質(zhì)進(jìn)行高壓噴播 (0.5mpa)，保證了基質(zhì)在邊坡的穩(wěn)定性，且機(jī)械化作業(yè)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(wěn)定起到了重要的作用，同時改善和美化生態(tài)環(huán)境。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(yōu)良的附著和保水性能，可在土壤層較薄且非常瘠瘦，甚至風(fēng)化巖的坡面上進(jìn)行噴播，一般噴播厚度在10

8、20cm。2、保水劑及粘合劑用量。保水劑可根據(jù)各地氣候條件及石場特點(diǎn)的不同而做相應(yīng)的調(diào)整；粘合劑可根據(jù)石壁的坡度而定，與坡度大小成正比。3、掛網(wǎng)。先把錨釘按一定的間距固定在石壁上，然后掛網(wǎng)。4、草種選擇。所噴播的草種應(yīng)是根系發(fā)達(dá)、生長成坪快、抗旱、耐貧瘠的多年生品種；如果當(dāng)?shù)氐亩竞涞脑?，還應(yīng)考慮品種的抗凍性。5、混播。利用草種的互補(bǔ)性，如深根性和淺根性、豆科和禾本科、外地與本地、發(fā)育早與發(fā)育晚等特性進(jìn)行混合噴播。3.1.3施工流程施工準(zhǔn)備à作業(yè)面清理à截、排水溝施工à鋪網(wǎng)、釘網(wǎng)à客土噴播à噴播植物種子à覆蓋à養(yǎng)護(hù)管理設(shè)安

9、全防護(hù)區(qū)：施工現(xiàn)場附近，禁止行人、車輛通過，界定安全防護(hù)區(qū)，在施工場地兩頭設(shè)施工標(biāo)志。根據(jù)施工安全操作規(guī)范要求，選擇安全防護(hù)措施，搭設(shè)鋼管腳手架，下鋪毛竹腳手片，上掛防護(hù)網(wǎng)，或從山頂下懸繩索，系安全帶施工。腳手架搭設(shè)按腳手架搭設(shè)施工規(guī)范進(jìn)行施工，現(xiàn)場施工人員配戴安全帽及必要的勞保用具。清除作業(yè)面雜物及松動巖塊，對坡面轉(zhuǎn)角處及坡頂?shù)睦饨沁M(jìn)行修整，使之呈弧形，盡可能將作業(yè)面平整，以利于客土噴播施工，同時增加作業(yè)面綠化效果。保證施工前作業(yè)面的凹凸度平均為±10cm，最大不超過±15cm；對低洼處適當(dāng)覆土夯實(shí)回填或以植生袋裝土回填，以填至使反坡段消失為準(zhǔn)，有條件的可在作業(yè)面上每隔一

10、定高度開一橫向槽，以增加作業(yè)面的粗糙度，使客土對作業(yè)面的附著力加大。若巖石邊坡本身不穩(wěn)定，應(yīng)該采用預(yù)應(yīng)力錨桿錨索進(jìn)行加固處理。3.1.3.3截、排水溝施工作業(yè)面排水系統(tǒng)得設(shè)置是否恰當(dāng)和合理直接關(guān)系到作業(yè)面植被的生長環(huán)境，對于長、大邊坡，坡頂、坡腳以及平臺均需要設(shè)置排水溝。并根據(jù)作業(yè)面水流量的大小考慮是否設(shè)置坡面排水溝。3.1.3.4鋪網(wǎng)、釘網(wǎng)采用高鍍鋅棱形鐵絲網(wǎng)或高強(qiáng)塑料加強(qiáng)土工網(wǎng)，網(wǎng)孔規(guī)格為5cm×5cm。巖石處用風(fēng)鉆或電鉆按1×1m間距梅花形布置錨桿和錨釘。錨桿長90100cm。錨釘長約1540cm。掛網(wǎng)施工時采用自上而下放卷，相鄰兩卷鐵絲網(wǎng)（土工網(wǎng)）分別用綁扎鐵絲連接

11、固定，兩網(wǎng)交接處至少要求有10cm的重疊，錨釘每平方米不少于5只。網(wǎng)與作業(yè)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(wǎng)上，以增加附著力，使客土厚度得到保證。掛網(wǎng)可以使客土基質(zhì)在巖石表面形成一個持久的整體板塊?？屯羾姴デ皾菜疂駶櫰旅?，將泥炭、腐殖土、草纖維、緩釋營養(yǎng)肥料等混合材料經(jīng)過專用機(jī)械的攪拌后噴播在鐵絲網(wǎng)上，厚度為28cm。由于基質(zhì)水分喪失會造成基質(zhì)厚度不夠，一般要求噴射厚度為設(shè)計厚度的125%。根據(jù)施工作業(yè)面土壤或巖面性質(zhì)、當(dāng)?shù)貧夂驐l件、施工季節(jié)，并結(jié)合各種植物生長特性選擇植物的種子，并增加當(dāng)?shù)仡愃频孛沧鳂I(yè)面上的鄉(xiāng)土樹種種子，使次生植被在今后的數(shù)年內(nèi)逐漸與自然生態(tài)

12、植被融合，不顯人工雕琢的痕跡。喬、灌木種子用6080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(fù)合肥、緩釋肥、微生物菌肥等經(jīng)過噴播機(jī)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(yè)面上。為保證多雨季節(jié)，植物種子生根前免受雨水沖刷；寒冷季節(jié)，植物種子和幼苗免受凍傷害；以及正常施工季節(jié)的保溫保濕。要求采用無紡布（或稻草簾）覆蓋、并力求仔細(xì)，這樣可防早期無紡布被風(fēng)吹跑，其目的一是預(yù)防成型后的作業(yè)面被雨沖刷；二是可保溫保濕，促進(jìn)植物的生長。植物種子從出芽至幼苗期間，必須澆水養(yǎng)護(hù)，保持土壤濕潤。從開始堅(jiān)持每天早晨澆一次水

13、（炎熱夏季早晚各澆水一次），澆水時應(yīng)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(shù)，并根據(jù)降水情況調(diào)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(jiān)持“多次少量”的原則。噴播完成后一個月，應(yīng)全面檢查植草生長情況，對生長明顯不均勻的位置予以補(bǔ)播。客土噴播工藝主要應(yīng)用在旺山廢棄礦山坡度小于60°，巖石風(fēng)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(jī)把基材與植物種子的混合物按照設(shè)計厚度均勻噴射到需要防護(hù)的工程坡面的綠色護(hù)坡技術(shù)。厚層基材噴射植被護(hù)坡技術(shù)主要針對巖石邊坡的植被

14、防護(hù)而開發(fā)。巖石邊坡不同于土質(zhì)邊坡，目前常用的植被護(hù)坡（如撒播、液壓噴播、植生帶、框格植被、三維土工網(wǎng)植草等）無法應(yīng)用于巖石邊坡，因?yàn)閹r石邊坡無法供給植物生長所需的土壤、水分和養(yǎng)分。將泥炭土、腐植土、陶土、保水劑、黏結(jié)劑和長效復(fù)合肥、木纖維等混合，制成巖質(zhì)陡坡植被生長所需要的大量和持續(xù)性較強(qiáng)且具有較持久肥力的活性土（人工土），在巖坡上設(shè)置塑料pvc樹脂鍍鋅網(wǎng)或鋼筋網(wǎng)，將配制好的活性土與草種、鄉(xiāng)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(jīng)攪拌機(jī)拌勻，在干料狀態(tài)用空壓機(jī)和混凝土噴射泵輸送，在噴射口前與水混合噴射到作業(yè)面，形成噴射厚度較大，粘稠度較高，能促進(jìn)植物長期生長所需的基材

15、。 3.2.2施工流程施工準(zhǔn)備à作業(yè)面清理à截、排水溝施工à鋪網(wǎng)、釘網(wǎng)à噴射混合土à噴播植物種子和營養(yǎng)液à覆蓋à養(yǎng)護(hù)管理厚層基材工藝主要體現(xiàn)在噴播基質(zhì)的厚度與強(qiáng)度與客土噴播不同，其他主要步驟類似。3.2.2.1鋪網(wǎng)、釘網(wǎng)鉆孔：石質(zhì)邊坡硬度大，必須用風(fēng)機(jī)鉆孔，孔向與坡面基本垂直。鋼釘：用直徑6 mm、長度為30的l型鐵釘（或鋼釘）固定鍍鋅網(wǎng)，每平方米為4-5根左右。對于個別不平順的坡面，為保證鐵網(wǎng)貼附坡面，可增設(shè)錨釘。網(wǎng)面不須緊貼坡面，可留8cm左右空隙。將曬干的泥炭土、腐殖土（過篩）和木（紙）纖維、粘結(jié)劑、保水劑，用攪拌機(jī)攪

16、和均勻，然后用噴射泵和空壓機(jī)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。對于選好的種子應(yīng)進(jìn)行催芽處理，而后用木纖維、粘合劑、保水劑、復(fù)合肥、緩釋肥等，經(jīng)過噴播機(jī)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(fēng)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(tài)恢復(fù)的主要工藝。3.3 植生袋工藝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(jī)器設(shè)備均勻的復(fù)合在兩層可降解的無紡布中間，并覆上一層抗老化綠網(wǎng)，然后將復(fù)合好的材料按一定的規(guī)格縫制成的袋狀，是一種新型

17、邊坡綠化材料。3.3.2施工流程施工準(zhǔn)備à作業(yè)面清理à截、排水溝施工à填裝基質(zhì)à鋪設(shè)植生袋à養(yǎng)護(hù)管理省略步驟參見客土噴播工藝。3.3.2.1填裝基質(zhì)將植生袋平鋪，把混合好的基質(zhì)填裝到每個袋口中，飽滿度達(dá)到80%時扎緊袋口。將裝好基質(zhì)的綠生（植生）袋，平整的鋪在作業(yè)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(shè)前將作業(yè)面澆足澆透水，每鋪設(shè)一塊，固定后再澆水保持袋中基質(zhì)濕潤。3.3.3適用范圍主要用于反坡、地形不規(guī)則的裸露巖石

18、邊坡的綠化。圖1 旺山廢棄礦山治理前原貌fig1. original looks of wangshan abandoned mine圖2 坡面噴播后效果fig2. scene of wangshan abandoned mine after spraying圖3施工完成2個月后效果fig3. 2 months of maintenance圖4 施工完成6個月后效果fig4. six months of maintenance圖5 施工完成2年6個月后效果fig5. two years of artificial maintenance and half a year of natural m

19、aintenance4 養(yǎng)護(hù)管理在施工完成后，隨即進(jìn)行養(yǎng)護(hù)管理，并根據(jù)蘇州吳中區(qū)地區(qū)的氣候特點(diǎn)制定了養(yǎng)護(hù)方案，在植物種子處于萌發(fā)與植物幼苗階段，特別注重保持濕度和平衡養(yǎng)分。在植被成坪后加強(qiáng)對植物抗逆性的鍛煉，逐漸減少澆水、施肥次數(shù)，促進(jìn)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(jié)果旺山廢棄礦山生態(tài)恢復(fù)工程經(jīng)過兩年的精心養(yǎng)護(hù)，植被生長良好，沒有引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害，工程質(zhì)量與養(yǎng)護(hù)管理效果都令人滿意。撤除人工灌溉、施肥等管養(yǎng)措施半年后，植被表現(xiàn)良好，整個坡面基本上已經(jīng)形成12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，

20、植被與土壤基質(zhì)沒有被沖刷的現(xiàn)象，周圍山林的鄉(xiāng)土草木本也逐漸侵入到邊坡上來，達(dá)到了人工快速過渡的效果。而且恢復(fù)的植被基本上與周圍的環(huán)境融為一體，趨于自然。6 討論蘇州旺山廢棄礦山生態(tài)環(huán)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(jié)合科學(xué)的施工、養(yǎng)護(hù)、管理手段，實(shí)現(xiàn)了石質(zhì)邊坡植被的重建與邊坡的穩(wěn)定。說明了利用植物進(jìn)行廢棄礦山的生態(tài)環(huán)境恢復(fù)是可行的?？梢栽?3年內(nèi)形成植被的有效覆蓋、防止地質(zhì)災(zāi)害、水土流失、綠化美化了環(huán)境，具有良好的生態(tài)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(qū)、季節(jié)，或不同的施工隊(duì)伍進(jìn)行施工，效果就大相徑庭。說明在對廢棄礦山生態(tài)環(huán)境恢復(fù)工作中還缺乏統(tǒng)一、科學(xué)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，單靠經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行施工往往阻礙了我國的生態(tài)環(huán)境恢復(fù)技術(shù)的發(fā)展。因