李義強，王英宇，宋桂龍，關(guān) 超

（1.北京市京石園林綠化有限公司，北京 102600；2.北京林業(yè)大學 草坪研究所，北京 100083）

巖石邊坡植被恢復工程在我國目前處于起步階段，缺乏成功的經(jīng)驗和定型的模式，更無技術(shù)規(guī)范可循，設計施工單位多源自園林、水土保持、市政工程等領域。由于巖石邊坡的特殊性及多學科交叉帶來的專業(yè)盲區(qū)，導致邊坡綠化設計及施工多存在兩個片面性。首先表現(xiàn)在施工過程中采用傳統(tǒng)的邊坡防護治理措施，大量使用工程防護，生態(tài)防護起到點綴作用，忽視了植物防護的生態(tài)功能，其設計施工思路多源自市政領域；其次，表現(xiàn)在片面強調(diào)植物的景觀功能，而對邊坡的穩(wěn)定性考慮不足，往往存在失穩(wěn)可能，這種設計施工思路多源自園林領域。

厚層基材噴播技術(shù)屬于干法客土噴播，其在基材組成、噴射工藝、機械選型、植物選擇配置等方面都有別于濕法噴播，在一定程度上克服了濕法客土噴播的基材厚度薄、噴播高度低的瓶頸，其技術(shù)已經(jīng)成為近幾年巖石邊坡綠化中應用較廣泛。京承高速公路（三期）邊坡防護與植被恢復主體工程，于2009年底全部完工。由于邊坡較多，主要采用有厚層基材噴播基材、客土噴播技術(shù)、生態(tài)袋技術(shù)、框格＋植生袋技術(shù)等，其中，厚層基材噴播技術(shù)占全部工程量的70%。通過厚層基材噴播技術(shù)的施工經(jīng)驗及植被恢復效果評價，從抗旱鄉(xiāng)土植物的篩選與配置、技術(shù)適宜性評價以及養(yǎng)護措施效果評價分析歸納出厚層基材噴播技術(shù)在北方半干旱地區(qū)巖石邊坡植被恢復中的應用效果及關(guān)鍵技術(shù)，以供同領域工程參考。

1 厚層基材噴播技術(shù)在京承高速公路（三期）的應用

1.1 技術(shù)機理與特點

厚層基質(zhì)噴播技術(shù)是將人工配制的植物生長基質(zhì)與植物種子、防侵蝕材料混合在一起，采用噴播機，通過高壓空氣將其噴射出去附著在邊坡表面的植被建植方法。所謂厚層是指噴附在坡面上基質(zhì)的厚度，相對于客土噴播（8.0～10cm）、液壓噴播（0.5～1.0cm）、濕法噴播（1.0～3.0cm）的厚度而言，厚層噴播的厚度為12～15cm或者更厚。有時采用雙層鍍鋅鐵絲網(wǎng)，噴播厚度在18～20cm，但基本施工工序一樣，在此也歸入厚層基材噴播。

厚層基材噴播技術(shù)特點（1）能在坡面上形成較厚的植物生長發(fā)育所需的有機質(zhì)層，這對于石質(zhì)土邊坡或巖石邊坡來說，無疑是保證植物長期、穩(wěn)定生長發(fā)育最重要的基礎條件；（2）使植物種子有比較自然的發(fā)芽過程，保證噴撒的種子有較高發(fā)芽率和成活率。當植被在坡面形成覆蓋之后，植物根系與鍍鋅鐵絲網(wǎng)縱橫交錯，在坡面上形成了一個由植物葉、莖、根系和鍍鋅鐵絲網(wǎng)所組成的三維空間防護層，并與坡面緊密結(jié)合為一個整體，最終達到穩(wěn)固坡面，恢復植被的目的。

1.2 技術(shù)應用

主要設備為專用噴播機、空壓機、發(fā)電機、噴射管、水管、電纜、鑿巖機等。

（1）穩(wěn)固材料 包括鍍鋅金屬網(wǎng)、主錨桿、輔助錨桿。邊坡穩(wěn)固材料中的鍍鋅金屬網(wǎng)，為高強度鍍鋅機編網(wǎng)，規(guī)格為絲徑流2.0mm，網(wǎng)孔50mm×50mm，幅寬2～3m。主錨桿桿徑為16mm，長為300mm。輔錨桿桿徑為12mm，長為200mm。主錨桿的使用量為0.3根/m2，輔錨桿為1.5根/m2。

（2）基質(zhì)材料 多種材料的混合物。其中，專用綠化基材由種植土、草炭、堆肥、腐殖質(zhì)組成；土壤改良材料為蛭石、珍珠巖或其他燃燒物；粘結(jié)材料為高分子聚合物，聚丙烯酰胺（PAM）；肥料包括有機肥、無機復合肥、長效緩釋肥；保水劑為交聯(lián)聚丙烯酰胺和聚丙烯酸鉀鹽共聚物，能夠在土壤中反復“吸收－蓄存－釋放”供植物利用水分；纖維為有機纖維，長度2～3cm，用于減小基質(zhì)干裂；植物種子為灌、草種子的混合物。

（3）植生基材配比 厚層基材噴播采用雙層噴播，第一層為基質(zhì)材料層，厚度約11～12cm，基材與種植土的比例為1∶1；第二層為種子層，厚度為3～4cm，基材與種植土的比例為7∶3，其他材料還包括粘合劑、保水劑、緩釋肥、高效復合肥和植物纖維等。

（4）植物選擇與配置方案 通過對北京、河北等地山區(qū)植被踏查，確定了分布北方半干旱區(qū)道路邊坡的野生植物資源25個科40個屬，原有植被群落以灌草為主，同時分布一些人工栽植的果樹、油松、楊樹、柳樹等喬木，因此，確定了以灌木為目標，選擇種類及配置（表1）。

表1 植物配置方案Table 1 Plants species selection and design

1.3 施工工藝

厚層基材噴播施工分為3個階段：施工準備階段、施工階段、養(yǎng)護階段。

1.3.1 施工準備階段 噴播現(xiàn)場機械安裝灰漿噴射機、空氣壓縮機、發(fā)電機、攪拌機等要以上料、噴播方便、安全為原則，設置安裝如圖1所示。

1.3.2 施工階段

（1）清除坡面的碎石、浮石、浮土和各種雜物，坡頂圓滑過渡無棱角，坡底與碎落臺面或路面界限清晰，沒有浮土或殘渣。將凹陷處、沖溝處用土或土袋子填平，避免坡面局部出現(xiàn)倒坡現(xiàn)象，使坡面盡可能地平整。對于光滑坡面（巖面）可通過挖掘橫溝等措施進行加糙處理，以免基質(zhì)下滑。

（2）鋪網(wǎng)可采用自上而下的方式，也可以采用自下而上。鍍鋅鐵絲網(wǎng)的上下要連接，鍍鋅鐵絲網(wǎng)的左右連接要先將兩張左右搭接在一起，兩網(wǎng)交接處要10 cm重疊，然后，用鉗子將鐵絲網(wǎng)左右開口處的斷頭逐一鉤繞在另一張網(wǎng)上。鋪網(wǎng)時要把網(wǎng)材拉開使之自然地平鋪在坡面上，既不要過緊，也不要過松，保證網(wǎng)材貼近坡面。網(wǎng)材在坡頂處的包裹長度為30～50cm，在坡腳處的下邊緣與擋土墻上沿相距不大于5cm。

（3）鍍鋅鐵絲網(wǎng)要用錨桿固定在坡面上，錨桿的彎頭處必須呈倒“U”形或倒三角形，彎頭長約4cm。主錨桿（Φ16mm，L300mm），用量為30根/100m2，輔錨桿（Φ12mm，L200mm），用量為150根/100m2，平均密度為1.8根/m2。根據(jù)坡面質(zhì)地和風化程度可調(diào)整錨桿的直徑和長度，巖石坡面需要用沖擊鉆垂直于坡面打孔，再將錨桿釘入，錨桿釘入坡面后穩(wěn)定性差，可以往孔眼內(nèi)灌入M 20砂漿，然后，隨即插入錨桿，待砂漿凝固后再掛上鐵絲網(wǎng)。

圖1 噴播設備安裝示意圖Fig.1 Spray fixture installation sketch map

（4）預留灌木種植穴在坡面上按照1/m2棵灌木苗的原則，合理選取種植灌木的位置，把所鋪好的鍍鋅鐵絲網(wǎng)破孔，孔徑大小適合放入Φ100mm的PVC管，且保證其不脫落。PVC管底部要緊貼坡面，高度略高于噴播厚度，為17cm，使其在坡面噴播完成后，易于拔出即可。

（5）厚層基材分雙層噴附完成，第一層為基質(zhì)層，不含種子，噴播厚度12cm；第二層為種子層，噴播厚度3cm。將拌好的物料鏟入噴播機內(nèi)，攪拌2min，以保證物料混合的均勻性?？諝鈮毫σm中，噴槍口要垂直于坡面，槍口距離坡面為1～1.5m，以保證物料能夠有足夠的壓力緊緊地附著坡面。操作手要根據(jù)空氣壓力的大小有規(guī)律地勻速地移動噴播槍口，上下，左右移動，保證噴射物能均勻地覆蓋坡面，并且厚度均一。在坡面表面起伏變化較大時，為避免噴附局部基材過薄，可根據(jù)坡面形狀來確定噴附面的形狀，不必要求噴附面平整。噴射物料時要隨時帶鉤子，一邊噴播，一邊將鐵絲網(wǎng)鉤起至距離坡面7～8cm，移動噴槍，使物料能夠進入到網(wǎng)材下面，使網(wǎng)材能夠處于噴播層的中上面為宜，這樣網(wǎng)材對基質(zhì)的加筋作用明顯，能夠起到防止基質(zhì)層脫落。在基質(zhì)層噴好后，盡快噴播種子層，種子層的噴播方式與底層相同，平均厚度3～4cm，不宜過厚或過薄。

（6）在噴附完畢后，待坡面干燥具備施工條件后將預埋的PVC管拔出，在原穴內(nèi)栽植灌木，補填種植土，壓實。密度為1棵/m2，錦雞兒、剌槐、紫穗槐、地錦栽植按邊坡從上往下1∶1進行栽植。

1.3.3 養(yǎng)護管理階段 剛噴播完的邊坡，必須經(jīng)過一定時間的養(yǎng)護管理才能順利地完成生長發(fā)育過程并過度到成熟期，而移植苗木應視天氣進行不同程度的澆水、病蟲害防治。厚層基材噴播工程中，養(yǎng)護管理是極為重要工程，養(yǎng)護工作的到位與否直接影響到到種子的出苗情況和植被的生長發(fā)育方面，甚至影響到邊坡生態(tài)群落的建成時間和穩(wěn)定性能［4］。

（1）覆蓋 種子層噴播后覆蓋草簾、遮陽網(wǎng)或無紡布等保墑，夏季降低地表溫度，冬季提高地表溫度，促進植物的萌芽生長，保護出苗前坡面的基質(zhì)免遭雨水沖刷，確保種子出苗整齊和節(jié)省水資源。

覆蓋草簾時順風向相互連接重疊5～10cm，并隨山體坡面的走勢而變化，用“V”型與“U”型錨釘將草簾或網(wǎng)釘在坡面基質(zhì)上，間距30～50cm，呈梅花狀排列，而在坡面轉(zhuǎn)角、凸凹處需加密釘，使網(wǎng)更貼附坡面，在坡面平整處可減少錨釘數(shù)量。養(yǎng)護管理人員時常對其進行跟蹤檢查，發(fā)現(xiàn)脫釘及時補加，一方面可防止簾與坡面間距太大，影響澆水效果，而導致坡面出現(xiàn)干凸斑，另一方面可防止風吹晃動草簾對坡面幼苗產(chǎn)生摩擦損失。待所播的植物幼苗基本出齊，且每一種幼苗的出苗率達80%以上時，即可拆除草簾或網(wǎng)。

（2）補種 對于面積較少的塊區(qū)，可利用原有種子按照植物配置比例，加水拌合噴播基質(zhì)，采取人工抹泥巴的方式進行補種，厚度為1～2cm。對禿斑面積較大邊坡，則采用濕噴機，將植物種子、噴播基質(zhì)、水、保水劑、粘合劑等拌合噴播，噴播厚度0.5～1.0cm。補種完成后，覆蓋草簾，并重點養(yǎng)護管理，直到出苗。

（3）澆水 噴播后的草種在經(jīng)過水分充分浸透后7 d開始發(fā)芽，要即時進行澆水養(yǎng)護，否則會造成種子壞死。京承高速公路（三期）邊坡澆水主要采用灑水車的澆水方式，少數(shù)高陡巖石邊坡采用了噴播方式。澆水采取少量多次，反復噴撒，澆透為止。

2 技術(shù)應用效果評價及關(guān)鍵技術(shù)分析

2.1 植物選擇與配置效果評價

高速公路惡劣的地質(zhì)和自然環(huán)境條件，選擇適應性強的先鋒植物成為巖石邊坡生態(tài)恢復的關(guān)鍵。由于我國高速公路建設起步較晚，公路綠化建設還存在許多問題尚待解決［2］。如多采用外來草種噴播綠化，不僅在根基盤與巖體界面間易產(chǎn)生滑落，形成禿斑和面蝕，而且與周周的自然植被和環(huán)境不協(xié)調(diào)，達不到恢復原有的自然環(huán)境以及保護地方性生態(tài)特色的效果［3］。京承高速（三期）工程沿線邊坡出現(xiàn)的植物種類共計16種，10種為目標植物，即刺槐、榆樹、臭椿、紫穗槐、胡枝子、荊條、沙打旺、紫花苜蓿、高羊茅、波斯菊。6種為入侵雜草有狗尾草、蒿、草木樨、酸模葉蓼、馬唐和稗草。其中，狗尾草和蒿作為入侵雜草的主要草種。目標植物中，木本植物生長較好的是胡枝子、紫穗槐和刺槐，草本植物中生長較好的是沙打旺和紫花苜蓿。通過草本覆蓋度和喬灌木蓋度觀測表明，對于干旱適應性更強的草本相對于喬灌木更適應陽坡的立地條件，而喬灌木則更適于陰坡和陰陽坡的立地條件，水分對于植被恢復目標及不同類型植物生長影響較大。

植被群落特征的分析表明，喬灌木形成了以胡枝子＋紫穗槐的優(yōu)勢組合，刺槐在邊坡也有一定優(yōu)勢；草本層形成以沙打旺＋紫花苜蓿的優(yōu)勢組合，陽坡中波斯菊有一定優(yōu)勢，以狗尾草和蒿為主的雜草對于一些植被效果較差的邊坡入侵明顯。在植被恢復第一年，大多數(shù)邊坡以草本為主，除了個別陰坡外，但通過控制草本比例及苗期刈割措施，限制了草本對喬灌木的影響，目前，喬灌木長勢良好，除了巖石陡坡陽坡、巖石陡坡陰陽坡等個別類型邊坡依然是以草本為主外，基本形成了喬灌木為主草本為輔的群落特征，與周邊自然植被較融合。

北方半干旱地區(qū)邊坡植被恢復以灌木為主草本為輔，個別類型邊坡考慮基質(zhì)保水與穩(wěn)定性的問題（如高陡巖石邊坡的陽坡），灌木很難生存，此類邊坡中應以草本為主或選擇垂直綠化植物。在施工設置植物配置比例時，控制草本與灌木的比例以及選擇抗旱性強的植物配置模式，依然是植被恢復的關(guān)鍵。草本與灌木的種子發(fā)芽速率和苗期生長速率存在較大差異。草本植物3～7d發(fā)芽，30～45d覆蓋度80%以上，而北方常用灌木植物，如紫穗槐、荊條、胡枝子，播后7～14d出苗，2個月內(nèi)生長高度約為15～20cm。此時如果草本植物比例較高，苗期覆蓋度較大，則生長空間對灌木生長影響很大，有些灌木出苗后，由于被草本覆蓋，生長停滯或出現(xiàn)死亡。草本植物的密度不宜超過750株/m2。利用抗旱性強生態(tài)位互補的選擇，原則上盡量選擇當?shù)剜l(xiāng)土植物，根系發(fā)達，冠幅及株高分層明顯的一類植物。

2.2 技術(shù)應用效果與適宜性評價

厚層基材技術(shù)在各類邊坡施工時適應性均比較理想，植被蓋度均高于80%；以總蓋度為依據(jù)，對厚層基材應用邊坡效果進行排序為：土石－陰坡＞巖石－陰坡－陡坡＞巖石－陰坡－緩坡＞巖石－陰陽－陡坡＞巖石－陽坡－緩坡＞巖石－陽坡－陡坡＞巖石－陰陽坡－緩坡（圖2，3）。但總蓋度由喬灌木層蓋度和草本層蓋度組成，二者對總蓋度的貢獻在各種類型中差異較大。綜合分析表明，坡向?qū)δ颈局参锖筒荼局参镌谶吰律L影響較大，二者的變化趨勢呈此消彼長的關(guān)系，即邊坡類型從巖石陽坡－巖石陰陽坡－巖石陰坡的轉(zhuǎn)變中，喬灌木生長態(tài)勢是正向，蓋度逐漸增加的，而草本植物生長是反向的，蓋度逐漸減少（圖4，5）。其中，喬灌木蓋度土石－陰坡中達到最大值98%，草本層蓋度在土石－陰坡類型中草本退化十分嚴重，幾乎看不到草本植物了。

半干旱氣候區(qū)降水少，蒸發(fā)大，自然植被覆蓋度較低?；|(zhì)材料的選擇、基質(zhì)厚度、保水性等特征尤為關(guān)鍵。噴播材料層薄，基質(zhì)中水分容易散失，基質(zhì)硬度增加，必然將影響種子的發(fā)芽和生長，同時，基質(zhì)薄也很容易在大風或降雨作用下流失，常用邊坡植被恢復技術(shù)中，液壓噴播技術(shù)，以水為載體輔以薄層纖維覆蓋物，厚度有限（2～3cm）的噴播材料層難以保證種子順利發(fā)芽及幼苗生長。所以，液壓噴播是不適合半干旱地區(qū)巖石邊坡應用。客土噴播技術(shù)形成的覆蓋層盡管比液壓噴播厚，5～10cm，但用在半干旱區(qū)時依然無法保證基質(zhì)層的保水性和植物生長需要，對于巖石邊坡而言也不適宜。

厚層基材噴播技術(shù)，選用有機質(zhì)材料作為基材的主要材料，選擇干噴的噴播方式，則解決了噴播層較薄得關(guān)鍵問題，基材厚度15～20cm。在基礎層的構(gòu)建方面，顯著優(yōu)于客土噴播和液壓噴播，考慮到基質(zhì)層依然比較薄，半干旱地區(qū)降水量少，施工中需要其他技術(shù)措施輔助，否則效果不理想。如保墑措施（覆蓋草簾子、遮陽網(wǎng)）、保水措施（基質(zhì)中添加保水劑）、澆水措施、生物措施（抗旱植物材料）。如，京承高速公路（三期）中所用到的節(jié)水保水輔助措施包括：①在基質(zhì)中添加了一定比例的保水劑；②基材配置時適當降低了有機質(zhì)的比例，以利于保水；③生態(tài)棒的合理應用；④草簾及遮陽網(wǎng)覆蓋措施的應用。

圖2 巖石－陡坡－陽坡植被恢復2年后效果Fig.2 Vegetation restoration after two years（sunny slope）

圖3 巖石－緩坡－陰坡植被恢復2年后的效果Fig.3 Vegetation restoration after two years（shaded slope）

圖4 施工前原貌Fig.4 Vegetation befor construction（Original appearance）

圖5 施工60d后效果Fig.5 Vegetation after construction（60day）

圖6 厚層基材在不同邊坡喬灌木和草本層蓋度之間的變化Fig.6 Vegetation coverage in different type of slop base on Thick－layer base material

2.3 養(yǎng)護措施的效果分析

2.3.1 覆蓋措施 調(diào)查中比較了同一邊坡覆蓋與未覆蓋遮陽網(wǎng)的效果。結(jié)果表明，二者差異較明顯，喬灌木與草本的優(yōu)勢成明顯負相關(guān)，覆蓋了遮陽網(wǎng)的邊坡喬灌木層蓋度及長勢較好，喬灌木株數(shù)22株/9m2，而未覆蓋遮陽網(wǎng)的邊坡，草本層蓋度明顯大于喬灌木，草本植物種類達到了4種，雜草入侵明顯。覆蓋對于苗期喬灌木水分的保持十分重要，而一些禾本科草種對水分脅迫的適應性就明顯強于喬灌木，調(diào)查結(jié)果表明，覆蓋對于北方巖石邊坡植被恢復，尤其是以喬灌木恢復為目標的邊坡植被恢復工程，噴播后及時覆蓋對于控制草本植物前期的徒長及其對木本植物的影響效果明顯（表2）。

2.3.2 噴灌技術(shù)邊坡適宜性分析與應用 灑水車澆水方式邊坡植被的總蓋度高于噴灌方式，其中，草本植物蓋度貢獻較大，而2種澆水方式植被中喬灌木生長狀況均不理想，蓋度基本在35%以下，其中，灑水車方式1個邊坡喬灌木層蓋度僅有1.3%，邊坡喬灌木植物很少。從邊坡喬灌木種類及數(shù)量分析，噴灌邊坡出現(xiàn)的喬灌木數(shù)量明顯優(yōu)于灑水車方式。2種方式所調(diào)查邊坡基本屬于高陡巖石陽坡的立地類型，邊坡條件較惡劣，基質(zhì)薄，保水性差，喬灌木株高相比一般邊坡，都比較低矮且密度稀疏，而施工時所配置植物基本與其他邊坡相似，表明，不同澆水方式比較的調(diào)查邊坡，屬于植被恢復中難度較大的一類邊坡，尤其是針對喬灌木層植被，恢復難度較大，從2年時間內(nèi)噴灌和灑水車2種方式的植被比較分析，差異不顯著（表3）。

噴灌系統(tǒng)在巖體邊坡植被恢復方面的相對于灑水車優(yōu)勢突出，現(xiàn)在（1）避免造成噴播基材（客土層）和種子層的過度破壞；（2）減小苗木的人為機械性損傷；（3）可在任何角度任何位置（如人工不易進入的陡坡）進行澆灌；（4）均勻度高可以減小坡面徑流和局部水土流失；（5）可調(diào)控性使坡面表層結(jié)構(gòu)不易板結(jié)，保持土壤團粒結(jié)構(gòu)，有效地調(diào)節(jié)了土壤、水、氣、熱、養(yǎng)分和微生物狀況，給作物創(chuàng)造了良好的生長環(huán)境；（6）節(jié)水省時省工（圖7，8）。

表2 不同類型邊坡植被恢復效果Table 2 Vegetation restoration effect between different type of slop

表3 邊坡植被生長中的2種澆水方式的差異Table 3 Vegetation difference between two watering model in different type of slop

圖7 噴灌邊坡Fig.7 Watering by spray

圖8 灑水車邊坡Fig.8 Watering by tank car

3 結(jié)論

經(jīng)過對京承高速公路（三期）厚層基材噴播技術(shù)施工工藝分析總結(jié)和2年植被恢復效果的持續(xù)觀測，認為厚層基材噴播技術(shù)由于基材噴播厚度能達到15cm以上，明顯高于濕法客土噴播，客土構(gòu)建的植物生長基礎環(huán)境有所提升，有利于巖石邊坡植被的生長及水肥的供應，因此，在京承高速公路（三期）工程中效果突出。同時，再輔以生態(tài)棒、生態(tài)墊、遮陽網(wǎng)等輔助工藝，增加了施工工藝在保水性、保溫性、穩(wěn)定性等方面的性能，有利于植被初期恢復生長，尤其是水分因素改善對灌木生長的促進作用明顯，有助于以灌木為恢復目標的實現(xiàn)。因此，厚層基材噴播技術(shù)在北方半干旱地區(qū)巖石邊坡植被恢復的適宜性較好。此外，植物的選擇與配置上，京承高速公路（三期）在施工前，對周邊地區(qū)的鄉(xiāng)土植物進行了篩選，初選出了邊坡植被較適宜的備選植物，并對配置進行了優(yōu)化，經(jīng)植被恢復效果分析，目標植物中，木本生長較好的是胡枝子、紫穗槐和刺槐，草本中生長較好的是沙打旺和紫花苜蓿，并形成了紫穗槐＋胡枝子＋沙打旺＋紫花苜蓿為優(yōu)勢群落的特征，且物種多形性和豐富度較好，穩(wěn)定的植被群落基本形成。水分在植被恢復初期對于植被的形成十分關(guān)鍵，工程中遮陽網(wǎng)的選擇及噴灌技術(shù)的應用在一定程度上減弱了干旱對初期植被恢復的關(guān)鍵影響，在北方地區(qū)植被恢復中應大力推廣。

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