废弃矿山硬质陡坡种植槽绿化技术研究

秦品光，柏明娥，李树一

（1. 浙江有色地质环境研究院，浙江 绍兴 312000；2. 浙江省林业科学研究院，浙江 杭州 310023；3. 浙江华东建设工程有限公司，浙江 杭州 310030）

为规范矿山秩序，浙江矿山从1998年的11 232个压缩到2008年的2 700多个[1~3]。大量关停或废弃的矿山岩面裸露，并存在一定的安全隐患。2004年浙江省国土资源厅在全国率先开展以露采矿山整治和植被恢复为重点的“百矿示范、千矿整治”活动[4]，在边坡稳定性治理上主要采用削坡减载等方法，在边坡绿化上通常采用客土喷播等方式，并制定了技术指南，取得了很大成效。但对于不能削坡且岩面整体基本稳定的高陡边坡，采用一般的喷播绿化很难达到效果。虽然钟晓等[5]提出“绿化笼砖”、李亚钦等[6]提出“板槽式”或“飘台式”岩质陡坡绿化方法并在实践中得到应用，但在陡坡情况下的绿化种类配置及其早期养护技术将成为陡坡绿化工程建设中的一大技术难题。为攻克这一难题，于2007年在浙江省绍兴市大山下废弃矿山采用类似于板槽式的种植槽绿化方法进行硬质陡坡绿化方法的工程性技术研究与示范，取得了良好的效果，现总结如下。

1 研究方法

1.1 研究地概况

研究地位于浙江省绍兴市绍兴县福全镇下马湾村西北 0.4 km处，30° 00′ 52.00″ N、120° 30′ 15.72″ E，为多年开采的老矿山，宕面较大，北东向86°，一坡到底，相对高差达105 m，边坡角65 ~ 75°，基岩为晶屑玻屑熔结凝灰岩，坡顶临近寺庙，不能削坡，边坡基本稳定，下为5万多m2较开阔的宕底，边坡斜面面积达3.6万m2，并处于绍兴市胜利西路延伸线、104国道南复线和肖甬铁路线的可视面。

矿山处于中、北亚热带季风气候过渡地带，季风气候显著，四季分明，雨量充沛，日照丰富，湿润温和，常年平均气温16.5℃，极端最高气温39.5℃，极端最低气温-10.1℃，≥10℃的年活动积温在5 200℃以上，常年降水量平均为1 438.9 mm，年日照时数平均为1 895.0 h，相对湿度81%，无霜期为238 d。

1.2 硬质与陡坡概念

硬质：岩石单轴饱和抗压强度（Rc）＞30 Mpa并且完整性指数（KV）＞0.65的花岗岩、凝灰岩、流纹岩和石灰岩等岩体。

陡坡：根据喷播绿化效果与坡度关系曲线确定陡坡为坡度≥60º的受损并裸露的硬质岩石边坡。

1.3 种植槽浇筑

在清除边坡局部危岩体确保边坡整体稳定基础上，全坡面搭设排栅脚手架、现浇种植槽。种植槽板与岩壁夹角45 ~ 50°、槽板厚度为顶端不小于8 cm底部不小于10 cm的梯形断面、斜伸高度60 ~ 80 cm。

槽板配筋分主筋、构造筋和分布筋3部分（图1）。主筋和构造筋锚固岩壁、间隔配置，相距左右0.5 m，分布筋横向配置，相交于主筋和构造筋；主筋选用Ф16 ~ 25Ⅱ级钢，构造筋选用Ф12 ~ 18Ⅱ级钢，分布筋选用Ф6.5Ⅰ级钢；主筋长度按深入岩体0.6 m以上控制，石壁外延长度按板的斜长控制，构造筋长度按深入岩体30 ~ 50 cm控制，石壁外延长度按板的斜长控制，分布筋按间距20 cm左右间距布置，与主筋、构造筋的交叉点用绑扎丝进行固定。

图1 种植槽板配筋Figure 1 Distributed steel of concrete casting

槽板采用混凝土立模浇筑。模板采用厚度大于12 mm的木模板或大于1.5 mm的钢板；水泥为32.5#硅酸盐水泥，砂为优质中砂，石子为5 ~ 20 mm粒径的硬质碎石，强度不小于C20。

主筋和构造筋锚固浇注，利用大功率冲击钻在石壁指定的放线位置按照与岩壁夹角成45 ~ 50°角钻孔并安置主筋和构造筋，用1：2水泥砂浆灌注固定。槽板浇注，搅拌C20三级配砼，各组料搅拌均匀，称重误差≤2%，清扫干净浇注面上石块、残渣，将三级配料运送到相应作业面上进行砼浇注。浇筑时在槽板下侧（5±1）cm处置Φ（1.5±0.5）cm泄水孔，间距1.0 ~ 1.5 m。

砼浇注24 h后开始拆模，对构件每天淋水保养2次，保养时间15 d；同时检查种植槽板的浇注质量，对存在蜂窝、露筋的地方及时进行修补。

经模拟测试表明，种植槽板的极限荷载＞650 kg/m。

槽板上下间距为（2.8±0.2）m，在边坡面上共浇筑种植槽总长度约1.2万m。

1.4 基质配制与充填

在种植槽内充填人工配制好的基质。以有机质肥（泥炭）和山地土壤作为种植槽内人工土壤配制中的主要材料，其中泥炭和山地土壤重量百分比分别为15%和85%，山地土壤要求pH 5.1 ~ 7.1、有机质含量＞2.5%、粒径小于10 mm砾石含量＜2.5%。以保水剂和复合肥为种植槽内人工土壤配制中的配套材料，其中保水剂（吸水倍率＞400g水/g）每100 kg人工土壤配制50g，复合肥（N：P：K为6：36：6）每100 kg人工土壤配制0.5 kg。种植槽基质的有机质≥10%、全N≥0.65%、有效P≥11 mg/kg、速效K≥81 mg/kg、容重＜1.2 g/cm3、有效持水量≥26%、pH5.6 ~ 7.4的基本理化性质要求。将配制好的基质经充分拌匀后运送并充填到种植槽内，高度直至与槽板齐平。

1.5 绿化植物选择与配置

种植槽内绿化植物配置的基本模式为上爬下挂中间挡模式（图2），即中间种植乔灌木、内侧种植上爬植物、外侧种植下挂植物。上爬植物选择1年生爬山虎（Parthenocissus tricuspidata）和凌霄（Campsis grandiflora）、下挂植物选择1年生云南黄馨（Jasminum mesnyi）和月季（Rosa chinensis）、中间挡植物选择 2年生女贞（Ligustrum lucidum）、小蜡（L.sinense）、夹竹桃（Nerium indicum）、木槿（Hibiscus syriacus）和美丽胡枝子（Lespedeza formosa）。上爬下挂植物种植间距0.5 m、中间挡植物种植间距1.0 ~1.2 m。

图2 种植槽绿化植物上爬下挂中间挡配置基本模式Figure 2 Distribution of different plants in a casting

图3 硬质陡坡养护系统示意图Figure 3 Tending of casting plant

1.6 养护方法

1.6.1 养护系统 建立山脚提水、山顶蓄水、种植槽喷滴养护系统。养护系统由水源点、提水管、蓄水池、供水主管、支管、喷（滴）头等组成（图 3）。提水管采用Φ60的HPPE管，主管采用Φ50的PVC管，支管为Φ25 ~ 50PVC管。竖向主管顺山势均匀布置，间距20 m左右，支管沿种植槽布设，并在支管上每隔10 ~ 15 cm打径1 mm的滴水孔。

1.6.2 养护作业 种植时及时浇足定根水。种植后第一年，以浇水养护和补植为主确保95%以上的成活率，1-3月天气寒冷时只在中午适量浇水，4-6月是苗木生长期则勤浇水以保证苗木良好生长态势，7-10月以高温天气为主采用早晚浇水，10-12月随着天气变冷酌情浇水。种植后第二年，苗木已经成活以水肥结合养护和病虫害防治为主以促进生长，适当控制浇水量强化抗旱锻炼向免养护过度，4-5月每米种植槽内施复合肥50 g，发现病虫危害及时进行防治。同时在养护期间对槽体侵蚀程度、裂纹情况进行每月检查，发现危险槽段及时进行加固。

1.7 工程建设进度

工程于2007年2月1日开工建设，至3月28日完成清坡排险，7月25日完成搭建排栅脚手架，8月20日完成种植槽浇筑，9月25日完成种植槽内基质充填和养护系统安装铺设，10月15日完成绿化苗木种植并进入养护期，其中前两年（2008-2009）为养护期，后两年（2010-2011）为免养护期。

1.8 调查方法

在边坡面的上、中、下和左、中、右坡段设立9个槽段，每槽段长10 m，分别于2008年10月、2009年10月、2010年10月和2011年10月4次调查观察苗木生长情况、槽体稳定情况和基质营养变化情况及边坡绿化总体覆盖率情况。其中苗木生长情况包括成活率、生长量等的实测调查，槽体稳定情况主要包括侵蚀程度和裂纹情况肉眼观察，基质营养变化情况采用取样分析，并将边坡面的左、中、右样品混合成一个土样进行测定，取样层次为上层10 cm的混合样品。边坡总体绿化覆盖率采用远景定位估测。

2 研究结果

2.1 绿化植物生长情况

2.1.1 保存率 调查表明（表1），种植的绿化植物保存率都比较高，至2011年10月调查的平均保存率达95.8%，其中美丽胡枝子最高为 100%，凌霄相对较低为 90.6%。说明在硬质陡坡种植槽内选择种植美丽胡枝子、夹竹桃、木槿、小蜡、女贞、月季、爬山虎、黄馨8种植物是适宜的。

表1 大山下硬质陡坡种植槽绿化植物保存率调查Table 1 Conservation rate of plants in castings%

在连续4年的调查中，保存率显示逐年下降的趋势，由2008年的97.9%下降至2011年的 95.8%。其中美丽胡枝子没有下降，保存率始终维持在100%，其他种类都有不同程度的下降，特别是2008年和2009年的两年养护期内，下降的幅度稍大些，说明苗木种植后的养护管理很重要，当苗木成活后趋于免养护的2010年和2011年，保存率基本不变，虽然个别植物的保存率有一定下降，如木槿，可能由于生长竞争而自然消亡的结果。

同时，在调查中发现种植槽内具有美丽胡枝子自然生长的小苗，这是种植的美丽胡枝子结籽后天然下种的结果，因此启示选择乡土树种进行绿化具有自我更新的能力，从而提高边坡绿化植物群落的稳定性。

2.1.2 生长量 调查表明，种植的绿化植物高或长度生长量随时间逐年增长（表 2），其中上爬植物爬山虎和凌霄的上爬高度平均由 2008年的0.5 m上爬至2011年的1.8 m，中间挡植物女贞等5种的生长高度平均由 2008年的 0.7 m生长至2011年的1.6 m，下挂植物黄馨和月季的下挂或蔓伸长度平均由2008年的0.5 m增长到2011年的1.2 m。

表2 大山下硬质陡坡种植槽绿化植物生长量调查Table 2 Increment of plants in castings m

在上爬植物中，爬山虎和凌霄的生长量几乎相近、生长速度相似，至2011年爬山虎为1.7 m、凌霄为1.9 m。在下挂植物中，黄馨和月季的蔓伸生长量更加接近，至2011年平均都为1.2 m。在中间挡植物中，女贞的生长由于种植时平均高度较高，至2011年生长至1.8 m，虽然具有一定的生长量，但生长速率较低；小蜡和木槿的生长量比较相似，由2008年的0.6 m生长至2011年的1.4 m；夹竹桃和美丽胡枝子的生长量也几乎相似，由2008年的0.5 m生长至2011年的1.8 m，同时表明出前期（2008-2009年）速生生长、后期（2010-2011年）生长量下降的态势，这可能由于灌木习性的表现，也可能受根际生长空间和营养的影响。

调查显示种植的各种植物总体生长量较小，与一般的平地绿化具有相当大的差距，这不仅与边坡特殊困难立地有关，还与种植槽容积较小导致植物根系生长空间和营养供给受到限制，因此在种槽容积一定情况下如何提高槽内营养自我维持能力，将是维护种植槽绿化树种可持续生长的关键。

图5 种植槽基质全氮含量变化Figure 5 Change of Total N in the substrate of castings

图6 种植槽基质有效磷含量变化Figure 6 Change of available P in the substrate of castings

图7 种植槽基质速效钾含量变化Figure 7 Change of K in the substrate of castings

2.2 基质肥力变化情况

调查表明，种植槽内基质随着时间的推移或植物的生长，除了pH值维持在5.5 ~ 5.7外，有机质、全氮、有效磷和速效钾的含量发生了较大的变化。其中有机质含量逐年有所增加，而全氮、有效磷和速效钾含量逐年较明显地下降（图4、图5、图6、图7），有机质平均由2008年的6.7%增加到2011年的8.3%、全氮平均由2008年的0.62%降至2011年的0.25%、有效磷平均由2008年的27.4 mg/kg降到2011年的11.3 mg/kg、速效钾平均由2008年的75.4 mg/kg下降至2011年的41.6 mg/kg。可见槽内基质肥力的自我维持相当重要，有机质的逐年增加主要来自绿化植物自然凋落物，随着自然分解会使基质肥力得到增加。为增强基质营养的自我维持能力，在基质配制时适当添加活化菌肥提高对凋落物的分解能力是有好处的，同时多配植一些诸如美丽胡枝子等乡土豆科植物也将对基质肥力的提高具有积极的意义。

调查还发现，位于下部槽段基质的营分含量普遍高于中部和上部，同时中部槽段基质的养分含量普遍高于上部，并且植物的长势也随着养分含量的高低而表现的强弱，即下部槽段植物生长普遍好于中部、更普遍好于上部。这是由于随着雨水淋漓，上部槽段基质养分也会部分流失到下部槽段。因此，在基质配制时，上部槽段基质养分可适当提高、下部槽段基质养可适当降低。

2.3 边坡绿化总体覆盖率

远景定位观测表明，边坡绿化的总体覆盖率逐年提高，由2008年的30%提高至2011年的95%%（图8），取得了良好的绿化效果，其边坡绿化总体覆盖率与其植物的生长关系密切，即随着植物的生长、绿化覆盖率逐年提高，同时表明采取上爬、下挂、中间挡的种植槽绿化基本模式是正确的。但是，采用种植槽绿化的边坡总体绿化覆盖率不仅取决于植物的生长，还取决于槽板上、下之间的间距。本实践研究的槽板上下间距为（2.8±0.2）m，尽管中间植物生长并不高，但上爬和下挂植物的补充使边坡总体的绿化覆盖率得到提高，然而如何选择良好的中间挡乡土主导树种则是营造硬质陡坡森林化植被修复的关键。

2.4 槽体稳定性情况

经上、中、下和左、中、右共9个、各10 m长槽段、连续4年的定位观察表明，槽板没有发现剥蚀、裸筋、裂缝、移位、松动等可能导致槽板坍塌等不良地质灾害迹象，表明槽板非常稳定。当然，还要进行不断的连年观察，以充分证明槽板结构长期的稳定性。

图8 大山下废弃矿山种植槽绿化边坡覆盖率Figure 8 Greening area by planting in concrete castings

3 结论和讨论

硬质陡坡绿化是一项特殊困难的技术工程，其边坡高陡、岩体坚硬，采用一般的喷播绿化很难实现效果。实践研究表明硬质陡坡采用种植槽绿化方法是可行的，槽板结构稳定，种植的绿化植物长势良好，4年后的总体绿化覆盖率达 95%，取得了良好的绿化效果，值得推广应用。由于槽板内植物生长基质和植物根系生长空间有限，在采用上爬下挂中间挡绿化配置模式的前提下，物种的选择及其前期的养护技术非常重要。

观察表明，随着年份增加，种植槽内绿化植物的保存率虽然较高，但生长量较低，槽内基质有机质含量有所增加、氮磷钾养分含量逐年减少，绿化虽然取得了早期的效果，但后期植物群落的稳定性及其绿化景观的长效维持缺乏后劲，特别是夹竹桃、木槿等园林观赏树种的应用由于缺乏天然下种的自我更新基本条件和固氮等地力维护的本能，因此，在基质内适当添加生物菌肥以促进有机质的有效利用，同时种植槽内绿化植物的选择还需要进一步完善和深入研究，以巩固和发展硬质陡坡种植槽绿化的技术成果。

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