露天矿山高陡岩质边坡生态修复技术的应用现状与发展趋势

高 轩，邵鹏远，康春景，何旭麒

（河南省地质矿产勘查开发局 第四地质勘查院，河南 郑州 450001）

自20世纪以来，国内外露天矿石开采比例不断增大，尤其是我国经济发展的高速推动下，石材矿产的需求不断增加，露天矿山的数量也在不断增加并产生一系列新的问题[1-2]，急需要改善和解决。石材开采在促进社会经济快速发展的同时，也形成了大量的高、陡、裸露的岩质边坡，导致矿区土地资源遭受破坏，植被群落的多样性丧失，水土流失严重，严重破坏了地貌景观，增大了空气中PM2.5和PM10含量，诱发了矿山地质灾害。这些问题影响了当前我国和谐社会的构建与人类生活的健康发展。另一方面，我国大量废弃或遗留的矿山形成恶劣的条件，很难进行有效的植被恢复，大量弃置的露天矿山或坑口影响了当地的城市形象构建并留下各种安全隐患，与当前“绿水青山就是金山银山”的生态理念相矛盾[3]，也成为本文研究的现实背景之一。

与正常的地质生态环境相比，高陡岩质边坡具有“长、高、陡”的特殊性[4]，“长”指的是坡面长；“高”指的是坡高落差大；“陡”指的是坡度陡，并且上下昼夜温差大。岩坡质地坚硬，植物根系空间受限，修复绿色植被极其困难，技术条件要求较高。目前，高陡岩质边坡的修复更多的是学习和借鉴客土喷播技术、植生袋技术、三维植被网喷播技术、飘台法、藤本垂直绿化技术等公路或铁路的边坡修复技术[5-9]。但以上技术依然存在投资大、成本高、后期维护困难等现实制约因素，导致生态修复效果一般，长久性效果较差。

基于以上背景及原因，现代化、科学的露天矿山高陡岩质边坡生态修复技术急需要改进和使用，在修复技术的选择上，要根据露天矿山高陡岩质边坡的地理位置及实际情况进行实地考察与调研，充分掌握边坡的构造、质地、高度、坡长、落差、植被覆盖情况等数据，高质量地完成修复问题[10]。本文从生态环境建设的新背景出发，就当前露天矿山高陡岩质边坡生态修复技术的使用及研究现状做全面的梳理，并对技术的创新与改进提出建设性意见，为以后露天矿山高陡岩质边坡生态修复提供可借鉴的理论和案例支撑。

1 主要生态修复技术

目前，露天矿山高陡岩质边坡生态修复技术主要借鉴公路和铁路等坡度修复技术，需要科学、完整的技术流程，主要包括植被地境重塑技术、坡面复绿技术和后期管护技术等。

1.1 植被地境重塑技术

植被地境重塑技术是传统的露天矿山高陡岩质边坡生态修复技术之一，具有较强的适用性，因此得到广泛的应用和研究。植被地境重塑技术通过充分利用人工造孔和岩体裂隙，从而为植被营造地境条件。植被生长需要适宜的地下生境条件，包括生长空间、水肥和温湿度等条件，良好的地境有助于形成开放的生态环境系统。该技术诞生以后，对于露天矿山高陡岩质边坡的修复起到了重要的作用，学者们从理论上不断探索和完善该技术的内容，为实践应用做出更多的帮助。

苏绘梦等[11]通过研究发现，虽然高陡岩质边坡生存环境恶劣，但是依然具备植被生存的基本条件，通过研究发现岩基岩隙内植物的根系形态与岩基形态相关，一般呈扁平状发育，岩隙内的环境足够满足植被的最基本的生存条件。王帅等[12]则重点研究了植被生长的地境特征，发现利用该技术能很好地扩大岩隙空间，优化边坡岩的贯通性，满足植被生存的基本要求，且间隙大的空间还能够满足植被生长的基本水分和温度以及水汽交换等条件，有利于植被的长久性修复。另外，我国部分学者还进行了实地的考察与实验，用实验结果验证了该技术的操作的可行性和科学性。吴杨等[13]构建生态重建方案以及岩体质量等级测量，在选定的石材矿区不同区域进行相关实验，实验结果表明：前期林草结合可以有效地进行土壤熟化，在土壤熟化的基础上进行经济作物种植可以获得一定的经济收益。勘测队进行生物孔钻设，然后用养分和水分客土回填空洞，再进行灌木、杂草、藤蔓等植物的种植，取得良好的种植效果。最终以上结果显示进行植被重塑的高陡岩质边坡能够满足植被不同时节水、温度、气体交换等生存的基本条件，为该技术的推广和应用提供了理论基础。

1.2 坡面复绿技术

国外城市发展速度快，对于石材的开发与应用历史较早，相关的修复保护研究已经形成成熟的研究理念和体系，为国内相关的研究积累了经验。坡面复绿技术就是让高陡岩质边坡重新生长出绿植，发挥生态保护的作用。坡面复绿技术是一个总体概念，涉及到多种关键技术。

1.2.1 液压喷播技术

该技术是一种绿化技术，利用液压喷播机将催芽后的种子混合物喷洒到边坡表面，形成绿化效应。该技术需要提前对种子进行催芽处理，混合一定的水、纤维、黏合剂、有机肥和腐殖土壤等，最后进行边坡喷洒。液压喷播技术流程如图1所示。

图1 液压喷播技术流程Fig.1 Technical process of hydraulic spray seeding

该技术具有很多的优点，如机械化水平高、喷洒速度快、工作效率高等。由于该技术已经成熟，并且效果较好，得到国内很多学者的研究和应用，如周利民[14]利用该技术对我国露天铜矿边坡进行绿化，取得了满意的效果。

1.2.2 三维植被网喷播技术

该技术也是目前常用坡面复绿技术之一，在高陡岩质边坡构建适合植被生长的环境，喷洒播种土工合成和人工活性植物种子的混合物，然后利用生长起来植物的根系加筋对坡面进行加固和保护，如图2所示。

图2 三维植被网喷播护坡Fig.2 Three dimensional vegetation netspraying slope protection

同样，该技术传入到我国以后，也被很多的学者专家研究和实践并取得了一定的成果。学者们从不同的角度进行研究，罗艺伟等[15-16]等主要探讨研究了该技术在使用过程中的程序和工作要领；徐一斐等[17]通过研究和实践发现，利用三维植被网喷播技术能够有效地减少水土流失，增加高岩质边坡的植被覆盖率。

1.2.3 植被混凝土防护技术

植被混凝土防护技术就是把植物的种植与硅酸盐水泥、有机肥、混合土壤、水分等融合在一起，然后利用喷洒机器将其喷洒在需要修复的陡坡坡面之上，种子在一定的时期内生根发芽，植物的根系附着固定在坡面上，形成良好的修复保护作用，如图3所示。该技术同样具有机械化水平高、操作简单、效率高、后期管理简单等优点，是一项集生物学、地质学、土壤学、岩石学和景观生态保护学等为一体的综合性技术。该技术从20世纪90年代传入到我国，在边坡生态修护与保护中起到了不可替代的作用。叶建军等[18]进行跟踪研究发现，该技术在不同种类的露天矿石开采生态修护中产生了重要作用，能够快速复绿和缓解水土流失。

图3 植被混凝土防护实景Fig.3 Real scene of vegetation concrete protection

1.2.4 藤本护坡技术

藤本护坡技术具有明显的垂直绿化优势，更适合情况恶劣的高陡岩质边坡情况。具体方法是在边坡面上放置种植槽，种植槽内播撒攀援类植物种子，利用植物的攀援和附着作用形成保护机制。张博文等[19]通过研究发现，攀援植物在边坡生态修复中有更强的适应性和生态效应，是高陡岩质边坡修复的先锋性植物。

1.2.5 植物纤维毯技术

生态保护植物纤维地毯指的是“用于土壤、地基、岩石、土地或者任何岩土工程相关的有渗透性的纺织品”，一般由自然材料或人工合成为主，其护坡实景如图4所示。

图4 植物纤维毯护坡实景Fig.4 Actual view of plant fiber blanket slope protection

该技术在公路坡面修复中具有非常良好的修复效果，张平等[20]对比分析了不同植物纤维地毯的优缺点，并对该技术的未来发展趋势做了展望与分析；刘宏远等[21]研究发现，该技术在改良土壤、减少水土流失和优化土壤结构中具有显著作用。

2 后期管护技术

完善的露天矿山高陡岩质边坡生态修复系统不仅需要前期的铺垫和修复，更需要后期的管理和维护，构建科学种植、生态养殖和后期管护为一体的修复新系统。前期技术的使用是基础，后期管护是保证，二者协同一体，共同形成完整的复绿有机系统。

后期管护就是在前期植被种植和生长出来的基础上，对其进行浇水、施肥、病虫害预防以及治疗等后续活动内容[22]。浇水技术需要一定的原则和方法，浇水的总量应该略大于植物所需要和地表蒸发的总和，并且植被稳定以后应该有意识地控水控温，减少水量，引导根系生长形成强大的根系系统，增加牢固和防护作用。浇水应该注意季节的变更，尤其是夏季炎热时，要及时浇水控水，如图5所示。

图5 复绿边坡后期浇水管护Fig.5 Watering and pipe protection of regreening slope in the later stage

施肥同样注意一定的原则和方法，提高技术操作性。施肥应该根据不同修复技术的特点以及植物的生长特性、生长阶段和边坡的实际情况来选择合适的肥料和施肥方法。除了基础的施肥，还要掌握追肥技术，追肥同样要掌握种类、时间、数量和方法。施肥还要根据季节的不同选择不同的肥料，夏季要注重水分的蒸发与摄取，选择易吸收的肥料；冬季注意保暖性缓释复肥料的使用。施肥可采用“水肥一体技术”，即将有机肥料或复合肥料溶解在水中，利用喷洒机对需要施肥的边坡植被进行喷洒灌溉，助力其生长发育[23]。

此外，还要注意植被病虫的预防与治疗。传统病虫防治技术一般指喷洒化学农药，即植被发病前或发病以后根据症状寻找原因，然后喷洒对应的农药或其他化学药品。常见的害虫防治方法有药剂防治、人工防治、物理防治、摘除卵块、灭杀幼虫、诱杀成虫和生物防治相结合等。

3 生态修复技术的发展趋势展望

基于目前技术的使用及研究现状，在新的生态文明建设背景下，对露天矿山高陡岩质边坡生态修复技术提出新的展望和建议，助力生态文明建设与发展。

（1）构建露天矿山高陡岩质边坡生态修复技术的关键是应该结合实地的考察与探访，根据矿体结构、岩石质地、坡面特征、裂隙情况以及机器特点，有机地将天然与人工方法相结合，对坡面完成植被重塑，该研究内容应该得到重视。

（2）形成高岩边坡长期稳定的植被群是露天矿山高陡岩质边坡生态修复技术成效的关键之一，应当根据边坡的土壤情况、水文情况、气候情况等，搭配不同的植物类型，比如草地、灌木、攀藤类植物进行综合培植，形成稳定的植被群生态系统。

（3）应该继续探索和重视后期管护技术。前期修复是前提，后期管护是保障，在现有技术的基础上，继续探索和创新水肥一体技术、节能灌溉技术以及实时监控技术，节约更多的人力、物力成本，构建科学、健康可持续发展的边坡管护新机制。