但见石上青草新
探访山西临汾龙祠泉石灰岩开采区生态修复
“问我祖先来何处,山西洪洞大槐树。”一首脍炙人口的歌谣,把我们带到了华夏民族和黄河文明的重要发祥地之一——尧都临汾。
历史上的临汾,因其重要的地理位置成为了兵家必争之地,也因其丰富的矿产资源成为了山西的经济重镇。但因无序地开发利用,这里留下的却是千疮百孔和满目疮痍,成为了古都人民心口刻下的一道难以抹平的伤疤。
今天的临汾,依旧扮演着山西乃至全国重要能源基地的关键角色,但却已几乎看不见往日的尘土漫天、黑灰遍地,生态文明建设的成果已经初步显现,这座古城也正以其悠久的文化底蕴和秀美的自然环境,成为人们休闲旅游的新去处。
沿着309国道一路向西,记者随着山西省地勘局的专家们一同探访了位于临汾市郊的龙祠泉保护区,实地考察了正在这里实施的矿山生态修复项目。在施工区内,一面是已经修复完成的陡壁,花草成丛、绿色茵茵,一面是还没有开展工作的陡壁,仍还是裸露的岩石。
“这陡峭的石壁上竟然还能长草?”记者不禁发出了疑问。同行的山西省地勘局总工程师王润福介绍说:“要让石头上长草,可不是一件容易的事情。特别是还要在这样的高陡边坡上实现生态修复,那可真是凝结了技术和智慧的结晶啊!正如大家所见,在北方干旱半干旱地区的生态修复治理方面,可以说我们已成功地进行了一次尝试。”
边坡治理刻不容缓
“有泉源源流不潴,疏为八道沟与渠,坐令瘠土成膏腴。”被当地人誉为母亲泉的龙祠泉,千百年来用她那乳汁般的清流,源源不断地哺育着平阳大地。龙祠泉是山西省著名的岩溶大泉,也是临汾市重要的风景保护区,不仅担负着10多万亩农田灌溉任务,也是临汾市城乡居民生活及工业用水的主要来源。
由于早年的私挖乱采,龙祠泉水源保护区内部分山体原有植被遭到破坏,不仅造成了严重的生态问题,毁坏了风景区的自然风貌,也给泉源安全造成了严重威胁。
“不仅如此,采石留下的高陡边坡,由于汇水面积大、水流速度快、冲刷能力强,同时缺少植物生长的条件,水土流失严重,造成表面呈现极为不稳定的状态,坡体极易滑塌,有重大的地质灾害隐患。”王润福在接受记者采访时表示,对这些非法开采区进行生态修复与地质灾害隐患治理,保证龙祠泉的水源地安全,不仅是关乎民生的、摆在当地政府面前的一项刻不容缓的工作,而且成为了地质队伍亟须攻克的技术难题。
2016年5月,山西省地勘局213地质队(以下均简称“213队”)临危受命,承担了“龙祠泉石灰岩开采区矿山地质环境治理项目”的一期工程。“项目中标之前,我们用了大量的精力开展调研和探索——究竟应该怎么干、用什么样的技术干,才能在合理的经济成本内达到长期稳定的修复效果,不至于成为‘面子工程’。”213队队长杜玉河说。
据杜玉河介绍,高陡边坡在我国各地均有分布,一种是由于地壳运动形成的自然斜坡,另一种是因为人类的工程活动对山体开挖,如修建高速公路、铁路、矿山开采等产生的人为边坡,其中后者占大多数。如何对高陡边坡进行相应治理,使其既能达到边坡稳定性的要求,又能满足生态防护的要求,达到“硬化”和“绿化”相结合的目标,是当前诸多地质工程技术人员需要探索和解决的问题。
“目前,在山西省内开展的边坡生态修复治理技术大多采用人工挖坑种植技术和打隔构绿化,其中人工挖坑种植在龙祠泉区域内这种几乎垂直的高陡边坡基本无法实现,而隔构绿化虽然有一定效果,但综合成本高昂且绿化面积有限。”213队党委副书记赵江涛介绍说,该队根据临汾市地质环境、气候环境等实际情况,通过引进三峡大学科研专利成果,并与山西师范大学生命科学学院开展深度合作,结合自身老牌地质队伍的技术优势,终于形成了一套适宜于干旱半干旱地区并值得推广的高陡边坡生态修复技术。
多方合作因地制宜
2016年初,213队的技术专家们了解到三峡大学开展边坡生态修复的专利成果信息后,便到湖北、陕西等地开展了大量关于该技术的应用效果调研。在确认了该项技术的可行性后,他们与三峡大学和湖北金源绿通生态环境工程有限公司签订了技术合作协议,引进了科研专利成果——cbs(concretes biotechnical slope)植被混凝土生态修复技术。
“这项技术已经在南方多个地方的多项工程上得到了应用,也取得了较好效果。但是能否在山西这样典型的北方干旱半干旱地区发挥作用,还有待开展进一步的研究工作。”213队总工程师吕福清介绍说。
对此,王润福也有自己的考虑。作为山西省地勘局的总工程师,他在技术方面有着丰富的工作经验。但他也明白,如果单纯地引进这项技术而不考虑山西本地的生态环境因素,专利技术的效果大打折扣不说,让陡峭的岩壁真正变绿也要打上一个大大的问号。带着疑虑,他找到了一个人——山西师范大学生命科学学院教授毕润成,也是国内从事植物生态学和环境生态学等方面研究工作的知名专家。
“接到这个课题,我非常感兴趣。生态修复的基本要求是‘景观相似、功能恢复’,一方面是人们眼睛看到的,修复后长出的植被要与该地区破坏前的植被或周边环境的植被基本相似,另一方面是生态功能上的,要提供保持区域内生物多样性的功能。因此,植物物种的选择非常重要。”毕润成在接受记者采访时介绍说,进行适合当地的植物物种选配有三大原则:一是生态原则,要强调因地制宜,充分利用乡土植物的优越性;二是安全性原则,要在植物配置中加入根系固土能力强的防护性植物,增强坡面稳定性;三是经济性原则,注重抗逆性、耐贫瘠能力、抗旱抗寒能力,强调植物群落适应性。
经过近1年的适宜干旱半干旱地区高陡边坡生态修复工程的植物物种选配研究工作,毕润成团队最终确定了适宜该项工程的植物物种及草本、灌木优化组合,将狗尾草、臭蒿、紫花苜蓿、柠条、沙棘、荆条等草灌种子按照一定的配比混入特制的混凝土基材中,既包括了不同类型的植物种类,有助于植被根系逐渐渗抵(透)坡面,防止风化剥落,也可使复绿后的边坡具备一定的观赏性。
技术创新效果显现
据了解,cbs植被混凝土生态修复技术的工艺除了因地制宜地选择合适的植物物种外,陡壁挂网和植被混凝土基材的配制也是需要攻克的难点。
“由于坡面较陡,运用传统的喷射技术将含有植物种子的基材喷射上去后,绿化基材根本固定不住,一旦有大暴雨来临,很快就会被冲刷下来。”在项目施工现场,213队项目经理武增光向记者介绍了这项技术的一些基本流程:在开展镀锌铁丝网锚钉的铺设安装之前,该队施工人员首先对垂直坡面进行了危岩体清除、场地平整等前期工作,然后采用电锤垂直于坡面钻孔,并依据边坡的地质情况按照不同深度击入锚钉,不仅要保证锚钉本身的牢固,还要使其能保证挂上的铁丝网和cbs基材层的稳定。
固定好铁丝网格后的下一步就是加挂生态袋和进行植被混凝土喷射。“生态袋是后期为植被提供养分用的,而植被混凝土基材的配制和喷射的设备工艺是这项工程真正的核心技术。”王润福说。
据介绍,有别于传统的挂网喷射技术,cbs技术中使用的植被混凝土由砂壤土、水泥、有机质、绿化添加剂等混合组成。其中:砂壤土选择了工程所在地原有的地表土壤经风干粉碎过筛而成,能与基材有机结合,形成植被生长的基础环境,又能形成合理的团粒体,封闭坡面;有机质一般采用酒糟、醋渣或新鲜有机质(稻壳、秸秆、树皮)的粉碎物,其中新鲜有机质的粉碎物在配置前要进行自然发酵处理;绿化添加剂能中和因水泥添加带来的严重碱性,调节基材的ph值,降低水化热,增加基材透气性和变形特性等,还可为土壤提供微生物和有机菌,对于调整土壤结构、增加有机质含量、涵养水分和保护种子等具有重要作用;此外,基材中还要添加长效复合肥、抗旱保水剂等。
“基材中,各种原料的配比的高低,会直接影响到植被生长的效果,因此科学的配比非常重要。”213队技术专家杨运介绍说,为了确定各原料的配比,该队技术人员做了30多次的实验,最终才确定了一个合理可行的方案并运用到龙祠泉区域的修复工程中。
而要想配制的混凝土安安稳稳地粘在接近垂直的石壁上不滑落下来,也是一项十分困难的工程。因此,在工程实施过程中,213队的施工人员采用了高强度的喷播设备,在岩壁上分两次喷射了一层性能优异、强度高达0.45兆帕的“土壤基”,既保证了保水性、保肥性,又保证了透水性、透气性,还具备一定强度的抗冲刷能力,保持了基材的稳定性,使边坡可以快速形成稳定的植被。
据了解,龙祠泉工程于2017年7月采用cbs技术完成了植被混凝土的喷播,之后1个星期左右草本植物便开始发芽,半个月左右植物生长至3~5厘米,养护50天后喷射面基本已被植被覆盖。截至今年8月底,修复面经过了一个冬天和一个夏天的“考验”,部分不适宜环境的植物已被自然淘汰,大部分草本和灌木依旧生长茂密。
成功探索意义重大
记者在213队了解到,第一期龙祠泉石灰岩开采区生态修复的面积约为2.2万平方米,目前已基本实现复绿,植物生长覆盖率已超过80%,且坡面稳定性、美观性明显提升,抗冲刷能力显著提高,坡面已经与周边未遭受破坏的生态环境融为一体,初步达到了生态修复的效果。
“借助cbs技术基础,我们因地制宜,兼顾了山体稳定性和植被稳定性的双重目标,取得的生态修复成果在北方干旱半干旱地区进行了有效尝试,很值得推广。”王润福说,这项融合了山西地矿人自主创新精神和多所高校科研成果的技术,是集岩石工程力学、生物学、土壤学、园艺学、生态学和水土保持工程学等多学科于一体的综合生态治理技术,为北方干旱半干旱地区高陡边坡的修复治理提供了一个可资借鉴的案例。
而且,从该项工程本身来说,不仅消除了周边地质灾害隐患,恢复了生态环境,保护了自然景观和重要水源地,在经济成本上也证明了可行性和合理性。据了解,该项工程的总体经费不到1200万元,每平方米的综合治理成本不到500元,且植被稳定性好,后续的养护成本也非常低廉。
作为山西省首例利用植被混凝土实现生态修复的示范工程,该项目也得到了社会各界的广泛关注。1年多来,来自山西省国土资源厅、山西省地勘局、临汾市政府、山西师范大学以及临汾周边城市的国土资源主管部门、相关企业的主要领导、专家纷纷来到项目施工现场考察、调研、学习、寻求合作,对项目实施的意义均给予了高度评价。
我们有理由相信,这“石头上长草”的故事,必将为山西乃至全国的生态修复实践提供颇有价值的参考。
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据了解,cbs植被混凝土生态修复技术的工艺除了因地制宜地选择合适的植物物种外,陡壁挂网和植被混凝土基材的配制也是需要攻克的难点。
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固定好铁丝网格后的下一步就是加挂生态袋和进行植被混凝土喷射。“生态袋是后期为植被提供养分用的,而植被混凝土基材的配制和喷射的设备工艺是这项工程真正的核心技术。”王润福说。
据介绍,有别于传统的挂网喷射技术,cbs技术中使用的植被混凝土由砂壤土、水泥、有机质、绿化添加剂等混合组成。其中:砂壤土选择了工程所在地原有的地表土壤经风干粉碎过筛而成,能与基材有机结合,形成植被生长的基础环境,又能形成合理的团粒体,封闭坡面;有机质一般采用酒糟、醋渣或新鲜有机质(稻壳、秸秆、树皮)的粉碎物,其中新鲜有机质的粉碎物在配置前要进行自然发酵处理;绿化添加剂能中和因水泥添加带来的严重碱性,调节基材的ph值,降低水化热,增加基材透气性和变形特性等,还可为土壤提供微生物和有机菌,对于调整土壤结构、增加有机质含量、涵养水分和保护种子等具有重要作用;此外,基材中还要添加长效复合肥、抗旱保水剂等。
“基材中,各种原料的配比的高低,会直接影响到植被生长的效果,因此科学的配比非常重要。”213队技术专家杨运介绍说,为了确定各原料的配比,该队技术人员做了30多次的实验,最终才确定了一个合理可行的方案并运用到龙祠泉区域的修复工程中。
而要想配制的混凝土安安稳稳地粘在接近垂直的石壁上不滑落下来,也是一项十分困难的工程。因此,在工程实施过程中,213队的施工人员采用了高强度的喷播设备,在岩壁上分两次喷射了一层性能优异、强度高达0.45兆帕的“土壤基”,既保证了保水性、保肥性,又保证了透水性、透气性,还具备一定强度的抗冲刷能力,保持了基材的稳定性,使边坡可以快速形成稳定的植被。
据了解,龙祠泉工程于2017年7月采用cbs技术完成了植被混凝土的喷播,之后1个星期左右草本植物便开始发芽,半个月左右植物生长至3~5厘米,养护50天后喷射面基本已被植被覆盖。截至今年8月底,修复面经过了一个冬天和一个夏天的“考验”,部分不适宜环境的植物已被自然淘汰,大部分草本和灌木依旧生长茂密。
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而且,从该项工程本身来说,不仅消除了周边地质灾害隐患,恢复了生态环境,保护了自然景观和重要水源地,在经济成本上也证明了可行性和合理性。据了解,该项工程的总体经费不到1200万元,每平方米的综合治理成本不到500元,且植被稳定性好,后续的养护成本也非常低廉。
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