矿山边坡植被修复研究现状及发展趋势分析.pdf

d o i:1 0.3 9 6 9/j.i s s n.1 0 0 1-3 5 8 X.2 0 2 2.0 1.0 1 8资源与环境矿山边坡植被修复研究现状及发展趋势分析*杨家庆1,2,3,鲁明星4,吴冠辰1,2,3,袁雪涛1,2,3,李富平1,2,3,许永利1,2,3,李小光1,2,3 (1.华北理工大学 矿业工程学院,河北 唐山 0 6 3 2 1 0;2.河北省矿业开发与安全技术重点实验室,河北 唐山 0 6 3 2 1 0;3.河北省矿区生态修复产业技术研究院,河北 唐山 0 6 3 2 1 0;4.防灾科技学院 应急管理学院,河北 廊坊 0 6 5 2 0 1)摘要:为探究边坡植被修复研究现状并分析发展趋势,利用C i t e S p a c e可视化软件对2 0 0 02 0 2 0年中国知网收录的相关文献进行时间和内容分析。近2 0年间对于矿山边坡修复研究的发文量逐年上升,边坡生境特征、护坡机理、施工技术、植物配置及多样性是研究热点。文中总结了我国相关热点研究领域的研究现状,分析其优缺点和现存问题并进行展望,可为矿山边坡植被修复领域的研究发展提供参考。关键词:矿山边坡;植被修复;可视化分析;研究热点中图分类号:T D 8 8;X 1 7 1.4 文献标识码:A 文章编号:1 0 0 1-3 5 8 X(2 0 2 2)0 1-0 0 8 3-0 5R e s e a r c hs t a t u sa n dd e v e l o p m e n t t r e n do fv e g e t a t i o nr e s t o r a t i o no fm i n es l o p eY a n gJ i a q i n g1,2,3,L uM i n g x i n g4,WuG u a n c h e n1,2,3,Y u a nX u e t a o1,2,3,L iF u p i n g1,2,3,X uY o n g l i1,2,3,L iX i a o g u a n g1,2,3(1.C o l l e g eo fM i n i n gE n g i n e e r i n g,N o r t hC h i n aU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y,T a n g s h a n0 6 3 2 1 0,C h i n a;2.H e b e iK e yL a b o r a t o r yo fM i n i n gD e v e l o p m e n ta n dS e c u r i t yT e c h n o l o g y,T a n g s h a n0 6 3 2 1 0,C h i n a;3.H e b e iI n d u s t r i a lT e c h n o l o g yI n s t i t u t eo fM i n eE c o l o g i c a lR e m e d i a t i o n,T a n g s h a n0 6 3 2 1 0,C h i n a;4.S c h o o l o fEm e r g e n c yM a n a g e m e n t,I n s t i t u t eo fD i s a s t e rP r e v e n t i o n,L a n g f a n g0 6 5 2 0 1,C h i n a)A b s t r a c t:T oe x p l o r et h er e s e a r c hs t a t u sa n dd e v e l o p m e n tt r e n do ft h es l o p ev e g e t a t i o nr e s t o r a t i o n,C i t e S p a c ev i s u a l i z a t i o ns o f t w a r ew a su s e d t oa n a l y z e t h e t i m e a n dc o n t e n t o f t h e r e l e v a n t l i t e r a t u r e s c o l l e c t e db yC NK I f r o m2 0 0 0t o2 0 2 0.I nr e c e n t 2 0y e a r s,t h en u m b e ro f a r t i c l e sp u b l i s h e do nm i n es l o p e r e s t o r a t i o ni n c r e a s e dy e a rb yy e a r.C h a r a c t e r i s t i c s o f t h e s l o p eh a b i t a t,t h e s l o p ep r o t e c t i o nm e c h a n i s m,t h e c o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g y,t h ep l a n t c o n f i g u r a t i o na n dd i v e r s i t yw e r e t h e r e s e a r c hh o t s p o t s.I n t h i sp a p e r,t h e r e s e a r c hs t a-t u so f t h er e l e v a n th o t r e s e a r c ha r e a sw e r es u mm a r i z e d i nC h i n a,t h ea d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e sa n dt h ee x i s t i n gp r o b l e m sw e r ea n a l y z e da n dp r o s p e c t e d,w h i c hc o u l dp r o v i d e t h e r e f e r e n c e f o r t h e r e s e a r c ha n dd e-v e l o p m e n to f t h ev e g e t a t i o nr e s t o r a t i o no f t h em i n es l o p e.K e yw o r d s:m i n es l o p e;v e g e t a t i o nr e s t o r a t i o n;v i s u a l i z a t i o na n a l y s i s;r e s e a r c hh o t s p o t s*基金项目:河北省重点研发计划项目(1 9 2 2 4 2 0 4 D);河北省创新能力提升计划项目(2 0 5 3 4 2 0 1 D);唐山市重点研发项目(2 0 1 5 0 2 1 8 C)引用格式:杨家庆,鲁明星,吴冠辰,等.矿山边坡植被修复研究现状及发展趋势分析J.矿山测量,2 0 2 2,5 0(1):8 3-8 7.由于矿山、公路、铁路等地常年受到人类活动的影响,导致边坡水土流失、缺土少肥、坡面冲刷侵蚀,严重破坏边坡景观与生态1。植被修复是利用不同植物吸收、富集、固定和降解土壤和水体中的污染物38第5 0卷第1期2 0 2 2年2月 矿 山 测 量M I N ES UR V E Y I N G V o l.5 0N o.1F e b.2 0 2 2并减少或避免水土流失,从而达到生态恢复或生态改良的技术体系,目前广泛应用于矿区边坡修复中2。国外对边坡植被修复的研究起步较早,B i s h o p和S t e v e n s在1 9 6 4年通过调查表明边坡植物的缺失会破坏边坡稳定性,且认为植物根系在固坡方面有重要作用3;之后也有学者证明植物根系可提高土体抗剪强度4。我国相关研究起步较晚,近年来逐渐有学者对煤矿露天采场、排土场、尾矿库等区域边坡修复工作展开研究。C i t e S p a c e可通过聚类统计分析研究领域在一定 时 期 的 研 究 热 点 与 发 展 走 向5。目 前 利 用C i t e S p a c e软件分析边坡植被修复的研究成果较少,针对矿山边坡植被修复现状,归纳总结目前边坡植被修复发展历程、当前研究热点以及未来的研究方向,为后续研究提供参考,可促进矿山边坡植被修复工作。1 数据采集与年度文献数量分析1.1 数据采集本文数据来源于C NK I数据库,以“矿山边坡修复”、“植被护坡”、“边坡灾害治理”等为主题词进行检索,检索时间跨度设定为“2 0 0 02 0 2 0年”,共检索下载32 3 3篇中文文献,通过文献 管理中心输 出R e f w o r k s格式文件导入C i t e S p a c e软件处理。1.2 年度文献数量分析根据C i t e S p a c e获得的年度文献数量绘出边坡植被修复研究年度文献数量统计图,如图1所示。从总体趋势看,2 0 0 02 0 2 0年间边坡植被修复研究的发文数量一直处于持续上升趋势,年度文献平均数为1 5 4篇。这在一定程度上说明边坡修复的研究日益得到重视。图1 年度文献数量统计图2 关键词分析2.1 关键词及中心性分析近2 0年来,中文文献中边坡地质灾害、滑坡、公路边坡、矿山边坡、植物群落、植被覆盖度、边坡稳定性等关键词出现频次较高,中心性较强,如图2所示。综合关键词聚类与中心性分析可知,如表1所示,我国关于边坡植被修复的研究主要集中于边坡地质灾害分析、边坡灾害治理、边坡修复技术、植物应用以及边坡稳定性及修复效果评价等方面。图2 边坡植被修复关键词聚类图谱表1 关键词及中心性分析关键词频次中心性首次出现年份滑坡4 9 20.3 42 0 0 0地质灾害3 1 40.2 52 0 0 0植被恢复1 8 10.1 52 0 0 4公路边坡1 4 00.1 52 0 0 0边坡稳定性1 0 10.0 52 0 0 2高边坡8 70.0 32 0 0 1边坡治理7 40.0 92 0 0 2岩质边坡6 40.0 42 0 0 5矿区4 80.0 52 0 0 8植物群落3 40.0 42 0 0 72.2 矿山边坡修复研究趋势分析绘制中文文献关键词演化时间序列图,如图3所示。L L R聚类分析结果,研究重点演化主要为三个阶段:(1)2 0 0 02 0 0 8年,边坡植被修复研究的起步阶段。该阶段研究成果较少,主要集中于边坡灾害分析、边坡地质环境、公路边坡防护以及边坡修复技术等。(2)2 0 0 92 0 1 4年,边坡植被修复研究的快速发展阶段。研究内容主要包括护坡机理、边坡生境48第1期 矿 山 测 量 2 0 2 2年2月图3 基于C i t e S p a c e的中文文献关键词时间序列图特征、护坡植物选择、植物多样性等,也有学者从植物根系固土机制、边坡建植技术等方面展开研究,研究较多针对矿山边坡和水电站边坡植被修复。(3)2 0 1 5年至今,边坡植被修复研究的稳定阶段。该阶段中年度发文量趋于稳定,且新增加的研究主题较少,大多数研究主要填补研究领域的空白,内容偏向于边坡监测、边坡现状评估及修复效果评价等。3 边坡植被修复研究热点分析利用C i t e S p a c e软件对关键词进行突现探测,分析得到2 0 0 02 0 2 0年突现关键词分布情况,如图4所示。图4 关键词突现图谱由图4可知,2 0 0 02 0 2 0年间关于边坡植被修复研究的文献中,边坡稳定性、植物配置、矿山边坡、数值模拟等关键词突现强度较高且仍在高涨期,说明相关主题的研究为当前研究的热点。结合关键词分析结果,2 0 0 02 0 2 0年来边坡植被修复的研究主要集中于边坡地质灾害、边坡生境特征、护坡机理、植被修复技术、植被选择与配置、修复效果评价六个方面。3.1 边坡地质灾害研究现状我国关于边坡灾害的研究早期主要围绕地质灾害成因分析、灾害特点及灾害演化趋势等展开,边坡灾害的类型主要有崩塌、滑坡、泥石流挡土结构物坍塌或倾覆等,引发地质灾害的原因主要为坡度偏陡以及强降雨、地震等外在因素6。王佳运等7对吕梁山区边坡的危险性和危害性金项链等级划分,为边坡灾害防控提供技术支撑;姜朋明等8通过对降雨量及边坡位移的监测从而形成变形预测模型库,实现了对边坡灾害的成功预警。3.2 边坡生境特征研究现状边坡生境特征的研究持续时间较长,其内容主要包括关于土壤理化性质、边坡稳定性和边坡气候特征等方面的研究,其中,土壤理化性质的研究主要有土壤碳储量、水分变化、土壤化学性质等。刘雪冉等9揭示了草原煤矿排土场以及震后北川县土壤养分含量的时空演变规律;H o s s e i nH a m i d i f a r等1 0表明植被覆盖度对边坡稳定性具有显著影响且植物根系可减小边坡位移、增加土体抗剪强度。关于气候特征的研究主要针对降雨条件下边坡稳定性及边坡生境的影响。单炜等1 1阐述了季节性气候变化下土壤含水率与边坡土体强度、粘聚力和内摩擦角的影响,为公路边坡冻融 失稳预警提 供依据;K o n e c n a等1 2根据对特定的类似降雨-径流事件的分析指出保护水道附近的斜坡对减少地表水中不溶性物质的污染具有至关重要的影响。3.3 护坡机理研究现状对于护坡机理的研究最早开始于2 0 0 5年,王文生等1 3分析了植物护坡机理并将植物护坡归为冲刷防护和边坡加固两种类型。对于护坡机理的研究主要围绕边坡加固机理展开,具体包括植物根系固坡机理、施工技术护坡机理以及护坡机构模型建立。研究结果表明:植物根系具有加筋作用,可提高土体抗剪强度,且根系分布形态对边坡稳定性影响不同1 4;根系倾角对土体抗剪强度有显著影响,随着根系倾角增加,根-土复合体抗剪强度提高1 5。我国护坡机理研究成果多为表明植被护坡的正58第1期 杨家庆等:矿山边坡植被修复研究现状及发展趋势分析*2 0 2 2年2月面效应,对其不利影响未展开充分研究,护坡机理的研究不全面。对整体力学特性和相互作用机理仍需进一步研究,深入了解边坡修复工程存在问题对技术和应用的推广具有重要理论意义。3.4 修复技术研究现状目前,我国岩质边坡植被护坡技术主要有液压喷播技术、客土喷播技术、植被混疑土技术、植生袋技术、三维植被网技术和厚层基材喷射技术1 6。其中,植被混凝土技术基于液压喷播技术演化而来,是当前领域研究热点,主要应用于高陡边坡等修复困难区域。叶建军等1 7研究表明湿喷植被混凝土技术具备显著先进性,可用于工程边坡防护。液压喷播技术、三维植被网技术和厚层基材喷射技术为早期研究热点,在公路边坡和裸露岩质边坡已得到广泛应用,其中厚层基材喷播技术对修复难度大的岩质边坡生态恢复具有明显优势1 8。客土喷播技术与植生袋技术研究起源于国外,近年来引进中国,客土喷播技术主要适用于土质边坡及坡度较缓的岩质边坡的修复1 9。植生袋技术是露天矿岩质边坡生态修复的重要材料之一,鲁明星等2 0表明植生袋复垦边坡可显著提高边坡稳定性,降低边坡滑动趋势。3.5 植被配置及植物多样性研究现状关于植被选择的研究最早出现于2 0 0 4年,黄启堂等2 1基于AH P法建立了福建省高速公路边坡藤本植物应用选择体系。研究表明:边坡修复常用草本植物有地毯草、地石榴、狗尾草、狗牙根等2 2;藤本植物有 野 葛、凌 霄、龙 须 藤、爬 山 虎、中 华 常 春 藤等2 3;木本类植物有地果、黄荆、构树、马桑、铁仔等2 4。边坡植被的研究包括植被抗旱性、耐贫瘠性、植被群落演替等。袁雪涛等2 5探究爬山虎、五叶地锦、凌霄等藤本植物对高温的耐受性,为藤本植物在北方城市以及山体绿化应用提供参考依据。相关研究表明,边坡坡度、坡向、海拔等因素对边坡植被群落配置类型及空间分布特征具有显著影响2 6;刘洋等2 7研究表明随着治理年限延长边坡植物多样性稳步提高。3.6 边坡植被修复评价研究现状关于边坡植被修复效果的评价通常通过对边坡土壤性质和植被状况的监测,评价土壤质量和植物生长状况,研究监测手法、评价指标及评价体系的建立。相比于传统野外实测技术,遥感植被技术具有快速实时、监测范围广、人力物力耗费少等特点,已被应用于修复效果评价2 8;目前常用评价体系包括差值分析法2 8、三维有限 元法2 9、极限平衡 法3 0等;评价指标主要包括种子出苗率、株高、叶宽、根冠比3 1以及措施完整性、边坡稳定性、景观性3 2等。修复效果评价主要应包括边坡修复工程长期监测技术研究以及针对特定修复时段修复效果的评价,但我国对于修复效果监测和评价体系的研究起步较晚,尚未形成完整的监测和评价体系,对于如何实现动态监测,进行全区域、实时数据获取,如何建立科学合理的评价机制,对边坡稳定性、抗蚀性以及植被的多样性、演替规律等长效监测机制的建立等,应作为深入研究的方向。4 结 论本文对近2 0年来的边坡植被修复的文献进行系统综述,客观分析该领域研究现状与热点,主要结论如下:(1)文献数量呈逐年上升的趋势,我国在边坡植被修复领域的研究一直处于领先水平;(2)我国边坡植被修复研究主要经历了起步(2 0 0 02 0 0 8年)、快速发展(2 0 0 92 0 1 4年)、稳定发展(2 0 1 5年至今)三个阶段;(3)边坡生境特征、护坡机理、施工工艺、植物配置及多样性是研究热点领域;植物选择、植物多样性、植物配置、根系、气候变化等是近期突现关键词,突现值较高,是研究领域新的分支。参考文献:1 娄仲连,董志良.岩质边坡的生态恢复工程新技术研究J.地下空间,2 0 0 1(4):3 1 8-3 2 2,3 4 0.2 C u n n i n g h a mSD,OwD W.P r o m i s e sa n dp r o s p e c t so fp h y t o r e m e d i a t i o nJ.P l a n tP h y s i o l o g y,1 9 9 6,1 1 0:7 1 5-7 1 9.3 B i s h o pD M,S t e v e n sM E.L a n d s l i d e so nl o g g e da r e a si ns o u t h e a s tA l a s k aJ.U.S.F o r e s tS e r v i c eR e s e a r c hP a p e r,1 9 6 4(NO R-1):1-1 8.4 E n d oT,T s u r u t aT.T h ee f f e c to ft r e er o o t su p o nt h es h e a r i n gs t r e n g t ho fs o i lR.A n n u a lR e p o r to ft h eH o k k a i d oB r a n c h,T o k y oF o r e s tE x p e r i m e n tS t a t i o n,1 9 6 9,1 8:1 6 8-1 7 9.5 CHE NC h a o m e i.C i t e S p a c e I I:D e t e c t i n ga n dv i s u a l i z i n ge m e r g i n gt r e n d sa n dt r a n s i e n tp a t t e r n si ns c i e n t i f i cl i t-e r a t u r eJ.J o u r n a lo ft h eAm e r i c a nS o c i e t yf o rI n f o r-68第1期 矿 山 测 量 2 0 2 2年2月m a t i o nS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y,2 0 0 6,5 7(3):3 5 9-3 7 7.6 陈发波.浅谈深圳地区边坡地质灾害的治理J.河南科技,2 0 0 6(9):6 2-6 3.7 王佳运,毕俊擘,杨旭东,等.山西吕梁山区城镇边坡风险分级 与 优 化 J.地 质 通 报,2 0 2 0,3 9(1 2):2 0 0 4-2 0 1 2.8 姜朋明,梅岭,季佩祥,等.镇江烈士陵园边坡地质灾害远程监测预警预报系统开发及应用J.岩土工程学报,2 0 1 3,3 5(S 1):3 4 0-3 4 5.9 刘雪冉,朱琦,胡振琪,等.生态脆弱草原区露天煤矿排土场边坡复垦土壤的质量变化特征J.江苏农业科学,2 0 1 7,4 5(9):2 4 2-2 4 4.1 0 H o s s e i nH a m i d i f a r,A l i r e z aK e s h a v a r z i,P a u lT r u o n g.E n h a n c e m e n t o f r i v e rb a n ks h e a rs t r e n g t hp a r a m e t e r su s i n gV e t i v e rg r a s sr o o ts y s t e mJ.A r a b i a nJ o u r n a lo fG e o s c i e n c e s,2 0 1 8,1 1(2 0):6 1 1.1 1 单炜,刘红军,杨林,等.季冻区土质路堑边坡浅层含水率变化研究J.岩土力学,2 0 0 8,2 9(S 1):3 3 5-3 4 0.1 2 K o n e c n aJ,P o d h r a z s k a J,K u c e r a J.E r o s i o np r o c e s s e sa n ds e d i m e n t t r a n s p o r td u r i n ge x t r e m er a i n f a l l-r u n-o f fe v e n t si na ne x p e r i m e n t a lc a t c h m e n tJ.P o l i s hJ o u r n a l o fE n v i r o n m e n t a lS t u d i e s,2 0 1 4,2 3(4):1 1 9 5-1 2 0 0.1 3 王文生,杨晓华,谢永利.公路边坡植物的护坡机理J.长安大学学报(自然科学版),2 0 0 5(4):2 6-3 0.1 4 吴鹏,谢朋成,宋文龙,等.基于根系形态的植物根系力学与固土护坡作用机理J.东北林业大学学报,2 0 1 4,4 2(5):1 3 9-1 4 2.1 5 曾红艳,吴美苏,周成,等.根系与植筋带固土护坡的力学机理试验研究J.岩土工程学报,2 0 2 0,4 2(S 2):1 5 1-1 5 6.1 6 李富平,贾淯斐,夏冬,等.石矿迹地生态修复技术研究现状与发展趋势J.金属矿山,2 0 2 1(1):1 6 8-1 8 4.1 7 叶建军,陈阳阳,黄涛.湿喷植被混凝土生态护坡技术在水渠边坡工程中的应用J.水土保持通报,2 0 2 0,4 0(3):2 2 8-2 3 4.1 8 沈毅,晏晓林,梁爱学,等.厚层基材喷播边坡防护技术研究J.公路交通科技,2 0 0 7(2):1 5 1-1 5 4.1 9 杨奇,鄢煜川,朱代强,等.岩体表面粗糙度对边坡生态防护中基材稳定性影响分析J.江西水利科技,2 0 1 5,4 1(3):2 0 1-2 0 5.2 0 鲁明星,谷岩.植生袋复垦边坡在降雨入渗条件下的稳定性J.金属矿山,2 0 1 3(2):1 2 2-1 2 5.2 1 黄启堂,郑建平,陈世品.福建省高速公路边坡绿化用藤本植物选择体系的研究J.福建林业科技,2 0 0 4(1):1 4-1 6.2 2 齐宏,程睿,王琴.瓮马铁路沿线边坡草本植物物种生态选择J.公路,2 0 1 8,6 3(1 2):2 8 7-2 9 2.2 3 郑建平.福建省道路边坡绿化木质藤本植物资源与配置研究J.福建林业科技,2 0 0 5(4):1 5 1-1 5 4.2 4 罗双,孙海龙,李绍才,等.四川道路边坡自然恢复的植被调查J.中国水土保持,2 0 1 1(1 0):1 2-1 6.2 5 袁雪涛,夏冬,许永利,等.应用L o g i s t i c方程测定四种藤本植物的耐热性J.北方园艺,2 0 1 7(1 4):9 9-1 0 2.2 6 胡永歌,田国行,王军柱,等.豫南高速公路边坡植物的群落分类及空间分布J.西南林业大学学报(自然科学),2 0 1 7,3 7(6):8 3-9 0.2 7 刘洋,侯占山,赵爽,等.太行山片麻岩山区造地边坡植被恢复过程中植物多样性与土壤特性的演变J.生态学报,2 0 1 8,3 8(1 5):5 3 3 1-5 3 3 9.2 8 赵菁菁,鲁明星,谷海红,等.基于植被覆盖度变化的矿区生态修复效果研究J.矿业研究与开发,2 0 1 8,3 8(1 0):1 1 5-1 1 8.2 9 D e r-G u e yL i n,B o r-S h u nH u a n g,S h i n-Hw e iL i n.3-Dn u m e r i c a l i n v e s t i g a t i o n s i n t ot h es h e a rs t r e n g t ho f t h es o i l-r o o ts y s t e m o f M a k i n ob a m b o oa n di t se f f e c to ns l o p es t a b i l i t yJ.E c o l o g i c a lE n g i n e e r i n g,2 0 1 0,3 6(8):9 9 2-1 0 0 6.3 0 郝喆,杨青潮,周素航.生态修复尾矿坝的边坡稳定性评价J.金属矿山,2 0 1 9(8):1 6 2-1 6 6.3 1 王磊,许永利,李富平,等.铁尾矿区修复种植中药材植物效果及评价J.矿业研究与开发,2 0 1 9,3 9(1 1):1 0 5-1 0 8.3 2 尚生勇,孙嘉,李世春,等.北京门头沟地区典型道路边坡生态修复技术评价J.水利技术监督,2 0 2 0(2):2 6 9-2 7 2.作者简介:杨家庆(1 9 9 7-),女,汉族,河北张家口人,硕士研究生,研究方向为矿区生态修复与重建。(收稿日期:2 0 2 2-0 1-1 0)78第1期 杨家庆等:矿山边坡植被修复研究现状及发展趋势分析*2 0 2 2年2月