北京市门头沟区工业废弃地生态修复工程的关键技术

Key Techniques of Eco-restoration for Brownfields in Mentougou in Beijing

王连军 李燕彬
WANG Lian-Jun LI Yan-Bin

摘要：随着改善城市环境质量、加强城市生态建设工作的呼声日益提高，工业废弃地的生态修复和环境建设工程越来越受到重视。以北京市门头沟区永定镇大砂坑生态修复二期工程为例，提出了这类工程的技术关键，首先是进行科学的规划设计，二是稳定坡体，三是建立排水系统，四是土壤改良，五是充分发挥植物的生态效益。重点论述了植物选择和种植中的有关问题，并结合该项目在前期立项、勘察、设计、施工中出现的一些问题进行了探讨和总结。

关键词：风景园林；城市棕地；生态修复

Abstract: There is an increasing need for the improvement of urban environment and eco-programs and the eco-restoration of brownfields has drawn more and more attention. With the Sandpit Eco-restoration Phase II Program in Yongding Town of Mengtougou District of Beijing as an example, this paper put forward the key techniques of eco-restoration, namely a scientific planning and design, hillsides stabilization, drainage system establishment, soil improvement and eco-benefits of plants. It also elaborated the plant selection and plant design and summarized some ideas from the investigation, design and construction periods.

Key words: Landscape Architecture; Urban Brownfields; Eco-restoration

城市人口的扩张和城市化进程的加快导致城市用地范围扩大，原来位于城市边缘的一些矿产资源开发地被纳入到城市的中心地带，为防止工业污染、保障人身安全，这些地方被政府勒令关闭。观念、体制、管理、资金等诸多因素的影响，导致变成了无人问津的工业废弃地，并且由于原有植被、土壤的破坏，其生态系统完全退化，成为环境污染源、风沙源，对市民的身体健康和日常生活造成很大危害，同时引发了水土流失和土地荒漠化，有些地方甚至出现发生次生地质灾害的隐患，对当地的自然环境、经济发展、社会稳定、人身安全产生极大影响。

国外早在20世纪60年代就已经开始了工业废弃地的生态修复研究和工程建设工作，随着科学技术的发展、工业材料的更新、施工工艺的改善，工业废弃地的修复、建设水平不断提高。20世纪90年代，景观设计进入工业废弃地的建设中，设计师运用了科学与艺术的综合手段，以达到工业废弃地环境更新、生态恢复、文化重建、经济发展的目的[1]。多年的实践，不仅改善了生态环境，而且把工业废弃地变成了景观效果良好、功能齐全的公园，尤其注重了工业废弃地的历史文化价值的提升，如美国西雅图煤气厂公园。国外发达国家在工业废弃地生态修复工作实践中完善的法律法规、有效的监管机制和社会保障制度、深入的理论研究和新技术、新材料、新理念的广泛运用等，为我国工业废弃地的生态修复工作提供了很多宝贵的经验。

而我国工业废弃地的生态修复工作虽然始于上个世纪50年代末，但直到80年代仍处于低水平。北京市大规模生态修复工作始于本世纪初。2007年，北京市发展和改革委会同有关部门联合编制了《北京市山区关停废弃矿山植被恢复规划（2007—2010）》；2008年，又修改编制了《北京市矿区植被保护与生态恢复工程规划（2008—2015年）》，计划到2015年为止，完成中心修复区植被恢复近7900hm2。2007年到2010年的4年间，已建成面积5 626hm2，减缓了当地的风沙扬尘现象，治理了水土流失问题，使当地的生态环境得到了根本上的改善，取得了一定的经济、生态和社会效益。

目前，国内的生态修复工作开始重视景观和生态功能相结合。《北京市固体矿山生态环境修复标准》规定，“生态环境修复类型应与矿区周边土地利用方式及景观相协调”。利用矿山废弃地进行景观开发利用，缓解绿化用地与城市用地之间的矛盾，是矿山生态修复模式转变和园林绿地建设新途径的有益探索[2]。但是鉴于我国目前的国情，首先利用人工干预恢复自然生态系统和建设人工生态系统并举的方法迅速恢复工业废弃地的生态系统，改善当地生态环境，提高城市环境质；待时机成熟时，结合城市建设，进一步提升其景观价值，并建设成供附近市民休憩、娱乐的公园绿地，是我国工业废弃地建设的主要途径。

通过多年的生态修复实践，我国的工业废弃地建设已经总结了一些关键技术。现以北京市门头沟区永定镇大砂坑生态修复二期工程为例，针对其生态修复的关键技术做一分析说明。

1 工程概况

北京市门头沟区永定镇大砂坑北起中门寺沟，南至莲石路，位于永定河畔，全长5240m，最宽处700多m，面积243.33hm2。50多年的采砂历史，使这里从北到南形成7个大型砂坑，浅有20余m，深达40余m，四壁陡峭，坡度30°到70°不等，个别地方甚至形成峭壁，基质基本都是砂土，存在一定程度的不稳定性。由于采砂停止多年，现已成倾倒垃圾和拾荒者的乐园，坑底遍布建筑垃圾和生活垃圾，有些地方甚至成为环卫部门倾倒污水的地方，恶臭熏天。大风天气，黄沙漫布。生态修复工程分一期、二期，一期面积为53.33hm2，于2005年由门头沟市政管理委员会作为项目建设方向社会进行设计和施工招标，目标是建设成生态修复型公园，在生态恢复的同时为附近居民提供一个休憩、活动场所。一期工程于2006年底竣工，截止到2010年夏季，这里已形成了植被繁茂、碧波荡漾、鸟语花香的优美环境。二期面积为190hm2，工程分两步进行，第一步于2007年由北京市门头沟区林业局（现为北京市门头沟区园林绿化局）作为项目建设方向社会进行设计和施工招标， 2009年完成坡体整治和植物种植工作，满足生态恢复的基本条件，并建立起道路系统的骨架。第二步拟按公园标准，在生态恢复的基础上，进一步完善道路、服务和游憩设施，满足游人户外活动的需要，最终建设成永定河森林公园（图01）。

2 工业废弃地生态修复的关键技术

项目从设计到工程竣工历时两年，主要技术措施有5个方面：

2.1 进行科学的规划设计

遵循生态学的基本原理，以植被修复为基本前提，以可持续发展为最终目标，在矿区建立结构合理、功能完善的、稳定的、自维持的生态系统[3]，以改善区域的生态环境，打造生态、安全、具有郊野风貌的景观（图02）。

植物种植设计首先要以乡土植物的大量应用为树种选择的基本原则，第二，既要充分发挥植物的防风固沙、暴雨缓排、降温增湿、涵养水源的生态效益，又要利用植物能够改良土壤的功能，增加土壤肥力，为植物的生长、甚至为动物、微生物的生存提供条件，以形成良好的生态系统。第三，利用植物的绿化美化功能，形成永定河畔的滨水景观和南侧的莲石西路、六环白庄子立交桥的道路景观。第四、结合门头沟新城规划，为建设永定河森林公园，给附近居民提供一个休闲娱乐场所打下坚实基础。

2.2 保持坡体稳定

用地共有4个地块，包括三个砂坑和一处平地，面积190hm2，土质主要为沙壤土和砂土，土壤粘性不大，易坍塌，现状表面基本无植被覆盖，雨季易发生滑坡。由于最终目标是建立永定河森林公园，将有一定量的游人进入该地域内游玩，因此，保证坡体稳定是生态修复工程的关键内容之一，是绿化工作的前提，更是建设森林公园的首要条件。

目前国内常用的边坡防护技术主要包括工程防护技术、生态防护技术和绿化防护技术。实践证明，由于北方地区干旱，降雨量少，液力喷播和铺草皮进行坡面绿化的效果并不明显，且建设费用较高，后期管理不便。另外，由于需对大砂坑现状坡体进行贴坡或削坡处理以达到合理的坡度和平整度，而土方整理后一定时间内存在一定程度的土壤沉降，因此不适于钢筋混凝土格栅、混凝土预制框架和混凝土预制空心砖等边坡生态防护技术。而砂土的粘性差，也不适合于水泥砂浆喷锚和抗滑桩技术。

根据不同坡度和立地条件选择了四种处理措施：

（1）对于有足够场地进行贴坡、削坡处理的坡段都进行土方处理，以保证坡度控制在30°以内。客土回填、平整坡面后即可直接植树。这种做法最节省资金且绿化效果最好。

（2）对于因场地条件限制土方处理后坡度在30°-45°范围之间的坡段，在坡脚设置石笼墙。石笼墙由两层石笼组成，高2m，地上部分1.5m，埋入地下0.5m，长度视具体情况确定。主要起到稳定坡脚、防止雨后坑底积水引起土方坍塌并为坡面的其他生态措施做基础的作用。而且由于笼内的石块不用浆砌，透水性好，减缓了水流的冲击。同时通过水流带入石缝的土壤达到一定厚度后还为恢复植被提供了条件。坡体表面整平后覆盖植生袋，既可以承受一定程度的沉降引起的表面变形，同时还能覆盖坡体表面的碎石、渣土。

（3）对于由于场地条件限制土方处理后坡度在45-70°范围内的坡段，在坡脚处设置2m高石笼墙作为基础，其上设置生态袋，生态袋码放高度为1.2m一层，地下部分0.3m，地上部分0.9m。层与层相距1m，三层为一组，组与组之间相隔20m。由于生态袋各袋之间有锁扣相连，因此稳定性较好。各组生态袋之间绿地整平，坡度不超过70°时，表面覆盖植生袋（图03）。

（4）坡度在70°以上的坡段基本不进行土方处理，对于地形、地貌较好的地段完整保留原有面貌，作为历史遗迹给后人以警示和教育作用（图04）。对于地形、地貌不好的地段可种植地锦（Parthenocisus tricuspidata）、扶芳藤（Euonymus fortunei）、迎春（Jasminum nudiflorum）等攀援植物进行遮挡以达到良好的景观效果。

2.3 建立排水系统

用地土壤为沙壤土和砂土，渗水性较好，遇降雨可及时渗入地下，无需做地下管网排水系统。但如遇大雨，坡面容易被雨水冲刷形成沟壑，且坑壁容易造成坍塌，因而需要做地表排水。结合现状高程，沿坡顶以外2m设置截水沟，沿坡脚设置排水沟，并在坡面每隔200m设置一道急流槽，利用各急流槽连接两端的截、排水沟，相互顺接，形成一个完整的、封闭的系统（图05）。同时在每条急流槽的底部设置散水坑，消弱下泄水流的冲力，防止水体对坑底砂土的冲刷。截、排水沟的纵坡坡度要大于0.5%，防止水流滞留，急流槽的纵坡不超过1:2。整个项目区域内的地表降水沿上述地表排水系统流入排水沟中，并利用地形高差引入坑底设置的集水坑或景观水体中，充分实现雨洪利用（图06）。

2.4 进行土壤改良

沙壤土和砂土的排水性能良好，但土壤肥力差，植物生长所需的养分少，需进行土壤改良。砂地的土壤改良是一个非常缓慢的过程，考虑资金限制，土壤改良从三个方面进行。

2.4.1 客土覆盖

由于资金限制不可能更深层地更换土壤，因此在表层覆种植土30cm的基础上，穴坑全部更换种植土，同时对建筑垃圾就地深埋，生活垃圾外运。

2.4.2 施用有机改良物质

在穴坑换土时掺入20%的鸡粪。由于动物的粪便中富含氮、磷有机物，它们都可作为阴阳离子的有效吸附剂，提高土壤的缓冲能力，降低土壤中盐分的浓度[4]。

2.4.3 植物改良

大量种植紫花苜蓿（Medicago sativa）、紫穗槐（Amorpha fruticosa）等豆科植物，利用豆科植物的固氮作用，提高土壤综合肥力。

2.5 植物种植

在种植设计上，以生态修复理论为基础，运用具有地域特色的北京乡土树种，充分发挥植物的生态效益，创造优美的园林植物景观（图07）。

2.5.1 以乡土树种为基调树种和骨干树种

了解北京乡土树种的生物学和生态学特性，以乡土树种为基调树种和骨干树种，合理进行乔、灌、草的层次搭配，建立相对稳定的复层立体结构的植物群落，增加单位叶面积系数；合理确定常绿与落叶苗木的搭配比例和苗木的种植密度，结合周边环境建设丰富的植物景观分区。

以毛白杨（Populus tomentosa）、垂柳（Salix babylonica）、桧柏（Sabina chinensis）为基调树种，以油松（Pinus tabuliformis）、臭椿（Ailanthus altissima）、刺槐（Robinia pseudoacacia）、栾树（Koelreuteria paniculata）、白蜡（Fraxinus chinensis）、连翘（Forsythia suspensa）、木槿（Hibiscus syriacus）、红瑞木（Cornus alba）为整个项目区的骨干树种，形成全园的植物景观骨架，并起到分割各景观分区的作用。

在北侧靠近永定河的地方，为防止落叶掉落水中污染水体，减少落叶树，增加常绿树的比例，常乔、落乔的比例控制在1:2，乔灌比控制在2:1。并选择防风固沙、防止水土流失的树种，形成大乔、中乔、小乔、灌木多层次的防风林带。绿地的中心位置，常乔、落乔的比例控制在1:5，乔灌比控制在4:1，增加地被面积，且多为紫花苜蓿、沙打旺（Astragalus adsurgens）等豆科植物。南侧莲石南路沿线，常乔、落乔的比例控制在1:4，乔灌比控制在1:1，灌木在前，常绿和小乔位于中间，大型乔木做背景，从道路上看，形成从低到高多层次的景观效果。大面积的坡面，坡度都在25°到70°之间。对于整地后坡度小于30°的地方，直接种植植物。由于局部地方坡长超过30m，应形成大乔、中乔、小乔、灌木多层次的复层结构，利用植物叶片减缓雨水落到地面的冲击力，乔灌比控制在2:3。整地后坡度在30°-45°的地方，坡面铺设植生袋，以减少雨水对地面的冲刷，防止水土流失；坡度在45°-70°的地方，采用生态袋、植生袋、生态毯等工程技术措施，生态袋和植生袋内放入的植物种子为京蒿（Artemisia argyi）、胡枝子（Lespedeza bicolor）、苜蓿（Medicago sativa）、野菊花（Dendranthema indicum）、沙棘（Hippophae rhamnoides）、荆条（Vitex negundo var. heterophylla）， 20g/m2；坡度大于70°的地方，种植地锦、沙地柏（Sabina vulgaris）、迎春。在坡顶边缘选择深根性树种，形成固沙林带，利用植物根系抓牢土壤，减少水土流失，而坡脚不易种植浅根性树种，防止由于土壤长时间冲刷堆积至坡脚，造成坡脚土层变厚而伤及树木。坑底为防止雨水短时间积聚，尤其局部排洪需要，适宜种植耐涝植物，仅选择局部高地点状种植乔木，多以湿地植物和灌木为主，常乔、落乔的比例控制在1:4，乔灌比控制在1:5。

实践证明，树体高大而种植不过密者，具有最大的防护效果；反之如种得很密，形成不透风的树墙，其防护距离反而小得多，且易引起回流，造成危害。一般而言，合理搭配高矮和适当疏密的带状种植树木，其有效的水平防护距离约为树高的15-20倍[5]。防风林带选择种植毛白杨、垂柳，其密度为株行距2m×3m，刺槐3m×4m，常乔3m×3m，灌木1m×1m。绿地的中心位置，落乔的株行距在5m×5m，常乔3m×3m，灌木2m×2m。项目区南侧景观林带落乔的株行距4m×4m，常乔3m×3m，灌木1m×1.5m。坑底的灌木为满足排洪需要，适当降低密度，株行距2m×2.5m。

2.5.2 植物景观分区

总建设面积190hm2，绿化面积185.56 hm2，其中坑上绿地面积134.26 hm2，坡面绿地面积23.12 hm2，坑底绿地面积28.18 hm2。植物种植根据地形、地貌特征；周边环境状况，确定不同的植物景观分区。

（1）春花景观区（位于坑上）：油松+侧柏（Platycladus orientalis）+绦柳（Salix matsudana var. matsudana f. pendula.）+旱柳（Salix matsudana）+毛白杨——山桃（Amygdalus davidiana）+连翘+丁香（Syzygium aromaticum）+山杏（Prunus armeniaca）+黄刺玫（Rosa xanthina）——二月兰（Orychophragmus violaceus）+紫花苜蓿( Medicago sativa)。主要以春季开花植物为主，形成春季景观。

（2）观果植物展示区（位于坑上）：油松+垂柳+柿子（Diospyros kaki）+核桃（Juglans regia）——金银木（Lonicera maackii）+山楂（Crataegus pinnatifida）+海州常山（Clerodendrum trichotomum T）+平枝荀子（Cotoneaster horizontalis）——二月兰+紫花苜蓿。主要以秋季观果植物为主，并选择金银木等宿果植物为鸟类提供食物。。

（3）疏林景观区（位于坑上）：油松+桧柏（Sabina chinensis）+青杨（Populus cathayana）+元宝枫（Acer truncatum）+刺槐+山楂——黄栌（Cotinus coggygria）+美国红栌（Cotinus coggygria’ Atropurpureus’）+木槿+香茶镳子（Ribes odoratum）+红瑞木+棣棠（Kerria japonica）——萱草（Hemerocallis fulva）+马蔺（Iris lactea var. chinensis）+地被菊（Chrysanthemum morifolium）+紫花苜蓿。少量种植乔灌木，以大面积地被植物为主，形成疏林景观。

（4）浓荫景观区（位于坡面）：

阳坡：侧柏+油松+白蜡+刺槐+栾树+山桃——红瑞木+黄栌+金叶莸（Caryopteris×clandonensis‘Worcester Gold’）+荆条+小花溲疏（Deutzia parviflora）——波斯菊（Cosmos bipinnatus）+紫花苜蓿+甘野菊（Chrysanthemum seticuspe）+沙打旺（ Astragalus adsurgens） +萱草。

阴坡：组团一，侧柏+国槐（Sophora japonica）+栾树（Koelreuteria paniculata）+臭椿（Ailanthus altissima）——丁香+金银木+小花溲疏+黄栌+迎春——沙地柏（ Sabina vulgaris）+沙打旺；组团二，侧柏+元宝枫+五角枫（Acer elegantulum）——香茶镳子+黄栌+绣线菊（Spiraea salicifolia）——紫花地丁（Viola philippica）。乔灌草复层种植，并适当加大种植密度，以减少水土流失。

（5）沙生植物景观区（位于坑底）：云杉（Picea asperata）+臭椿+山桃——黄栌+紫穗槐+柽柳（Tamarix chinensis）+沙棘——沙地柏+景天（Sedum spectabilis）+小冠花（Coronilla varia）+马蔺+甘野菊。选择喜排水性良好、疏松肥沃的砂壤土的植物为主

（6）雨洪利用展示区（位于坑底）：垂柳+小叶杨（Populus simonii）—— 红瑞木——芦苇（Phragmites australis）+香蒲（Typha orientalis）+落新妇（Astilbe chinensis）+黄菖蒲（Iris pseudacorus）+水葱（Softstem bulrush）+千屈菜（Spiked loosestrlfe）。主要以耐水湿和水生植物为主。

3 总结

3.1 前期测量和勘察工作的重要性

稳定坡体是生态修复的首要工作，应根据坑壁高度、坡度选择不同的工程技术措施；绿地内园路的设置应充分考虑现状作业道的走向；同时还应充分利用现状地形造景，而这些都要求有准确和详尽的现状地形图和高程数据。测绘部门出售的地形图不足以满足该类项目设计和施工的需求，因而需要针对其进行前期测量和勘察工作。

3.2 土壤改良是生态恢复的重要工作

由于项目区所处位置为废弃的采砂场，土中营养成分极少，对植被生态恢复造成一定的难度，土壤改良尤为重要。同时，现场有大量的生活和建筑垃圾堆放物，经过分解和淋溶，产生的垃圾渗出液污染了表土，对于这些地方仅更换表层土壤和坑换土是不够的。另外，在施工过程中发现现场中有一处坑底为生活污水、粪便倾倒地，多年积累，面积超过2 000m2，深达近2m。由于无法消纳，施工时采取与建筑垃圾搅拌后就地深埋的方式，但这样做会造成地下水污染并产生沼气，同时如果埋藏深度不够，也会伤及植物根系，今后应该探寻更合理的消纳方法。

3.3 以生态效益为主，建设多功能植被

在生态修复项目中，应该遵循在充分发挥植物的生态效益为主的前提下，注重植物的景观效果。该项目在如何更大程度发挥植物生态效益方面还需做更多的研究。砂坑北侧种植了宽30m的防风林带，防风林带的种植密度应满足一定的要求才能发挥其防风效益，过密过疏都不合理，由于时间紧，一直未能找到明确的数据依据就匆忙完成设计图纸，这种情况在今后的设计中应该避免。

3.4 新技术、新材料应用的可行性问题

第一，施工中运用了大量的生态袋、植生袋遮盖岩体，从目前建成情况看，预先掺入生态袋、植生袋土壤中的植物种子已经萌发，但一年养护期结束后将不再进行人工浇水，仅靠当地降雨量能否满足其生长，随着植物不断长大，袋中仅有的少量土壤能否为其提供足够的生存条件，还有待时间的检验。第二，施工中所有苗木都统一使用了等量的生根粉、保水剂，但据有关专家介绍，不同树种、不同树龄，生根粉的需要量有所不同，而对于施用了保水剂的不耐水湿苗木如遇大雨天气会出现烂根现象。因此，对于生根粉，应寻找相关资料或咨询有关专家确定科学的使用量后再行实施，而对于不耐水湿苗木应慎用保水剂。

3.5 苗圃生产经营问题

有些生态效益显著的苗木，如胡枝子、拧条（Caragana korshinskii）、锦鸡儿（Caragana sinica）、荆条等，此次由于苗源问题无法解决而未能引入工程中。今后生态修复方面的工程会越来越多，应引导苗圃的苗木生产经营。

 

注释：

文中所有图片均为大砂坑生态修复工程二期照片，图01,04,06为李燕彬拍摄；图07为门头沟区园林绿化局提供，图02邓炀绘制，图03，05李燕彬绘制。

参考文献：

[1]王向荣,任京燕.景观设计与工业废弃地的更新[J].中国园林,2003,(3):11-18.

[2]葛书红.矿山废弃地的景观利用模式探讨[C]//中国风景园林学会编.中国风景园林学会2010年会论文集.北京:中国建筑工业出版社,2010:520-523.

[3]陈为旭,陈燕红,张济宇.石材矿区生态修复技术探析[J].农业环境与发展,2010,(3):63-66.

[4]赵默涵.矿山废弃地土壤基质改良研究[J].中国农学通报,2008,24(12).

[5]北京林学院城市园林系.园林树木学（修订本）[M].北京:北京林学院,1985:18.

作者简介：

王连军/1966年生/男/山东人/北京市林业工作总站（北京 100029）

李燕彬/1968年生/女/北京人/北京景观园林设计有限公司（北京 100029）