霍林河露天煤礦排土場植被恢復(fù)與重建技術(shù)探討

陳來紅，馬萬里

(1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)，010018，呼和浩特;2.中國電力投資集團(tuán)公司，100140，北京;3.國家林業(yè)局林產(chǎn)工業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)院，100714，北京)

礦區(qū)環(huán)境治理和生態(tài)恢復(fù)目前已經(jīng)成為全球恢復(fù)生態(tài)研究普遍關(guān)注的議題之一，受到各國的普遍重視。我國《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006—2020年)》中強(qiáng)調(diào)生態(tài)脆弱區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)功能的恢復(fù)重建研究是優(yōu)先主題之一，其中復(fù)雜礦區(qū)生態(tài)保護(hù)及恢復(fù)技術(shù)是重點(diǎn)研究領(lǐng)域。在各地礦區(qū)植被恢復(fù)與重建的研究與實(shí)踐中，我國已經(jīng)取得了較好的成就［1-8］;但是，在草原地區(qū)露天煤礦進(jìn)行植被恢復(fù)與重建的研究還比較有限，適合草原煤礦區(qū)的植被恢復(fù)和重建技術(shù)體系仍待完善。

霍林河煤礦是我國重點(diǎn)開發(fā)的大型現(xiàn)代化露天煤礦之一。由于長期的開采，已對草原植被造成破壞，嚴(yán)重?cái)_動了原有生態(tài)系統(tǒng)中各種生物間的共生關(guān)系。排土場是礦區(qū)復(fù)墾建設(shè)的重點(diǎn)區(qū)域，是剝離地表土堆積而成的特殊人工地貌，土壤結(jié)構(gòu)松散、肥力貧瘠、水土流失嚴(yán)重和土壤種子庫被破壞，天然植被恢復(fù)極其緩慢;因此，排土場的復(fù)墾是礦區(qū)生態(tài)恢復(fù)與重建過程中最具代表性的區(qū)域，對其植被恢復(fù)與重建技術(shù)一直是研究者們關(guān)注的重點(diǎn)［9-10］。

筆者以霍林河露天煤礦1號礦排土場的植被恢復(fù)實(shí)踐為例，討論和分析草原礦區(qū)內(nèi)以林業(yè)生態(tài)工程為主的植被生態(tài)恢復(fù)技術(shù)，為草原地區(qū)露天煤礦的植被恢復(fù)與重建提供科學(xué)依據(jù)。

1 露天煤礦自然狀況

霍林河露天煤礦1號礦地處內(nèi)蒙古通遼市西北部，位于霍林郭勒市和扎魯特旗境內(nèi)。地理坐標(biāo)為E 119°33'29″～ 119°37'33″，N 45°27'32″～ 45°32'59″。煤田處在大興安嶺南端北坡，地貌以山地丘陵、堆積臺地和沖積平原為主。在植被區(qū)劃上，屬于溫帶草原區(qū)大興安嶺森林草原向典型草原過渡地帶。煤田開墾前，該區(qū)域地帶性植被的主要植物群落類型是:貝加爾針茅群落(Form.Stipa baicalensis)、大針茅群落(Form.Stipa grandis)、線葉菊群落(Form.Filifoliun sibiricum)及羊草群落(Form.Leymus chinensis)等;此外，還有非地帶性的草甸植被，多為小糠草+苔草群落(Form.Agrostis alba+Carex sp.)、苔草群落(Form.Carex sp.)等。土壤以栗鈣土為主，還有草甸土、粗骨土、風(fēng)沙土等。

霍林河露天煤礦自20世紀(jì)70年代以來，對礦區(qū)土地資源、生態(tài)環(huán)境和植被資源產(chǎn)生的負(fù)面影響較大。首先，采礦作業(yè)面上的地表剝離而破壞植被，堆積占壓大量土地，對地表植被造成破壞;其次，在我國干旱、半干旱的草原區(qū)開采造成的地表裸露，會因大風(fēng)和降雨加劇其水土流失;第三，露天開采作業(yè)中排出大量的疏干水，會造成礦區(qū)以及周圍地區(qū)的地下水位明顯下降，影響植物的生長與分布。此外，在一些局部土壤還有次生鹽漬化和土壤沙化等現(xiàn)象。目前，雖然礦區(qū)進(jìn)行了積極的治理，復(fù)墾工作取得一定效果，但治理范圍有限，排土場復(fù)墾后的部分植物生長表現(xiàn)不甚理想。

2 排土場植被恢復(fù)實(shí)例分析

通過2007—2009年連續(xù)3年對霍林河露天煤礦1號礦及周邊礦的考察，重點(diǎn)對1號礦排土場以往實(shí)施的一些復(fù)墾項(xiàng)目進(jìn)行調(diào)查。

2.1 自然恢復(fù)力

霍林河礦區(qū)排土場和已經(jīng)破壞的土地自身具備一定的自然恢復(fù)能力，但其恢復(fù)速度相當(dāng)緩慢。據(jù)張偉敏等［10］研究，單靠自然恢復(fù)的植被覆蓋率不足12%，作者在一些新排土場踏查中，看到?jīng)]有進(jìn)行人工種植的地方，自然恢復(fù)的植物多是淺根系的雜類草，植被覆蓋率低，固土和防止水流沖刷作用有限。

2.2 植物種類的選用

根據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，用于礦區(qū)復(fù)墾的主要植物中:喬木有楊樹(Populus sp)、樟子松(Pinus sylvestris var.mongolica)、云杉(Picea asperata)、華北落葉松(Larix principis-rupprechtii)、側(cè)柏 (Platycladus orientalis)、新疆楊(Populus bolleana)、小葉楊(Populus simonii)、旱柳 (Salix matsudana)、檉柳 (Tamarix chinensis)等，灌木有沙棘(Hippophae rhamnoides)、小葉錦雞兒(Caragana microphylla)、山杏(Prunus sibirica)、丁香(Syringa oblata)、紫穗槐(Amorpha fruticosa)、榆葉梅(Amygdalus triloba)、金露梅(Potentilla fruticosa)、黃刺玫(Rosa xanthina)、胡枝子(Leapedeza bicolor)、多季玫瑰(Rosa rugosa)、沙地柏(Sabina vulgaris)和蒙古扁桃(Amygdalus mongolica)等，草本有沙打旺(Astragalus adsurgens)、白沙蒿(Artemisia sphaerocephala)、白花草木樨(Melilotus aldus)、黃花草木樨(Melilotus officinalis)、紫花苜蓿(Medicago sativa)、叉分蓼(Polygonum divaricatum)、絲石竹(Gypsophila sp)、無芒雀麥(Bromus inermis)、羊草(Leymus chinensis)、披堿草(Elymus dahuricus)、針茅(Stipa grandis)、早熟禾(Poa annua)、羊茅(Festuca rubra)、黑麥草(Lolium perenne)等。

2.3 植物的生長表現(xiàn)

現(xiàn)場勘查了1號礦東排土場于1993—2006年陸續(xù)開展的平臺及邊坡約300多hm2的植物恢復(fù)和40 km的周邊防護(hù)林生長情況。在東排土場移栽的沙棘、山杏、小葉錦雞兒、丁香、黃刺玫、金露梅等灌木，80%能夠存活，但生長量表現(xiàn)不一，沙棘生長最好，年生長0.5 m左右。3～5 a就形成一定覆蓋度的人工群落，高度達(dá)3～3.5 m，林下土壤層疏松，腐殖質(zhì)含量大大提高。在邊坡種植的植物中，沙棘、山杏和丁香的生長較好，蓋度多在25%以上。

此外，考察了內(nèi)蒙古林業(yè)科學(xué)院2010年在東排土場建立的“排土場綠化美化工程”示范基地，在工程修建好的邊坡上種植了礦區(qū)原有種植植物，如沙棘、檸條等灌木和草本，同時也嘗試性地種植了沙地柏、蒙古扁桃等植物，這些植物當(dāng)年存活率超過90%，生長表現(xiàn)尚可，但需要2～3個冬季的考驗(yàn)。

總體來看，在整個復(fù)墾區(qū)，沙棘生長表現(xiàn)最好，對寒冷和干旱的適應(yīng)性強(qiáng)、生長速度快，可以作為該礦區(qū)植被恢復(fù)中重要的種植材料;紫穗槐、山杏、沙打旺、白沙蒿、叉分蓼表現(xiàn)也可以，是較好的復(fù)墾用植物。此外，在東排土場平臺看到種植的植物搭配比較豐富，其中的丁香、榆葉梅、黃刺玫、胡枝子、絲石竹較多，生長效果比較理想。

2.4 存在問題

1)樹種選擇方面，由于一些樹種的耐旱性較差，造成復(fù)墾效果不好。如20世紀(jì)90年代中期平臺種植的樟子松、落葉松、黃刺玫等，當(dāng)年成活率在90%以上，以后因耐旱性差，存活甚少。

2)后期管護(hù)不力影響復(fù)墾效果。20世紀(jì)90年代后期在邊坡和坡下種植的防護(hù)林，如楊樹、山杏、沙棘、檉柳等，由于缺少管護(hù)或管護(hù)不力，成活率不足50%。

3)邊坡沒有進(jìn)行處理，導(dǎo)致的種植效果很差。考察發(fā)現(xiàn)在一些未經(jīng)處理的邊坡地段，由于雨水的沖刷，形成眾多的沖刷溝，坡面遭到很大破壞，植物分布很少;還有一些未修建工程修建的邊坡，種植的植物即使出苗，但因土壤保水效果差，幼苗難以存活，植被恢復(fù)難以保證。

3 排土場植被恢復(fù)與重建技術(shù)要點(diǎn)

霍林河露天煤礦的排土場多為外排土場，對其進(jìn)行植被恢復(fù)與重建，必須優(yōu)先考慮采礦剝離程序和礦區(qū)復(fù)墾過程的科學(xué)規(guī)劃，遵循采掘—運(yùn)輸—排棄—整形—復(fù)墾的良性循環(huán)原則［10］，避免開采的地表土被深埋，而復(fù)墾時又短缺覆土的情況發(fā)生。在此前提下，筆者根據(jù)霍林河露天煤礦所處區(qū)域的自然氣候等特點(diǎn)和排土場實(shí)際狀況，分析原有復(fù)墾的經(jīng)驗(yàn)與不足，結(jié)合我國一些礦區(qū)的復(fù)墾經(jīng)驗(yàn)［1-2，7-8］，提出適合霍林河露天煤礦排土場植被恢復(fù)與重建技術(shù)。

1)場地整理。為了便于植物種植和后期管護(hù)，對排土場進(jìn)行平整、連片是必要的，尤其對堆積形成的自然坡度較大和存在坑洼的地段，要根據(jù)地形和種植需求進(jìn)行整地。為防止雨水沖刷加劇造成的水土流失，整地后一般要加固邊坡，使邊坡變緩，坡度以不超過35°為宜。如果排土場高度過高，可將排土場修成多級臺階形式，形成一定寬度的綠化平臺。

2)表土覆蓋。排土場主要由開挖出的泥巖土、砂巖、煤矸石等構(gòu)成，堆積后的上層多是泥巖土和砂巖，即使平整后，植物生長依然困難，因此，在整地后，要把開采時剝離的原表土二次倒運(yùn)，覆于排土場的表層，這對下一步植被種植至關(guān)重要。根據(jù)排土場堆積物的底質(zhì)狀況實(shí)際調(diào)查和已種植植物的生長表現(xiàn)，認(rèn)為要滿足灌木類和草本植物生長需求，在平臺上覆蓋客土厚度以50～80 cm為宜，最少也要30 cm，而邊坡表面覆土也要20～30 cm。

3)排土場邊坡的穩(wěn)定。邊坡是排土場水土流失最嚴(yán)重的地區(qū)，也是植物固著和生長較困難的區(qū)域。邊坡的穩(wěn)定處理和排水系統(tǒng)建立是復(fù)墾過程中必須注意的。一般可以通過修建擋水埂、植生袋法、修建網(wǎng)格等工程技術(shù)達(dá)到穩(wěn)定邊坡、保存水肥、截留種子等效果，利于植被恢復(fù)。

值得注意的是，由于剛整地、表土覆蓋以及邊坡處理等后，土壤可能沒有被壓實(shí)、出現(xiàn)土壤滲漏嚴(yán)重等情況，因此，在經(jīng)過1個夏天雨季的自然沉降后，再進(jìn)行適當(dāng)?shù)钠秸潜匾模缓笤購?fù)墾種植。

4)植物種類的選擇。利用合適的植物進(jìn)行植被恢復(fù)是重建一個穩(wěn)定生物群落的重要環(huán)節(jié)，復(fù)墾植物的選擇是否合理，關(guān)系到礦山復(fù)墾與生態(tài)恢復(fù)的成敗。在草原區(qū)開展植被重建和恢復(fù)，分析影響或限制植被生長的主要生態(tài)因子十分關(guān)鍵，通常水分、溫度和土壤條件是影響植物生長的重要因子。

根據(jù)霍林河地區(qū)的自然、氣候和礦山排土場的地形、土壤等條件，結(jié)合實(shí)地觀測及野外植被調(diào)查的結(jié)果，在植物種類選擇上，首先，要考慮植物對霍林河礦區(qū)干旱、寒冷的氣候特點(diǎn)與貧瘠惡劣的土壤條件的適應(yīng)性方面是否合適。在水分方面，因?yàn)榛袅趾用旱V地處干旱和半干旱的草原區(qū)，年降雨量不足400 mm，加上排土場土壤結(jié)構(gòu)嚴(yán)重被干擾造成的水土保持能力低下和地下水源因開采而下降等因素，所以，選擇耐旱型的植物種類是優(yōu)先考慮的要求。其次，要選擇根系發(fā)達(dá)、繁殖力和自我更新能力強(qiáng)的植物，利于加快形成群落，起到防止水土流失的作用。第三，要考慮植物對土壤改良的能力。排土場覆土后的土壤非常貧瘠，結(jié)構(gòu)松散，養(yǎng)分缺乏，選擇具有固氮能力、土壤改良能力和水土保持能力較強(qiáng)的植物很有必要。第四，具有良好的景觀效果，并與周圍的植被和景觀協(xié)調(diào)一致，既要有生態(tài)防護(hù)效果，也要有景觀美化效果。

5)種植模式的確立。以林業(yè)復(fù)墾為主是許多國外礦山采取的最常見手段［7，11-12］，但對于草原礦區(qū)的大部分地方，喬木的生長狀況不理想;所以，應(yīng)該根據(jù)礦區(qū)氣候、土壤、原生植被等情況，選擇礦區(qū)復(fù)墾植物種類，尤其是先鋒物種的選擇，并根據(jù)植物種類，確定采取的種植模式。通過實(shí)地考察和認(rèn)真分析礦區(qū)原復(fù)墾工程的治理效果，建議霍林河露天煤礦采用的模式以灌-草配置和喬-灌-草配置為主。此外，從整體考慮，排土場的外圍50～300 m內(nèi)，種植防護(hù)林帶也是必要的，其模式用喬木混交或喬木純林，林下配合灌木、草本的種植。

6)種植與管護(hù)。在整地的基礎(chǔ)上，根據(jù)種植配置模式和植物種類的不同，進(jìn)行種植。首先在排土場的平臺部分修筑水平溝或魚鱗坑等，在坡面上修建擋土墻和砌筑排水溝;然后，根據(jù)復(fù)墾地段土壤狀況、種植的模式和植物種類，合理選擇種植技術(shù)，如帶土移植、客土造林或直接播種等。

除常規(guī)造林技術(shù)外，運(yùn)用保水劑技術(shù)為干旱、半干旱地區(qū)的礦區(qū)植被恢復(fù)尤其顯得重要。此外，通過種植綠肥植物，如紫花苜蓿、草木樨等豆科牧草，能夠達(dá)到改良土壤的目的。

抓好種植各個環(huán)節(jié)的同時，后期的噴水養(yǎng)護(hù)、追施肥料、培土補(bǔ)植、病蟲害防治等養(yǎng)護(hù)管理也是復(fù)墾成功的重要保證，并且注意節(jié)水方面的管理和技術(shù)應(yīng)用。

4 小結(jié)與建議

煤礦排土場的復(fù)墾是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，對其進(jìn)行植被恢復(fù)與重建，科學(xué)規(guī)劃和科學(xué)實(shí)施是必須優(yōu)先考慮的原則。就霍林河露天煤礦排土場植被恢復(fù)與重建技術(shù)而言，從場地整理、表土覆蓋、排土場穩(wěn)定、植物種類選擇、種植模式確立，到種植與管護(hù)各個環(huán)節(jié)都十分重要，但從生物技術(shù)為主的植被恢復(fù)與重建角度來看，植物種類選擇和種植模式確立更需要不斷探索，尤其考慮到草原礦區(qū)降水少、溫度低和土壤條件差等因素;因此，建議霍林河露天煤礦采用以灌-草配置和喬-灌-草配置為主的模式，除了運(yùn)用現(xiàn)有種植的較為適宜的植物外，積極引入或嘗試其他植物也很必要。此外，由于礦區(qū)較惡劣的自然環(huán)境對植物生長的影響，在實(shí)施礦區(qū)植被恢復(fù)與重建時，運(yùn)用保水劑技術(shù)、節(jié)水新技術(shù)和種植綠肥植物等是可行的，在整地、起苗、運(yùn)輸、栽植等造林種草的各個技術(shù)環(huán)節(jié)，輔之以工程措施也是必要的。

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