高含硫氣田凈化廠運營期植被生態恢復研究

摘要：天然氣在凈化過程中將會排放出大量的SO2，對其所在區域的林草植被將產生一定的負面影響。以某高含硫天然氣凈化廠為例，對其凈化廠運營期排放SO2的濃度進行了預測。根據預測結果，高SO2濃度區域年均SO2濃度遠低于敏感植物達到傷害閾值時的濃度，故在正常工況下，凈化廠外排SO2不會對植被產生長期的影響，可維持該區域內植被現狀；對施工創面，從實施植被恢復的角度進行了分類，對不同類型的邊坡采用不同的植被恢復技術。提出的植被恢復方案不僅可以增加區域內的植被覆蓋面積、提高區域內林草植被系統的穩定性，還將會帶來明顯的生態效益和良好的經濟效益。

關鍵詞：高含硫天然氣凈化廠工程；林草植被；生態恢復

中圖分類號：TE644；X743；S731.6 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）02-0364-04

近年來，中國天然氣需求快速增長，天然氣消費量的增速已處于世界第一位[1]。現在國內已探明的天然氣田中近一半為高含硫氣田，由于高含硫氣田存在開發成本高、氣體含有劇毒物H2S，且H2S會腐蝕氣田生產設備等原因[2]，使高效、安全地開發高含硫氣田在目前仍是一個難題。因此關于氣田開發項目的植被生態恢復研究也就主要集中在氣田開發建設過程中施工期工程創面的植被生態恢復研究方面，而對高含硫氣田天然氣凈化廠運營期的植被生態恢復研究較少。天然氣凈化廠是為了對含硫天然氣進行脫硫、脫水的同時對含酸成分進行處理的工廠，是氣田開發工程建設的核心，對保證生產的天然氣達到合格安全的使用標準具有重要的作用[3]。高含硫天然氣凈化廠工程不僅在施工期對生態系統具有破壞作用，更重要的是工程在試生產和運營期內排放的廢氣中SO2等有害成分會對當地農作物和林草植被造成長期的負面影響，而且這種影響會不斷加劇，最終勢必危及到區域的整個生態環境系統[4，5]。我們在研究高含硫氣田天然氣凈化廠運營期對區域內林草植被影響的基礎上，提出了區域內林草植被可行的生態恢復方案，以指導氣田及凈化廠工程運營期的林草植被生態恢復工作。

1 高含硫天然氣凈化廠及區域內植被概況

某天然氣凈化廠位于四川省東北部，其原料天然氣中H2S含量較高（14%～18%），為高含硫天然氣。該天然氣凈化廠天然氣處理總能力為4 800×104 m3/d。每個單系列處理能力為300×104 m3/d，故天然氣生產裝置共有16個單系列及配套工程。采用MDEA法脫硫、TEG法脫水、常規Claus二級轉化法硫磺回收、加氫還原吸收尾氣處理工藝路線，設計硫回收率高達99.8%。在正常排放條件下，該廠每天排入大氣的SO2量約為13.5 t，其尾氣SO2排放濃度約為500 mg/m3，符合大氣污染物綜合排放標準中的最高允許排放濃度要求。

該氣田所在區域植被多樣，區系豐富，主要有亞熱帶常綠針葉林、低山落葉櫟林、亞熱帶竹林及亞高山落葉闊葉與常綠針葉混交林。由于自然、人為的干擾破壞，現有的天然植被基本為次生林，有的原生植被只剩下殘林跡地或次生草地。分布較廣的喬木類植被類型主要有馬尾松林、杉木林（人工栽培）以及麻櫟、栓皮櫟等優勢樹種。灌木叢植被類型有黃荊、馬桑、枹櫟、化香等低山落葉灌叢，多分布在海拔800 m以下；矮黃櫨山地落葉灌叢分布于中山區中、下部海拔700～1 600 m地段。草本植被主要是中生草本群落，包括泛濫地草甸、旱地草甸、山地草甸三大類。

2 凈化廠外排SO2對林草植被的影響

含硫天然氣的凈化過程中，絕大部分的硫化物經過硫磺回收裝置處理、轉化后，可被轉化為硫磺而回收，但這種處理回收率不可能達到100%，在硫磺回收尾氣中還殘留著少量硫及其化合物（H2S、SO2和CS2），并且井下作業后放噴測試、天然氣開采中的排污放空、發生事故時采取的事故放空等過程中排出的硫及其化合物、烴類等也時常出現，如果不做進一步處理，將會對環境產生不利的影響，如H2S會造成人畜中毒甚至死亡；甲烷會破壞大氣中的臭氧層，直接燃燒生成大量的SO2排入大氣造成大氣污染，并會危害樹木和人體健康；若SO2進一步氧化將形成酸雨，其危害更大[6]。研究表明，大量SO2排入大氣環境中必然會對區域內的林草植被產生巨大影響，松、杉、柏、桐等樹木對SO2很敏感，當大氣中SO2含量達到0.03 mg/L時，樹葉會先受到傷害，其光合作用會減弱，葉片出現黃斑；當SO2含量達到0.3 mg/L時，樹葉枯黃、失水脫落，最嚴重時導致樹木死亡[6]。

采用文獻[7]中推薦的AERMOD模式對該天然氣凈化廠的大氣環境影響程度進行預測，預測結果表明，SO2高濃度區域主要分布在該天然氣凈化廠西北、東東南和東南方向，小時最高濃度為2.836 mg/m3，年均最高濃度為0.081 mg/m3。正常工況下，凈化廠周邊區域4.44 km2的SO2小時最大落地濃度高于1.420 mg/m3，但該區域主要植被為中等敏感和抗性植物，故正常工況外排SO2不會對區域植被造成急性傷害。年均最大SO2濃度為0.081 mg/m3，遠小于中等敏感植物的長期濃度限值；故正常工況下，凈化廠外排SO2不會對區域植被產生長期的明顯影響，但凈化廠運營后整個區域內大氣環境中的SO2有較明顯的增加，仍會對區域內生態環境尤其是林草植被產生一定的影響，因此進行植被恢復方案設計時，有必要多選取吸硫能力強的抗性植物。此舉不僅可實現較好的復綠效果，而且對凈化大氣、提高區域環境空氣質量、提高區域內林草植被生態系統的穩定性具有一定的促進作用。

3 林草植被生態恢復研究

3.1 林草植被生態恢復方案設計原則

3.1.1 遵循自然平衡、生態優先的原則 運營期林草植被的生態恢復重點是對可能受凈化廠及其他工程排放污染物影響的區域實施生態恢復工作，目的是最大限度地降低工程運營期可能產生的環境破壞，維持生態系統平衡。在進行生態恢復設計及植物選配時應盡量減少對原有生態系統的干擾，因地制宜選取宜活、抗污染的鄉土植物，從而改善工程區生態環境。

3.1.2 堅持符合規劃、實現環境功能協調的原則 在生態恢復方案設計時，充分考慮所涉及區域的環境功能，做到與項目所在區域功能規劃相結合，與氣田生產相協調，同時為氣田的生產、人們的生活創造良好的環境基礎。

3.1.3 堅持以人為本、經濟可行的原則 為達到項目所在區域林草植被生態恢復的目的，除維持生態系統穩定外，最主要的還是改善當地人居環境，盡量減緩甚至消除工程實施、運營而導致的生態環境變化對居民生活產生的影響；同時還應充分利用已有的成功經驗，采用多種模式綜合治理的技術路線，降低養護成本。

3.2 高SO2濃度分布區林草植被生態恢復方案

根據大氣環境影響預測結果可知，區域年均最大地面SO2濃度為0.081 mg/m3，高濃度分布區域面積約為4.44 km2。該區域內植被主要為林草地，種植的植物主要有柏木、以慈竹為主的竹類、麻櫟、鹽膚木、杉木、馬尾松、油桐、柚子、構樹、榿木、馬桑、楓楊、黃荊、懸鉤子、薔薇、火棘等。區域內植被系統比較穩定，植被類型較多，年均SO2濃度遠低于敏感植物達到傷害閾值時的濃度，故在正常工況下，凈化廠外排SO2不會對植被產生長期影響。因此維持高SO2濃度分布區內植被現狀，暫不實施其他植被恢復措施。但需對該區域內植被（尤其是馬尾松、楓楊、竹類等）的生長情況加強監測、養護和管理。隨著凈化廠的運營時間增加，高濃度區域內對SO2敏感或中等敏感的植被（尤其是馬尾松、楓楊、竹類等）一旦出現受損現象，應立即采取植被恢復措施補救。

3.3 施工創面林草植被生態恢復方案

項目開發建設過程中產生了大量的工程創面，當施工結束后，施工創面植被恢復的植物大部分為自然生長，并且部分創面也進行了人工植被恢復，但并未考慮到運營期SO2的影響，所選植物僅為對SO2敏感或中等敏感的植物，甚至部分施工創面幾乎沒有植被覆蓋。因此對該類區域需實施人工植被恢復，并優選抗性強和吸硫能力相對較強的植物種類。該項目施工過程中產生的施工創面可分為兩大類，第一類為該項目開發建設中產生的大型棄土場，第二類為除棄土場外的其余施工創面。

3.3.1 大型棄土場林草植被生態恢復方案 大型棄土場與凈化廠相鄰，位于凈化廠的北側，該棄土場絕大部分為棄土堆積填埋形成的平坦開闊平地或緩坡地，整個棄土場由西向東地勢基本由高到低，局部零星長有植被。①場地平整。對棄土場進行植被恢復之前，首先進行場地的平整工作，土地平整的好壞直接影響著后續植被恢復工作；本區域土地平整不搞大面積的土方平整，僅做部分區域的削高補低；在內部做到挖填平衡，對于需要削高補低的部位應預先將耕作層土壤推到一邊堆放，待平整后再回填覆蓋，進行耕作土復原，由推土機推運、填平，松土機進行松土。平整后土地應保持一定的肥力，盡量保留表土，在挖方處保留20～30 cm，填方超過50 cm時，必須是熟土處在上面，回填熟土層厚20～30 cm，使耕作層達20 cm以上。②植被恢復方案。對棄土場場區采取整地措施，消除棄土場邊坡潛在的不穩定因素，然后進行植被恢復，通過植被的生長加快棄土場結構穩定的進程。現場調查顯示，棄土場平面占地面積約0.75 km2，結合棄土場地形條件，采取等高綠籬埂綠化防護技術對棄土場場區實施植被恢復，該技術主要是通過地形整理與植物的合理配置，利用等高種植原理，將喬、灌、草植物等高配置在開挖的水平條、水平溝、水平臺地上，完成坡面防護和植被修復，從而起到對坡面雨水徑流的調控和攔蓄作用，進而實現全面植被恢復和水土保持的目的。經過整地后，水平階地具有一定的攔蓄作用，改善了坡面土壤無法長時間攔蓄水分的缺陷；同時增大了表面粗糙度，提高了蓄水保墑能力，有效降低了坡面徑流的沖刷侵蝕作用，使坡面植被恢復成為可能[8]。在等高綠籬埂綠化防護技術規程方面，喬、灌、草結合進行植物選配是一條重要原則，喬、灌、草的種植面積比例分別為20%、40%、40%。選擇喬木時，除考慮所選樹種的生長能力外，建議優先選擇對SO2抗性強、吸收效果好的樹種，同時考慮所選樹種可能帶來的經濟價值。備選喬木主要有泡桐、構樹、楊樹和常綠大灌木夾竹桃。泡桐為吸收、凈化硫能力強的樹種，泡桐葉片上有大量的茸毛，能吸附較多的塵埃，并可直接吸收大氣中的硫，而且泡桐生長非常迅速，木材材質輕軟，容易加工，經濟價值可觀。構樹屬于先鋒綠化樹種，其樹葉表面粗糙，背面具茸毛，對SO2抗性強，也有較強的吸硫能力；構樹開發利用價值很高，葉、樹皮、根、種子都有一定的經濟價值。楊樹對SO2抗性與上述樹木相比較弱，但楊樹適應能力強、生長迅速且成活率高，同時考慮棄土場處SO2濃度分布都很低，也可選擇其作為生態恢復的樹種。夾竹桃對SO2具有很強的吸收能力，在SO2較高的環境中，正常生活的夾竹桃葉片平均含硫量為7.721 g/kg，同時夾竹桃對SO2也有強大的抵御作用；其莖皮纖維為優良混紡原料，葉還可入藥。選擇灌木時，要在喬木結合區種植分枝能力強、樹幅大、生長迅速的灌木種。棄土場處在天然氣凈化廠附近，屬于人類活動較頻繁的地段，應當考慮工程創面生態恢復后的景觀效果，所以引進美觀且易于扦插的野薔薇和生命力很強的黃荊非常合適，它們開花以后具有很好的景觀效果。草本植物則選擇生長旺盛且對SO2有一定抗性的百喜草、狗牙根、高羊茅等為宜[9]。等高綠籬埂坡面植被恢復技術簡單易行，投資小，并且后期管理維護成本低廉。與其他一些植物恢復措施相比，該技術利用地形整理與植物配置相結合的方法，更加符合生態保護的理念，且能夠充分發揮喬、灌、草綜合配置的優勢，實現坡面防護和植被恢復的目的，使植被恢復見效快、景觀效果鮮明。隨著時間的推移，植物綠籬埂發揮的坡面雨水徑流攔蓄效應和植被恢復效果更加明顯。

3.3.2 邊坡施工創面林草植被生態恢復方案 氣田開發及凈化廠工程施工建設過程中產生了大量的邊坡型工程創面，這些邊坡主要分布于凈化廠、各集氣站、管線穿越區及各閥池周邊。經現場調查和統計分析，處于穩定狀態的坡體約占44%，基本穩定的坡體約占36%，處于欠穩定狀態的坡體約占14%，處于不穩定狀態的坡體約占6%。為鞏固其穩定效果，同時考慮到該凈化廠運營期排放SO2的影響，還必須對邊坡工程創面進行植被恢復。從各工程創面的坡面植被恢復狀況來看，已進行人工修復或自然恢復的邊坡占20%，其余工程創面表面無植被覆蓋或植被覆蓋面積較小，需進行植被恢復的坡面工程創面總面積約為31 368 m2。在邊坡工程創面植被生態恢復方案中，應根據各邊坡坡面性質不同而采取不同的植被恢復技術。據現場調查，基于林草植被恢復的角度將區域內邊坡分為堆積體邊坡、巖石邊坡、土質邊坡及閥池周邊裸露平地四大類。其中堆積體邊坡還可細分為一般碎石塊土邊坡和堆積體基巖邊坡；巖石邊坡可進一步分為軟質巖邊坡和硬質巖邊坡。根據不同類型邊坡的實際情況，可分別采取藤蔓護坡技術、液壓噴播技術、掛網噴播技術、穴播或溝播技術等植被恢復技術。對于土體（或被破壞的耕種土）形成的裸露創面，還可以采取直接恢復農作物的耕種或直接播撒草、灌種子的方式進行植被恢復。對邊坡類施工創面進行植被生態恢復的主要方式為采用各種合適的植被恢復技術對邊坡工程創面采取草本、灌木結合的恢復手段，以增強植被對工程創面的穩定作用。在植物選配上，對于槽罐結合區，草本和灌木的種植面積比例設計為60%∶40%；灌木可選用黃荊、紫穗槐、野薔薇等，它們都有旺盛的生命力，并且生長快，繁殖力強，適應性廣，根系發達，同時對SO2具有很強的抗性，還有很好的觀賞價值，可以增強各創面植被恢復后的景觀效果，加強區域內的生態建設。草本植物則選擇生長旺盛且對SO2有一定抗性的狗牙根、高羊茅、百喜草等。垂直邊坡可選擇藤本植物，如爬山虎、葛藤、常春藤、油麻藤等。

綜合而言，采取以上方案恢復的植被不僅增加了人工綠地的面積，提高了區域內的植被覆蓋率，美化了環境，豐富了區域內的景觀生態，同時也增加了區域內對SO2具有抗性的植物數量，使區域內林草植被系統的穩定性增強。因此植被恢復有很大的生態效益，而這種生態效益無法用具體數字進行估算。此外，恢復方案中選擇的植物還具有一定的經濟價值，尤其是在大型棄土場栽種的各類喬木可以帶來良好的經濟效益。

3.4 林草植被的養護與管理

養護管理是植被恢復的重要環節之一。植被恢復工作完畢后如果放任不管，將可能導致植被衰退，土壤結構變劣，甚至出現裸地；或者具有強大繁殖能力的大型雜草乘機侵入，使目標植物枯萎、退化；一旦形成裸地，將加速土壤侵蝕、水土流失。因此為了營造目標植物群落和發揮其功能，必須根據目標植物群落的生長特性要求加強養護管理。一般而言，植被護坡工程的養護管理包括澆水、追肥、病蟲害防治、雜草防治等內容。本研究建議采用的植被生態恢復方案中，選用的植物要有喬木類的泡桐、夾竹桃、刺槐、麻櫟等；灌木類的黃荊、小葉女貞、紫穗槐、野薔薇；藤本植物類的爬山虎、葛藤、常春藤、油麻藤；草本植物類的百葉草、高羊茅、狗牙根、彎葉畫眉草、草木樨等。因此養護管理要針對不同植物的特性采取相應的措施。

4 小結

本研究對凈化廠運營期排放的SO2濃度進行了預測，對區域內高SO2濃度區域暫時采取維持植被現狀的方案，但需對該區域內植被的生長狀況加強監測、養護和管理，一旦出現受損情況需及時采取進一步措施；對施工創面根據其自身穩定狀態及分類提出了對應、可行的林草植被生態恢復方案。采取以上方案恢復的植被可以增加區域內的植被覆蓋率，美化環境，豐富區域內的景觀生態，增加人工綠地面積，同時也增加了區域內對SO2具有抗性的植物種類及種植面積，使區域內林草植被系統的穩定性有所增強。植被恢復有很大的生態效益，而這種生態效益無法用具體數字進行估算，此外也具有良好的經濟效益。因此本研究提出的林草植被恢復方案對指導該氣田及凈化廠工程的林草植被生態恢復工作具有一定價值，對實現氣田的可持續發展有所幫助。

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