滇西北高寒地區(qū)金屬礦山土地復墾技術(shù)探究：以普朗銅礦區(qū)為例

楊俊鵬，戴華陽，趙 溪，徐伯恩，劉大為(.中國礦業(yè)大學(北京)，北京 0008；.云南迪慶有色金屬有限責任公司，云南 香格里拉 674400；.中國地質(zhì)大學(北京)，北京 0008)

滇西北高寒地區(qū)金屬礦山土地復墾技術(shù)探究：以普朗銅礦區(qū)為例

楊俊鵬1，戴華陽1，趙 溪2，徐伯恩2，劉大為3
(1.中國礦業(yè)大學(北京)，北京 100083；2.云南迪慶有色金屬有限責任公司，云南 香格里拉 674400；3.中國地質(zhì)大學(北京)，北京 100083)

滇西北高寒地區(qū)是我國生態(tài)脆弱和環(huán)境敏感的典型地區(qū)之一，礦山開采建設(shè)對土地造成的損毀難以自然恢復，且人工復墾難度較大。本文重點研究高寒地區(qū)金屬礦山土地復墾的技術(shù)和方法，以普朗銅礦區(qū)為例，通過實地調(diào)查和資料分析，獲得如下結(jié)論：一是滇西北高寒地區(qū)土地復墾限制因素為該區(qū)生態(tài)系統(tǒng)分異復雜、海拔高、氣候寒冷、干濕交替和凍融循環(huán)；二是該區(qū)土地復墾技術(shù)流程與方法為開展試驗研究、表土剝離與處置、土地平整與客土、邊坡治理、土壤改良和植被恢復等。

土地復墾；金屬礦山；普朗銅礦；滇西北

滇西北地區(qū)礦產(chǎn)資源豐富，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)中甸普朗、德欽羊拉等超大型銅礦資源，這些資源的開發(fā)必將積極扶持地方經(jīng)濟發(fā)展[1-2]。然而滇西北處于“三江并流”核心區(qū)域，生態(tài)系統(tǒng)類型極為多樣，而且該區(qū)又位于青藏高原南緣，海拔高、氣候寒冷、自然條件惡劣，是我國生態(tài)最脆弱和環(huán)境最敏感的地區(qū)之一[3]，礦山的開發(fā)建設(shè)對土壤和植被損毀后，很難自然恢復。因此在礦山建設(shè)開采過程中，開展切實可行的復墾技術(shù)研究顯得尤為重要，并將為我國高寒地區(qū)開展土地復墾工作提供技術(shù)借鑒。

1 普朗銅礦礦區(qū)簡介

1.1 礦區(qū)自然環(huán)境概況

普朗銅礦位于滇西北香格里拉縣城北東72km處，礦區(qū)面積6.0521km2，地理坐標為東經(jīng)99°57′57″～99°59′57″，北緯27°59′59″～28°05′59″。海拔在3600～4500m，屬于高山峽谷區(qū)中切割構(gòu)造侵蝕地貌。

本區(qū)屬亞熱帶高山季風氣候，年平均氣溫4℃，日照百分率為49.6%，11月至次年4月為積雪期，多年平均降雨量619.9mm。礦區(qū)地表水系發(fā)育，流量受季節(jié)影響較大，均匯入礦區(qū)西側(cè)的普朗河。區(qū)內(nèi)主要土壤類型為暗棕壤、棕色暗針葉林土、高山草甸土。礦區(qū)植被垂直分帶明顯，海拔4000m以下為高山森林區(qū)，常見高山松、冷杉、云杉、云南松、西南樺等；4000～4200m有成片的高山杜鵑林等灌木叢；4200m以上為高山草甸區(qū)，并有大量的苔蘚、地衣等分布。

1.2 礦山開采與土地損毀

普朗銅礦一期工程采用地下開采方式，自然崩落法采礦，礦體平均崩落高度275m，開采規(guī)模為1250萬t/a。開采工藝流程見圖1。

普朗銅礦選礦工藝采用銅鉬混合浮選→掃選尾礦拋尾→銅鉬混合精礦脫藥后進行銅鉬分選的工藝，銅精礦回收率87.73%，鉬精礦回收率76.35%。年平均尾礦量1230×104t，尾礦經(jīng)管線排放至尾礦庫。

礦山在探礦和基建過程中，采掘的廢石堆放至廢石場內(nèi)，壓占地表，損毀林地。鋪設(shè)的輸砂管線，需開挖土地，造成了挖損耕地、林地、草地等。礦山建設(shè)尾礦庫，剝離表土，設(shè)置防滲工程，損毀林地、草地等；剝離的表土堆放至表土場，壓占地表，損毀林地、草地等。礦山地下開采造成地表塌落，對地表的植被造成損毀，形成裸巖塌陷坑等地貌景觀，損毀林地、草地等。以上各種行為造成的土地損毀面積、程度、損毀地類等詳見表1。

圖1 普朗銅礦采礦工藝流程圖

表1 普朗銅礦一期采選工程損毀土地情況匯總表/hm2

2 研究區(qū)土地復墾限制因素分析

2.1 研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)分異極為復雜

研究區(qū)位于典型的高山峽谷地貌區(qū)，在其獨特的地質(zhì)歷史背景下形成了其多樣性的環(huán)境與生物群落的鑲嵌組合，而且該區(qū)垂直差異變化相當明顯，進一步塑造了當?shù)貜碗s多樣的植物群系[3]。依據(jù)《云南植被》關(guān)于植被分類的原則和系統(tǒng)，結(jié)合野外調(diào)查，研究區(qū)內(nèi)分布有5個植被型、7個植被亞型和11個群系。其植被類型具體包括硬葉常綠闊葉林、落葉闊葉林、溫性針葉林、高山灌叢和高山草甸等。區(qū)內(nèi)多樣的自然微環(huán)境和豐富的生物多樣性，使得在復墾過程中，必須依據(jù)不同的生境條件，采用不同的復墾措施，這必將加大了該區(qū)土地復墾的難度。

2.2 研究區(qū)海拔高和氣候寒冷

研究區(qū)處于青藏高原南緣，滇西北橫斷山脈東北部，海拔高度3600～4500m，特別是海拔4000m以上的高山帶，年平均氣溫0℃以下，氣溫較低，植物群落結(jié)構(gòu)簡單，僅有一個群系為鴉跖花群系，且常為一層，草層稍較低，常在40cm以下，生物量低。而且高海拔區(qū)空氣層較薄，氧氣稀少，此外紫外線輻射量較同緯度低海拔地區(qū)大。這些因素本不利于植被的生長，使其該區(qū)植被恢復難度更大。

2.3 研究區(qū)干濕交替和凍融循環(huán)

干濕交替和凍融循環(huán)對研究區(qū)巖土物理力學性質(zhì)影響顯著。由于本區(qū)降水豐富，使得區(qū)內(nèi)受巖性、構(gòu)造及干濕季節(jié)大氣降水變化影響，極易產(chǎn)生滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害，所以復墾過程中重點考慮邊坡的穩(wěn)定，同時考慮防止邊坡后緣大面積坍塌及植被剝離，造成嚴重的水土流失，加劇生態(tài)和地質(zhì)環(huán)境的進一步惡化。

3 研究區(qū)土地復墾技術(shù)探究

3.1 試驗研究

目前我國針對銅礦土地復墾技術(shù)已取得了較大進展，并掌握了切實可行措施方法，具體包括穩(wěn)定化工藝、土壤重構(gòu)技術(shù)、植被篩選技術(shù)、植被栽植方法等[4]。但是甚少涉及高海拔地區(qū)和生態(tài)系統(tǒng)最脆弱地區(qū)的銅礦土地復墾技術(shù)研究，這些技術(shù)對普朗銅礦開展土地復墾借鑒意義不大。為了確保普朗銅礦土地復墾獲得成功，減少因前期盲目引進已有復墾技術(shù)，投入造成資金的浪費，須在礦山建設(shè)開發(fā)前期進行土地復墾試驗研究，為后期開展土地復墾積累經(jīng)驗。

考慮本區(qū)生態(tài)系統(tǒng)分異復雜、高寒高海拔、干濕交替和凍融循環(huán)等特點，依據(jù)礦山土地損毀區(qū)和其所在地形海拔高度，試驗場地需設(shè)立兩處，分別是采礦場地高海拔地區(qū)草甸植被修復試驗場地和尾礦庫生物多樣性修復試驗場地。試驗場地內(nèi)劃分出不同的試驗小區(qū)，在不同試驗小區(qū)上覆蓋不同土質(zhì)，種植不同植物，監(jiān)測記錄土壤理化性質(zhì)變化、植被的發(fā)芽率、植物生長高度、植被覆度以及生物量等[5]。通過本區(qū)復墾試驗研究的評價和總結(jié)，獲得本區(qū)土壤改良技術(shù)，獲取本區(qū)具有耐貧瘠環(huán)境的先鋒植物種類，掌握本區(qū)植被的育苗技術(shù)、種植技術(shù)以及撫育管理方法等。

3.2 工程措施

3.2.1 表土剝離與處置

通過對青藏鐵路建設(shè)工程擾動后高寒植被的恢復機制和恢復程度的研究表明，受擾動和破壞后高寒植被的恢復，主要取決于地表原始土壤受破壞的程度[6]。因此，普朗銅礦在建設(shè)生產(chǎn)過程中，妥善保存地表原始土壤，這是保證后期植被恢復的關(guān)鍵。

本次普朗銅礦在基建過程中，對土地損毀區(qū)的地表，必須要做到先剝離表土。考慮本區(qū)坡陡、溝深等地形特征，結(jié)合土源平衡分析，本次邊坡角在45°以上的區(qū)域不開展表土剝離；在25～45°區(qū)域剝離厚度在25cm；在15～25°區(qū)域內(nèi)表土剝離厚度在50cm；0～15°區(qū)域內(nèi)地形較平坦、開闊，本區(qū)內(nèi)屬沖洪積、冰磧、坡積地貌，地表植被發(fā)育，表土剝離厚度在100cm。剝離后的表土要堆放至表土場儲存，以備后期復墾之需。表土場位于玉朗佩溝下游的一個支溝內(nèi)，考慮到邊坡穩(wěn)定，溝口需采用干砌石擋護，同時表土場內(nèi)設(shè)置臨時排水系統(tǒng)，排水溝下游設(shè)置沉砂池。表土場內(nèi)前期撒播草籽，保持和改善土壤養(yǎng)分，涵養(yǎng)水分，減少表土場內(nèi)水土流失。

3.2.2 土地平整和客土

土地平整工程是把損毀土地變?yōu)榭衫玫氐那捌诠こ蹋淠康氖峭ㄟ^土地平整達到便于生物措施的實施，利于排水，改良土壤等，滿足植被對地形的需要。土地平整工程的實施區(qū)域為塌陷坑和廢石場，塌陷坑在經(jīng)過廢石充填后以及廢石場堆積廢石后，其表面主要有大塊和粗碎屑的巖石組成，體內(nèi)疏松，孔隙大，極易漏水，需采用大型推土機進行平整并壓實，同時要在靠近邊坡的一側(cè)平整形成一定的坡角，以便于自流排水。

普朗銅礦的尾礦庫、塌陷坑、廢石場等，地表為尾砂和廢石，無法滿足植被的生長需求，須采用客土，客土厚度為0.5m。采用機械方式將表土從表土場內(nèi)分層挖出，分層堆積至復墾區(qū)內(nèi)，采用平地機平土，使得表土相對均勻的覆蓋其上。同時，清除粒徑大于50cm的石塊，減少阻礙植被生長的礫石，盡量增加土壤細粒含量以提高其持水與持肥性。

3.2.3 邊坡穩(wěn)定治理

由于區(qū)內(nèi)干濕交替和凍融循環(huán)，邊坡極易造成滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，因此在礦區(qū)內(nèi)開展邊坡的地質(zhì)災(zāi)害防治是本區(qū)復墾工作的重點任務(wù)。

在堆積邊坡坡腳設(shè)置重力式抗滑擋墻，墻頂以上部分順適坡面后采取掛網(wǎng)錨噴等防護工程。在大面積高陡邊坡地段同樣采用掛網(wǎng)錨噴防護工程，同時在坡體下側(cè)設(shè)置漿砌片石護坡進行防護，以提高坡體穩(wěn)定性，降低發(fā)生次生災(zāi)害的可能。對道路開挖棄土下邊坡也要進行處理，可在坡腳一帶分臺修建干砌石擋墻。在棄土坡面及防護網(wǎng)內(nèi)進行種植草木進行植被綠化。

3.3 生物措施

3.3.1 土壤改良

本次儲存的表土，特別是下部風化土層由于甚少獲得植物殘體，土壤內(nèi)有機質(zhì)和微生物含量將大幅下降，而且本區(qū)海拔高，氣溫低，表土養(yǎng)分釋放速率慢。以上因素造成了當年所客的表土很難滿足草種的發(fā)芽和苗木生長需求，因此需采用一些措施改良土壤。本次結(jié)合青藏鐵路植被恢復工程以及四川阿加隆洼金礦區(qū)植被恢復工程的實踐經(jīng)驗[7-8]，提出有機肥和化肥進行改良土壤，當然以下改良措施需在復墾前期試驗研究中進行驗證，并獲得具體配分方案，適合高寒高海拔地區(qū)礦山土壤改良，同時也是最經(jīng)濟配分方案。

1)有機肥改土。利用有機肥促進生土熟化，提高其供水供肥能力，保障草籽和苗木的生長發(fā)育。有機肥以礦區(qū)周邊牧場內(nèi)的羊、牛等糞資源為主體，對復墾土壤進行了有機肥改土。

2)施加化肥改土。為了快速補充植被生產(chǎn)所需的氮磷鉀等營養(yǎng)物質(zhì)，通過施用復合肥改良土壤。具體在播種或種植植被時，在播溝中同時施撒化肥作為底肥，生長季節(jié)特別是在拔節(jié)期，根據(jù)再造植被的長勢再追施化肥。

3.3.2 植被恢復

結(jié)合滇西北地區(qū)水土保持生態(tài)修復措施，具體也是依據(jù)前期復墾試驗結(jié)果，選擇鄉(xiāng)土植被作為復墾植被，不支持引進外來物種，嚴防“生態(tài)入侵”。進行植被修復時應(yīng)該利用生態(tài)學原理，做到喬、灌、草一起上，根深植被與根淺植被、陽性植物與耐蔭植物相搭配[9]。針對復墾區(qū)位于特殊自然環(huán)境，本文提出以下幾點恢復植被所注意的事項：①復墾植被選擇要求：依據(jù)本區(qū)植被類型的垂直分布特征，在復墾植被的選擇上要根據(jù)海拔的垂直變化，選擇不同的復墾植被群落；②栽植苗木和撒播草種的要求：復墾栽植的苗木要發(fā)育良好，根系完整，無病蟲和機械損傷，起苗后將盡快栽植。撒播的草籽需無發(fā)霉變質(zhì)的當年種籽；③栽植密度要求：考慮到復墾環(huán)境以及植被的成活率，需適當密植，提高單位面積上植被的成活總數(shù)量，便于后期就近移植；④種植時間要求：本區(qū)5月中旬以后才解凍，海拔在4000m以上的區(qū)域可能要到6月份。由于6月至7月上旬，氣溫較高，又正值雨季，適于植物出苗生長。因此種植最佳季節(jié)為6月至7月上旬。

4 結(jié) 論

本文通過對滇西北特殊的地理自然環(huán)境分析，結(jié)合普朗銅礦采選工藝及其對土地損毀，探究土地復墾技術(shù)方法，其主要結(jié)論如下。

1)在認真分析礦山自身生產(chǎn)特點和礦區(qū)的自然環(huán)境的基礎(chǔ)上，提出本區(qū)土地復墾的限制性因素為本區(qū)生態(tài)系統(tǒng)分異復雜、海拔高、氣候寒冷、干濕交替和凍融循環(huán)，是開展土地復墾工作的難點。

2)以本區(qū)土地復墾限制因素為出發(fā)點，提出了本區(qū)復墾相應(yīng)的技術(shù)流程與方法，具體包括：開展試驗研究、表土剝離與處置、土地平整與客土、土壤改良和植被恢復等。以上所采取的措施對于當前及將來本區(qū)其他金屬礦山土地復墾工作具有一定的參考意義。

[1] 陳從喜.構(gòu)建基于生態(tài)文明建設(shè)下的礦產(chǎn)資源管理新機制[J].礦產(chǎn)保護與利用，2012(6)：1-5.

[2] 李文慧.云南迪慶礦產(chǎn)資源勘查開發(fā)若干問題研究[D].北京:中國地質(zhì)大學(北京)，2007.

[3] 王利民，寸玉康，陳奇伯.滇西北高原水土保持生態(tài)修復措施的群落結(jié)構(gòu)研究[J].水土保持研究，2006，13(6)：85-87.

[4] 魏遠，顧紅波，薛亮.礦山廢棄地土地復墾與生態(tài)恢復研究進展[J].中國水土保持科學，2012，10(2)：107-114.

[5] 楊俊鵬，周妍，孫爽.我國礦山土地復墾監(jiān)測機制初探[J].中國礦業(yè)，2010，19(zk)：118-119，146.

[6] 沈渭壽，張慧，鄒長新.青藏鐵路建設(shè)對沿線高寒生態(tài)系統(tǒng)的影響及恢復預測方法研究[J].科學通報，2004，49(9)：909-914.

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[8] 陳健，張增民.阿加隆洼金礦區(qū)植被恢復方法[J].金屬礦山，2012，438(12)：119-122.

[9] 王利民，寸玉康，陳奇伯.滇西北高原水土保持生態(tài)修復措施的土壤理化效應(yīng)[J].西北林學院學報，2006，21(1)：7-11.

Study on the technology of land rehabilitation of metal mine area in alpine region of northwestern yunnan：a case study of taking Pulang copper mine area

YANG Jun-peng1，DAI Hua-yang1，ZHAO Xi2，XU Bo-en2，LIU Da-wei3

(1.China University of Mining & Technology(Beijng)，Beijing 100083，China；2.Yunnan Diqing Nonferrous Metal Co.，Ltd.，ShangriLa 674400，China；3.China University of Geosciences(Beijing)，Beijing 100083，China)

The alpine area of Northwest Yunnan is one of ecological fragile and environment sensitive zone of China，and it is very difficult to recover the environment naturally and manually if the soil are damaged during the mining exploration.This paper takes Pulang copper mine as an example to research the land rehabilitation technologies and methods by doing fieldwork and data analysis.The conclusions are：① the restrictive factors of soil rehabilitation alpine area of Northwest Yunnan are complicated ecological system diversity，high altitude，cold climate，Alternate Drying-Wetting and freezing-thawing cycles；② the land rehabilitation technologies are experimental study，topsoil stripping and disposal，land leveling and soil transporting，Slope Treatment，soil dressing，vegetation recovery and so on.

land rehabilitation；metal mine；Pulang copper mine；northwest Yunnan

2015-04-15

楊俊鵬(1980-)，博士，從事礦山損毀評價與土地復墾研究。E-mail：20448649@qq.com。

戴華陽，教授，博士生導師，主要從事開采沉陷與“三下”采煤、大地測量學與測量工程以及土地復墾研究。E-mail：dhy@cumtb.edu.cn。

TD88

A

1004-4051(2015)12-0066-04