草原區露天礦外排土場生態恢復的探究與實踐

周 寧

（中煤科工集團沈陽設計研究院有限公司，沈陽 110015）

呼倫貝爾草原地處我國的蒙東能源基地腹地，煤炭開發程度較高，生態環境較為脆弱。煤炭資源的集中開發對當地的草原造成了不同程度的破壞，嚴重威脅到我國東部的生態安全。露天礦對生態環境的破壞和污染較重，除采場開挖破壞地表植被外，在內排開始前，外排土場壓占了大面積的土地，改變了區域的地形地貌，對礦區的生態環境造成較大破壞。露天礦外排土場的生態恢復是露天礦區生態建設的重點和難點[1]。

“生態恢復”指通過人工方法，按照自然規律，恢復天然的生態系統?！吧鷳B恢復”的含義遠遠超出以穩定水土流失地域為目的的植樹造林，也不僅僅是種植多樣的當地植物，生態恢復的目標是創造良好的條件，促進一個群落發展成為由當地物種組成的完整生態系統[2-3]。

1 研究區概況

研究區位于大興安嶺西坡呼倫貝爾草原，海拉爾盆地東部，海拉爾河中下游地區。區域地形呈緩波狀，起伏不大，北高南低，西高東低。區域屬中溫帶亞干旱氣候，多年平均氣溫-1.1℃，≥10℃積溫為1929℃，無霜期102 d。年平均降水量347.80 mm，夏季占年降水量72%，年平均蒸發量1013.7 mm。

項目區土壤以暗栗鈣土為主體，腐殖質層厚度約20～40 cm，地帶性天然植被以羊草、叢生禾草大針茅、冰草等占絕對優勢。

2 外排土場生態恢復目標

呼倫貝爾地區的外排土場一般占地面積在100 hm2左右，排棄高度在80 m左右，其體量較大，對區域的生態景觀造成一定的沖擊，且松散巖土的堆棄、裸露的表面，造成當地極易發生沖溝侵蝕、邊坡垮塌等問題。因此，外排土場的生態恢復是一個集合邊坡穩定、表層土壤重構、水土保持和植被恢復的涉及多個學科方向的系統工程。高陡邊坡的穩定、水土資源的保持是外排土場生態恢復的基礎，而土壤重構及培肥、植被的恢復是關鍵。各要素相輔相成，缺一不可[4-7]。生態恢復的目標就是通過工程措施和植物措施，將外排土場重建為一個和周邊草原景觀協調，且具有自我恢復能力的健康生態系統。

3 外排土場生態恢復工程措施

3.1 表土剝離

露天采區表層土壤含有一定的有機質，其種子庫密度與多樣性均遠高于采煤剝離的深層生土，其龐大的種子庫是礦區生態恢復的關鍵。礦區表層土壤中的微生物和動物含量相對深層生土豐富，其對于重建生態系統的恢復和穩定起到重要的作用。礦區在土地損毀前進行剝離表土，并進行堆存，剝離的表土厚度為60 cm，剝離的表土單獨進行堆放，以不影響礦區生產和土地復墾用地為原則進行選取。剝離的表土與周圍土壤性質相似，對于礦區外排土場的土壤重構和培肥具有重要作用。

3.2 表土回覆

表層土壤中含有豐富的有機質和微生物，它們是植物生長所必不可少的，是生態恢復的基礎。因此，為了有足夠的表土供生態恢復使用，在排土場排棄前，應將壓占土地的表層土壤剝離，剝離的厚度依土層厚度和所需表土覆蓋量而定。草原區表土回覆的厚度應＞30 cm，才能夠保證草本植物的正常生長。

3.3 外排土場土地平整

項目區降雨集中在夏季，為防止連續降雨對排土場坡面形成沖刷，同時保證植被生長用水，采用平臺周邊擋水圍埂和網格圍埂相結合的方式對自然降水進行內部攔蓄。外排土場平臺周邊擋水圍埂總高度為0.5 m，采用梯形斷面頂寬1.0 m，內外坡比1:1。如圖1所示，擋水圍埂內用網格圍埂將平臺分割成30 m寬的條塊，在條塊中央每隔20 m設橫檔，網格內整平后種草。平臺網格圍埂高0.5 m，頂寬0.3 m，內外坡比1:1。

圖1 外排土場邊坡復墾措施示意圖

4 土壤培肥

外排土場覆蓋的表土可能是表土和心土的混合物，且由于長時間堆放，其土壤理化性質及土壤肥力與原地表土壤有較大的差別，不能滿足植物的生長需要。寶日希勒露天礦排土場覆蓋土與原表土的土壤肥力比較如表1所示。

表1 寶日希勒露天礦排土場覆蓋土與原表土的土壤肥力比較

土壤培肥是為了改善覆蓋土的土壤結構，提高土壤肥力，加快生態恢復速度和提高生態恢復的質量。土壤培肥的方法主要有三種。一是綠肥法，其特點是在復墾區種植多年生或一年生豆科草本植物，能有效地增加土壤中氮的含量，其根系腐爛后能有效地增加土壤的膠結和團聚作用。二是施肥法，即施用大量有機肥料來提高土壤中有機物含量，改良土壤結構，消除土壤過沙、過黏的不良理化性質。三是微生物改良，即利用微生物活化劑或微生物和有機物的混合劑對土壤進行熟化和改良，恢復土壤肥力和活性。

綠肥法是改良復墾土壤，增加有機質和氮磷鉀等營養元素的最有效方法。凡是以植物的綠色部分當作肥料的稱為綠肥，綠肥多為豆科植物，其生命力旺盛，在自然條件較差、土壤較貧瘠的土地上都能很好地生長。在外排土場平盤與臺階坡面上種植選定草本，混交于灌木林下，然后將這些植物通過壓青、秸稈還田等多種方式復田，在土壤微生物作用下，除釋放大量養分外，其還可以轉化成腐殖質，其根系腐爛后也有膠結和團聚作用，可以有效改善土壤理化性質。綠肥法符合“生態恢復”的基本原理，即通過豆科植物與土壤的相互作用，使生物與環境協同進化、相互適應，從而使整個生態系統形成良性循環。

5 生態恢復的主要方法

生態恢復的方法有物種框架方法和最大多樣性方法[8]。

物種框架方法是指建立一個或一群物種，作為恢復生態系統的基本框架。這些物種通常是植物群落中的演替早期階段（或稱先鋒）物種或演替中期階段的物種。這個方法的優點是只涉及一個（或少數幾個）物種的種植，生態系統的演替和維持依賴于當地的種源（或稱“基因池”）來增加物種和生命，并實現生物多樣性。因此，這種方法最好是在距離現存天然生態系統不遠的地方使用。

最大多樣性方法是盡可能地按照該生態系統退化以前的物種組成及多樣性水平種植物種進行恢復，需要大量種植演替成熟階段的物種，先鋒物種被忽略。這種方法適合于小區域高強度人工管理的地區，如城市地區和農業區的人口聚集區。這種方法要求高強度的人工管理和維護，因為很多演替成熟階段的物種生長慢，而且經常需要補植大量植物，因此需要的人工比較多。

在草原區，草原生態系統的植物組成較為簡單，沒有森林生態系統復雜，呼倫貝爾草原天然植被以羊草、大針茅、冰草為主，恢復區周邊存在大面積的天然生態系統的“基因池”，因此可以使用物種框架方法進行生態恢復。

寶日希勒露天礦外排土場在復墾的實踐中，采用物種框架方法對外排土場進行植被恢復。在對外排土場平臺及坡面進行修整，平臺修筑擋水圍埂后，撒播老芒麥、冰草和紫花苜蓿的種子，并進行養護管理。紫花苜蓿具有改善土壤結構、培肥土壤的作用，老芒麥和冰草能夠很好地適應呼倫貝爾地區的氣候條件，是構建生態系統基本框架的主要物種。

經過三年的養護管理，對寶日希勒露天礦外排土場平臺及坡面進行恢復效果監測，并與自然草地進行對比，對比結果如表2所示。

表2 外排土場生態恢復效果對比

從復墾效果對比可以看出，物種框架搭建完畢3年后，周邊生態系統的物種逐漸擴散到外排土場恢復區，其物種多樣性會逐漸豐富，土壤中有機質穩步提升，生態系統穩定性逐漸增加。

6 結語

呼倫貝爾草原是我國北方的重要生態屏障，而近年來礦區的大規模開發對脆弱的草原生態系統造成了巨大的壓力。露天礦開采對草原生態破壞最大，人們需要開展系統的、完整的生態恢復工程，才能有效減緩其對生態系統的影響。外排土場的生態恢復是露天礦先期開采中首先需要面對的問題。在外排土場生態恢復中，要綜合運用工程措施、生物措施，在生態設計的指導下，結合外排土場的排棄進度，逐步實施生態恢復措施，以期為之后的內排土場生態恢復提供必要的經驗和人才儲備。