祁連山東段高海拔煤礦植被退化區植被修復技術研究

汪慶 張治勝丁國民

(1.甘肅祁連山國家級自然保護區管理局哈溪保護站，甘肅 天祝 733206；2.甘肅祁連山國家級自然保護區管理局，甘肅 張掖 734000)

通過祁連山生態環境整治，實行嚴格的自然生態空間用途管制，祁連山保護區已清理退出了所有探采礦權，全面停止了探采礦活動，但退化生態系統的修復并沒有終止。祁連山高海拔區域煤礦探采植被退化區由于地表破壞、土壤肥力差、原生植被生境被破壞、氣候冷涼植被生長期短等因素，造成植被修復難度大。因此本文選擇祁連山東端雙龍煤礦整治區域作為祁連山典型高海拔煤礦植被退化區，通過試驗分析制定科學合理的植被修復措施，對祁連山東段高海拔煤礦植被退化區植被修復提供重要參考。

1 試驗地基本情況和植被退化特征

雙龍煤礦位于祁連山東端，水系為石羊河支流黃羊河上流源頭，礦區海拔3100～3400m，屬祁連山亞高山灌叢草原帶，年平均氣溫-1.5～0.7℃，≥10℃積溫為200℃，7月平均氣溫6～10℃，實際年降水量500mm左右。植被類型為灌叢草原。在陰坡和半陰坡地區，生境濕潤，適宜杜鵑灌木林和山柳灌木林生長，是高山徑流形成區主要的水源涵養灌木林類型，在陽坡和半陽坡以及河谷地區適宜金臘梅灌叢生長。

在工礦區土地利用過程中，占用、表層開挖、深層開采，剝離物或廢棄物的堆排，都造成土壤和植被被排棄廢棄物壓埋，土壤、植被和水資源遭受破壞，使土地的生產和生態功能降低甚至喪失。同時，地表水流布局混亂而產生水土流失間接造成植被退化。工礦區土地損毀可分為直接破壞和間接破壞，直接破壞主要包括挖損、沉陷和壓占等類型；間接破壞包括污染、開采引起的水位變化造成的土地損毀及誘發地質災害等。無論是直接破壞還是間接破壞，均造成土壤退化和植被退化。

前期通過充填重構進行了礦區整治，對地表水流布局進行了優化。對壓占和挖損區域通過用煤矸石和廢棄物充填的方式進行了平整，既處理了廢棄物，又修復了礦區的微地貌，具有顯著的環境效益和經濟效益。試驗地選擇位于雙龍煤礦植被退化瘡面東北角(N102°22′31″～102°22′56″，E37°22′20″～37°22′32″) ，面積6.67hm2，試驗地內不具備植被自然恢復的特征和趨勢。

2 試驗目的

通過人工選種措施，使植被退化區初步形成地表植被，改善植物生長的環境條件，促進植被群落的穩定發展。根據試驗區主要限制因子，確定礦區修復植被類型；通過觀測試驗區不同處理方式下人工和原生植被的生長表現，對試驗效果進行評價，并選擇出最適宜的修復方式；結合實際情況，在技術層面對植被修復的必要技術環節進行改進和完善，總結相關經驗。

3 確定人工選種的植被類型和種類

試驗區植被修復主要的限制因子有氣候特征、所處植被分布帶、土壤特征、成本。表1為試驗區植被修復主要限制因子及適宜的植被類型情況。根據環境因子條件分析，雙龍煤礦植被退化區適宜的植被類型為耐寒、耐貧瘠，對土壤條件適應性強的灌木和草本。從減少成本的角度考慮，可運用微地形整地覆土和人工施肥技術降低覆土厚度，種植草本植被，從而有效降低成本。

表1 試驗區植被修復主要限制因子及適宜的植被類型

根據陳桂琛等人采用垂穗披堿草恢復青藏鐵路取土場植被的試驗研究，高寒地區取土過程破壞了原生植被以及正常的土層結構，致使植被恢復難度進一步增加。2002—2005年進行垂穗披堿草種植試驗表明，其生長狀況良好，植株高度、根長從植物開始返青到枯黃，不斷增大，植株高度在2005年平均達到50cm以上；植株分蘗數也在持續增加，平均每植株可達到25個以上，群落蓋度季節動態變化明顯，已超過原生高寒草原45%的蓋度水平，自然狀態下出苗率可達60%以上，越冬率達50%，說明垂穗披堿草在海拔4560m的高寒草原取土場可以正常萌發并安全越冬。采用垂穗披堿草以及地表適度平整→表層翻耕→磨耙開溝→種子播種→磨耙覆土鎮壓等植被恢復工藝措施，對快速恢復青藏鐵路取土場次生裸地的植被是有效和可行的。綜合上述條件和原因分析，種植適宜的耐寒、耐貧瘠，對土壤條件要求不嚴的草本植被是試驗區人工修復植被的最優選擇。通過篩選，確定垂穗披堿草為人工選種植被。

4 試驗設計

4. 1 試驗設計

試驗按照人工措施的不同程度共設計4個處理。原生群落，指實驗區外沒有采取任何人工措施的礦區植被。人工選種群落，指在植被退化區撒播垂穗披堿草種子但不采取覆土、施肥措施條件下的植被群落。覆土、施肥加人工選種群落，指在植被退化區撒播垂穗披堿草種子并且采取覆土、施肥措施條件下的植被群落。覆土、施肥加原生群落，指在植被退化區不撒播草種，只采取覆土、施肥措施條件下的植被群落。通過對比人工選種的草本植物和原生植被在有無覆土、施肥條件下的生長效果，覆土、施肥條件下人工選種植被與原生植被的生長效果，分析實驗地植被修復的限制因素，對人工采取“覆土、施肥加人工選種”等措施的早期干預在促進礦區植物群落形成的作用進行評價。根據現地氣候特征，試驗從2019年5—9月進行，于10月中旬進行現地調查采集數據。

4.2 微地形整地覆土技術措施

本試驗為了減少覆土厚度,降低覆土成本，針對試驗地覆土環節，延伸了常規的微地形整地技術。技術環節依次為：對地表進行初步平整；用機械耙除地表粗大的石礫并進行深埋；鎮壓地表；用機械對近地表層(10cm范圍內)進行二次耙地處理，使地表凹凸不平；撒播草種后覆土。由于地表凹凸不平，大多數草種和土壤將自然集中到凹處，并且隨著后期的雨水沖刷、風力、風化等自然力作用，地表部分細碎物也將進一步匯集。這樣可在減少覆土厚度的同時提高覆土效果，降低覆土成本。

4.3 人工施肥技術措施

試驗地地表為煤矸石、砂礫、煤粉和其它剝離物的混合物，土壤肥力低。在沒有條件采取客土、大量覆土和其它土壤改良措施的情況下，人工施肥能促進植物生長，彌補覆土量不足的問題。人工施肥包括基肥和追肥，基肥選用磷酸二銨；追肥選用硝酸銨。基肥施肥同撒播草籽同時進行，按照450kg·hm-2的標準均勻撒施；追肥在草高2～3cm時進行，按照200kg·hm-2的標準均勻撒施。

5 數據與分析

試驗共設4個處理，每種處理設4個100cm×100cm的調查樣方進行現地調查記錄，同種處理的各樣方相同物種的數據取平均數進行對比分析。

表2 不同處理方式下植被群落物種組成及表現對比

上述4種處理結果，其單位面積均產生了一定的生物量，相比試驗區外未采取人工措施的區域，生物量明顯增加。同時處理3通過覆土、施肥加人工選種措施具有最大的生物量，是效果最好的處理方式。

從處理1、處理2、處理4的對比看，人工選種的垂穗披堿草生物量和密度大于人工促進和未促進條件下的原生群落。通過觀察，垂穗披堿草生物量大，植被生長發育完善，種子飽滿，具有自然下種的能力，表現出較好的適應性。說明原生植被對試驗地礦區的適應性較差，人工選種措施是非常必要的。并且采取覆土、施肥措施的處理4比沒有采取覆土、施肥措施的處理1具有更多的植物種類、更大的蓋度、密度和生物量，覆土和施肥的效果比較明顯。

通過以上4個處理的總體情況來看，試驗地自然繁殖的原生植物中冷地早熟禾、匍枝委陵菜為生長表現最好的草本植物。

從覆土的效果講，覆土能有效增加地表土壤含量，改善土壤結構和肥力，使種子與土壤、水分充分接觸，提高發芽率和保存率。通過觀測，本試驗微地形整地覆土和施肥措施有效提高了種子發芽率和保存率，促進了植被生物量的增加，同時有效降低了覆土成本。

6 結論

通過試驗對比發現，祁連山東端高海拔煤礦植被退化區限制植被生長的因素主要還是土壤的營養環境，同時原生植被生境被破壞，對退化環境的適應性較差。植被群落的建立必須以人工選種、土壤改良為基礎。前期采取人工選種、覆土、施肥等措施對試驗地植被恢復是非常必要的，為試驗地植被群落的建立發展塑造了基礎條件。覆土、施肥加人工選種條件下地表植被生物量最大，對土壤結構和肥力的改良及土壤腐殖質的積累效果最好，更有利于試驗地植被恢復和植被群落穩定發展。