排巖場(chǎng)人工裸地模擬天然地貌生態(tài)修復(fù)工程實(shí)踐

劉文鋒 苑興偉 梁國(guó)海 張華春 董曉南 毛偉偉 潘穎

摘要：礦山排巖場(chǎng)人工裸地不僅占?jí)捍罅客恋刭Y源，損毀礦區(qū)植被，且污染環(huán)境，破壞生態(tài)平衡。以排山樓金礦排巖場(chǎng)亂石窖為工程實(shí)例，介紹了其生態(tài)修復(fù)工程理論依據(jù)、設(shè)計(jì)理念及技術(shù)難點(diǎn)。根據(jù)效仿自然和模擬自然的生態(tài)理念，應(yīng)用現(xiàn)代生態(tài)學(xué)工程和技術(shù)，完成了排巖場(chǎng)亂石窖緩丘淺谷地貌生態(tài)環(huán)境的修復(fù)。通過(guò)對(duì)排巖場(chǎng)形成前的原地和周邊生態(tài)環(huán)境調(diào)查，采取削坡整形、生境營(yíng)造、客土、植被種類(lèi)篩選和栽植等，修復(fù)了排巖場(chǎng)的生態(tài)廊道、丘陵地貌、濕地與水系等，重建了符合當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)特點(diǎn)的典型植物群落，保證了生態(tài)系統(tǒng)的統(tǒng)一性和完整性。

關(guān)鍵詞：排巖場(chǎng);人工裸地;生態(tài)修復(fù);天然地貌;亂石窖;生態(tài)學(xué)

中圖分類(lèi)號(hào)：TD854+.7 TD7文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1001-1277（2020）08-0080-05doi：10.11792/hj20200815

引 言

中國(guó)礦山廢棄地（人工裸地）的治理起步較晚，1988年《土地復(fù)墾法》的頒布可以作為中國(guó)治理礦山人工裸地的正式起點(diǎn)。近幾年，礦山人工裸地修復(fù)面積比例有所增加，但與要求相差甚遠(yuǎn)，且業(yè)內(nèi)尚沒(méi)有形成有效治理礦山人工裸地的生態(tài)修復(fù)工程理論和方法。中國(guó)的礦山人工裸地修復(fù)工程，多采用園林景觀綠化工程技術(shù)完成，通常在裸地上覆蓋1.0～1.5 m厚的農(nóng)田土，營(yíng)造亭臺(tái)樓閣和花園;護(hù)坡工程采用的修復(fù)材料多為水泥和鋼材：這種治理措施不僅投入大量資金，且需要長(zhǎng)期人工維護(hù)[1]。

遼寧排山樓黃金礦業(yè)有限責(zé)任公司（下稱(chēng)“排山樓金礦”）1997年至2005年露天開(kāi)采時(shí)形成了大面積排巖場(chǎng)人工裸地——亂石窖（用以表征無(wú)植物活力的亂石裸地[1]），總面積超30萬(wàn)m2。排巖場(chǎng)存在層序紊亂、物質(zhì)松散、水土流失及土地荒漠化現(xiàn)象嚴(yán)重等問(wèn)題，因此其生態(tài)環(huán)境恢復(fù)對(duì)礦山可持續(xù)發(fā)展具有重要現(xiàn)實(shí)意義。此外，該排巖場(chǎng)亂石窖與海棠山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)核心區(qū)存在一定面積的重疊，因此對(duì)該區(qū)域生態(tài)修復(fù)有著更高標(biāo)準(zhǔn)要求。

1 工程概況

1.1 排巖場(chǎng)人工裸地現(xiàn)狀

排山樓金礦位于遼寧省阜新市境內(nèi)，于1997年建成投產(chǎn)，原為露天開(kāi)采，2005年全部轉(zhuǎn)入地下開(kāi)采，地面留下排巖場(chǎng)亂石窖（見(jiàn)圖1），總面積超30萬(wàn)m2。

該排巖場(chǎng)亂石窖有如下特征：平臺(tái)亂石窖與邊坡亂石窖，由寬10～40 m，厚30～70 m的無(wú)填充物亂石窖（見(jiàn)圖2-a））組成，石礫直徑0.5～4.0 m。其中，高平臺(tái)亂石窖平均海拔408～420 m，低平臺(tái)亂石窖平均海拔404～406 m，高、低平臺(tái)亂石窖上部亂石窖小丘高0.5～20.0 m（見(jiàn)圖2-b））。邊坡亂石窖海拔15～20 m，坡度30°～40°，石礫直徑0.5～3.0 m，厚5～70 m，石礫間填充數(shù)量不等的小石礫（見(jiàn)圖2-c））。淺谷亂石窖谷底海拔404～405 m，共有4條季節(jié)性有水的淺谷亂石窖。

排巖場(chǎng)亂石窖生境特征：①自然土壤全部消失，石礫間隙中空或有少量小石礫;②地下水位埋深多數(shù)10 m以下，少量地段地下水位埋深達(dá)50～60 m;③場(chǎng)地沒(méi)有保蓄水能力;④植物覆蓋率<1 %，僅見(jiàn)有1～2種一年生草本植物;⑤石礫巖面溫差變化大;⑥場(chǎng)地多屬于無(wú)填充物亂石窖。

1.2 排巖場(chǎng)原地生態(tài)環(huán)境

根據(jù)排巖場(chǎng)破壞前1∶1萬(wàn)地形圖和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際環(huán)境調(diào)查，排巖場(chǎng)原地生態(tài)環(huán)境概貌如下：

1）地形地貌。排山樓金礦位于遼西醫(yī)巫閭山脈中部西側(cè)的低山丘陵區(qū)，海拔350～491 m。中部高海拔490 m，兩側(cè)為海拔350～360 m的谷地，排巖場(chǎng)原地為丘陵河谷地貌，其基本特征為：①東部為海拔350～400 m的丘陵西坡，南北長(zhǎng)400 m，東西寬141 m，坡度15°～20°。②馬家荒河上游，自西北流向東南，入境處海拔380 m，出境處海拔340 m，溪流全長(zhǎng)460 m。③中部丘陵呈西北走向，西北部海拔400 m，東南部丘陵尾部海拔348 m，西北部最寬140 m，坡度10°～20°。④排巖場(chǎng)原地層為花崗巖、石灰?guī)r和石英巖。排巖場(chǎng)原地形及水系圖見(jiàn)圖3。

2）氣候。當(dāng)?shù)貙倥瘻貛О敫珊敌詺夂颍昶骄鶜鉁?.8 ℃，最高氣溫43.0 ℃，最低氣溫-28.4 ℃;年平均降水量480 mm，最高降水量834 mm，最低降水量322.3 mm;全年6級(jí)以上大風(fēng)日71.2 d，最大風(fēng)速24 m/s，是一個(gè)氣候干旱多大風(fēng)地區(qū)。

3）水文。待修復(fù)區(qū)中部為細(xì)河和饒陽(yáng)河發(fā)源地的分水嶺，馬家荒河發(fā)源地，屬于饒陽(yáng)河上游支流。馬家荒河有4條支流發(fā)源于此地，被埋壓于排巖場(chǎng)之下。馬家荒河西支流全長(zhǎng)140 m，呈東西流向，在待修復(fù)區(qū)東南部與呈南北流向的馬家荒河主流匯合，溪流河床海拔348～400 m，均為季節(jié)性溪流。

4）土壤。排巖場(chǎng)原山丘土壤為棕色森林土和棕壤土，河谷為沖積草甸土和沼澤土。

5）植被。植物區(qū)系屬暖溫帶華北植物區(qū)系，并混有大量?jī)?nèi)蒙古草原植物區(qū)系成分和少量東北植物區(qū)系成分[2]，主要植被類(lèi)型有蒙古櫟林、山杏林、油松矮林、荊條灌叢、白羊草草叢、大針茅和貝加爾針茅等草原植被。

2 排巖場(chǎng)生態(tài)修復(fù)工程設(shè)計(jì)

2.1 理論依據(jù)

人類(lèi)在大自然中生存，人類(lèi)社會(huì)在大自然中發(fā)展。尊重自然、順應(yīng)自然、保護(hù)自然是人類(lèi)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展必須遵循的基本法則。生態(tài)修復(fù)是根據(jù)生態(tài)學(xué)原理進(jìn)行設(shè)計(jì)，運(yùn)用生態(tài)工程技術(shù)在人工裸地重建植物群落的過(guò)程。重建的植物群落即目標(biāo)植物群落必須是人工裸地破壞前的地帶性和非地帶性亞頂級(jí)或頂級(jí)植物群落自然演替系列中的一個(gè)階段，既可以是先鋒草本植物群落，也可以是草叢、灌叢和幼林。

重建植物群落的建群種、優(yōu)勢(shì)種、主要伴生種及群落結(jié)構(gòu)要與周邊自然植物群落基本一致。目標(biāo)植物群落建成后，經(jīng)過(guò)2～5 a的人工管理，該群落將自行轉(zhuǎn)入自然生態(tài)恢復(fù)過(guò)程，之后經(jīng)過(guò)自然演替過(guò)程形成與當(dāng)?shù)貧夂蚧蛲寥老噙m應(yīng)的亞頂級(jí)或頂級(jí)自然植物群落。生態(tài)修復(fù)為加速人工裸地整體生態(tài)修復(fù)創(chuàng)造條件，是人工裸地生態(tài)恢復(fù)不可缺少的前提工程。人工裸地在無(wú)人工干預(yù)和有人工干預(yù)條件下，自然生態(tài)系統(tǒng)的演替速度見(jiàn)圖4。

2.2 設(shè)計(jì)理念

效仿自然和模擬自然是本生態(tài)修復(fù)工程設(shè)計(jì)的基本理念。其關(guān)鍵在于確認(rèn)效仿的自然，只有目標(biāo)選擇準(zhǔn)確，找到要效仿的自然環(huán)境類(lèi)型，才能深入研究待修復(fù)區(qū)和原自然環(huán)境的差異，以進(jìn)一步模擬原生境在待修復(fù)裸地建成這一效仿自然的生態(tài)修復(fù)目標(biāo)。為達(dá)成這一目標(biāo)，必須首先創(chuàng)建與周邊自然相仿的目標(biāo)群落的自然立地條件，即緩丘淺谷地貌和有填充物亂石窖生境。

本文著重介紹模擬排巖場(chǎng)原地和周?chē)Ｌ纳絿?guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)生境特點(diǎn)而實(shí)施的緩丘淺谷生態(tài)修復(fù)工程，其是排巖場(chǎng)亂石窖整體生態(tài)修復(fù)的關(guān)鍵基礎(chǔ)工程。

2.3 技術(shù)難點(diǎn)

1）地理生態(tài)區(qū)位脆弱。

該排巖場(chǎng)位于遼西醫(yī)巫閭山脈低山丘陵的西部，地處中國(guó)一級(jí)生態(tài)敏感脆弱帶上，同時(shí)為中國(guó)東北地區(qū)濕潤(rùn)森林帶向西部草原荒漠帶的過(guò)渡帶，多年平均降水量在500 mm以下，氣候干旱，少雨，多風(fēng)沙和自然災(zāi)害，是中國(guó)東部森林帶向西部森林草原帶、農(nóng)耕帶向半農(nóng)半牧帶的過(guò)渡帶[3]。

2）與海棠山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)存在重疊。該排巖場(chǎng)亂石窖與醫(yī)巫閭山海棠山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)核心區(qū)存在重疊，因此不能以常規(guī)的園林景觀標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修復(fù)，而要確保修復(fù)后的場(chǎng)地與自然保護(hù)區(qū)核心區(qū)的原植被類(lèi)型相同或接近，這與一般地區(qū)人工裸地的生態(tài)修復(fù)有根本區(qū)別。

3）深厚的無(wú)填充物亂石窖多。

該排巖場(chǎng)亂石窖總面積約34萬(wàn)m2，其中80 %屬于無(wú)填充物亂石窖，石礫（塊）直徑0.5～2.0 m，最大直徑4.0 m;石礫層寬10～40 m，厚5～70 m;具有無(wú)土壤，不保水，幾乎沒(méi)有生物生產(chǎn)力的特點(diǎn)，只能生長(zhǎng)少數(shù)殼狀地衣。

以上3個(gè)方面決定了必須運(yùn)用現(xiàn)代生態(tài)學(xué)理論和獨(dú)特的生態(tài)工程技術(shù)，才能達(dá)成對(duì)該排巖場(chǎng)亂石窖在生態(tài)學(xué)意義上的修復(fù)目標(biāo)。

3 排巖場(chǎng)人工裸地生態(tài)修復(fù)

生態(tài)修復(fù)的關(guān)鍵是效仿和模擬原緩丘淺谷地貌，為總體生態(tài)修復(fù)工程創(chuàng)造基礎(chǔ)環(huán)境。

3.1 模擬緩丘淺谷生態(tài)修復(fù)

根據(jù)排巖場(chǎng)亂石窖地貌現(xiàn)狀，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)，設(shè)計(jì)生態(tài)修復(fù)成緩丘淺谷地貌環(huán)境，作為植被修復(fù)區(qū)域環(huán)境的基本保證。將全區(qū)修成“倒U型”緩丘，緩丘海拔高度為410～420 m，丘坡谷底海拔高度為406～408 m，重點(diǎn)在修復(fù)區(qū)內(nèi)形成一條淺谷。

3.2 亂石窖邊坡的削坡與整形

亂石窖裸地高度和坡度變化大，需要按照統(tǒng)一緩丘淺谷地貌設(shè)計(jì)進(jìn)行削坡與整形（見(jiàn)圖5、圖6），緩丘削坡整形后的坡度平均為5°～30°，不得大于35°。削坡整形總面積27萬(wàn)m2。

3.3 水系溪谷修復(fù)

溪流淺谷寬5～30 m，溪流河床寬2～4 m，一級(jí)階地高0.2～0.5 m，寬5～50 m。河流水系調(diào)整工程長(zhǎng)1 008 m。溪流淺谷施工見(jiàn)圖7、圖8。

3.4 石砌蓄排水溝

由于工程地區(qū)屬于暖溫帶半干旱性氣候，年降水量少。降水量多時(shí)，易發(fā)生水土流失;降水量少時(shí)，出現(xiàn)生境干旱。因此，在山丘周?chē)颓痼w適當(dāng)位置修建石砌蓄排水溝（見(jiàn)圖9、圖10），水多時(shí)，則向外排出;水少時(shí)，則在溝中貯存自用。石砌蓄排水溝全長(zhǎng)1 638 m，修建時(shí)必須加入水泥等非天然材料，溝底寬0.4～0.5 m， 溝上沿寬0.5～1.0 m，溝深0.3～0.5 m，溝壁厚0.2～0.4 m。石砌蓄排水溝的特點(diǎn)：①透水性，不阻礙地表水下滲，補(bǔ)充地下水;②排水性，將溝內(nèi)多余水排到下游;③蓄水性，將多余地表水貯存在溝內(nèi)，供目標(biāo)植物生長(zhǎng)用。

3.5 暗河與濕地修復(fù)

排巖場(chǎng)無(wú)填充物亂石窖厚5～70 m，石礫中空。如果亂石窖底下無(wú)地下水，則亂石窖石礫間空氣干燥，下雨時(shí)其會(huì)透析下沉，排巖場(chǎng)亂石窖生態(tài)修復(fù)難以維持。利用馬家荒河流經(jīng)排巖場(chǎng)下部形成的地下河，在其出露處修整已被破壞的周邊濕地，維護(hù)保持其水流暢通，既可保護(hù)濕地，又可維護(hù)排巖場(chǎng)亂石窖內(nèi)的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)和濕度，成為排巖場(chǎng)亂石窖生態(tài)修復(fù)的關(guān)鍵水利工程。在排巖場(chǎng)北部，馬家荒河上游殘存在亂石窖邊坡下部河床和馬家荒河中游亂石窖邊坡地下暗河出口河床修復(fù)2塊濕地，北部濕地1 000 m2左右，南部濕地1 500 m2左右（見(jiàn)圖11、圖12）。

3.6 生態(tài)保護(hù)防火通道和石壘擋土墻

按照森林防火要求，在生態(tài)修復(fù)工程全區(qū)設(shè)置寬5 m的生態(tài)保護(hù)防火通道，路基略高于兩側(cè)0.3～0.5 m;道路兩側(cè)或一側(cè)修建石砌蓄排水溝及石壘擋土墻（見(jiàn)圖13、圖14）。石壘擋土墻主要設(shè)置在排巖場(chǎng)山丘和淺谷底部，以防止水土流失和山丘坡地滑坡，墻高1.0 m，底部寬1.2 m，上部寬0.8 m，底座高0.4 m，總長(zhǎng)度1 846 m。

3.7 生態(tài)修復(fù)效果

經(jīng)嚴(yán)格篩選，選用20余種目標(biāo)植物，完成了30萬(wàn)m2排巖場(chǎng)亂石窖的生態(tài)修復(fù)，共實(shí)施生境修整76萬(wàn)m3，客土覆蓋15萬(wàn)m3，栽植或播撒當(dāng)?shù)氐湫蛦棠?3萬(wàn)株、灌叢44.5萬(wàn)叢、草類(lèi)16萬(wàn)m2，包括黃檗、水曲柳、紫椴、野大豆等4種國(guó)家Ⅱ級(jí)保護(hù)植物，元寶槭、蒙椴、花曲柳等3種珍貴樹(shù)種，修復(fù)了生態(tài)損害區(qū)的生態(tài)廊道、丘陵地貌、濕地與水系等，重建了符合當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)特點(diǎn)的典型植物群落，建立了良性的生態(tài)系統(tǒng)，并提高了當(dāng)?shù)厣指采w率，有助于增強(qiáng)地區(qū)土壤功能，降低水土流失，增強(qiáng)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性，保護(hù)生物多樣性，使生態(tài)重建區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)與周邊原生態(tài)系統(tǒng)良好溝通，加速了自然演替周期，保證了生態(tài)系統(tǒng)的統(tǒng)一性和完整性。該項(xiàng)目被中國(guó)黃金協(xié)會(huì)授予科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)，被地方政府譽(yù)為踐行生態(tài)文明思想的排頭兵。

4 結(jié) 語(yǔ)

模擬自然、效仿自然是生態(tài)修復(fù)工程的基本要求，在排山樓金礦排巖場(chǎng)亂石窖的生態(tài)修復(fù)實(shí)踐中，將模擬、效仿的對(duì)象選擇為排巖場(chǎng)形成之前的原地自然環(huán)境。通過(guò)充分的歷史和現(xiàn)狀調(diào)查，在排巖場(chǎng)現(xiàn)有地貌的基礎(chǔ)上因地制宜，采取建造“倒U型”緩丘淺谷、石砌蓄排水溝、濕地地貌形態(tài)等措施，為亂石窖生態(tài)修復(fù)和目標(biāo)植物群落重建奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，為生態(tài)廊道的連通和自然演替的加速創(chuàng)造了條件，最大程度地貼合自然景觀完成了排巖場(chǎng)亂石窖生態(tài)修復(fù)的人工干預(yù)措施，并保證了生態(tài)修復(fù)的人工痕跡最輕。

[參 考 文 獻(xiàn)]

[1] 董厚德.人工裸地生態(tài)修復(fù)的研究與實(shí)踐[M].沈陽(yáng)：遼寧大學(xué)出版社，2016：3.

[2] 董厚德.遼寧植被與植被區(qū)劃[M].沈陽(yáng)：遼寧大學(xué)出版社，2011：11.

[3] 高桂珍，吳艷梅，海濤，等.海棠山自然保護(hù)區(qū)特殊的生態(tài)意義[J].內(nèi)蒙古林業(yè)調(diào)查設(shè)計(jì)，2006，29（6）：1-4.