祁連山煤礦區生態修復主要措施及修復效果研究
——以肅南縣馬蹄煤礦為例

許爾文 武秀榮 趙維俊 敬文茂 王順利 趙晶忠 袁浩 馬雪娥

(甘肅省祁連山水源涵養林研究院，甘肅 張掖 734000)

祁連山作為我國重要的生態功能區以及西北地區最重要的生態安全屏障及水源涵養地，是我國生物多樣性保護優先區域。祁連山地區不僅具有龐大的生物多樣性，同時也具有豐富的礦產資源。自20世紀70年代以來，祁連山區大規模的采探礦活動，最終導致該地區局部地表塌陷，水土流失嚴重，植被遭受破壞，河流污染嚴重，生物多樣性驟減等生態問題[1，2]。近年來，隨著生態文明進程加快，國家加大對生態環境問題保護，逐步大力整治生態環境破壞問題，政府部門也高度重視礦山環境修復治理工作的開展，特別是自2016年底以來，黨中央國務院對甘肅省祁連山自然保護區的礦山地質環境保護與恢復治理十分重視，做了多次重要批示，多年來投入了巨大的人力和財力進行礦山修復治理[3]。

肅南縣馬蹄煤礦是張掖市在祁連山地區開展的大面積煤礦修復治理典型工程，目前已經取得了較好的治理效果。為了解現階段祁連山區廢棄煤礦生態修復效果，本研究通過對肅南縣馬蹄鄉轄區修復治理的8座煤礦區現場調查，以肅南縣馬蹄煤礦生態修復治理區為例，本研究主要通過對礦山整體修復情況展開調查，總結當地修復治理措施，結合周邊與修復治理區域植被地貌的區別，總結成熟可靠的經驗做法，探討廢棄礦山整體修復成效，從而因地制宜提出相對應的修復措施，以期為該地區廢棄礦山生態修復，后續管理措施以及實現良好的生態建設提供可行的舉措[4]。

1 研究區概況與研究方法

1.1 研究區概況

肅南縣馬蹄煤礦位于肅南縣馬蹄鄉八一村，地理坐標為E100°20′32″，N38°29′28″，礦區面積4.899km2，海拔2800～3200m，為露天開采煤礦，年均氣溫-0.6～2.0℃，月平均最高氣溫為19.6℃，月平均最低氣溫達-12.5℃，年降水量435.5mm，且集中在5—9月，年均蒸發量1052mm，日輻射總量110.28kW·m-2，年均相對濕度60%[5]。礦區地處山地草原植被帶，土壤多以高山草甸土為主，成土母質以殘積-坡積物、洪積母質為主，含碎石多，土體厚3～4m，厚薄不勻，土體疏松。區內植被類型垂直帶譜極其明顯，生長著呈片狀、塊狀分布的灌叢和喬木林，主要樹種為青海云杉(Picea crassifolia)、祁連圓柏(Juniperus przewalskii)等。肅南縣馬蹄煤礦始建于1998年，2009年停產，地質災害不發育，礦山開采對地下含水層影響微弱，主要在前期開采過程中，對山體肆意開挖或廢渣亂堆亂放，致使區內開采面坡體裸露，同時遺留下大量的廢棄渣堆、礦洞和廢棄建筑物等，其廢渣多堆積于礦山周邊地帶及鄰近山坡處，對地形地貌、土地資源造成壓占破壞，礦區自2017年開始修復治理工作，2018年底完成礦區修復治理。

1.2 研究方法

1.2.1 野外調查

到礦山區進行勘測，記錄海拔和經緯度等相關地理信息，實地查看廢棄煤礦整體修復狀況，調查礦山修復對應的工程植物措施。劃定樣地展開樣地調查，在礦區內和礦區外圍原生地貌區各劃定1個20m×20m的標準樣地，對樣地內青海云杉的冠幅、胸徑、樹高等指標展開調查；在樣地的四角和中間區域設置5個2m×2m的灌木樣方，調查并記錄灌木名稱、平均地徑、蓋度、平均高度和株數等指標[4]；在標準樣地內隨機選取5個1m×1m的樣方，在植物生長旺季7月(2023年)進行植物生物量、物種的組成、蓋度、高度等指標展開調查。

1.2.2 指標計算方法

1.2.2.1 蓋度

利用樣方量算法，將1m×1m的方格窗(每個小格為4cm×4cm)置入小樣方內，統計每個樣方內所有植被投影面積所占方格窗內所有小方格的百分比，即確定為樣方內植被蓋度。

1.2.2.2 物種相對豐富度指數(R)

豐富度是指植物群落中所具有的不同植物種類的總數。計算公式：

R=(S-1)/lnN

式中，N為總個體數量；S為總物種數量；ln為自然對數，底數2.7182838[6，7]。

1.2.2.3 物種多樣性指標

在分析項目區植物物種多樣性時，選用Shannon-weaver多樣性計算，公式：

式中，H為多樣性指數；P為第i種植物類型蓋度；S為植物種數[6，7]。

1.2.2.4 物種優勢度指數

在分析項目區植物物種優勢度時，選用Berger-Parker優勢度指數計算，公式：

I=Nmax/N

式中，Nmax為群落中最大種的多度、蓋度或重要值；N為群落的總個體數[8]。

1.2.2.5 物種均勻度指數

均勻度指數來描述植物群落中不同植物種類分配的均勻程度，公式：

E=H/lnS

式中，H為多樣性指數；S為總物種數量；ln為自然對數，底數2.7182838[6，7]。

2 結果與分析

2.1 生態修復措施及狀況分析

2.1.1 工程措施

2.1.1.1 廢棄建筑物拆除整平工程

礦區內分布的原有廢棄建筑物，建筑結構為磚木及彩鋼房對土地資源造成壓占，對棄建筑物拆除與就近渣堆整平，使其壓占土地資源得以恢復。

2.1.1.2 礦洞回填、渣堆整平

礦區分布大小礦洞、渣堆壓占土地資源面積，這些礦洞分布分散、分布數量較大，利用現有棄渣堆就近回填，由于單個礦洞回填方量小，且分布分散，不宜采用機械，因此采用人工回填的方式進行回填。較小的渣堆就地整平，剩余的較大渣堆進行削坡整平，整平后渣堆坡角小于30°。

2.1.1.3 溝道清理疏導

礦山內棄渣堆無序堆放，部分堆放在溝道內及溝岸兩側，不僅擠壓溝道造成溝道多次改道，也使溝道內的水流漫流，不僅威脅下游安全，而且也造成了水土流失現象。為了溝道通暢、規范水流和減少水土流失，在溝岸兩側棄渣堆整平的基礎上，對擠壓溝道和堵塞溝道的棄渣堆進行清理并對現有溝道進行截彎取直，經過清理溝使溝道恢復原始溝道的通暢狀態，并結合鉛絲石籠工程，穩固溝岸及溝岸兩側的棄渣堆。清理出砂石進行回填低洼地帶，部分可用于鉛絲石籠工程墻后回填。

2.1.1.4 鉛絲石籠工程

對棄渣堆擠壓和堵塞的溝道進行清理疏導，使溝道恢復了原有的通暢形態，在此基礎上，為了防止溝道內季節性水流的側蝕和底蝕，在清理疏導后的溝岸兩側修建鉛絲石籠，穩固溝岸，因此，根據現有地形和溝岸形態，在溝岸兩側布設鉛絲石籠，鉛絲石籠頂寬1.0m，底寬1.0m，地上高1.0m，基礎埋深1.5m，迎水面及背水面直立，堤背采用廢渣或碎石土回填。

2.1.2 植物措施

對廢渣堆壓占的土地資源整平后，在場地上部進行0.1～0.3m厚的覆土工程，并且播撒草籽，使其自然恢復。草籽選擇適宜當地種植的，并且萌發快，扎根深，生長迅速，耐寒耐旱等。根據現場調查，主要選用披堿草(Elymus dahuricus)，撒播量為50kg·hm-2。在礦區栽植青海云杉2000多株，云杉定制苗高在1.0m以上，苗木冠幅在0.5m以上，苗色正常，根系發達，頂端無損，無病蟲害。對恢復治理播撒草種的礦區采取圍欄封育措施，形成一個完整的封育區，防止人為活動和放牧破壞植被生長，使得植被更好、快速生長[9]。

2.1.3 修復狀況

根據收集到的資料和現場調查，初步掌握馬蹄鄉煤礦區通過回填廢棄礦洞，整平穩固棄渣，疏導溝道，覆土種草等工程和植物措施，使遭受破壞的自然保護區植被得以恢復，使水源涵養功能基本得到恢復，生態環境逐步趨于良性循環。總體上達到“溝道平整穩固，水流暢通，植被基本恢復，生態環境逐漸改善”的綜合防治體系和治理目標。

2.2 礦區植被狀況分析

通過對礦區修復區和周邊原地貌的植被進行調查，本研究所在礦區為露天煤礦，植物修復措施主要是栽植青海云杉幼苗，覆土種草。栽植的青海云杉平均樹高已達到1.5m，長勢良好。在修復區發現草本植物種類9種，在周邊原地貌共發現植物種類13種，修復區原始散播草種主要為披堿草(Elymus dahuricus)、早熟禾(Poa annua)草種，見表1，經過7年的恢復，以及附近野生草種的侵入，礦區植被已恢復到原生地貌的水平。

礦區所在地植被具有良好的生長狀況，植物根長、植株高度、從植物伴隨著返青到枯黃不斷增大。其中，群落蓋度季節動態變化明顯，在生長旺期已與原生地貌草地80%的蓋度水平相當，根據草本群落指標計算方法統計相關指標，見表2；植株分蘗數也在持續增加，平均每植株可達到20個以上；植株高度在2023年平均達到20cm。

表1 不同區域植被狀況統計表

表2 不同區域植被相關指標統計表

3 結論與討論

肅南縣馬蹄煤礦生態修復措施包括工程措施和植物措施，修復治理后總體達到了“溝道平整穩固，水流暢通，植被基本恢復，生態環境逐漸改善”的綜合防治體系和治理目標。項目的實施，通過地貌景觀恢復，移栽青海云杉，建設水源涵養林1.4hm2，恢復地表植被結構，降低地表徑流沖刷，減少水土流失；恢復的林草地增加了當地植物多樣種類，極大地提高了當地生態效益。

根據現場調查，肅南縣馬蹄鄉有修復治理煤礦8座，除肅南縣馬蹄煤礦，其他均為占用草地、荒地的露天煤礦，修復模式主要為恢復地貌景觀，覆土種草，修復治理模式較為單一，但草本恢復長勢較好，也已與周邊原生地貌沒有太大區別，肅南縣馬蹄煤礦修復模式較為典型，因靠近溝道水源，移栽了青海云杉林，形成了林、灌、草的層次結構，修復治理效果最好。因此，在礦山修復治理中應按照“宜林則林、宜草則草、宜荒則荒”的分類治理原則，實施“一礦一策”生態治理，不能盲目追求層次化、多樣性的修復模式，統籌做好廢棄礦山修復過程中區域和生態的結合。研究表明，采用草種混播的方式可以作為高原礦區復綠的有效措施，在此基礎上采取多草種混播的方式則更有利于群落穩定性增強以及有利于提高草種的成活率，同時對于提高人工草地的生產力及穩定性具有一定的促進作用[10]。根據高山礦區修復治理經驗，草本建議使用如中華羊茅(Festuca sinensis)、苜蓿(Medicago sativa)、星星草(Puccinellia tenuiflora)、冷地早熟禾(Poa crymophila Keng.)、披堿草(Elymus dahuricus)、灌木使用沙棘(Hippophae rhamnoides)、檸條錦雞兒(Caragana korshinskii)、金露梅(Dasiphora fruticosa)等。