湖北省黃梅縣馬尾山鐵礦區(qū)生態(tài)恢復(fù)治理研究

［關(guān)鍵詞］生態(tài)環(huán)境；地質(zhì)災(zāi)害；恢復(fù)治理；黃梅鐵礦

礦產(chǎn)資源是國民經(jīng)濟、社會發(fā)展和人民生活的重要基礎(chǔ)，礦產(chǎn)資源的開發(fā)為人類的生存和發(fā)展源源不斷地提供物質(zhì)和能量的同時，礦山的地質(zhì)環(huán)境也遭受著巨大的改變和破壞[1]。近年來，生態(tài)修復(fù)逐漸成為礦山環(huán)境恢復(fù)治理的核心目標(biāo)和重要手段，國內(nèi)外應(yīng)用廣泛、效果顯著[2-3]。然而，廢棄、閉坑礦山的環(huán)境治理與恢復(fù)是一個復(fù)雜的生態(tài)過程，關(guān)鍵是在了解廢棄、閉坑礦山特性的基礎(chǔ)上進(jìn)行植被的恢復(fù)與重建，進(jìn)而使其生態(tài)系統(tǒng)的功能得到重現(xiàn)[4-5]。

本文以湖北省黃梅縣馬尾山鐵礦區(qū)為例，在礦山特性分析的基礎(chǔ)上，因地制宜開展工程設(shè)計，充分尊重生態(tài)系統(tǒng)的自然屬性并結(jié)合當(dāng)?shù)匾?guī)劃需求，著重考慮工程手段的互補、植被物種的選擇、種植方式的優(yōu)化和后期撫育的管理等環(huán)節(jié)，進(jìn)而開展礦山生態(tài)恢復(fù)治理的理論探索與工程實踐。

1. 研究區(qū)概況

1.1 交通區(qū)位

馬尾山鐵礦區(qū)位于湖北省黃岡市黃梅縣城東約1 km處，行政區(qū)隸屬于黃梅縣黃梅鎮(zhèn)和杉木鎮(zhèn)轄區(qū)。整個礦區(qū)呈NE-SW條帶展布，東西綿延約7.6 km，南北寬約0.9 km，礦區(qū)總面積達(dá)6.744 km²，緊靠G50滬渝高速和G105國道，如圖1所示。

1.2 氣象水文

礦區(qū)屬北亞熱帶大陸性季風(fēng)氣候，光照充足，氣候溫和，雨量充沛，四季分明，無霜期長；年平均氣溫16.7℃，年平均降雨量1293.8mm，非常適合各類植物落根生長和生態(tài)恢復(fù)。區(qū)內(nèi)最大地表水系為北側(cè)的縣河，深15.5～17.5m，寬80～120m，流經(jīng)袁家垅、朱家埂至苗竹林，再經(jīng)三角湖入龍感湖，全長12.5km。

1.3 地形地貌

礦區(qū)整個區(qū)域上地處大別山丘陵向長江沖積平原的過渡地帶，馬尾山鐵礦區(qū)及周圍地勢以丘陵地貌為主，地勢中間高，南北兩側(cè)相對較低。礦區(qū)最高點為東部馬尾山頭，海拔標(biāo)高約+190 m，最低（縣城河）處海拔高程約+20 m，相對高差170 m。區(qū)內(nèi)山脈走向為北東-南西向，山體多呈渾圓狀，自然坡角一般為25°～30°，少數(shù)達(dá)到35°。沖溝發(fā)育，多為南北向，溝谷呈“U”字型。

1.4 植被土壤

礦區(qū)植被主要以馬尾松為主，形成了小面積的次生常綠闊葉林。主要樹種有刺槐、白櫟等；主要灌木叢樹種有火棘、金櫻子、黃檀等。草本植物以禾本科白茅、狗尾草以及青蒿、艾蒿等為主。區(qū)內(nèi)分布的土壤類型有水稻土、紫色土、潮土、紅壤黃砂土和紅黃土等，但主要以紅壤黃砂土、紅黃土為主。紅壤黃砂土分布面積較廣，土層厚度一般、土體疏松，肥力水平較高，適宜各類植物生長；紅黃土因雜有大量的礦物碎渣和砂礫石，因此大部分土壤較貧瘠。

1.5 開采狀況

包括馬尾山礦區(qū)在內(nèi)的整個黃梅鐵礦儲量約5800×10⁴t，平均品位38%，在歷史時期為國家的經(jīng)濟發(fā)展和城市建設(shè)做出過突出貢獻(xiàn)。如今馬尾山礦區(qū)被廢棄，礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境破壞嚴(yán)重，在交通主干道可視范圍內(nèi)地形地貌景觀破壞明顯，并且隨著黃梅縣城向東南發(fā)展，礦山地質(zhì)災(zāi)害將威脅到當(dāng)?shù)鼐用竦纳拓敭a(chǎn)安全。因此，馬尾山礦區(qū)的地質(zhì)環(huán)境問題亟須治理，礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境亟須恢復(fù)。

2. 礦山生態(tài)破壞方式

馬尾山礦區(qū)自20世紀(jì)80年代開始無序開采，加之該區(qū)構(gòu)造活動較強，降雨量充沛，使區(qū)內(nèi)地質(zhì)環(huán)境不斷遭到破壞，并趨于惡化，導(dǎo)致了諸多礦山地質(zhì)環(huán)境問題，如露天開采導(dǎo)致地形地貌景觀和土地破壞，棄渣廢石堆放壓占土地資源，水土流失，露采邊坡局部發(fā)育有崩塌、滑坡等。

2.1 地形地貌景觀破壞

由于開采年代甚早，技術(shù)和觀念不成熟，開采的過程中沒有進(jìn)行合理的規(guī)劃和正規(guī)的開采，最終導(dǎo)致整個礦區(qū)千瘡百孔。在馬尾山鐵礦關(guān)停廢棄以后又出現(xiàn)不少私人盜采情況，使原本就脆弱失衡的生態(tài)環(huán)境雪上加霜。無序的開采使得整個礦區(qū)基巖裸露、植被稀疏、土質(zhì)稀少。

2.2 水土流失

礦區(qū)長期無序開采之后植被銳減，大部分地區(qū)都是直接基巖覆蓋；而研究區(qū)屬北亞熱帶大陸性季風(fēng)氣候，雨量充沛，夏季更是經(jīng)常出現(xiàn)暴雨天氣，在雨水的長期沖刷下，水土大量流失，整個礦區(qū)隨處可見暴雨沖刷過后留下的深水溝。水土的大量流失導(dǎo)致植被本來就稀少的礦區(qū)，生態(tài)狀況更加惡化。

2.3 地質(zhì)災(zāi)害

由于企業(yè)和個人在開采的過程中，并不太注重對環(huán)境的保護，導(dǎo)致整個開采過程是哪兒有礦就在哪兒開采，因而極易造成在邊坡坡腳隨意開采的現(xiàn)象。最終結(jié)果是導(dǎo)致邊坡不穩(wěn)，出現(xiàn)滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害。這些已發(fā)生或潛在的地質(zhì)災(zāi)害，對人民群眾的生命和財產(chǎn)安全，以及對生態(tài)環(huán)境都是巨大的威脅。

3. 礦山恢復(fù)治理難點

3.1 土壤質(zhì)地

由于礦區(qū)長時間無序開采，導(dǎo)致大部分地區(qū)都是基巖出露，土壤稀少。治理區(qū)有土壤的地方，土壤種類也以紅黃土為主，因有大量的礦物碎渣和砂礫石，大部分土壤較貧瘠，基本不符合植物生長需要。因此如何就地取土和解決植被的水分涵養(yǎng)和肥料補充問題是治理恢復(fù)工作的難點之一。

3.2 植被選擇

在這種土質(zhì)稀少的環(huán)境下要進(jìn)行生態(tài)復(fù)綠，就要綜合考慮很多因素。首要任務(wù)就是植被的選擇，既要滿足盡量以本土植物為主，又要選擇盡量屬于耐旱、耐貧瘠的植物。其次種植方法也需要保證這些物種在此環(huán)境下的存活率。因此，選擇什么樣的物種，以什么樣的方式進(jìn)行種植，后期如何進(jìn)行養(yǎng)護都會成為此次礦山恢復(fù)的難點。

3.3 地形地貌

礦區(qū)地貌類型以丘陵壟崗為主，由于數(shù)十年的地下及地上開采，礦區(qū)地形形貌改造劇烈、破壞嚴(yán)重，局部地勢起伏較大。礦區(qū)山間沖溝發(fā)育，溝壑密度及自然坡角較大，部分開采區(qū)甚至形成了高陡邊坡，有的地方高差達(dá)到三十多米，坡度可達(dá)七十多度。因此在如此復(fù)雜的地區(qū)恢復(fù)生態(tài)環(huán)境是極具難度和挑戰(zhàn)性的。

3.4 分區(qū)治理

由于礦區(qū)每個礦段和開采點的情況各不相同，因而將整個礦區(qū)按照地理位置和破壞特征分為六個治理區(qū)進(jìn)行治理，各治理區(qū)的處理方法和工程措施也不盡相同，這也增加了恢復(fù)治理的工作量和難度。六個治理區(qū)中，1#、2#、3#、5#、6#的山前都是開挖的亂掘地，山后都是開挖后留下的巖質(zhì)邊坡，4#基本都是無序開采留下的亂掘地。

3.5 因地制宜

在整個礦山生態(tài)環(huán)境恢復(fù)治理過程中，不僅需要考慮礦山實際情況，還要結(jié)合當(dāng)?shù)亟?jīng)濟水平、整體規(guī)劃以及城市建設(shè)的需要，因地制宜，做出綜合整治方案。根據(jù)區(qū)域發(fā)展規(guī)劃，擬將馬尾山礦區(qū)恢復(fù)建設(shè)為森林公園，因此，如何既能滿足森林公園標(biāo)準(zhǔn)以及美觀的需要，又能更加經(jīng)濟合理地進(jìn)行規(guī)劃、設(shè)計成為恢復(fù)治理的重點。

4. 礦山恢復(fù)治理思路

根據(jù)前述的礦山生態(tài)破壞方式及恢復(fù)治理的難點，治理工作的目標(biāo)是保證礦區(qū)露采邊坡穩(wěn)定、坡面徑流通暢、坡面連續(xù)，大大降低水土流失，并且恢復(fù)礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境、土地資源[6]。因此治理工程包括坡腳格賓支擋、坡面平整（局部削坡和回填）、部分露采邊坡后緣落石攔截，棄渣堆整平綠化等。恢復(fù)治理工程總體部署思路如下：

（1）礦區(qū)內(nèi)的露采邊坡當(dāng)前處于穩(wěn)定狀態(tài)，但部分邊坡局部在強降雨下可能出現(xiàn)表層溜滑，因此在距坡腳1.5m處修建格賓擋墻，擋墻內(nèi)側(cè)回填，在填土區(qū)分別種植垂藤、喬木、灌木和爬藤植物，起到加固坡腳、攔截落石和綠化的效果；

（2）坡度稍緩但基巖大部分裸露的露采邊坡采用覆土+麥克墊+復(fù)綠（草+灌木）的方式進(jìn)行治理。坡度陡峭且基巖裸露的露采邊坡區(qū)采用坑穴法或者漿砌片石槽種植爬藤植物復(fù)綠；

（3）面積較小的露天采坑直接回填，面積較大的露天采坑根據(jù)條件可直接改造為水池，作為治理區(qū)植物灌溉用水來源；

（4）廢棄渣堆區(qū)進(jìn)行整平，面積較大且地勢平緩的渣堆區(qū)則作為預(yù)留建設(shè)用地，面積小或地勢較陡的渣堆則直接覆土、播草、植樹綠化。

5. 治理工程

5.1 格賓擋墻

1#、2#和6#治理區(qū)露采邊坡下部均有道路進(jìn)出，雖然該處露采邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)，但坡腳處堆積物一般較松散，易遭受坡面徑流，因此設(shè)置格賓擋墻一道，起到加固坡腳、攔截滾石的作用，同時也便于邊坡綠化。

1#治理區(qū)格賓擋墻長度為44 m，2#治理區(qū)格賓擋墻長度為145 m，6#治理區(qū)格賓擋墻長度為231 m，格賓擋墻總長為420 m。參照《滑坡防治工程設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范》（DZ/T 0219-2006），確定工程安全等級為三級。

計算方法采用不平衡推力法，設(shè)計一般工況時抗滑動安全系數(shù)按取1.20，抗傾倒安全系數(shù)為1.60，最不利組合工況時抗滑動安全系數(shù)按取1.05，抗傾倒安全系數(shù)為1.20。對坡面進(jìn)行天然和暴雨兩種工況下的穩(wěn)定性計算，在治理1#、2#和6#治理區(qū)部署格賓擋墻尺寸均為頂寬1.0 m，底寬1.5 m，高2.0 m（其中基礎(chǔ)埋深0.5 m），由兩級格賓籠組成（圖2）。

5.2 坡面平整

根據(jù)各治理區(qū)工程部署中典型設(shè)計剖面的坡率進(jìn)行坡面平整，在需要填方段回填，回填首先回填雜棄土，然后回填碎石土并進(jìn)行壓實，壓實度達(dá)到80%。坡面平整中的挖方和填方量計算按實測現(xiàn)狀地形剖面和設(shè)計后剖面，采用斷面法計算體積。根據(jù)各斷面面積的變化，其斷塊幾何形態(tài)可視為不規(guī)則之棱柱體、棱臺體。

坡面平整由土方開挖、運輸、填方、壓實等工序組成。根據(jù)各治理區(qū)露采邊坡形態(tài)以及渣堆場地形，可采用機器和人力相結(jié)合的施工方法，具體操作方法如下：①施工前進(jìn)行測量控制、施工放線、設(shè)置臨時工程；②填方段應(yīng)經(jīng)過專門的設(shè)計，與削方相結(jié)合。當(dāng)填方段邊坡原始底面坡度＞15°時，需要對底面開挖臺階以增加抗滑穩(wěn)定性；③為保證填方的穩(wěn)定性，對填方的雜棄土層和碎石土層需要進(jìn)行分層壓實，其中碎石土的壓實度控制在80%；④回填壓實前應(yīng)首先布置支擋結(jié)構(gòu)，以確保填方邊坡的穩(wěn)定性，自上而下分臺階壓實，以提高邊坡的整體穩(wěn)定性。

5.3 綠化工程

（1）格賓擋墻區(qū)綠化

格賓擋墻內(nèi)側(cè)回填，其中底部回填500 mm的碎石，然后回填800 mm的客土，并壓實。靠近格賓擋墻30 cm 處種植迎春花植物，距坡面線與回填土交線30 cm處種植爬山虎植物，藤類植物中間則分別種植樟樹和夾竹桃，植物樹齡選用2年。植物均采用穴植法，其中藤類和灌木坑穴規(guī)格為400 mm×400 mm×400 mm，喬木坑穴規(guī)格為1000 mm×1000 mm×800 mm。

藤類和灌木坑穴自下而上回填200 mm的有機肥和200mm的壓實土，喬木坑穴自下而上回填300mm的有機肥、200 mm的壓實土（壤土，壓實度為80%左右）和300 mm的疏松土（壤土）。藤類植物水平間距為0.5m ，灌木水平間距為1.5m，喬木水平間距為2.0 m。

（2）斜坡綠化

一般坡面平整厚覆土300～500 mm的耕植土，坡面以灌木、喬木相間隔種植，等間距坑植為1500 mm×1500 mm。喬木坑穴規(guī)格為1000 mm×1000 mm×800 mm，灌木坑穴規(guī)格為400 mm×400 mm×400 mm。

喬木坑穴自下而上回填300mm 的有機肥、200 mm 的壓實土（壤土，壓實度為80% 左右）和300 mm的疏松土（壤土）。藤類和灌木坑穴自下而上回填200m的有機肥和200 mm的壓實土。

6#治理區(qū)西段邊坡碎石土覆蓋厚度小，且坡角低于45° ，則坡面平整后，鋪設(shè)麥克墊，然后覆土500 mm，最后進(jìn)行撒播草籽并種植灌木綠化。

（3）平臺綠化

若平臺作為建設(shè)預(yù)留用地，則平臺平整后僅撒播草籽。其他平臺平整后覆土500 mm，采用穴植法種植喬木和灌木。喬木坑穴規(guī)格為500 mm×500 mm×700 mm，灌木坑穴規(guī)格為400 mm×400 mm×400 mm。

喬木坑穴自下而上回填300 mm 的有機肥、200 mm 的壓實土（壤土，壓實度為80% 左右）和200 mm的疏松土（壤土）。藤類和灌木坑穴自下而上回填200 mm的有機肥和200 mm的壓實土。喬木等間距坑植為3000 mm×3000 mm，喬木之間種植灌木。

（4）裸露基巖綠化

處于露采邊坡上部的裸露基巖區(qū)直接在下部采用穴植法種植爬藤植物，因露天開采形成的陡峭（＞70°）基巖邊坡則在坡腳處修建漿砌片石槽盛土綠化。漿砌片石槽寬200 mm，高700 mm（其中基礎(chǔ)埋深300 mm），每隔10 m 設(shè)置伸縮縫一道。槽內(nèi)先回填100 mm的有機肥，然后回填300 mm的壤土。

2#治理區(qū)西段距離基巖邊坡坡腳400 m 設(shè)置漿砌片石槽，長49 m。內(nèi)植爬藤植物，間距0.5 m。5#治理區(qū)距基巖邊坡坡腳1000 mm處設(shè)置漿砌片石槽，長170 m。內(nèi)植爬藤植物和夾竹桃各一行，其間距分別為0.5 m和1.5 m。

（5）撒播草籽

草籽多選擇適合本地區(qū)生長的品種，還需要注意選擇抗旱性、抗逆性和生態(tài)位不同的品種。通常采用冷季節(jié)型和暖季節(jié)型的槽中撒播，可在營養(yǎng)補給、抗逆性等方面互補，確保四季常青，達(dá)到良好的水土保持和100%綠化覆蓋率和綠化效果。

撒播草籽覆蓋本次設(shè)計的所有區(qū)域，撒播時保證覆蓋率在85%以上，邊坡靠上部分應(yīng)適當(dāng)增加用量。草籽由混合植物種子組成，具體如表1所示。

5.4 植被選擇

根據(jù)礦區(qū)土壤和氣候條件以及林業(yè)部門多年荒山造林經(jīng)驗，植被恢復(fù)選擇生物生態(tài)特性與礦區(qū)的小流域立地條件相適應(yīng)，且根系發(fā)達(dá)、速生、鄉(xiāng)土植物或礦區(qū)種植成功的優(yōu)良植物（表2）。恢復(fù)治理工程選擇的種植植物有：

（1）喬木

喬木主要選擇樟樹、銀杏、鵝掌楸、楓香、山烏桕等樹種。

（2）灌木

灌木主要選擇映山紅、烏飯、夾竹桃灌木。

（3）藤植物

爬藤選擇爬山虎、常春藤等攀緣植物，垂藤則選擇迎春花。

5.5 撫育管理

造林后3～5年內(nèi)對幼林進(jìn)行撫育。包括除草、松土、施肥、澆水、病蟲害防治等。

（1）水肥管理

土壤水分不足或過剩均影響林木根系的正常生理活動，因此要做好工程區(qū)的土壤水分調(diào)控，林木種植后第一年，旱季每10天澆水一次，第二、三年每半月澆水一次。

礦區(qū)土層土壤肥力差，造林后1～2年，每年追施1～2次復(fù)合肥，每次每畝施3～4kg，以加快林木生長。

（2）人工補植

幼林成活低于95%要及時補植，邊坡撒苗后出苗率低的地段也應(yīng)及時補種。

（3）病蟲害防治

植被工程一定程度上會有蟲害的發(fā)生，要加強管理，注意適時疏伐，使林木生長健壯，病蟲害發(fā)生概率減小。須做好病蟲害預(yù)測、預(yù)報，發(fā)現(xiàn)病蟲害發(fā)生要及時治理。

（4）森林防護

工程區(qū)應(yīng)長期設(shè)置管護人員，防止人畜踐踏及森林火災(zāi)。

6. 結(jié)語

本文以湖北省黃梅縣馬尾山鐵礦區(qū)為例，通過生態(tài)恢復(fù)治理的先進(jìn)理念和工程實踐，總結(jié)出以下經(jīng)驗：①礦山生態(tài)恢復(fù)治理必須要了解礦山破壞的方式、掌握生態(tài)系統(tǒng)的自然屬性和特點并結(jié)合當(dāng)?shù)匾?guī)劃的需求，對癥下藥進(jìn)行合理布局和設(shè)計才能讓礦山生態(tài)環(huán)境高效、快速恢復(fù)；②在礦山生態(tài)恢復(fù)治理工程實踐中，礦山的特性分析、恢復(fù)物種的選擇、治理方案的設(shè)計、后期的施工及養(yǎng)護在整個礦山環(huán)境恢復(fù)治理過程中舉足輕重、環(huán)環(huán)相扣、缺一不可，其中植被的選取、種群的恢復(fù)以及后期的撫育管理是關(guān)鍵。