中小型矸石堆場(chǎng)免覆土生態(tài)治理技術(shù)研究

摘 要：以攀枝花市某煤礦中小型矸石堆場(chǎng)為研究對(duì)象，提出了一種集坡面生態(tài)防護(hù)、集水裝置、土壤改良和植被配置為一體的適用于中小型矸石堆場(chǎng)邊坡植被的免覆土快速恢復(fù)技術(shù).通過(guò)坡面治理技術(shù)、土壤改良技術(shù)和植物修復(fù)技術(shù)，制定修復(fù)方案，以改善邊坡的立地條件，降低矸石堆場(chǎng)對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響.研究表明，該方法實(shí)施150 d后，研究區(qū)植被覆蓋度達(dá)95%以上，植物存活率達(dá)到95%以上，水土流失率減少了85%以上，顯著提高了矸石堆場(chǎng)邊坡植被的恢復(fù)效果，降低了矸石堆場(chǎng)對(duì)周邊生態(tài)環(huán)境的影響.該研究為中小型煤矸石堆場(chǎng)免覆土生態(tài)修復(fù)提供了一種有效的技術(shù)手段，有望推動(dòng)矸石堆場(chǎng)的生態(tài)重建及礦區(qū)環(huán)境的良性發(fā)展.

關(guān)鍵詞：中小型矸石堆；免覆土技術(shù)；生態(tài)治理

中圖分類號(hào)：X53

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引 言

矸石堆是在礦山井下巷道、煤炭開(kāi)采與洗選過(guò)程中形成的，富含金屬、堿土金屬和硫化物的黑灰色巖石堆積物.據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年產(chǎn)生約3.0×108 t的煤矸石［1-4］，現(xiàn)已形成1 500余座矸石山，積存量約4.0×109 t，占地面積約2.3×105 hm2，并逐年增加，已成為煤炭行業(yè)產(chǎn)量最大、積存量最多的固體廢棄物［5-6］.近年來(lái)，我國(guó)學(xué)者為解決矸石堆場(chǎng)的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，就煤矸石綜合利用進(jìn)行了研究，但利用率仍較低，尚不足以解決矸石堆場(chǎng)的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題.大量的煤矸石露天堆放，不僅會(huì)影響礦區(qū)自然景觀，造成土壤環(huán)境污染，還可能誘發(fā)矸石堆場(chǎng)周邊環(huán)境生態(tài)功能受損，水土流失加劇，引發(fā)大面積滑坡、崩塌和泥石流等次生災(zāi)害，威脅礦區(qū)周邊生態(tài)安全.同時(shí)，煤矸石因風(fēng)化、自燃排放大量廢氣，誘發(fā)各種呼吸疾病，對(duì)周邊居民生活及身體健康產(chǎn)生影響［7-8］.對(duì)矸石堆場(chǎng)進(jìn)行修復(fù)、改善礦區(qū)生態(tài)環(huán)境已成為亟需解決的問(wèn)題.

目前，覆土治理技術(shù)是最常用的修復(fù)方法，針對(duì)高溫干旱、缺水少土地區(qū)廢棄礦山的修復(fù)，尤其是中小型矸石堆場(chǎng)礦山邊坡生態(tài)問(wèn)題，多數(shù)采用覆土治理技術(shù)，但該技術(shù)普遍存在著成本昂貴、工程量大、施工困難、植被存活低、坡體穩(wěn)定性差與土壤濺蝕嚴(yán)重等弊端，無(wú)法大范圍普及與推廣.基于上述研究背景，本研究提出了一種免覆土生態(tài)治理技術(shù)，以坡面生態(tài)防護(hù)、集水裝置、土壤改良和植被配置為一體的免覆土生態(tài)修復(fù)邊坡植被快速恢復(fù)方法.該方法有效實(shí)現(xiàn)了邊坡的快速綠化、固體廢物的二次利用及矸石堆場(chǎng)生態(tài)環(huán)境的改善，為其他中小型矸石堆場(chǎng)的生態(tài)修復(fù)提供了可行的參考.

1 研究區(qū)概況

本研究以攀枝花市某礦區(qū)的矸石堆場(chǎng)為研究對(duì)象，探索中小型矸石堆場(chǎng)免覆土生態(tài)修復(fù)技術(shù).該研究區(qū)位于26°06′～27°19′N、102°15′～108°08′E，年均氣溫21.7 ℃，年均降雨量 818.9 mm，干季、雨季分明，日照時(shí)數(shù)長(zhǎng)，水分蒸發(fā)量大，是典型的干旱地區(qū)［9］.土壤類型主要以中性黃棕壤土為主［8］，受矸石堆場(chǎng)影響，礦區(qū)周邊的農(nóng)業(yè)種植面積較小；受干旱氣候影響，該區(qū)域的植物主要以草本植物和灌木為主.土體中含有大量的重金屬物質(zhì)，土壤營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)匱乏、植被稀少，水土流失嚴(yán)重，裂縫和坍塌等地質(zhì)災(zāi)害時(shí)常發(fā)生.該地區(qū)煤礦從1964年被挖掘，至今煤礦總開(kāi)采量高達(dá)2.0×108 t，產(chǎn)生了大量的煤矸石，形成了灰家所和灰槽子2座大型矸石堆場(chǎng)及數(shù)10處中小型矸石堆，總面積高達(dá)135.6 hm2，約5.6×106 t.

該礦區(qū)的中小型矸石堆高度平均為50 m，坡度平均為40°，遭遇特大暴雨和地震等自然災(zāi)害時(shí)極易導(dǎo)致堆場(chǎng)滑坡或泥石流.該矸石堆場(chǎng)露天裸露，坡面無(wú)適宜植被存活的土壤基質(zhì)，缺乏植被覆蓋，揚(yáng)塵污染嚴(yán)重，在風(fēng)力、降雨的催化，以及陽(yáng)光和生物因子的作用下，向空氣中排放CO和CO2等氣體.

2 生態(tài)治理技術(shù)路線

目前，針對(duì)高溫干旱與缺水地區(qū)的廢棄礦山邊坡植被快速修復(fù)技術(shù)，目的性都過(guò)于單一，且普遍存在著生態(tài)適宜性差、修復(fù)效率低、效果期短與修復(fù)效果差等問(wèn)題，不能從根本上解決中小型矸石堆場(chǎng)的生態(tài)問(wèn)題.為此，本研究提出了一種適用于中小型矸石堆場(chǎng)或干旱地區(qū)礦山邊坡植被的免覆土快速恢復(fù)技術(shù)方案（見(jiàn)圖1）.該方案集坡面生態(tài)防護(hù)、集水裝置、土壤改良及植被配置等多種方法，以改善邊坡立地條件為目的，使植被快速恢復(fù)到自然生態(tài)的狀態(tài).該技術(shù)先對(duì)需修復(fù)的矸石堆場(chǎng)進(jìn)行坡面整理，采用臺(tái)階式削坡來(lái)穩(wěn)定邊坡，每一級(jí)平臺(tái)內(nèi)側(cè)設(shè)生態(tài)截水溝，每隔一定距離設(shè)置沉沙池和集水坑.集水坑內(nèi)裝有集水裝置并與沉沙池和截水溝相連接，集水裝置的另一端設(shè)有可控排水口，連接到坡面灌溉系統(tǒng)以收集并合理利用坡面徑流，同時(shí)防止坡面沖刷和水土流失.平臺(tái)和坡面增添營(yíng)養(yǎng)層，促進(jìn)植物的生長(zhǎng)；每一級(jí)平臺(tái)開(kāi)挖種植穴，每一級(jí)坡面鋪設(shè)生態(tài)袋和生態(tài)毯，并將改良土壤與異地客土混合填充于種植穴、生態(tài)袋和生態(tài)毯內(nèi)，為植物生長(zhǎng)提供良好的生長(zhǎng)條件.最后進(jìn)行適宜的喬灌草植被配置，以全面改善邊坡生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)植被快速恢復(fù).相較于其他傳統(tǒng)修復(fù)技術(shù)，該技術(shù)不僅有操作簡(jiǎn)便、成本低與效果顯著等諸多優(yōu)點(diǎn)，還能有效改善中小型矸石堆場(chǎng)的生態(tài)環(huán)境，增強(qiáng)煤炭等行業(yè)環(huán)境污染防治能力.

2.1 邊坡生態(tài)修復(fù)技術(shù)

傳統(tǒng)的邊坡防護(hù)技術(shù)，忽略了生態(tài)景觀的恢復(fù)，邊坡生態(tài)修復(fù)技術(shù)是指通過(guò)人工手段來(lái)恢復(fù)邊坡環(huán)境，通過(guò)植物根系的固著作用穩(wěn)固土壤，加固坡面結(jié)構(gòu)，并美化邊坡環(huán)境的工程技術(shù)體系［10］.邊坡生態(tài)修復(fù)技術(shù)不僅能加強(qiáng)邊坡的穩(wěn)定性，也能恢復(fù)植被景觀.煤矸石露天堆放長(zhǎng)時(shí)間積累，導(dǎo)致邊坡與基巖裸露缺乏土層，造成地表植物破壞.考慮到邊坡較陡，水土難以保持，植物難以存活，自然修復(fù)效果較差，需要采取人為的技術(shù)手段來(lái)達(dá)到修復(fù)目的［11-14］.目前，邊坡生態(tài)修復(fù)技術(shù)主要方法有覆土綠化、生態(tài)袋綠化和掛網(wǎng)綠化等.

本研究以邊坡生態(tài)修復(fù)技術(shù)為基礎(chǔ)，提出工程措施和生物措施相結(jié)合的坡面整理方法.工程措施主要采用臺(tái)階式削坡，將邊坡從上到下分層進(jìn)行削平，每層間通過(guò)坡度逐漸變緩或設(shè)置凸弧形翻蓋過(guò)渡，使得下一層能夠比上一層更加穩(wěn)定，并有效削減因斜坡形狀對(duì)下方坡腳的沖擊力.臺(tái)階式削坡可延長(zhǎng)邊坡的使用壽命，減少維護(hù)費(fèi)用，有助于邊坡穩(wěn)定.生物措施主要采取生態(tài)毯護(hù)坡面，生態(tài)袋護(hù)坡腳等方式，柔性強(qiáng)，適用于各種地形復(fù)雜的邊坡，同時(shí)具有良好的防護(hù)作用.相對(duì)于傳統(tǒng)邊坡修復(fù)技術(shù)，避免人為硬化，降低了對(duì)生態(tài)環(huán)境的干擾，同時(shí)采用生物措施使植被快速恢復(fù)，達(dá)到生態(tài)修復(fù)效果.

2.2 土壤改良技術(shù)

土壤改良是通過(guò)人為干預(yù)將不利于植物生長(zhǎng)的土壤環(huán)境，使其轉(zhuǎn)化為適宜植被生長(zhǎng)的土質(zhì)類型.土壤改良的措施主要有物理措施、化學(xué)措施、生物措施及工程措施［15］.土壤改良劑能夠有效提高土壤養(yǎng)分含量，改善理化性質(zhì)，促進(jìn)土壤團(tuán)粒的形成，降低土壤密度，增加土壤持水保肥性等，一般由有機(jī)肥、生物菌有機(jī)材料和無(wú)機(jī)肥等組合而成，可根據(jù)原料劃分為天然無(wú)機(jī)原料類、廢棄物原料、天然高分化合物、人工合成改良劑、天然—合成共聚物類和生物改良劑等［15-16］.

本研究采用自制的改良性聚丙烯酰胺（rPAM）、改良性高吸水樹(shù)脂（rSAP）、風(fēng)化成土復(fù)合菌劑 （VA）、生境改良菌劑 （EM）與粘黏營(yíng)養(yǎng)劑（營(yíng)養(yǎng)污泥、菌渣和生物質(zhì)）的復(fù)合土壤改良劑.將原狀表土或異地客土添加保水劑與復(fù)合微生物菌肥混合作為改良種植土，并與植被配置相結(jié)合，提高植被覆蓋率，減少水土流失，改善矸石堆場(chǎng)的生態(tài)環(huán)境.

rPAM是通過(guò)丙烯腈和水在骨架銅催化劑作用下直接反應(yīng)，再經(jīng)離子交換聚合與磨粉等加工工序得到的聚合產(chǎn)物，具有抗逆保水、保墑聚肥和促進(jìn)生長(zhǎng)的功能.rSAP是通過(guò)聚合交聯(lián)、羧甲基化、淀粉接枝共聚與纖維素接枝等過(guò)程的共聚產(chǎn)物，具有吸水抗旱、保土保肥和促進(jìn)植物生根等多種優(yōu)異性能.VA是一種含有優(yōu)化泡囊—叢枝菌根微生物菌種組合的復(fù)合微生物制劑，經(jīng)過(guò)配比、溫度、水分與pH等因素的調(diào)控和優(yōu)化，改良土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤肥力，促進(jìn)植物生長(zhǎng).EM是一種復(fù)合微生物制劑，所含的微生物功能菌，能通過(guò)改善土壤結(jié)構(gòu)、調(diào)整酸堿度，以及改善水分、養(yǎng)分、空氣和熱量狀況，改善生境狀況，促進(jìn)植物生長(zhǎng).

2.3 植被修復(fù)技術(shù)

植物與土壤存在著互利共生的關(guān)系，土壤通過(guò)植物維持生態(tài)環(huán)境，植物則依賴土壤中的養(yǎng)分生長(zhǎng)發(fā)育.植物修復(fù)是利用綠色植物來(lái)轉(zhuǎn)移、容納或轉(zhuǎn)化污染物以消除環(huán)境污染，主要用于重金屬污染的治理和鹽堿土壤改良等方面.目前，鑒于礦山等植被稀少且干旱的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，常采用 “原位微生物基質(zhì)改良+直接植被” 的修復(fù)技術(shù)，該技術(shù)首先通過(guò)調(diào)節(jié)土壤中的微生物群落，構(gòu)建人工或半人工的生態(tài)系統(tǒng)，再利用植物穩(wěn)定重金屬，控制其遷移，從源頭上控制重金屬的污染，達(dá)到生態(tài)修復(fù)的目標(biāo)［17-21］.

本技術(shù)采用喬灌草為主的植被修復(fù)模式，并與土壤改良劑結(jié)合，使修復(fù)效果更為顯著.在每一級(jí)坡面上的生態(tài)袋和生態(tài)毯中添加灌草類植物種子，并在每一級(jí)臺(tái)階平臺(tái)上的種植穴內(nèi)種植喬灌木和經(jīng)濟(jì)植物，以達(dá)到快速綠化的目的.同時(shí)，在林下撒播混合草籽，可進(jìn)一步增加恢復(fù)物種的多樣性.植被選擇耐旱與耐貧瘠的樹(shù)種，并根據(jù)坡面整理措施篩選植被，避免配置不當(dāng)產(chǎn)生出苗率低與修復(fù)效果差等問(wèn)題.結(jié)合土壤改良劑，協(xié)同改善土壤質(zhì)量，增強(qiáng)植物生長(zhǎng).土壤改良劑具有保水、保肥和改良土壤結(jié)構(gòu)等多個(gè)功能，能夠改善植物的生長(zhǎng)條件，增加植被覆蓋率，提高抗逆能力和修復(fù)效果.

3 實(shí)施過(guò)程

建立攀枝花礦區(qū)矸石堆場(chǎng)生態(tài)治理示范區(qū)2 000 m2，前期主要對(duì)矸石堆坡面進(jìn)行整修和坡面集水裝置安裝，后期主要借助自主選育的生態(tài)恢復(fù)物種，輔以自制的rPAM、rSAP、VA和EM等土壤改良菌劑，實(shí)現(xiàn)矸石堆場(chǎng)的快速綠化.

3.1 前期試驗(yàn)內(nèi)容

3.1.1 邊坡生態(tài)防護(hù)

2021年7月至2021年9月，針對(duì)攀枝花某礦區(qū)中小型矸石堆場(chǎng)的設(shè)施條件和生態(tài)環(huán)境，本試驗(yàn)首先對(duì)矸石堆坡面進(jìn)行整修和坡面集水裝置的安裝.對(duì)坡度大于30°，坡長(zhǎng)大于12 m的邊坡進(jìn)行臺(tái)階式削坡，使每一級(jí)坡面長(zhǎng)10～12 m，坡面與平臺(tái)均增添25～30 cm的營(yíng)養(yǎng)層，以提供植物生長(zhǎng)所需的養(yǎng)分和水源.在坡腳處鋪設(shè)8～12層生態(tài)袋，上方鋪設(shè)生態(tài)毯進(jìn)行植物種植，以保持植物的附著力和邊坡穩(wěn)定性.每一級(jí)臺(tái)階平臺(tái)寬度為3.0～4.0 m，平臺(tái)上開(kāi)挖種植穴，并靠坡腳開(kāi)設(shè)截水溝，以確保植物生長(zhǎng)所需的水源.

1）增添營(yíng)養(yǎng)層.覆土技術(shù)適用于坡度平緩與面積較大的矸石堆，對(duì)形成的邊坡階段平臺(tái)或終了平臺(tái)采取廢渣清理、土地平整與覆土綠化的方式進(jìn)行植被恢復(fù)［11］.傳統(tǒng)的覆土技術(shù)需要大量土壤，不僅增加了成本，還加重了對(duì)土地資源的壓力.2021年8月30日，本試驗(yàn)針對(duì)攀枝花某礦區(qū)中小型矸石堆的特點(diǎn)，對(duì)于坡度較大的邊坡進(jìn)行臺(tái)階式削坡處理后向裸露的坡面增添25～30 cm營(yíng)養(yǎng)層.營(yíng)養(yǎng)層由30%泥炭、10%椰糠、10%發(fā)酵羊糞和10%珍珠巖組成，不僅能提供植物的養(yǎng)分需求，還能增加土壤的保水保肥能力.在坡面和平臺(tái)上增添營(yíng)養(yǎng)層，可以有效促進(jìn)植物的生長(zhǎng)，同時(shí)減少對(duì)土壤資源的壓力.

2）鋪設(shè)生態(tài)袋和生態(tài)毯.為了提高植物在矸石堆場(chǎng)的存活率，本研究采用生態(tài)袋和生態(tài)毯的方法進(jìn)行種植.生態(tài)袋是由聚丙烯或聚酯纖維為原材料制成雙面熨燙針刺無(wú)紡布加工而成的土工袋，具有透水不透砂的特點(diǎn)［22-25］，使其水分能快速滲透到植物根系所在的土壤中，有效提高植物生長(zhǎng)的適宜度，將其與種子相互結(jié)合，不僅具有植物防護(hù)的優(yōu)點(diǎn)，又能維護(hù)邊坡的穩(wěn)定性.生態(tài)毯是一種水土保持產(chǎn)品，具有一定厚度和保水保肥能力，能有效防止水和土壤的流失，其主要由植物纖維或合成纖維與種子植生帶復(fù)合的產(chǎn)品，目前是最簡(jiǎn)單、最有效、最適宜高陡與砂質(zhì)邊坡的生態(tài)防護(hù)措施［26-27］.2021年9月5日，本試驗(yàn)在坡腳處鋪設(shè)8～12袋生態(tài)袋，并在其上方鋪設(shè)生態(tài)毯進(jìn)行植物種植，以保持植物的附著力和邊坡穩(wěn)定性.

3）開(kāi)挖種植穴和截水溝.2021年9月10日，在每一級(jí)臺(tái)階平臺(tái)上開(kāi)挖種植穴，尺寸為直徑50～90 cm，深40～70 cm，穴間距3.0～4.0 m.在平臺(tái)內(nèi)側(cè)開(kāi)設(shè)生態(tài)截水溝，梯形斷面，內(nèi)側(cè)鋪設(shè)土工布，土工布上鋪設(shè)生態(tài)袋，尺寸為上底寬0.80 m，下底寬0.40 m，深度高0.50 m，縱向坡度為8.5°.這樣有效避免了水土流失，同時(shí)為植物生長(zhǎng)繁殖提供了豐富的水源和養(yǎng)分.

3.1.2 安裝集水裝置

為了提高水資源的利用效率，本研究于2021年10月13日在坡腳處安裝集水裝置.按照坡面長(zhǎng)度每隔15～25 m開(kāi)挖沉沙池和集水坑，沉沙池尺寸為長(zhǎng)×寬×深＝1.5 m ×1.2 m × 0.8 m，內(nèi)側(cè)鋪設(shè)土工布，土工布之上鋪設(shè)農(nóng)用塑料薄膜，厚度為0.030 mm.集水坑尺寸為長(zhǎng)×寬×深＝2.2 m × 1.8 m × 1.0 m，內(nèi)側(cè)鋪設(shè)土工布，土工布之上安裝集水袋.集水袋放于集水坑中，與沉沙池通過(guò)進(jìn)水管道相連.沉沙池上鋪設(shè)的塑料薄膜連接集水袋，兩者之間有濾網(wǎng)過(guò)濾水分和沉淀物質(zhì).集水袋一側(cè)的接口為進(jìn)水口，在進(jìn)水口處安裝蝶式單向閥，集水袋另一側(cè)連接排水管.排水管的外端為裝有閥門(mén)的可控排水口，與坡面灌溉系統(tǒng)相連.以該方法安裝的集水裝置可以從坡面上自然流下的水分中收集并過(guò)濾其中的沉淀物質(zhì)和雜質(zhì)，提高了水資源的利用效率和植物的生長(zhǎng)條件.同時(shí)，排水系統(tǒng)能夠進(jìn)一步將集水裝置中不必要的水分排出，以保證集水系統(tǒng)和灌溉系統(tǒng)的平衡和正常運(yùn)行.在傳統(tǒng)集水系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步優(yōu)化和改進(jìn)后的集水裝置主體結(jié)構(gòu)大致如圖2所示.

3.1.3 土壤改良劑的選用

2021年11月，向每立方異地客土添加22 g rPAM、11 g rSAP、18 g VA、6 g EM與23 g粘黏營(yíng)養(yǎng)劑的復(fù)合土壤改良劑，500 g復(fù)合微生物菌肥，作為改良種植土，填充于種植穴、生態(tài)袋與生態(tài)毯中，以促進(jìn)植物的根系生長(zhǎng)和水分利用.

3.1.4 植被配置

按照“適地適樹(shù)、適地適草”的原則，根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂蚺c土壤等環(huán)境因素，先后選擇了12種適宜于矸石堆場(chǎng)生態(tài)恢復(fù)的優(yōu)勢(shì)野生植物和先鋒植物，包括黃連木、花椒、牛角瓜、牛筋草、狼尾草、鐵線草、狗尾草、白茅、田菁、蕓香草、百日菊和野青茅.這12種植物具有生長(zhǎng)速度快、再生能力強(qiáng)、生殖繁殖快、耐貧瘠與抗逆性強(qiáng)等特點(diǎn)，可有效地提高矸石堆場(chǎng)的植被覆蓋率和生態(tài)環(huán)境質(zhì)量.

3.2 后期試驗(yàn)內(nèi)容

3.2.1 驗(yàn)證土壤改良劑效果

實(shí)地驗(yàn)證矸石風(fēng)化成土復(fù)合菌劑 （VA和EM）、生境改良專用材料 （rPAM和rSAP） 的風(fēng)化成土與保水保肥性能.

1）試驗(yàn)田驗(yàn)證.2022年1月至2022年5月，將土壤改良劑按0、10、20、25、30、40和50 mg/kg的比例施用，并將施加改良劑的土壤作為對(duì)照組，對(duì)植物的生長(zhǎng)狀況、根系形態(tài)、苗高和葉片等多個(gè)指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和比較，明確了使用量為20 mg/kg時(shí)，風(fēng)化成土、保水積肥及植被生長(zhǎng)情況最優(yōu).

2）土壤理化性質(zhì)分析.2022年5月，對(duì)土壤改良劑與目標(biāo)土壤混合后的土樣進(jìn)行理化性質(zhì)分析，結(jié)果見(jiàn)表1.發(fā)現(xiàn)該土壤改良劑有效改善了土質(zhì)結(jié)構(gòu)、有機(jī)質(zhì)、酸堿值、養(yǎng)分含量及陽(yáng)離子交換量等指標(biāo)，并且穩(wěn)定性好，效果明顯，持久性強(qiáng).

3）長(zhǎng)期跟蹤觀察.對(duì)經(jīng)過(guò)土壤改良劑處理區(qū)域種植的植被進(jìn)行長(zhǎng)期持續(xù) （2022年6月至2023年4月） 跟蹤觀察，發(fā)現(xiàn)植被長(zhǎng)勢(shì)良好，株體較大，根系發(fā)達(dá)，新梢生長(zhǎng)茂盛，群落整體以黃連木、花椒及狼尾草為優(yōu)勢(shì)種.

3.2.2 植物栽培

1）確定種植結(jié)構(gòu)和密度.在矸石堆場(chǎng)表面裸露的情況下，植物的根莖成長(zhǎng)會(huì)受到影響.因此在選擇植物種類的前提下，要考慮植被的種植密度，使植被能夠郁閉，穩(wěn)定地進(jìn)行光合作用［28］，從而形成穩(wěn)定的植被覆蓋.再結(jié)合土壤改良技術(shù)，改善土壤中微生物結(jié)構(gòu)，使植被和矸石堆的生態(tài)環(huán)境起相互衍生的作用［7，29］，構(gòu)建穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)，從而達(dá)到修復(fù)的目的.黃連木種植間距為8.0 m × 8.0 m，密度為746株/hm2 ；花椒種植間距為4.0 m×4.0 m，密度為1 840株/hm2，牛角瓜種植間距為1.5 m × 1.5 m，密度為1 990株/hm2.苗木種植后，在林下、生態(tài)袋及生態(tài)毯中均勻地撒播牛筋草、狼尾草、鐵線草、狗尾草、白茅、田菁、蕓香草、百日菊和野青茅.

2）確定種植時(shí)間.矸石堆場(chǎng)的環(huán)境比較惡劣，新形成的矸石堆pH值較低，含有大量的磷酸鹽，不適宜當(dāng)年種植，應(yīng)經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的風(fēng)化后再進(jìn)行栽培.根據(jù)干旱程度的不同，選擇合適的種植時(shí)間，有利于植被生長(zhǎng)及矸石堆生態(tài)環(huán)境的改善.2022年4月，移栽黃連木150株，花椒苗220株，牛角瓜320株；2022年5月，撒播牛筋草、狼尾草、鐵線草和狗尾草等9種草本植物；2022年6月，補(bǔ)栽花椒苗150株，牛角瓜80株.

3）栽植.栽植是植被配置技術(shù)的重要環(huán)節(jié)，由于矸石堆的生態(tài)環(huán)境惡劣，多數(shù)植物不能裸根種植，需要采用帶土栽培的方式，以確保植物的生存率和生長(zhǎng)狀態(tài).本方案栽植方式見(jiàn)表2.

3.2.3 植被管理

栽植結(jié)束后，需要對(duì)植被進(jìn)行管理，確保新種植的植物可以順利生長(zhǎng)和發(fā)展，植被的管理辦法有：

1） 建立防護(hù)網(wǎng).矸石堆地形不穩(wěn)定，容易受外力導(dǎo)致崩塌，建立防護(hù)網(wǎng)可有效保護(hù)植被不受崩塌的影響.

2） 澆水.矸石堆土層薄弱，帶水性差，容易干旱，需要定期澆水確保植被正常生長(zhǎng)，每周?chē)姽?～2次，每次噴灌時(shí)間控制在30 min，保持土壤含水量在30%～60%，天氣干燥時(shí)將噴灌頻率調(diào)整為每周3～4次.

3） 除草.植物修復(fù)過(guò)程中，荒地上常有雜草，雜草會(huì)影響植物的生長(zhǎng)，因此需要定期除草，可采用手工除草或化學(xué)除草的方式.

4） 檢查病蟲(chóng)害.病蟲(chóng)害會(huì)影響植被的正常生長(zhǎng)，若出現(xiàn)害蟲(chóng)及時(shí)采取人工干預(yù)措施，避免病蟲(chóng)害的傳播，針對(duì)花椒蚜蟲(chóng)和蚧殼蟲(chóng)等病蟲(chóng)害將20%阿維·三唑磷稀釋1 000倍噴灑于葉面，用藥劑量為746 mL/hm2，頻率為每年2～3次，間隔30 d.

5） 施用肥料.矸石堆土層缺乏營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，可適當(dāng)施用有機(jī)或無(wú)機(jī)肥料，補(bǔ)充植物所需要養(yǎng)分，植被施肥情況見(jiàn)表3.

6） 修剪.長(zhǎng)勢(shì)好、樹(shù)冠大的植物會(huì)影響其他植物的生長(zhǎng)，適當(dāng)?shù)男藜粢员闫渌参锏玫礁玫墓庹蘸蜕L(zhǎng)空間.花椒樹(shù)枝葉過(guò)密，會(huì)影響植株間的通風(fēng)透光性，使結(jié)果率降低，需實(shí)時(shí)對(duì)花椒樹(shù)形進(jìn)行修剪.對(duì)過(guò)密枝采取疏剪的方式，將重疊枝和細(xì)弱枝從基部剪除，提高花椒樹(shù)的透光性.花椒樹(shù)結(jié)果后，需對(duì)其截短修剪，將生長(zhǎng)茂盛的主枝截短2/3，衰弱的主枝徹底剪除，促使新枝生長(zhǎng).

4 生態(tài)治理效果

該矸石堆場(chǎng)生態(tài)治理后主要以生態(tài)環(huán)境效益為主，第1年，快速綠化，產(chǎn)生環(huán)境效益；第2年，固土護(hù)坡，可呈現(xiàn)生態(tài)效益；第3年，經(jīng)濟(jì)灌木結(jié)籽掛果后，產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益.

4.1 生態(tài)環(huán)境效益

該矸石堆場(chǎng)生態(tài)治理修復(fù)共持續(xù)581 d，經(jīng)實(shí)

施完工150 d后 （2022年5月至2022年10月） 的現(xiàn)場(chǎng)踏勘，發(fā)現(xiàn)矸石堆邊坡穩(wěn)定、集水裝置完好、土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定及植被生長(zhǎng)良好，生物恢復(fù)物種達(dá)12種以上；基于Accu PAR植物冠層分析儀的定期監(jiān)測(cè) （2022年8月10日、9月10日和10月10日），監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，植被生長(zhǎng)良好，覆蓋度逐漸增高，地表徑流量逐漸減少，水土流失率逐漸減少，最終場(chǎng)地植被覆蓋度達(dá)95%以上，植物存活率平均達(dá)到95%以上，水土流失率減少了85%以上，有效實(shí)現(xiàn)了矸石堆場(chǎng)的快速綠化和生態(tài)修復(fù)，并賦予了場(chǎng)地一定的景觀觀賞價(jià)值.同時(shí)，此次修復(fù)不僅為該矸石堆場(chǎng)和周邊地區(qū)生態(tài)環(huán)境帶來(lái)了明顯改善，也為環(huán)境保護(hù)和生態(tài)環(huán)境做出了積極貢獻(xiàn).該研究區(qū)治理前后對(duì)比如圖3所示，生態(tài)治理示范區(qū)內(nèi)植被與環(huán)境特征見(jiàn)表4.

4.2 經(jīng)濟(jì)效益

該矸石堆植物修復(fù)屬于喬灌草模式，主要以經(jīng)濟(jì)灌木花椒為主，結(jié)實(shí)率達(dá)到75%以上.花椒產(chǎn)量一般和樹(shù)齡成正比，栽培第2年開(kāi)始結(jié)果，但產(chǎn)量較少，每株產(chǎn)椒 0.25 kg左右，第 3 年每棵產(chǎn)椒 0.5 kg，第 5～15 年為盛產(chǎn)期，每株產(chǎn)椒 1 kg 左右.盛產(chǎn)期時(shí)保留椒樹(shù) 1 500～1 800 株/hm2，以 1 kg/株、80元/kg 計(jì)，可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)值 12～14.4萬(wàn)元/hm2，其經(jīng)濟(jì)效益遠(yuǎn)高于種植其他果樹(shù)或經(jīng)濟(jì)作物，可有效帶動(dòng)周邊經(jīng)濟(jì)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展.

5 結(jié) 論

本研究采用免覆土生態(tài)治理技術(shù)成功完成了攀枝花市某礦區(qū)中小型矸石堆場(chǎng)邊坡植被的快速恢復(fù)，并有效改善了矸石堆場(chǎng)的生態(tài)環(huán)境.與傳統(tǒng)的覆土治理技術(shù)相比，免覆土生態(tài)治理技術(shù)無(wú)需挖掘和移除污染土壤，減少了土地的損失，并有效解決了傳統(tǒng)覆土技術(shù)成本高、土地資源浪費(fèi)嚴(yán)重、治理效果不穩(wěn)定，以及容易受外界因素干擾等問(wèn)題.通過(guò)對(duì)攀枝花某礦區(qū)中小型矸石堆場(chǎng)免覆土生態(tài)治理技術(shù)的成功實(shí)施，針對(duì)矸石堆場(chǎng)的免覆土生態(tài)治理技術(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)有：

1） 根據(jù)中小型矸石堆坡度大的特點(diǎn)，坡面整修是修復(fù)的基礎(chǔ).首先，根據(jù)邊坡的坡度、高度和穩(wěn)定性等條件，結(jié)合區(qū)域地形地貌與氣候等因素適當(dāng)?shù)夭扇〖庸檀胧黾舆吰碌姆€(wěn)定性，避免坍塌.其次，建立適當(dāng)?shù)呐潘到y(tǒng)或集水裝置，避免邊坡積水過(guò)多侵蝕土壤，影響植被生長(zhǎng).

2） 選擇適宜的土壤改良劑，矸石堆場(chǎng)生態(tài)環(huán)境差，改良劑的作用是關(guān)鍵.土壤改良劑的關(guān)鍵成分為有機(jī)質(zhì)、磷酸鹽和氮肥等.合理選用和配比改良劑，可以有效提高土壤質(zhì)量，促進(jìn)植物生長(zhǎng)和發(fā)展，達(dá)到修復(fù)的目的.

3） 矸石堆場(chǎng)選用的植被盡量選擇生長(zhǎng)快、易繁殖及免維護(hù)特點(diǎn)的植物，減少人工的維護(hù)和養(yǎng)育，并兼具觀賞價(jià)值，盡可能與周邊的環(huán)境相互融合，形成統(tǒng)一的生態(tài)體系.

綜上所述，免覆土生態(tài)治理技術(shù)在矸石堆場(chǎng)的生態(tài)修復(fù)中具有廣泛的應(yīng)用前景.未來(lái)的研究還需進(jìn)一步探究治理效果的長(zhǎng)期性和可持續(xù)性，為生態(tài)環(huán)境修復(fù)提供更加系統(tǒng)和深入的解決方案.

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（實(shí)習(xí)編輯：羅 媛）

Research on Eco-Governance Technology of Mid and Small-Scale Gangue Heap Without Covering Soil

Abstract：

This study is focused on the mid and small-scale coal gangue heap in a coal mine in Panzhihua City.Rapid restoration technology of slope vegetation without covering soil is proposed，which integrates slope ecological protection，water collection facilities，soil improvement，and vegetation configuration.By using slope treatment technology，soil improvement technology，and plant restoration technology，a restoration plan is developed to improve the vertical environmental conditions of the slope and to reduce the impact of the gangue heap on the ecological environment.The results show that after 150 days of the application of the method in the study area，the vegetation coverage has reached more than 95%，the survival rate of plants has reached more than 95%，and the soil erosion rate has been reduced by more than 85%，which significantly improves the restoration effect of the slope vegetation of gangue heap and reduces the impact of the gangue heap on the surrounding ecological environment.This study provides an effective technical means for the ecological restoration of small and medium-sized coal gangue piles without covering soil，which is expected to promote the ecological reconstruction of gangue heap and the benign development of mine environment.

Key words：

mid and small-scale gangue heap;without covering soil technology;eco-governance