草原區(qū)露天礦外排土場(chǎng)生態(tài)恢復(fù)的探究與實(shí)踐

周 寧

（中煤科工集團(tuán)沈陽(yáng)設(shè)計(jì)研究院有限公司，沈陽(yáng) 110015）

呼倫貝爾草原地處我國(guó)的蒙東能源基地腹地，煤炭開(kāi)發(fā)程度較高，生態(tài)環(huán)境較為脆弱。煤炭資源的集中開(kāi)發(fā)對(duì)當(dāng)?shù)氐牟菰斐闪瞬煌潭鹊钠茐?，?yán)重威脅到我國(guó)東部的生態(tài)安全。露天礦對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞和污染較重，除采場(chǎng)開(kāi)挖破壞地表植被外，在內(nèi)排開(kāi)始前，外排土場(chǎng)壓占了大面積的土地，改變了區(qū)域的地形地貌，對(duì)礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境造成較大破壞。露天礦外排土場(chǎng)的生態(tài)恢復(fù)是露天礦區(qū)生態(tài)建設(shè)的重點(diǎn)和難點(diǎn)[1]。

“生態(tài)恢復(fù)”指通過(guò)人工方法，按照自然規(guī)律，恢復(fù)天然的生態(tài)系統(tǒng)?！吧鷳B(tài)恢復(fù)”的含義遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出以穩(wěn)定水土流失地域?yàn)槟康牡闹矘湓炝郑膊粌H僅是種植多樣的當(dāng)?shù)刂参?，生態(tài)恢復(fù)的目標(biāo)是創(chuàng)造良好的條件，促進(jìn)一個(gè)群落發(fā)展成為由當(dāng)?shù)匚锓N組成的完整生態(tài)系統(tǒng)[2-3]。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于大興安嶺西坡呼倫貝爾草原，海拉爾盆地東部，海拉爾河中下游地區(qū)。區(qū)域地形呈緩波狀，起伏不大，北高南低，西高東低。區(qū)域?qū)僦袦貛喐珊禋夂颍嗄昶骄鶜鉁?1.1℃，≥10℃積溫為1929℃，無(wú)霜期102 d。年平均降水量347.80 mm，夏季占年降水量72%，年平均蒸發(fā)量1013.7 mm。

項(xiàng)目區(qū)土壤以暗栗鈣土為主體，腐殖質(zhì)層厚度約20～40 cm，地帶性天然植被以羊草、叢生禾草大針茅、冰草等占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。

2 外排土場(chǎng)生態(tài)恢復(fù)目標(biāo)

呼倫貝爾地區(qū)的外排土場(chǎng)一般占地面積在100 hm2左右，排棄高度在80 m左右，其體量較大，對(duì)區(qū)域的生態(tài)景觀造成一定的沖擊，且松散巖土的堆棄、裸露的表面，造成當(dāng)?shù)貥O易發(fā)生沖溝侵蝕、邊坡垮塌等問(wèn)題。因此，外排土場(chǎng)的生態(tài)恢復(fù)是一個(gè)集合邊坡穩(wěn)定、表層土壤重構(gòu)、水土保持和植被恢復(fù)的涉及多個(gè)學(xué)科方向的系統(tǒng)工程。高陡邊坡的穩(wěn)定、水土資源的保持是外排土場(chǎng)生態(tài)恢復(fù)的基礎(chǔ)，而土壤重構(gòu)及培肥、植被的恢復(fù)是關(guān)鍵。各要素相輔相成，缺一不可[4-7]。生態(tài)恢復(fù)的目標(biāo)就是通過(guò)工程措施和植物措施，將外排土場(chǎng)重建為一個(gè)和周邊草原景觀協(xié)調(diào)，且具有自我恢復(fù)能力的健康生態(tài)系統(tǒng)。

3 外排土場(chǎng)生態(tài)恢復(fù)工程措施

3.1 表土剝離

露天采區(qū)表層土壤含有一定的有機(jī)質(zhì)，其種子庫(kù)密度與多樣性均遠(yuǎn)高于采煤剝離的深層生土，其龐大的種子庫(kù)是礦區(qū)生態(tài)恢復(fù)的關(guān)鍵。礦區(qū)表層土壤中的微生物和動(dòng)物含量相對(duì)深層生土豐富，其對(duì)于重建生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)和穩(wěn)定起到重要的作用。礦區(qū)在土地?fù)p毀前進(jìn)行剝離表土，并進(jìn)行堆存，剝離的表土厚度為60 cm，剝離的表土單獨(dú)進(jìn)行堆放，以不影響礦區(qū)生產(chǎn)和土地復(fù)墾用地為原則進(jìn)行選取。剝離的表土與周圍土壤性質(zhì)相似，對(duì)于礦區(qū)外排土場(chǎng)的土壤重構(gòu)和培肥具有重要作用。

3.2 表土回覆

表層土壤中含有豐富的有機(jī)質(zhì)和微生物，它們是植物生長(zhǎng)所必不可少的，是生態(tài)恢復(fù)的基礎(chǔ)。因此，為了有足夠的表土供生態(tài)恢復(fù)使用，在排土場(chǎng)排棄前，應(yīng)將壓占土地的表層土壤剝離，剝離的厚度依土層厚度和所需表土覆蓋量而定。草原區(qū)表土回覆的厚度應(yīng)＞30 cm，才能夠保證草本植物的正常生長(zhǎng)。

3.3 外排土場(chǎng)土地平整

項(xiàng)目區(qū)降雨集中在夏季，為防止連續(xù)降雨對(duì)排土場(chǎng)坡面形成沖刷，同時(shí)保證植被生長(zhǎng)用水，采用平臺(tái)周邊擋水圍埂和網(wǎng)格圍埂相結(jié)合的方式對(duì)自然降水進(jìn)行內(nèi)部攔蓄。外排土場(chǎng)平臺(tái)周邊擋水圍埂總高度為0.5 m，采用梯形斷面頂寬1.0 m，內(nèi)外坡比1:1。如圖1所示，擋水圍埂內(nèi)用網(wǎng)格圍埂將平臺(tái)分割成30 m寬的條塊，在條塊中央每隔20 m設(shè)橫檔，網(wǎng)格內(nèi)整平后種草。平臺(tái)網(wǎng)格圍埂高0.5 m，頂寬0.3 m，內(nèi)外坡比1:1。

圖1 外排土場(chǎng)邊坡復(fù)墾措施示意圖

4 土壤培肥

外排土場(chǎng)覆蓋的表土可能是表土和心土的混合物，且由于長(zhǎng)時(shí)間堆放，其土壤理化性質(zhì)及土壤肥力與原地表土壤有較大的差別，不能滿足植物的生長(zhǎng)需要。寶日希勒露天礦排土場(chǎng)覆蓋土與原表土的土壤肥力比較如表1所示。

表1 寶日希勒露天礦排土場(chǎng)覆蓋土與原表土的土壤肥力比較

土壤培肥是為了改善覆蓋土的土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤肥力，加快生態(tài)恢復(fù)速度和提高生態(tài)恢復(fù)的質(zhì)量。土壤培肥的方法主要有三種。一是綠肥法，其特點(diǎn)是在復(fù)墾區(qū)種植多年生或一年生豆科草本植物，能有效地增加土壤中氮的含量，其根系腐爛后能有效地增加土壤的膠結(jié)和團(tuán)聚作用。二是施肥法，即施用大量有機(jī)肥料來(lái)提高土壤中有機(jī)物含量，改良土壤結(jié)構(gòu)，消除土壤過(guò)沙、過(guò)黏的不良理化性質(zhì)。三是微生物改良，即利用微生物活化劑或微生物和有機(jī)物的混合劑對(duì)土壤進(jìn)行熟化和改良，恢復(fù)土壤肥力和活性。

綠肥法是改良復(fù)墾土壤，增加有機(jī)質(zhì)和氮磷鉀等營(yíng)養(yǎng)元素的最有效方法。凡是以植物的綠色部分當(dāng)作肥料的稱為綠肥，綠肥多為豆科植物，其生命力旺盛，在自然條件較差、土壤較貧瘠的土地上都能很好地生長(zhǎng)。在外排土場(chǎng)平盤與臺(tái)階坡面上種植選定草本，混交于灌木林下，然后將這些植物通過(guò)壓青、秸稈還田等多種方式復(fù)田，在土壤微生物作用下，除釋放大量養(yǎng)分外，其還可以轉(zhuǎn)化成腐殖質(zhì)，其根系腐爛后也有膠結(jié)和團(tuán)聚作用，可以有效改善土壤理化性質(zhì)。綠肥法符合“生態(tài)恢復(fù)”的基本原理，即通過(guò)豆科植物與土壤的相互作用，使生物與環(huán)境協(xié)同進(jìn)化、相互適應(yīng)，從而使整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)形成良性循環(huán)。

5 生態(tài)恢復(fù)的主要方法

生態(tài)恢復(fù)的方法有物種框架方法和最大多樣性方法[8]。

物種框架方法是指建立一個(gè)或一群物種，作為恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)的基本框架。這些物種通常是植物群落中的演替早期階段（或稱先鋒）物種或演替中期階段的物種。這個(gè)方法的優(yōu)點(diǎn)是只涉及一個(gè)（或少數(shù)幾個(gè)）物種的種植，生態(tài)系統(tǒng)的演替和維持依賴于當(dāng)?shù)氐姆N源（或稱“基因池”）來(lái)增加物種和生命，并實(shí)現(xiàn)生物多樣性。因此，這種方法最好是在距離現(xiàn)存天然生態(tài)系統(tǒng)不遠(yuǎn)的地方使用。

最大多樣性方法是盡可能地按照該生態(tài)系統(tǒng)退化以前的物種組成及多樣性水平種植物種進(jìn)行恢復(fù)，需要大量種植演替成熟階段的物種，先鋒物種被忽略。這種方法適合于小區(qū)域高強(qiáng)度人工管理的地區(qū)，如城市地區(qū)和農(nóng)業(yè)區(qū)的人口聚集區(qū)。這種方法要求高強(qiáng)度的人工管理和維護(hù)，因?yàn)楹芏嘌萏娉墒祀A段的物種生長(zhǎng)慢，而且經(jīng)常需要補(bǔ)植大量植物，因此需要的人工比較多。

在草原區(qū)，草原生態(tài)系統(tǒng)的植物組成較為簡(jiǎn)單，沒(méi)有森林生態(tài)系統(tǒng)復(fù)雜，呼倫貝爾草原天然植被以羊草、大針茅、冰草為主，恢復(fù)區(qū)周邊存在大面積的天然生態(tài)系統(tǒng)的“基因池”，因此可以使用物種框架方法進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)。

寶日希勒露天礦外排土場(chǎng)在復(fù)墾的實(shí)踐中，采用物種框架方法對(duì)外排土場(chǎng)進(jìn)行植被恢復(fù)。在對(duì)外排土場(chǎng)平臺(tái)及坡面進(jìn)行修整，平臺(tái)修筑擋水圍埂后，撒播老芒麥、冰草和紫花苜蓿的種子，并進(jìn)行養(yǎng)護(hù)管理。紫花苜蓿具有改善土壤結(jié)構(gòu)、培肥土壤的作用，老芒麥和冰草能夠很好地適應(yīng)呼倫貝爾地區(qū)的氣候條件，是構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)基本框架的主要物種。

經(jīng)過(guò)三年的養(yǎng)護(hù)管理，對(duì)寶日希勒露天礦外排土場(chǎng)平臺(tái)及坡面進(jìn)行恢復(fù)效果監(jiān)測(cè)，并與自然草地進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比結(jié)果如表2所示。

表2 外排土場(chǎng)生態(tài)恢復(fù)效果對(duì)比

從復(fù)墾效果對(duì)比可以看出，物種框架搭建完畢3年后，周邊生態(tài)系統(tǒng)的物種逐漸擴(kuò)散到外排土場(chǎng)恢復(fù)區(qū)，其物種多樣性會(huì)逐漸豐富，土壤中有機(jī)質(zhì)穩(wěn)步提升，生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性逐漸增加。

6 結(jié)語(yǔ)

呼倫貝爾草原是我國(guó)北方的重要生態(tài)屏障，而近年來(lái)礦區(qū)的大規(guī)模開(kāi)發(fā)對(duì)脆弱的草原生態(tài)系統(tǒng)造成了巨大的壓力。露天礦開(kāi)采對(duì)草原生態(tài)破壞最大，人們需要開(kāi)展系統(tǒng)的、完整的生態(tài)恢復(fù)工程，才能有效減緩其對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響。外排土場(chǎng)的生態(tài)恢復(fù)是露天礦先期開(kāi)采中首先需要面對(duì)的問(wèn)題。在外排土場(chǎng)生態(tài)恢復(fù)中，要綜合運(yùn)用工程措施、生物措施，在生態(tài)設(shè)計(jì)的指導(dǎo)下，結(jié)合外排土場(chǎng)的排棄進(jìn)度，逐步實(shí)施生態(tài)恢復(fù)措施，以期為之后的內(nèi)排土場(chǎng)生態(tài)恢復(fù)提供必要的經(jīng)驗(yàn)和人才儲(chǔ)備。