青海木里高寒礦區(qū)生態(tài)修復(fù)“七步法”種草技術(shù)研究

李永紅，李希來，唐俊偉，賈順斌，張強(qiáng)驊，王明宏，李 瀟，楊啟鵬，王 佟

(1.青海煤炭地質(zhì)局，西寧 810001；2.青海大學(xué)，西寧 810016；3.青海省草原總站，西寧 810008；4.青海煤炭地質(zhì)一○五勘探隊，西寧 810007；5.中國煤炭地質(zhì)總局，北京 100038)

0 引言

木里煤田位于海北藏族自治州與海西蒙古族藏族自治州交界處的大通河上游盆地，因前期開采，嚴(yán)重破壞了生態(tài)環(huán)境。開展種草復(fù)綠工程勢在必行。按照青海省政府制定的《木里礦區(qū)以及祁連山南麓青海片區(qū)生態(tài)環(huán)境綜合整治三年行動方案》(2020～2023年)及《青海木里礦區(qū)生態(tài)修復(fù)(種草復(fù)綠)總體方案》和《青海木里礦區(qū)生態(tài)修復(fù)各井種草復(fù)綠作業(yè)設(shè)計》的要求，針對種草作業(yè)設(shè)計中對渣土拌和羊板糞、有機(jī)肥等改良成為適合牧草生長的土壤和種草技術(shù)流程過于復(fù)雜，各施工單位對技術(shù)流程、標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)識不一致，操作不規(guī)范等問題，本著優(yōu)化種草工序、降低成本、節(jié)省種草時間，確保在種草窗口短期內(nèi)完成種草任務(wù)和實事求是的原則，提出了“七步法”種草技術(shù)流程，經(jīng)青海省林業(yè)和草原局以《2021年木里礦區(qū)種草技術(shù)流程及注意事項的函》批準(zhǔn)實施。實踐證明“七步法”種草技術(shù)流程，簡化了種草工序，便于施工人員記憶、快速掌握和操作，在保障種草質(zhì)量的同時降低了成本，提高了效率。

1 渣土改良成為土壤基質(zhì)層與人工再造土壤

1.1 渣土改良成為土壤基質(zhì)層

木里高寒礦區(qū)原有土壤類型主要以高山草甸土、沼澤草甸土為主；其母質(zhì)為湖積物、洪積物，土壤厚度<50cm，pH值7.5，有機(jī)質(zhì)含量21.99%，碳酸鈣4.5%，全氮1.126%，全磷0.114%，全鉀2.16%，碳氮比12.4(表1)。在高山地帶主要分布有高山草甸土，在山地斜坡或平原地帶上部土壤因降水或融雪補(bǔ)給長期過濕而發(fā)育成沼澤分布有沼澤土，介于沼澤土與高山草甸土之間分布有草甸沼澤土。礦區(qū)植被類型分為高寒沼澤類和高寒草甸類，具有較明顯的高寒地區(qū)特征。其中高寒沼澤類為礦區(qū)主要植被類型，常與高寒草甸類植被鑲嵌交錯，植被低矮、結(jié)構(gòu)簡單，草群密集生長，植物以矮生墊狀、蓮座狀形態(tài)出現(xiàn)。高寒沼澤類植被屬隱域性植被，是由冷溫濕地多年生草本植物為主構(gòu)成的植物群落，主要優(yōu)勢種為藏嵩草和圓囊苔草，伴生植物種有紫羊茅、羊茅、沙生蒿、垂穗鵝冠草、異葉青蘭、黑穗苔草、粗喙苔草、海韭菜、水麥冬、三尖水葫蘆等，高寒草甸類植被構(gòu)成以寒冷中生、短根莖的嵩草屬植物為主，具有植株低矮密叢、貼地面生長等耐寒特征，層次分化不明顯，主要優(yōu)勢種有小嵩草、線葉嵩草、矮嵩草等、垂穗披堿草等。礦區(qū)原始植被覆蓋度高達(dá)70%～90%，露天采坑開挖、渣山占地、道路占地、生活區(qū)占地對土壤和植被造成了直接破壞(圖1)，恢復(fù)困難，需要采用人工種草的防守通過長時間演替才能逐步過渡為自然植被群落。人工種草首先解決的問題是礦區(qū)及周邊沒有土源不具備種草的土壤問題，考慮成本因素，通過對渣土進(jìn)行就地翻耕撿石或?qū)Σ痪邆湓辆偷胤膮^(qū)域采用細(xì)渣土轉(zhuǎn)運(yùn)攤鋪，改良成為25cm厚度的人工再造土壤基質(zhì)層[1-8]。

圖1 木里礦區(qū)聚乎更五號井采坑開挖對土壤植被破壞

表1 木里礦區(qū)聚乎更五號井渣土樣品分析成果表

1.2 人工再造土壤

渣土改良后所形成25cm厚度的人工再造土壤基質(zhì)層，主要以煤系地層中的泥巖、炭質(zhì)泥巖為主，雖然其有機(jī)質(zhì)含量較高，但其牧草生長所需要的堿解氮、速效磷、速效鉀等營養(yǎng)成分含量較少，不具備團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，通氣性差，極易板結(jié)，使幼苗無法生根吸收養(yǎng)分而枯萎死亡。

在聚乎更五號井共采集各類渣土樣品9件，送至青海省農(nóng)林科學(xué)院測試中心進(jìn)行分析測試。測試項目包括：全N、全P2O5、全K2O、速效N、速效P、速效K、有機(jī)質(zhì)、pH值、全鹽9項指標(biāo)，測試成果見表1。對聚乎更五號井渣土分析測試成果進(jìn)行分析可知：適宜渣土改良成為人工再造土壤基質(zhì)的渣土全N含量(0.51～3.46g/kg)、全P2O5含量(0.95～2.36g/kg)、全K2O含量(20.61～26.93g/kg)、破解N含量(21～175 mg/kg)、速效P含量(17.4～23.8 mg/kg)、速效K含量(356～650mg/kg)，均低于標(biāo)準(zhǔn)值，渣土有機(jī)質(zhì)(6.47～279.38g/kg)大部分高于標(biāo)準(zhǔn)值，為含有機(jī)質(zhì)較高的泥巖、炭質(zhì)泥巖風(fēng)化產(chǎn)物所至，pH值(7.26～8.74)為弱堿性，符合標(biāo)準(zhǔn)[6-14]。通過以上數(shù)據(jù)可知，礦區(qū)渣土改良后成為25cm厚度的人工再造土壤基質(zhì)層不具備牧草生長所需要的養(yǎng)分、團(tuán)粒結(jié)構(gòu)等土壤條件，必須通過對其進(jìn)行人工土壤再造才能滿足本次種草復(fù)綠工作的需要，方法是在人工再造土壤基質(zhì)層表面攤鋪每畝33m3羊板糞(厚度約5cm)和撒播平地每畝用量750kg、坡地每畝用量1 000kg有機(jī)肥后采用圓盤耙拌合，拌和深度>15cm，使羊板糞、有機(jī)肥與厚度不小于10cm的渣土充分拌合，使之成為能滿足種草的人工再造土壤層。再在人工再造土壤層表面撒播平地每畝用量750kg、坡地每畝用量1 000kg的有機(jī)肥進(jìn)一步增加人工再造土壤的肥力。

2 排水系統(tǒng)

木里礦區(qū)生態(tài)整治區(qū)屬內(nèi)陸高寒大陸性氣候，四季不明顯，氣候寒冷，晝夜溫差大，南側(cè)大通山和北側(cè)疏勒南山4 500m以上常年積雪，屬典型的高原大陸性氣候。降雨集中在6～8月，風(fēng)雨陰晴變化無常并伴有雷電，11月至來年5月以降雪為主，2007—2020年，年降雨量平均400.58mm。修筑排水系統(tǒng)能夠排除多余的地面水和地下水，使人工牧草免遭澇、漬之害，起到改善土壤通氣性、調(diào)節(jié)土壤溫度和促進(jìn)有機(jī)質(zhì)釋放養(yǎng)分的作用。礦區(qū)采用明溝排水，開挖各級排水溝，形成排水溝網(wǎng)，水由坡面跌水溝、坡角截排水溝進(jìn)入坑底支溝和干溝)，最后流入河流容泄區(qū)。跌排水溝間距30～50m，形狀為梯形，開口寬0.5m，溝底寬0.3m，深0.3m；坑底和平臺排水溝為統(tǒng)一規(guī)格，形狀為梯形，開口寬0.8m，溝底寬0.5m，深0.5m。

3 播種與無紡布鋪設(shè)

將4種草種(同德短芒披堿草、青海草地早熟禾、青海冷地早熟禾、青海中華羊茅)、牧草專用肥及有機(jī)肥按一定比例人工拌勻后(平地：4種牧草各3kg/畝、牧草專用肥15kg/畝；坡地：4種牧草各4kg/畝、牧草專用肥15kg/畝)，人工裝入播種機(jī)內(nèi)，在無風(fēng)或微風(fēng)的天氣進(jìn)行播種。為保證播種足量且均勻，開展了試播工作，確定播種速度和播種遍數(shù)。平地用大型播種機(jī)播種，邊角和坡地用小型播種機(jī)與人工播種的方式播種，沿坡地等高線或臺階，勻速播種。耙耱鎮(zhèn)壓后，鋪設(shè)無紡布，達(dá)到保水保溫，防止水土流失。無紡布選用寬3m的無紡布(重量為20g)，依據(jù)地形條件沿平面、坡面或平臺順鋪，與地面貼實，相鄰無紡重疊5cm左右，用石塊間隔壓緊壓實，防止被風(fēng)吹或雨水沖毀。

4 “七步法”種草技術(shù)及成效

4.1 種草技術(shù)流程

第一步，渣土改良成土壤基質(zhì)層。通過篩選的渣土或就地翻耕撿石后改良成25cm的土壤再造基質(zhì)層(覆土層)，其中直徑>5cm的塊石比例不超過10%(圖2)。

圖2 “七步法”種草技術(shù)流程

第二步，修建排水溝。渣山坡面30～50m內(nèi)修建排水溝，與采坑邊坡平臺區(qū)修建的攔水壩共同形成排水系統(tǒng)。

第三步，土壤基質(zhì)層改良成人工再造土壤。在土壤基質(zhì)層中伴入羊板糞、有機(jī)肥。將羊板糞(每畝用量33m3，厚度約5cm)、顆粒有機(jī)肥(平地每畝用量750kg，坡地每畝用量1 000kg)，攤鋪于土壤基質(zhì)層表面，采用圓盤耙或者人工方法，均勻拌入土壤基質(zhì)層中，深度>15cm。

第四步，撒施有機(jī)肥。將顆粒有機(jī)肥(平地每畝用量750kg，坡地每畝用量1 000kg)，通過機(jī)械或人工方式撒施人工再造土壤層表面。

第五步，播種。4種牧草種子(平地每畝用量12kg，坡地16kg)和每畝用量15kg牧草專用肥混合，通過機(jī)械撒播方式撒播在人工再造土壤層表面。

第六步，耙耱鎮(zhèn)壓。對播種的地塊，采用機(jī)械或人工耙耱鎮(zhèn)壓。

第七步，鋪設(shè)無紡布。耙耱鎮(zhèn)壓完成后，鋪設(shè)無紡布。無紡布邊緣重疊處用石塊壓緊壓實。

4.2 種草成效

通過17天的出苗觀測，每平方米出苗數(shù)量大于1 200株，苗期牧草蓋度大于40%(圖3)。木里礦區(qū)聚乎更五號井種草復(fù)綠面積為5 163 畝，羊板糞用量170 379 m3，有機(jī)肥用量8 293.5 t，草種用量66 348kg，牧草專用肥量76 740 kg，無紡布用量3 581 200 m2，圍欄需要13 956 m。2021年6月25日種草已完成78%，6月30日完成所有種草任務(wù)。通過木里礦區(qū)綜合整治和植被恢復(fù)“七步法”種草技術(shù)的實施，達(dá)到了在高寒礦區(qū)快速復(fù)綠的目的，治理區(qū)生態(tài)環(huán)境逐步得到改善，水源涵養(yǎng)能力明顯增強(qiáng)，生物多樣性得到保護(hù)，生態(tài)服務(wù)功能顯著提升，促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)向正向演替方向發(fā)展。

圖3 聚乎更五號井6號圖斑出苗照片(6月8日播種，6月25日觀測)

致謝: 論文在撰寫過程中得到了海西州阿英德副州長、青海省林業(yè)和草原局王恩光副局長、蔡佩云總經(jīng)濟(jì)師、張明洪處長、徐有學(xué)副站長及項目組技術(shù)專家李長慧教授、蔣福禎研究員等領(lǐng)導(dǎo)和專家的全力支持, 在此表示衷心感謝。