伊敏露天礦生態(tài)修復(fù)技術(shù)

李文超，張 波，李 偉

（華能伊敏煤電有限責(zé)任公司 露天礦，內(nèi)蒙古 呼倫貝爾 021134）

近年來，礦山植被恢復(fù)方面的研究較多，有復(fù)墾土地的結(jié)構(gòu)改良、適生物種的選擇、優(yōu)化植被配置模式、撫育過程管理等，也有專門的土壤改良方式及措施研究，邊坡水土保持機(jī)理研究等，但研究的系統(tǒng)性仍然存在不足。為此，通過研究伊敏露天礦生態(tài)修復(fù)全過程的技術(shù)措施得出伊敏露天礦生態(tài)修復(fù)模式，為今后礦山生態(tài)修復(fù)提供借鑒。

1 伊敏露天礦概況

伊敏露天礦隸屬華能伊敏煤電有限責(zé)任公司，現(xiàn)設(shè)計年產(chǎn)量2 700 萬t，主產(chǎn)褐煤。礦區(qū)地處呼倫貝爾草原，屬于中溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候，氣溫年、日較差大，年平均氣溫－2.4 ℃，極端最高氣溫37.3 ℃，極端最低氣溫－39.9 ℃，無霜期110 d，凍冰期9 月下旬至翌年4 月下旬，平均結(jié)冰日數(shù)245.2 d，平均結(jié)冰深度3.235 m[1]。隨著生產(chǎn)工藝不斷改進(jìn)，產(chǎn)量增加，剝離量不斷增長，排土場綠化面積不斷擴(kuò)大，排土場復(fù)墾綠化任務(wù)更加嚴(yán)峻。為貫徹國家的法律法規(guī)、合理利用土地資源、建設(shè)綠水青山，建立一整套排土場生態(tài)修復(fù)技術(shù)模式十分關(guān)鍵。為此，通過分析研究伊敏露天礦多年來的生態(tài)修復(fù)技術(shù)措施，得出伊敏露天礦生態(tài)修復(fù)技術(shù)模式，為露天煤礦生態(tài)修復(fù)提供保證，為國家生態(tài)修復(fù)、環(huán)境保護(hù)事業(yè)貢獻(xiàn)力量。

2 伊敏露天礦生態(tài)修復(fù)技術(shù)模式

2.1 借助調(diào)研拓寬生態(tài)恢復(fù)知識

由于在植被恢復(fù)方面受到植被恢復(fù)領(lǐng)域的認(rèn)可，中國地質(zhì)大學(xué)、東北大學(xué)、內(nèi)蒙古大學(xué)等各大院校學(xué)者和自然資源部門、神華寶日希勒露天礦、霍林河露天煤礦等各大煤礦人員以及各大新聞媒體相繼到伊敏露天礦進(jìn)行綠色礦山建設(shè)考察、調(diào)研、宣傳報道伊敏露天礦的生態(tài)恢復(fù)模式，在間接給予部分伊敏露天礦土壤、植被相關(guān)數(shù)據(jù)的同時，也創(chuàng)造了經(jīng)驗(yàn)交流的機(jī)會。同時，伊敏露天礦到扎魯特旗扎哈淖爾露天礦、霍林河南露天煤礦、霍林河北露天煤礦、東明露天礦、神寶露天礦、北京園博園等地學(xué)習(xí)礦山修復(fù)、生態(tài)景觀修復(fù)經(jīng)驗(yàn)。充分了解了考察單從設(shè)計研究到施工總結(jié)、人員配置等各個方面的效果及取得的成績，并對比自身現(xiàn)狀進(jìn)行了總結(jié)分析，得出了在生態(tài)修復(fù)方面與其他礦山存在的差距，并不斷研究改進(jìn)、創(chuàng)新。

2.2 進(jìn)行聯(lián)合研究探索高效恢復(fù)措施

2014—2018 年，清潔能源研究院在伊敏露天礦排土場頂部做過600 m2的小型試驗(yàn)區(qū)，主要進(jìn)行菌根菌改良土壤試驗(yàn)、苜蓿、披堿草在不同處理土壤上的種植試驗(yàn)，經(jīng)過觀察得出：利用黃土、沙子混合農(nóng)家肥可以達(dá)到利用腐殖土種植植被的60%效果，為伊敏露天礦解決腐殖土短缺問題創(chuàng)造了條件，目前正在推廣應(yīng)用；打壟種植區(qū)有助于蓄水保水、但對植被覆蓋度有影響，目前只在小部分較陡坡面推廣使用。

2.3 自主研究探索

1）沙棘育苗研究。伊敏露天礦結(jié)合自身綠化植被需求，2015 年開展了沙棘種子室內(nèi)育苗，并取得成功。但在2017 年開展的野外沙棘種子育苗試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)室外溫度、濕度對沙棘種子發(fā)育影響較大，種子不僅發(fā)芽率相比室內(nèi)大大降低，而且后期小苗生長也較為困難。室外試驗(yàn)以失敗告終，但同時得出沙壤土、背風(fēng)處有助于沙棘生長。

2）高陡邊坡無紡布袋綠化研究。2016 年伊敏露天礦在2 號破碎站坡面等處進(jìn)行了高陡邊坡無紡布袋綠化試驗(yàn)，種植面積3 000 m2，取得了良好的綠化效果。由于單位面積投入費(fèi)用較高，故只用于無法放坡區(qū)域的綠化工作，2020 年在南幫出入溝兩側(cè)開展4 800 m2的高陡邊坡綠化工作。

3）綠化抑塵帶。2017 年開始，收集內(nèi)頁及室外資料，深入研究，在北排土場東側(cè)坡面開展了30 余萬m2的綠化防塵帶，坡底種植喬木、坡面灌草結(jié)合種植植被，完成北排土場東側(cè)坡面植被重建工作，綠化防塵帶既吸附揚(yáng)塵又提升伊敏露天礦整體綠化效果。2020 年在礦山公路與采坑之間進(jìn)行分層植被帶恢復(fù)，伊敏露天礦已形成了相對完整的植被恢復(fù)景觀，即采坑、正在排棄的排土場、已恢復(fù)植被的排土場、喬灌草等綠化植被帶、主干道路等層層相連的景觀?；謴?fù)過程中，還將礦區(qū)內(nèi)的低洼自然地貌修復(fù)成濕地景觀。

4）水體景觀帶。2019 年開始，對礦區(qū)周邊廢棄地調(diào)查研究，通過邊治理邊研究美化的方式，調(diào)動員工自愿對低洼地清理平整、修建壩體、綠化美化、生物群落重建等，建成水體景觀帶：清理平整10 萬m2，修建壩體2 000 m，綠化種植草本植被6 萬m2，并在水體周圍種植了蘆葦、格桑花、柳樹、興安杜鵑等，栽植灌木1 700 叢，栽植喬木900 株，設(shè)置循環(huán)水泵1處，宣傳輪胎標(biāo)識2 處，形成了空氣清新、環(huán)境優(yōu)美、景觀怡人的水體景觀帶。

5）植被恢復(fù)研究。2020 年伊敏露天礦申請了高寒草原區(qū)露天礦本土植被馴化研究項(xiàng)目，主要通過對本地氣候、土壤、植被進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查分析及同緯度地區(qū)植被收集，尋找最適宜伊敏露天礦排土場的植被物種、土壤重構(gòu)方式及植被種植模式，項(xiàng)目研究期3年，現(xiàn)已形成初步研究報告，正在進(jìn)行研究校對研究內(nèi)容期。后續(xù)將繼續(xù)推進(jìn)本土植被馴化及土壤再造研究相關(guān)項(xiàng)目，深入開展土壤、植被、水質(zhì)、氣候調(diào)查收集，有針對性地開展土壤再造、植被種植、物種搭配、水土保持措施布設(shè)試驗(yàn)，得出精準(zhǔn)的伊敏露天礦植被恢復(fù)技術(shù)路線和具體施工工藝，以指導(dǎo)伊敏露天礦綠化工程施工。

3 生態(tài)修復(fù)技術(shù)

通過資料收集、現(xiàn)場實(shí)踐、實(shí)驗(yàn)研究，采用列舉分析法對伊敏露天礦生態(tài)修復(fù)的發(fā)展過程進(jìn)行剖析，總結(jié)伊敏露天礦綠化植被選擇、覆土、水土保持工程、植被養(yǎng)護(hù)等復(fù)墾綠化技術(shù)措施，得出伊敏露天礦生態(tài)修復(fù)技術(shù)模式。伊敏露天礦生態(tài)修復(fù)技術(shù)路線如圖1。

圖1 伊敏露天礦生態(tài)修復(fù)技術(shù)路線

3.1 排土場綠化種植物種

伊敏露天礦在高寒、無霜期短、土壤貧瘠等不利植被生長的自然條件下，結(jié)合生態(tài)演替規(guī)律及因地制宜原則，不斷探索排土場最適宜生長物種和種植方式。1997、1998 年排土場復(fù)墾綠化時采用種植人工草，由于其適應(yīng)能力差幾年后就被本地區(qū)的草本植物替代；2002 年在排土場種植苜蓿，由于牲畜啃食嚴(yán)重、自身環(huán)境適應(yīng)能力差，3 年退化殆盡；2006年在排土場栽植榆樹、黃槐、丁香，栽植后難以適應(yīng)本地區(qū)高寒、降水少、土壤貧瘠的排土場環(huán)境，出現(xiàn)大量枯死現(xiàn)象；2009 年伊敏露天礦總結(jié)以往復(fù)墾綠化植被選擇經(jīng)驗(yàn)，在排土場頂部采用本地區(qū)的披堿草、羊草等進(jìn)行混播，在排土場邊坡采用成活率高、生長速度快、耐寒、耐旱、耐貧瘠、具有固氮效果的沙棘與披堿草混交栽植：排土場坡面到界、修坡、覆土后種植披堿草籽，種完草的第2 年栽植沙棘，2018年以后因種植的草本植被種類單一，排土場坡面栽沙棘郁閉前出現(xiàn)植被覆蓋度下降現(xiàn)象現(xiàn)；2019 年，伊敏露天礦將第1 年只種植披堿草種子改為混播1年生多年生草本植被，第2 年栽植沙棘。伊敏露天礦排土場邊坡已形成沙棘林地3 km2。

3.2 土壤重構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)

1）巖土資源高效利用。草原地區(qū)地表薄薄的1層第四系腐殖土是極其珍貴的，是草原生態(tài)保護(hù)的基礎(chǔ)。伊敏露天礦在剝離過程中，對地表腐殖土進(jìn)行單獨(dú)回收和存放，作為綠化覆土，最大程度地實(shí)現(xiàn)了土的循環(huán)，為礦區(qū)生態(tài)重建提供了基礎(chǔ)保障。伊敏露天礦開采的剝離物原土層從地表向下一般為腐殖土、黃土、沙子、泥巖。根據(jù)剝離物原有土層結(jié)構(gòu)，在剝離排土過程中將泥巖排在排土場的最底層，在將近地表時排棄沙子、沙子上部覆蓋腐殖土（排沙厚度不低于0.4 m，排腐殖土厚度不低于0.3 m）。為植被后期生長提供透水、透氣環(huán)境，有利于植被對水分和養(yǎng)分的吸收，為生物棲息提供土層條件。2017 年至今內(nèi)排土場排棄時，地表以下形成泥巖隔水層，將采坑與伊敏河完全阻隔，目前伊敏河與采坑之間水位已恢復(fù)至663～665 m 水平之間，南露天水位也上升了10 m。

2）土壤肥力技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。近年來由于覆蓋的表土肥力低、土壤（pH 為6.8～9.1）鹽堿性較大難以滿足植被生長要求，伊敏露天礦利用農(nóng)家肥對表土進(jìn)行改良后再進(jìn)行植被種植。覆土前首先進(jìn)行農(nóng)家肥發(fā)酵，農(nóng)家肥發(fā)酵過程如下：①在伊敏露天礦境內(nèi)選取1 處堆放位置，堆放位置要較干燥、平坦、運(yùn)輸方便；②發(fā)酵堆寬80 m，高2.6 m，發(fā)酵堆長以農(nóng)家肥數(shù)量而定，堆前將地面表土推至一旁，將地面碾壓平整；③鋪墊0.2 m 厚的“腐殖土”（或黃土）；④鋪墊1 m厚的農(nóng)家肥；⑤以此類推，“腐殖土”（或沙土）與農(nóng)家肥交叉鋪墊；⑥發(fā)酵堆頂部修成凹槽，凹槽可以留存降雨，有助于農(nóng)家肥發(fā)酵。發(fā)酵堆共堆置：2 m 農(nóng)家肥和0.6 m“腐殖土”（或沙土）；在發(fā)酵堆周圍用“腐殖土”修筑1.5 m 高的檔土埂，防止發(fā)酵堆被降水沖刷或遭受牲畜踐踏。覆土?xí)r將發(fā)酵后的農(nóng)家肥與土壤混合覆蓋于綠化地表。

伊敏露天礦在土壤改良方面從土層、土質(zhì)、土壤孔隙等多層次考慮[2-3]，以改善植被生境為原則，使植被生長所需的水、肥、氣3 大條件得到充分滿足[4]，使土壤涵養(yǎng)水分能力增強(qiáng)、土壤肥力和孔隙度增加、植被根系呼吸環(huán)境改善，植被成活率及生長效果顯著提高。

3.3 水保工程措施

伊敏露天礦在植被種植前對邊坡進(jìn)行放坡、修整，防止大氣降水沖刷邊坡，使邊坡更加穩(wěn)定，保水保土為植被恢復(fù)提供基礎(chǔ)保障[5-6]。

1）放坡。坡面放緩至12°～15°，坡底要銜接規(guī)整，排土場邊坡拐角處放坡要圓滑過渡。放坡覆土后坡頂上部距離坡頂線5 m 處用比較黏重的堆積物修筑擋水埂，擋水埂高1.5 m，底寬3～4 m，頂厚1～1.5 m，機(jī)械壓實(shí)后覆蓋腐殖土或沙子（厚度不低于0.1 m），坡面、擋墻、放坡等處連接要平滑規(guī)整可種植植被。擋水埂與平盤邊緣反坡搭接，平盤反坡為從擋水埂向內(nèi)延伸10 m。

2)坡面修整。包含修建排水溝槽（挖建排水溝槽可有效緩解雨水沖刷和滑坡），包括各層排土場平盤上近邊坡部位，沿坡腳線挖掘的、非連續(xù)的積水溝槽和邊坡上的排水溝。一般集水溝沿坡腳線挖掘，中心線距坡腳線2.5～3 m，寬度1.5 m，在延長方向每挖掘5 m，間隔1.5～2 m，再行挖掘，避免貫通，防止沖蝕，深度依容積測算。排水溝與坡面等高線方向成45°，以便攔截坡面匯水將其引致坡底：在坡面低洼處挖“倒梯子”形溝槽，上口寬2 m，深1 m，下口寬1 m；在坡面鋪粒徑為10～30 cm 的礫石，礫石沿到梯子形溝槽表面積鋪平，在礫石表面覆蓋水泥砂漿，使水泥砂漿充分滲入礫石縫隙后，用水泥砂漿找平，確保倒梯字形溝槽表面平滑，待固結(jié)后可抗擊來水沖刷。排水溝上端來水入口處微度抬起0.5 m，鋪設(shè)碎石、覆蓋水泥砂漿（向上游及兩側(cè)扇形延展2 m），緩沖上游來水。排水溝入口點(diǎn)均取平盤匯水最低點(diǎn)。

3.4 修復(fù)區(qū)植被養(yǎng)護(hù)措施

1）植被灌溉。根據(jù)區(qū)塊不同特點(diǎn)采用不同的灌溉方式，采用噴灌、微噴等方式對草本植被進(jìn)行灌溉，采用種植穴“漫灌”方式對喬灌木進(jìn)行灌溉，部分水源為定、地勢滿足要求區(qū)域采用自動化噴淋灌溉方式。水源均來自露天開采疏干水及采坑底板明排水，既實(shí)現(xiàn)了水資源的高效利用，又滿足了植被對水分的需求，同時又融入了科技化元素。

2）沙棘間伐。為保護(hù)恢復(fù)后的綠化植被，周期性地對排土場植被恢復(fù)區(qū)進(jìn)行現(xiàn)場觀察，沙棘適應(yīng)能力強(qiáng)、生長速度快，伊敏露天礦栽植多年的邊坡沙棘防護(hù)林由于生長過密，部分出現(xiàn)枯死現(xiàn)象。經(jīng)過研究分析及現(xiàn)場實(shí)踐，對生長過密的沙棘林地進(jìn)行間伐[7]，即待秋季落葉后對枯死株、病株進(jìn)行砍伐，為沙棘萌蘗更新提供條件，保證沙棘最終成活率。

3）圍欄封育。草原區(qū)生態(tài)恢復(fù)在養(yǎng)管方面存在問題，牧民牛馬對剛剛恢復(fù)植被脆弱區(qū)啃食踐踏嚴(yán)重，同時對灌溉設(shè)施進(jìn)行持續(xù)的破壞。伊敏露天礦對新植被的區(qū)域采用設(shè)置圍欄的方式進(jìn)行封育，使植被平安度過生長脆弱期，提升植被恢復(fù)效果。

4 生態(tài)修復(fù)結(jié)果

多年來伊敏露天礦在生態(tài)修復(fù)過程中，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)、探索新技術(shù)。從“選擇種植植被”到“改良植被根系生境”再到“改善植被生長的外部環(huán)境”最后到“養(yǎng)護(hù)植被”，多層次探索研究，最終得出伊敏露天礦初步生態(tài)修復(fù)模式：以因地制宜為原則，探索綠化物種選擇；以改善植被根系生境為原則，建立土壤重構(gòu)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；以實(shí)現(xiàn)生態(tài)和諧為原則，實(shí)施水保工程措施；以保護(hù)植被恢復(fù)成果為原則，養(yǎng)護(hù)復(fù)墾綠化植被；以生態(tài)修復(fù)最大化為原則，不斷研究開展生態(tài)修復(fù)新舉措。

伊敏露天礦生態(tài)修復(fù)模式使礦區(qū)周邊草原生態(tài)系統(tǒng)由單一草本植物草原提升為灌（沙棘）草草原，不僅有效遏止了環(huán)境惡化，而且增加物種多樣性，提高了草原生態(tài)系統(tǒng)的自我修復(fù)能力，產(chǎn)生可觀的生態(tài)效益。排土場復(fù)墾綠化的高效實(shí)施，避免了復(fù)墾資金的二次投入，綠色植被恢復(fù)避免了大量揚(yáng)塵產(chǎn)生，降低粉塵治理資金投入，產(chǎn)生不容忽視的經(jīng)濟(jì)效益。伊敏露天礦生態(tài)修復(fù)模式，不僅為職工和礦區(qū)周邊居民提供美好的生活環(huán)境，而且為地方牧民及居民提供福利，促進(jìn)企地和諧。

5 結(jié)語

伊敏露天礦生態(tài)修復(fù)模式具有礦山綠化多變性和適應(yīng)性，在礦山環(huán)境修復(fù)綠化過程中需要結(jié)合礦山實(shí)際情況實(shí)施。伊敏露天礦生態(tài)修復(fù)模式產(chǎn)生了良好的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會效益，對礦山修復(fù)具有借鑒意義，對恢復(fù)礦山為“青山”具有重要作用。生態(tài)修復(fù)工作與快速的科技發(fā)展相結(jié)合，將土壤監(jiān)測、植被監(jiān)測、樣方采集、植被碳匯功能、大數(shù)據(jù)采集等融入生態(tài)修復(fù)過程中，實(shí)現(xiàn)生態(tài)修復(fù)智能化、高質(zhì)量化與高效化。