木里礦區(qū)生態(tài)修復(fù)監(jiān)測體系構(gòu)建與實踐

歐為友，辛玉春，孫海群，李希來，謝久祥，夏吾拉忠措，王占良

( 1. 青海省草原總站，青海 西寧 810008；2. 青海大學(xué)，青海 西寧 810016)

前言

青海木里礦區(qū)地處青藏高原多年凍土區(qū)，是黃河上游重要支流大通河的發(fā)源地，是祁連山區(qū)域水源涵養(yǎng)地和生態(tài)安全屏障的重要組成部分，生態(tài)地位極為重要。區(qū)內(nèi)分布有高寒草甸、高寒荒漠及沼澤化草甸等草地植被，生態(tài)環(huán)境較為脆弱。由于多年的煤炭露天開采，造成水資源、土地資源、植被資源遭到不同程度的破壞以及水源涵養(yǎng)功能下降等一系列生態(tài)環(huán)境問題，成為各界關(guān)注的焦點(diǎn)。2020年青海省制定了《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)》，全面開展礦區(qū)生態(tài)修復(fù)工作[1]。為科學(xué)評估生態(tài)修復(fù)質(zhì)量和種草復(fù)綠工程成效，青海省林業(yè)和草原局、水利廳、氣象局等單位編制了《青海木里礦區(qū)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測總體方案(2020～2023年》(以下簡稱《總體方案》)，全方位開展礦區(qū)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測工作。截至2021年底，已初步構(gòu)建了木里礦區(qū)生態(tài)監(jiān)測體系。

1 區(qū)域基本情況

木里礦區(qū)位于海西州天峻縣木里鎮(zhèn)和海北州剛察縣吉爾孟鄉(xiāng)，地勢西北高、東南低，海拔在3 750～4 200 m之間，地理位置為東經(jīng)98°59′～99°37′，北緯38°10′～38°02′，由江倉、聚乎更和哆嗦貢瑪?shù)热齻€礦區(qū)組成，總面積約400 km2。主要以高原冰緣地貌類型為主，包括冰緣湖沼平原、冰緣剝蝕平原、冰緣低臺地、冰緣平緩低丘陵、冰緣平緩高山等地貌類型。

1.1 氣候

礦區(qū)地處高寒地帶，晝夜溫差大，四季不分明，最低氣溫為-35.6 ℃，最高氣溫為19.8 ℃，年平均氣溫為-4.2 ℃。年降雨量在473～484 mm，年均蒸發(fā)量達(dá)1 049.9 mm。一年四季多風(fēng)，冷季長達(dá)7～8個月，存在永久凍結(jié)帶等情況。

1.2 水文

木里礦區(qū)地處黃河上游重要支流大通河的源頭，是湟水河一級支流，發(fā)源于天峻縣境內(nèi)托萊南山的日哇阿日山南側(cè)，流域面積15 130 km2，水資源總量28.95×108m3。

1.3 土壤

土壤受環(huán)境、地形、地貌等自然因素的影響，土層薄，質(zhì)地粗，山前廣布洪積扇，多為巨礫、碎石、粗砂。隨著海拔由高到低，土壤類型依次為高山寒漠土、高山草甸土、高山草原土、山地草甸土等地帶型土壤。沼澤土、潮土、泥炭土等為隱域性土壤。

1.4 草地類型及植被

草地類型以高寒草甸類為主，分布有較多的沼澤化草甸亞類，植物種類較為豐富，多為濕生、濕中生、中生植物。主要以嵩草屬和苔草屬植物為主，優(yōu)勢種有藏嵩草和圓囊苔草，伴生植物有紫羊茅、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[1]。草群密度大，覆蓋度常在70%～90%之間，部分地區(qū)可郁閉地面。草群層次分化不明顯，一般高7～20 cm。

2 監(jiān)測體系構(gòu)建

2.1 組建監(jiān)測隊伍

根據(jù)《總體方案》要求，為高質(zhì)量、高水平推進(jìn)木里礦區(qū)生態(tài)監(jiān)測工作，青海省林業(yè)和草原局及時編制了《木里礦區(qū)生態(tài)修復(fù)監(jiān)測評估技術(shù)方案》，組建了以國家林草局西北院、青海大學(xué)、省林業(yè)草原規(guī)劃院、省草原總站等單位專業(yè)技術(shù)人員為主的工作專班，并成立了綜合協(xié)調(diào)組、技術(shù)咨詢組、項目組，全面開展木里礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)、退化土地和生態(tài)修復(fù)長期監(jiān)測評估工作。

2.2 搭建監(jiān)測平臺

青海省林業(yè)和草原局依托祁連山生態(tài)保護(hù)建設(shè)工程、國家重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)縣域生態(tài)環(huán)境等5個專項監(jiān)測工作，搭建了草原監(jiān)測系統(tǒng)和數(shù)據(jù)填報平臺。2021年在木里礦區(qū)種草復(fù)綠區(qū)共設(shè)置56個固定監(jiān)測樣地，布設(shè)遙感無人機(jī)監(jiān)測區(qū)11處，樣線56條，樣方280個。建立了監(jiān)測區(qū)草地類型、牧草群落結(jié)構(gòu)、草地生產(chǎn)力等多項指標(biāo)的數(shù)據(jù)庫。目前，已初步構(gòu)建“天—空—地一體化”監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，形成全域覆蓋、多源融合、智慧協(xié)同、豐富完備的木里礦區(qū)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，對于加強(qiáng)監(jiān)測平臺和網(wǎng)絡(luò)建設(shè)起到了重要作用[2]。

2.3 優(yōu)化監(jiān)測指標(biāo)

針對木里礦區(qū)不同地貌的不同修復(fù)措施，為科學(xué)反映各地貌各修復(fù)措施對礦區(qū)生態(tài)修復(fù)成效的綜合評價，在結(jié)合省內(nèi)以往常規(guī)監(jiān)測的地上生物量、植株高度、植被蓋度、頻度、密度(株叢數(shù))、植被種類、物種豐富度、物候期等指標(biāo)的基礎(chǔ)上，增加了植被出苗量、成活率、越冬率、植被指數(shù)等監(jiān)測指標(biāo)。并埋設(shè)土壤溫濕度測定儀，觀測土壤含水量和土壤溫度，定期讀取數(shù)據(jù)。在每個固定監(jiān)測樣地的各監(jiān)測樣方內(nèi)埋設(shè)標(biāo)尺，定期記錄各標(biāo)尺裸露的長度，計算單位時間內(nèi)的土壤剝蝕速率，為科學(xué)合理開展木里礦區(qū)生態(tài)修復(fù)成效評價工作提供數(shù)據(jù)支撐。

2.4 完善監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)

為強(qiáng)化木里地區(qū)生態(tài)監(jiān)測工作，省林業(yè)和草原局申請了國家級青海木里草原生態(tài)系統(tǒng)綜合觀測研究站的建設(shè)工作，擬建立一個長期中尺度觀測網(wǎng)絡(luò)，監(jiān)測木里地區(qū)水、土、氣、生等生態(tài)環(huán)境要素和社會經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，研究木里礦區(qū)生態(tài)環(huán)境變化規(guī)律及其控制因素，探索生物多樣性維持機(jī)制和生態(tài)功能演變機(jī)理，示范高寒礦區(qū)生態(tài)修復(fù)模式，創(chuàng)建生態(tài)保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展技術(shù)體系、適應(yīng)性綜合管理模式。為祁連山地區(qū)的科學(xué)管理和社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展、保護(hù)和改善生態(tài)環(huán)境提供可靠的數(shù)據(jù)保障和決策依據(jù)。同時，該站將為我國高寒地區(qū)各級政府和科技界急需的重大科學(xué)和社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的前沿問題提供試驗平臺，進(jìn)一步完善我國特殊生態(tài)區(qū)域環(huán)境建設(shè)、國家高寒生態(tài)定位研究網(wǎng)絡(luò)和高寒生態(tài)綜合系統(tǒng)定位研究的數(shù)據(jù)收集工作提供助力。目前，該觀測研究站實施方案已報國家林草局，并通過初步審查，正在編制項目作業(yè)設(shè)計。

3 監(jiān)測工作開展情況

林草部門主要圍繞木里礦區(qū)種草復(fù)綠過程，從工程實施與完成情況、土壤改良成效、種草復(fù)綠成效、植被穩(wěn)定性和自我更新能力監(jiān)測及管理目標(biāo)5個方面進(jìn)行監(jiān)測。

3.1 監(jiān)測方法

從樣地、生態(tài)系統(tǒng)、景觀三個尺度，采用衛(wèi)星遙感、無人機(jī)航拍、地面監(jiān)測“天—空—地”一體化監(jiān)測手段進(jìn)行生態(tài)修復(fù)工程全過程動態(tài)監(jiān)測、成效監(jiān)測評估與效果評價。無人機(jī)航拍監(jiān)測采用礦區(qū)內(nèi)外固定樣地橫向?qū)Ρ群蜁r間縱向?qū)Ρ认嘟Y(jié)合的方法。地面監(jiān)測采用固定監(jiān)測樣地、樣線與固定樣方、隨機(jī)監(jiān)測樣地結(jié)合的方法[3]。

3.2 監(jiān)測內(nèi)容

3.2.1 工程實施與完成情況監(jiān)測

監(jiān)測內(nèi)容：根據(jù)李希來等總結(jié)的，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)實施的“覆、撿、拌、耙、種、耱、鎮(zhèn)”七步工作法[1]，監(jiān)測不同治理區(qū)各階段工程實施與完成情況，評估生態(tài)修復(fù)工程實施效果。

監(jiān)測指標(biāo)：工程完成面積、工程完成率。

3.2.2 土壤改良成效監(jiān)測

監(jiān)測內(nèi)容：根據(jù)《總體方案》確定的覆土種類、厚度及土壤改良方法，測定礦坑外對照區(qū)與礦坑修復(fù)區(qū)土層厚度、土壤養(yǎng)分、土壤理化性質(zhì)和生物特性。

監(jiān)測指標(biāo)：土壤厚度、土壤容重、土壤最大持水量、土壤含水量、pH值、土壤有機(jī)質(zhì)、有機(jī)碳，全氮、磷、鉀，速效氮、磷、鉀，重金屬污染物[4～6]。

3.2.3 種草復(fù)綠成效監(jiān)測

監(jiān)測內(nèi)容：針對坡地(渣山邊坡與礦坑邊坡)、平地(坑底、渣山平臺、儲煤場、生活區(qū)及廢棄道路)、哆嗦貢瑪區(qū)域不同修復(fù)措施，監(jiān)測修復(fù)區(qū)內(nèi)植被成活率、植被綜合蓋度、植被生長狀況、物候期、生物量等。

監(jiān)測指標(biāo)：植被出苗量、植株高度、植被蓋度、頻度、密度(株叢數(shù))、植物種類、地上生物量、物種豐富度、物候期、越冬率、植被指數(shù)等。

3.2.4 植被穩(wěn)定性和自我更新能力監(jiān)測

監(jiān)測內(nèi)容：持續(xù)開展木里礦區(qū)種草復(fù)綠區(qū)修復(fù)成效監(jiān)測，主要監(jiān)測種草復(fù)綠區(qū)植物種類、生物多樣性、植被結(jié)構(gòu)變化情況、自我繁殖和更新能力。

監(jiān)測指標(biāo)：植物種類、地上生物量、地下生物量、經(jīng)濟(jì)類群生物量(可食植物、不可食植物、豆科植物、莎草科植物生物量)、可結(jié)實種類、結(jié)實率、種子產(chǎn)量、種子萌發(fā)率、物種豐富度及每年新增植物出苗數(shù)等。

3.2.5 管理目標(biāo)

監(jiān)測內(nèi)容：根據(jù)木里礦區(qū)種草復(fù)綠最終目標(biāo)及“覆、撿、拌、耙、種、耱、鎮(zhèn)”七步工作法各階段目標(biāo)，監(jiān)測修復(fù)過程中各目標(biāo)的完成程度；依據(jù)土壤改良、種草復(fù)綠監(jiān)測結(jié)果，對種草復(fù)綠目標(biāo)實現(xiàn)的適應(yīng)性管理情況。

監(jiān)測指標(biāo)：各階段預(yù)期目標(biāo)實現(xiàn)程度、修復(fù)目標(biāo)偏離程度、新的生態(tài)問題。

3.3 礦區(qū)種草復(fù)綠任務(wù)及完成情況

2021年，木里礦區(qū)生態(tài)修復(fù)(種草復(fù)綠)面積20.2 km2。經(jīng)監(jiān)測，木里礦區(qū)種草復(fù)綠區(qū)域牧草長勢良好，植被出苗量平均 4 706 株/m2，平均出苗率達(dá)90%以上，牧草高度均在90 mm以上，植被覆蓋度達(dá)90%以上，水土保持率達(dá)90%以上。復(fù)綠區(qū)植被主要以早熟禾、披堿草、中華羊茅為主，偶有少量甘肅馬先蒿、青藏苔草等8～20 種植物。

實施土壤覆土改良，植被修復(fù)區(qū)內(nèi)土壤 pH值為8.03，土壤容重1.19，土壤結(jié)構(gòu)適宜，礦區(qū)土壤平均含水率為29.41%，適宜種草。通過水土流失監(jiān)測，土壤剝離物粒徑在5～2 mm占比較高，種草復(fù)綠區(qū)邊坡剝蝕痕跡不明顯，說明種草復(fù)綠可顯著減少渣山邊坡的水土流失。礦區(qū)生態(tài)環(huán)境綜合整治后，不僅增加了植物多樣性，還有藏狐、旱獺、大天鵝、棕頭鷗、赤麻鴨等野生動物出沒，生態(tài)成效顯著。

4 存在的問題

木里礦區(qū)的生態(tài)修復(fù)雖然取得了階段性的成果，監(jiān)測評價體系及指標(biāo)也初具規(guī)模。但仍然存在一些問題，如監(jiān)測過程中僅考慮了植被的動態(tài)變化和植物種類組成，缺乏對自然的和人為的干擾因素的統(tǒng)籌考慮，無法全面反映礦區(qū)生態(tài)修復(fù)工程質(zhì)量。

4.1 缺乏統(tǒng)一的監(jiān)測組織體系

目前，礦區(qū)生態(tài)監(jiān)測涉及草原、濕地、水文、地質(zhì)、氣象等，監(jiān)測內(nèi)容及指標(biāo)多，由自然資源、生態(tài)環(huán)境、林草、氣象多個部門分別負(fù)責(zé)本職能內(nèi)的監(jiān)測任務(wù)，缺乏統(tǒng)一的組織機(jī)構(gòu)，監(jiān)測數(shù)據(jù)共享難，不便于開展對礦區(qū)生態(tài)環(huán)境變化的綜合分析評價工作。

4.2 生態(tài)恢復(fù)對人工維護(hù)依賴性強(qiáng)

據(jù)調(diào)查，木里礦區(qū)植被類型較為單一且主要為無性繁殖，一旦遭到破壞，其自然恢復(fù)能力幾乎為零。另一方面，木里礦區(qū)雖然開展了人工復(fù)綠工作，但受當(dāng)?shù)靥厥鈿夂颦h(huán)境影響，植物越冬率較低，需要及時進(jìn)行補(bǔ)種與養(yǎng)護(hù)。同時，后期管護(hù)不力導(dǎo)致的放牧家畜和野生草食動物啃食也會嚴(yán)重降低生態(tài)恢復(fù)成效。因此，木里地區(qū)生態(tài)恢復(fù)工作對人工維護(hù)具有極強(qiáng)的依賴性，需要長期投入人力物力來保障其生態(tài)恢復(fù)的效果。

4.3 綜合科研基礎(chǔ)薄弱

礦區(qū)地貌重塑參數(shù)、凍土保護(hù)、區(qū)域水資源補(bǔ)徑排條件、高原湖泊潛在生態(tài)風(fēng)險、礦坑積水水環(huán)境問題等尚未開展相關(guān)研究，為后續(xù)開展礦區(qū)生態(tài)環(huán)境治理工程設(shè)計和施工帶來不小的困難。生物及微生物監(jiān)測指標(biāo)缺失，也是薄弱環(huán)節(jié)之一。

5 對策建議

生態(tài)修復(fù)是一個系統(tǒng)性工程，系統(tǒng)內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。受自然地理、水熱條件、生態(tài)修復(fù)措施以及施工質(zhì)量、后期管護(hù)力度等多種因素影響，還存在整治不徹底、復(fù)綠成效鞏固難及邊坡流失等問題，構(gòu)建的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能、修復(fù)效果、穩(wěn)定性等仍待時間檢驗。尤其是，礦區(qū)不同渣山表層基質(zhì)營養(yǎng)成分不一致，礦區(qū)植被恢復(fù)空間異質(zhì)性變大，恢復(fù)的差異性較大。需要從植被、土壤、氣候等方面進(jìn)行綜合分析，對修復(fù)成效進(jìn)行系統(tǒng)評估。此外，加快推進(jìn)國家級青海木里草原生態(tài)系統(tǒng)綜合觀測研究站的建設(shè)，將為強(qiáng)化木里地區(qū)長期生態(tài)監(jiān)測工作，提供必要的研究設(shè)施和穩(wěn)定的研究平臺。