霍林河露天煤矿排土场植被恢复与重建技术探讨

陈来红，马万里

(1.内蒙古农业大学，010018，呼和浩特;2.中国电力投资集团公司，100140，北京;3.国家林业局林产工业规划设计院，100714，北京)

矿区环境治理和生态恢复目前已经成为全球恢复生态研究普遍关注的议题之一，受到各国的普遍重视。我国《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006—2020年)》中强调生态脆弱区域生态系统功能的恢复重建研究是优先主题之一，其中复杂矿区生态保护及恢复技术是重点研究领域。在各地矿区植被恢复与重建的研究与实践中，我国已经取得了较好的成就［1-8］;但是，在草原地区露天煤矿进行植被恢复与重建的研究还比较有限，适合草原煤矿区的植被恢复和重建技术体系仍待完善。

霍林河煤矿是我国重点开发的大型现代化露天煤矿之一。由于长期的开采，已对草原植被造成破坏，严重扰动了原有生态系统中各种生物间的共生关系。排土场是矿区复垦建设的重点区域，是剥离地表土堆积而成的特殊人工地貌，土壤结构松散、肥力贫瘠、水土流失严重和土壤种子库被破坏，天然植被恢复极其缓慢;因此，排土场的复垦是矿区生态恢复与重建过程中最具代表性的区域，对其植被恢复与重建技术一直是研究者们关注的重点［9-10］。

笔者以霍林河露天煤矿1号矿排土场的植被恢复实践为例，讨论和分析草原矿区内以林业生态工程为主的植被生态恢复技术，为草原地区露天煤矿的植被恢复与重建提供科学依据。

1 露天煤矿自然状况

霍林河露天煤矿1号矿地处内蒙古通辽市西北部，位于霍林郭勒市和扎鲁特旗境内。地理坐标为E 119°33'29″～ 119°37'33″，N 45°27'32″～ 45°32'59″。煤田处在大兴安岭南端北坡，地貌以山地丘陵、堆积台地和冲积平原为主。在植被区划上，属于温带草原区大兴安岭森林草原向典型草原过渡地带。煤田开垦前，该区域地带性植被的主要植物群落类型是:贝加尔针茅群落(Form.Stipa baicalensis)、大针茅群落(Form.Stipa grandis)、线叶菊群落(Form.Filifoliun sibiricum)及羊草群落(Form.Leymus chinensis)等;此外，还有非地带性的草甸植被，多为小糠草+苔草群落(Form.Agrostis alba+Carex sp.)、苔草群落(Form.Carex sp.)等。土壤以栗钙土为主，还有草甸土、粗骨土、风沙土等。

霍林河露天煤矿自20世纪70年代以来，对矿区土地资源、生态环境和植被资源产生的负面影响较大。首先，采矿作业面上的地表剥离而破坏植被，堆积占压大量土地，对地表植被造成破坏;其次，在我国干旱、半干旱的草原区开采造成的地表裸露，会因大风和降雨加剧其水土流失;第三，露天开采作业中排出大量的疏干水，会造成矿区以及周围地区的地下水位明显下降，影响植物的生长与分布。此外，在一些局部土壤还有次生盐渍化和土壤沙化等现象。目前，虽然矿区进行了积极的治理，复垦工作取得一定效果，但治理范围有限，排土场复垦后的部分植物生长表现不甚理想。

2 排土场植被恢复实例分析

通过2007—2009年连续3年对霍林河露天煤矿1号矿及周边矿的考察，重点对1号矿排土场以往实施的一些复垦项目进行调查。

2.1 自然恢复力

霍林河矿区排土场和已经破坏的土地自身具备一定的自然恢复能力，但其恢复速度相当缓慢。据张伟敏等［10］研究，单靠自然恢复的植被覆盖率不足12%，作者在一些新排土场踏查中，看到没有进行人工种植的地方，自然恢复的植物多是浅根系的杂类草，植被覆盖率低，固土和防止水流冲刷作用有限。

2.2 植物种类的选用

根据调查统计，用于矿区复垦的主要植物中:乔木有杨树(Populus sp)、樟子松(Pinus sylvestris var.mongolica)、云杉(Picea asperata)、华北落叶松(Larix principis-rupprechtii)、侧柏 (Platycladus orientalis)、新疆杨(Populus bolleana)、小叶杨(Populus simonii)、旱柳 (Salix matsudana)、柽柳 (Tamarix chinensis)等，灌木有沙棘(Hippophae rhamnoides)、小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)、山杏(Prunus sibirica)、丁香(Syringa oblata)、紫穗槐(Amorpha fruticosa)、榆叶梅(Amygdalus triloba)、金露梅(Potentilla fruticosa)、黄刺玫(Rosa xanthina)、胡枝子(Leapedeza bicolor)、多季玫瑰(Rosa rugosa)、沙地柏(Sabina vulgaris)和蒙古扁桃(Amygdalus mongolica)等，草本有沙打旺(Astragalus adsurgens)、白沙蒿(Artemisia sphaerocephala)、白花草木樨(Melilotus aldus)、黄花草木樨(Melilotus officinalis)、紫花苜蓿(Medicago sativa)、叉分蓼(Polygonum divaricatum)、丝石竹(Gypsophila sp)、无芒雀麦(Bromus inermis)、羊草(Leymus chinensis)、披碱草(Elymus dahuricus)、针茅(Stipa grandis)、早熟禾(Poa annua)、羊茅(Festuca rubra)、黑麦草(Lolium perenne)等。

2.3 植物的生长表现

现场勘查了1号矿东排土场于1993—2006年陆续开展的平台及边坡约300多hm2的植物恢复和40 km的周边防护林生长情况。在东排土场移栽的沙棘、山杏、小叶锦鸡儿、丁香、黄刺玫、金露梅等灌木，80%能够存活，但生长量表现不一，沙棘生长最好，年生长0.5 m左右。3～5 a就形成一定覆盖度的人工群落，高度达3～3.5 m，林下土壤层疏松，腐殖质含量大大提高。在边坡种植的植物中，沙棘、山杏和丁香的生长较好，盖度多在25%以上。

此外，考察了内蒙古林业科学院2010年在东排土场建立的“排土场绿化美化工程”示范基地，在工程修建好的边坡上种植了矿区原有种植植物，如沙棘、柠条等灌木和草本，同时也尝试性地种植了沙地柏、蒙古扁桃等植物，这些植物当年存活率超过90%，生长表现尚可，但需要2～3个冬季的考验。

总体来看，在整个复垦区，沙棘生长表现最好，对寒冷和干旱的适应性强、生长速度快，可以作为该矿区植被恢复中重要的种植材料;紫穗槐、山杏、沙打旺、白沙蒿、叉分蓼表现也可以，是较好的复垦用植物。此外，在东排土场平台看到种植的植物搭配比较丰富，其中的丁香、榆叶梅、黄刺玫、胡枝子、丝石竹较多，生长效果比较理想。

2.4 存在问题

1)树种选择方面，由于一些树种的耐旱性较差，造成复垦效果不好。如20世纪90年代中期平台种植的樟子松、落叶松、黄刺玫等，当年成活率在90%以上，以后因耐旱性差，存活甚少。

2)后期管护不力影响复垦效果。20世纪90年代后期在边坡和坡下种植的防护林，如杨树、山杏、沙棘、柽柳等，由于缺少管护或管护不力，成活率不足50%。

3)边坡没有进行处理，导致的种植效果很差。考察发现在一些未经处理的边坡地段，由于雨水的冲刷，形成众多的冲刷沟，坡面遭到很大破坏，植物分布很少;还有一些未修建工程修建的边坡，种植的植物即使出苗，但因土壤保水效果差，幼苗难以存活，植被恢复难以保证。

3 排土场植被恢复与重建技术要点

霍林河露天煤矿的排土场多为外排土场，对其进行植被恢复与重建，必须优先考虑采矿剥离程序和矿区复垦过程的科学规划，遵循采掘—运输—排弃—整形—复垦的良性循环原则［10］，避免开采的地表土被深埋，而复垦时又短缺覆土的情况发生。在此前提下，笔者根据霍林河露天煤矿所处区域的自然气候等特点和排土场实际状况，分析原有复垦的经验与不足，结合我国一些矿区的复垦经验［1-2，7-8］，提出适合霍林河露天煤矿排土场植被恢复与重建技术。

1)场地整理。为了便于植物种植和后期管护，对排土场进行平整、连片是必要的，尤其对堆积形成的自然坡度较大和存在坑洼的地段，要根据地形和种植需求进行整地。为防止雨水冲刷加剧造成的水土流失，整地后一般要加固边坡，使边坡变缓，坡度以不超过35°为宜。如果排土场高度过高，可将排土场修成多级台阶形式，形成一定宽度的绿化平台。

2)表土覆盖。排土场主要由开挖出的泥岩土、砂岩、煤矸石等构成，堆积后的上层多是泥岩土和砂岩，即使平整后，植物生长依然困难，因此，在整地后，要把开采时剥离的原表土二次倒运，覆于排土场的表层，这对下一步植被种植至关重要。根据排土场堆积物的底质状况实际调查和已种植植物的生长表现，认为要满足灌木类和草本植物生长需求，在平台上覆盖客土厚度以50～80 cm为宜，最少也要30 cm，而边坡表面覆土也要20～30 cm。

3)排土场边坡的稳定。边坡是排土场水土流失最严重的地区，也是植物固着和生长较困难的区域。边坡的稳定处理和排水系统建立是复垦过程中必须注意的。一般可以通过修建挡水埂、植生袋法、修建网格等工程技术达到稳定边坡、保存水肥、截留种子等效果，利于植被恢复。

值得注意的是，由于刚整地、表土覆盖以及边坡处理等后，土壤可能没有被压实、出现土壤渗漏严重等情况，因此，在经过1个夏天雨季的自然沉降后，再进行适当的平整是必要的，然后再复垦种植。

4)植物种类的选择。利用合适的植物进行植被恢复是重建一个稳定生物群落的重要环节，复垦植物的选择是否合理，关系到矿山复垦与生态恢复的成败。在草原区开展植被重建和恢复，分析影响或限制植被生长的主要生态因子十分关键，通常水分、温度和土壤条件是影响植物生长的重要因子。

根据霍林河地区的自然、气候和矿山排土场的地形、土壤等条件，结合实地观测及野外植被调查的结果，在植物种类选择上，首先，要考虑植物对霍林河矿区干旱、寒冷的气候特点与贫瘠恶劣的土壤条件的适应性方面是否合适。在水分方面，因为霍林河煤矿地处干旱和半干旱的草原区，年降雨量不足400 mm，加上排土场土壤结构严重被干扰造成的水土保持能力低下和地下水源因开采而下降等因素，所以，选择耐旱型的植物种类是优先考虑的要求。其次，要选择根系发达、繁殖力和自我更新能力强的植物，利于加快形成群落，起到防止水土流失的作用。第三，要考虑植物对土壤改良的能力。排土场覆土后的土壤非常贫瘠，结构松散，养分缺乏，选择具有固氮能力、土壤改良能力和水土保持能力较强的植物很有必要。第四，具有良好的景观效果，并与周围的植被和景观协调一致，既要有生态防护效果，也要有景观美化效果。

5)种植模式的确立。以林业复垦为主是许多国外矿山采取的最常见手段［7，11-12］，但对于草原矿区的大部分地方，乔木的生长状况不理想;所以，应该根据矿区气候、土壤、原生植被等情况，选择矿区复垦植物种类，尤其是先锋物种的选择，并根据植物种类，确定采取的种植模式。通过实地考察和认真分析矿区原复垦工程的治理效果，建议霍林河露天煤矿采用的模式以灌-草配置和乔-灌-草配置为主。此外，从整体考虑，排土场的外围50～300 m内，种植防护林带也是必要的，其模式用乔木混交或乔木纯林，林下配合灌木、草本的种植。

6)种植与管护。在整地的基础上，根据种植配置模式和植物种类的不同，进行种植。首先在排土场的平台部分修筑水平沟或鱼鳞坑等，在坡面上修建挡土墙和砌筑排水沟;然后，根据复垦地段土壤状况、种植的模式和植物种类，合理选择种植技术，如带土移植、客土造林或直接播种等。

除常规造林技术外，运用保水剂技术为干旱、半干旱地区的矿区植被恢复尤其显得重要。此外，通过种植绿肥植物，如紫花苜蓿、草木樨等豆科牧草，能够达到改良土壤的目的。

抓好种植各个环节的同时，后期的喷水养护、追施肥料、培土补植、病虫害防治等养护管理也是复垦成功的重要保证，并且注意节水方面的管理和技术应用。

4 小结与建议

煤矿排土场的复垦是一项系统工程，对其进行植被恢复与重建，科学规划和科学实施是必须优先考虑的原则。就霍林河露天煤矿排土场植被恢复与重建技术而言，从场地整理、表土覆盖、排土场稳定、植物种类选择、种植模式确立，到种植与管护各个环节都十分重要，但从生物技术为主的植被恢复与重建角度来看，植物种类选择和种植模式确立更需要不断探索，尤其考虑到草原矿区降水少、温度低和土壤条件差等因素;因此，建议霍林河露天煤矿采用以灌-草配置和乔-灌-草配置为主的模式，除了运用现有种植的较为适宜的植物外，积极引入或尝试其他植物也很必要。此外，由于矿区较恶劣的自然环境对植物生长的影响，在实施矿区植被恢复与重建时，运用保水剂技术、节水新技术和种植绿肥植物等是可行的，在整地、起苗、运输、栽植等造林种草的各个技术环节，辅之以工程措施也是必要的。

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