草原区露天矿外排土场生态恢复的探究与实践

周 宁

（中煤科工集团沈阳设计研究院有限公司，沈阳 110015）

呼伦贝尔草原地处我国的蒙东能源基地腹地，煤炭开发程度较高，生态环境较为脆弱。煤炭资源的集中开发对当地的草原造成了不同程度的破坏，严重威胁到我国东部的生态安全。露天矿对生态环境的破坏和污染较重，除采场开挖破坏地表植被外，在内排开始前，外排土场压占了大面积的土地，改变了区域的地形地貌，对矿区的生态环境造成较大破坏。露天矿外排土场的生态恢复是露天矿区生态建设的重点和难点[1]。

“生态恢复”指通过人工方法，按照自然规律，恢复天然的生态系统。“生态恢复”的含义远远超出以稳定水土流失地域为目的的植树造林，也不仅仅是种植多样的当地植物，生态恢复的目标是创造良好的条件，促进一个群落发展成为由当地物种组成的完整生态系统[2-3]。

1 研究区概况

研究区位于大兴安岭西坡呼伦贝尔草原，海拉尔盆地东部，海拉尔河中下游地区。区域地形呈缓波状，起伏不大，北高南低，西高东低。区域属中温带亚干旱气候，多年平均气温-1.1℃，≥10℃积温为1929℃，无霜期102 d。年平均降水量347.80 mm，夏季占年降水量72%，年平均蒸发量1013.7 mm。

项目区土壤以暗栗钙土为主体，腐殖质层厚度约20～40 cm，地带性天然植被以羊草、丛生禾草大针茅、冰草等占绝对优势。

2 外排土场生态恢复目标

呼伦贝尔地区的外排土场一般占地面积在100 hm2左右，排弃高度在80 m左右，其体量较大，对区域的生态景观造成一定的冲击，且松散岩土的堆弃、裸露的表面，造成当地极易发生冲沟侵蚀、边坡垮塌等问题。因此，外排土场的生态恢复是一个集合边坡稳定、表层土壤重构、水土保持和植被恢复的涉及多个学科方向的系统工程。高陡边坡的稳定、水土资源的保持是外排土场生态恢复的基础，而土壤重构及培肥、植被的恢复是关键。各要素相辅相成，缺一不可[4-7]。生态恢复的目标就是通过工程措施和植物措施，将外排土场重建为一个和周边草原景观协调，且具有自我恢复能力的健康生态系统。

3 外排土场生态恢复工程措施

3.1 表土剥离

露天采区表层土壤含有一定的有机质，其种子库密度与多样性均远高于采煤剥离的深层生土，其庞大的种子库是矿区生态恢复的关键。矿区表层土壤中的微生物和动物含量相对深层生土丰富，其对于重建生态系统的恢复和稳定起到重要的作用。矿区在土地损毁前进行剥离表土，并进行堆存，剥离的表土厚度为60 cm，剥离的表土单独进行堆放，以不影响矿区生产和土地复垦用地为原则进行选取。剥离的表土与周围土壤性质相似，对于矿区外排土场的土壤重构和培肥具有重要作用。

3.2 表土回覆

表层土壤中含有丰富的有机质和微生物，它们是植物生长所必不可少的，是生态恢复的基础。因此，为了有足够的表土供生态恢复使用，在排土场排弃前，应将压占土地的表层土壤剥离，剥离的厚度依土层厚度和所需表土覆盖量而定。草原区表土回覆的厚度应＞30 cm，才能够保证草本植物的正常生长。

3.3 外排土场土地平整

项目区降雨集中在夏季，为防止连续降雨对排土场坡面形成冲刷，同时保证植被生长用水，采用平台周边挡水围埂和网格围埂相结合的方式对自然降水进行内部拦蓄。外排土场平台周边挡水围埂总高度为0.5 m，采用梯形断面顶宽1.0 m，内外坡比1:1。如图1所示，挡水围埂内用网格围埂将平台分割成30 m宽的条块，在条块中央每隔20 m设横档，网格内整平后种草。平台网格围埂高0.5 m，顶宽0.3 m，内外坡比1:1。

图1 外排土场边坡复垦措施示意图

4 土壤培肥

外排土场覆盖的表土可能是表土和心土的混合物，且由于长时间堆放，其土壤理化性质及土壤肥力与原地表土壤有较大的差别，不能满足植物的生长需要。宝日希勒露天矿排土场覆盖土与原表土的土壤肥力比较如表1所示。

表1 宝日希勒露天矿排土场覆盖土与原表土的土壤肥力比较

土壤培肥是为了改善覆盖土的土壤结构，提高土壤肥力，加快生态恢复速度和提高生态恢复的质量。土壤培肥的方法主要有三种。一是绿肥法，其特点是在复垦区种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，其根系腐烂后能有效地增加土壤的胶结和团聚作用。二是施肥法，即施用大量有机肥料来提高土壤中有机物含量，改良土壤结构，消除土壤过沙、过黏的不良理化性质。三是微生物改良，即利用微生物活化剂或微生物和有机物的混合剂对土壤进行熟化和改良，恢复土壤肥力和活性。

绿肥法是改良复垦土壤，增加有机质和氮磷钾等营养元素的最有效方法。凡是以植物的绿色部分当作肥料的称为绿肥，绿肥多为豆科植物，其生命力旺盛，在自然条件较差、土壤较贫瘠的土地上都能很好地生长。在外排土场平盘与台阶坡面上种植选定草本，混交于灌木林下，然后将这些植物通过压青、秸秆还田等多种方式复田，在土壤微生物作用下，除释放大量养分外，其还可以转化成腐殖质，其根系腐烂后也有胶结和团聚作用，可以有效改善土壤理化性质。绿肥法符合“生态恢复”的基本原理，即通过豆科植物与土壤的相互作用，使生物与环境协同进化、相互适应，从而使整个生态系统形成良性循环。

5 生态恢复的主要方法

生态恢复的方法有物种框架方法和最大多样性方法[8]。

物种框架方法是指建立一个或一群物种，作为恢复生态系统的基本框架。这些物种通常是植物群落中的演替早期阶段（或称先锋）物种或演替中期阶段的物种。这个方法的优点是只涉及一个（或少数几个）物种的种植，生态系统的演替和维持依赖于当地的种源（或称“基因池”）来增加物种和生命，并实现生物多样性。因此，这种方法最好是在距离现存天然生态系统不远的地方使用。

最大多样性方法是尽可能地按照该生态系统退化以前的物种组成及多样性水平种植物种进行恢复，需要大量种植演替成熟阶段的物种，先锋物种被忽略。这种方法适合于小区域高强度人工管理的地区，如城市地区和农业区的人口聚集区。这种方法要求高强度的人工管理和维护，因为很多演替成熟阶段的物种生长慢，而且经常需要补植大量植物，因此需要的人工比较多。

在草原区，草原生态系统的植物组成较为简单，没有森林生态系统复杂，呼伦贝尔草原天然植被以羊草、大针茅、冰草为主，恢复区周边存在大面积的天然生态系统的“基因池”，因此可以使用物种框架方法进行生态恢复。

宝日希勒露天矿外排土场在复垦的实践中，采用物种框架方法对外排土场进行植被恢复。在对外排土场平台及坡面进行修整，平台修筑挡水围埂后，撒播老芒麦、冰草和紫花苜蓿的种子，并进行养护管理。紫花苜蓿具有改善土壤结构、培肥土壤的作用，老芒麦和冰草能够很好地适应呼伦贝尔地区的气候条件，是构建生态系统基本框架的主要物种。

经过三年的养护管理，对宝日希勒露天矿外排土场平台及坡面进行恢复效果监测，并与自然草地进行对比，对比结果如表2所示。

表2 外排土场生态恢复效果对比

从复垦效果对比可以看出，物种框架搭建完毕3年后，周边生态系统的物种逐渐扩散到外排土场恢复区，其物种多样性会逐渐丰富，土壤中有机质稳步提升，生态系统稳定性逐渐增加。

6 结语

呼伦贝尔草原是我国北方的重要生态屏障，而近年来矿区的大规模开发对脆弱的草原生态系统造成了巨大的压力。露天矿开采对草原生态破坏最大，人们需要开展系统的、完整的生态恢复工程，才能有效减缓其对生态系统的影响。外排土场的生态恢复是露天矿先期开采中首先需要面对的问题。在外排土场生态恢复中，要综合运用工程措施、生物措施，在生态设计的指导下，结合外排土场的排弃进度，逐步实施生态恢复措施，以期为之后的内排土场生态恢复提供必要的经验和人才储备。