伊敏露天矿生态修复技术

李文超，张 波，李 伟

（华能伊敏煤电有限责任公司 露天矿，内蒙古 呼伦贝尔 021134）

近年来，矿山植被恢复方面的研究较多，有复垦土地的结构改良、适生物种的选择、优化植被配置模式、抚育过程管理等，也有专门的土壤改良方式及措施研究，边坡水土保持机理研究等，但研究的系统性仍然存在不足。为此，通过研究伊敏露天矿生态修复全过程的技术措施得出伊敏露天矿生态修复模式，为今后矿山生态修复提供借鉴。

1 伊敏露天矿概况

伊敏露天矿隶属华能伊敏煤电有限责任公司，现设计年产量2 700 万t，主产褐煤。矿区地处呼伦贝尔草原，属于中温带半干旱大陆性季风气候，气温年、日较差大，年平均气温－2.4 ℃，极端最高气温37.3 ℃，极端最低气温－39.9 ℃，无霜期110 d，冻冰期9 月下旬至翌年4 月下旬，平均结冰日数245.2 d，平均结冰深度3.235 m[1]。随着生产工艺不断改进，产量增加，剥离量不断增长，排土场绿化面积不断扩大，排土场复垦绿化任务更加严峻。为贯彻国家的法律法规、合理利用土地资源、建设绿水青山，建立一整套排土场生态修复技术模式十分关键。为此，通过分析研究伊敏露天矿多年来的生态修复技术措施，得出伊敏露天矿生态修复技术模式，为露天煤矿生态修复提供保证，为国家生态修复、环境保护事业贡献力量。

2 伊敏露天矿生态修复技术模式

2.1 借助调研拓宽生态恢复知识

由于在植被恢复方面受到植被恢复领域的认可，中国地质大学、东北大学、内蒙古大学等各大院校学者和自然资源部门、神华宝日希勒露天矿、霍林河露天煤矿等各大煤矿人员以及各大新闻媒体相继到伊敏露天矿进行绿色矿山建设考察、调研、宣传报道伊敏露天矿的生态恢复模式，在间接给予部分伊敏露天矿土壤、植被相关数据的同时，也创造了经验交流的机会。同时，伊敏露天矿到扎鲁特旗扎哈淖尔露天矿、霍林河南露天煤矿、霍林河北露天煤矿、东明露天矿、神宝露天矿、北京园博园等地学习矿山修复、生态景观修复经验。充分了解了考察单从设计研究到施工总结、人员配置等各个方面的效果及取得的成绩，并对比自身现状进行了总结分析，得出了在生态修复方面与其他矿山存在的差距，并不断研究改进、创新。

2.2 进行联合研究探索高效恢复措施

2014—2018 年，清洁能源研究院在伊敏露天矿排土场顶部做过600 m2的小型试验区，主要进行菌根菌改良土壤试验、苜蓿、披碱草在不同处理土壤上的种植试验，经过观察得出：利用黄土、沙子混合农家肥可以达到利用腐殖土种植植被的60%效果，为伊敏露天矿解决腐殖土短缺问题创造了条件，目前正在推广应用；打垄种植区有助于蓄水保水、但对植被覆盖度有影响，目前只在小部分较陡坡面推广使用。

2.3 自主研究探索

1）沙棘育苗研究。伊敏露天矿结合自身绿化植被需求，2015 年开展了沙棘种子室内育苗，并取得成功。但在2017 年开展的野外沙棘种子育苗试验中发现室外温度、湿度对沙棘种子发育影响较大，种子不仅发芽率相比室内大大降低，而且后期小苗生长也较为困难。室外试验以失败告终，但同时得出沙壤土、背风处有助于沙棘生长。

2）高陡边坡无纺布袋绿化研究。2016 年伊敏露天矿在2 号破碎站坡面等处进行了高陡边坡无纺布袋绿化试验，种植面积3 000 m2，取得了良好的绿化效果。由于单位面积投入费用较高，故只用于无法放坡区域的绿化工作，2020 年在南帮出入沟两侧开展4 800 m2的高陡边坡绿化工作。

3）绿化抑尘带。2017 年开始，收集内页及室外资料，深入研究，在北排土场东侧坡面开展了30 余万m2的绿化防尘带，坡底种植乔木、坡面灌草结合种植植被，完成北排土场东侧坡面植被重建工作，绿化防尘带既吸附扬尘又提升伊敏露天矿整体绿化效果。2020 年在矿山公路与采坑之间进行分层植被带恢复，伊敏露天矿已形成了相对完整的植被恢复景观，即采坑、正在排弃的排土场、已恢复植被的排土场、乔灌草等绿化植被带、主干道路等层层相连的景观。恢复过程中，还将矿区内的低洼自然地貌修复成湿地景观。

4）水体景观带。2019 年开始，对矿区周边废弃地调查研究，通过边治理边研究美化的方式，调动员工自愿对低洼地清理平整、修建坝体、绿化美化、生物群落重建等，建成水体景观带：清理平整10 万m2，修建坝体2 000 m，绿化种植草本植被6 万m2，并在水体周围种植了芦苇、格桑花、柳树、兴安杜鹃等，栽植灌木1 700 丛，栽植乔木900 株，设置循环水泵1处，宣传轮胎标识2 处，形成了空气清新、环境优美、景观怡人的水体景观带。

5）植被恢复研究。2020 年伊敏露天矿申请了高寒草原区露天矿本土植被驯化研究项目，主要通过对本地气候、土壤、植被进行详细调查分析及同纬度地区植被收集，寻找最适宜伊敏露天矿排土场的植被物种、土壤重构方式及植被种植模式，项目研究期3年，现已形成初步研究报告，正在进行研究校对研究内容期。后续将继续推进本土植被驯化及土壤再造研究相关项目，深入开展土壤、植被、水质、气候调查收集，有针对性地开展土壤再造、植被种植、物种搭配、水土保持措施布设试验，得出精准的伊敏露天矿植被恢复技术路线和具体施工工艺，以指导伊敏露天矿绿化工程施工。

3 生态修复技术

通过资料收集、现场实践、实验研究，采用列举分析法对伊敏露天矿生态修复的发展过程进行剖析，总结伊敏露天矿绿化植被选择、覆土、水土保持工程、植被养护等复垦绿化技术措施，得出伊敏露天矿生态修复技术模式。伊敏露天矿生态修复技术路线如图1。

图1 伊敏露天矿生态修复技术路线

3.1 排土场绿化种植物种

伊敏露天矿在高寒、无霜期短、土壤贫瘠等不利植被生长的自然条件下，结合生态演替规律及因地制宜原则，不断探索排土场最适宜生长物种和种植方式。1997、1998 年排土场复垦绿化时采用种植人工草，由于其适应能力差几年后就被本地区的草本植物替代；2002 年在排土场种植苜蓿，由于牲畜啃食严重、自身环境适应能力差，3 年退化殆尽；2006年在排土场栽植榆树、黄槐、丁香，栽植后难以适应本地区高寒、降水少、土壤贫瘠的排土场环境，出现大量枯死现象；2009 年伊敏露天矿总结以往复垦绿化植被选择经验，在排土场顶部采用本地区的披碱草、羊草等进行混播，在排土场边坡采用成活率高、生长速度快、耐寒、耐旱、耐贫瘠、具有固氮效果的沙棘与披碱草混交栽植：排土场坡面到界、修坡、覆土后种植披碱草籽，种完草的第2 年栽植沙棘，2018年以后因种植的草本植被种类单一，排土场坡面栽沙棘郁闭前出现植被覆盖度下降现象现；2019 年，伊敏露天矿将第1 年只种植披碱草种子改为混播1年生多年生草本植被，第2 年栽植沙棘。伊敏露天矿排土场边坡已形成沙棘林地3 km2。

3.2 土壤重构标准

1）岩土资源高效利用。草原地区地表薄薄的1层第四系腐殖土是极其珍贵的，是草原生态保护的基础。伊敏露天矿在剥离过程中，对地表腐殖土进行单独回收和存放，作为绿化覆土，最大程度地实现了土的循环，为矿区生态重建提供了基础保障。伊敏露天矿开采的剥离物原土层从地表向下一般为腐殖土、黄土、沙子、泥岩。根据剥离物原有土层结构，在剥离排土过程中将泥岩排在排土场的最底层，在将近地表时排弃沙子、沙子上部覆盖腐殖土（排沙厚度不低于0.4 m，排腐殖土厚度不低于0.3 m）。为植被后期生长提供透水、透气环境，有利于植被对水分和养分的吸收，为生物栖息提供土层条件。2017 年至今内排土场排弃时，地表以下形成泥岩隔水层，将采坑与伊敏河完全阻隔，目前伊敏河与采坑之间水位已恢复至663～665 m 水平之间，南露天水位也上升了10 m。

2）土壤肥力技术标准。近年来由于覆盖的表土肥力低、土壤（pH 为6.8～9.1）盐碱性较大难以满足植被生长要求，伊敏露天矿利用农家肥对表土进行改良后再进行植被种植。覆土前首先进行农家肥发酵，农家肥发酵过程如下：①在伊敏露天矿境内选取1 处堆放位置，堆放位置要较干燥、平坦、运输方便；②发酵堆宽80 m，高2.6 m，发酵堆长以农家肥数量而定，堆前将地面表土推至一旁，将地面碾压平整；③铺垫0.2 m 厚的“腐殖土”（或黄土）；④铺垫1 m厚的农家肥；⑤以此类推，“腐殖土”（或沙土）与农家肥交叉铺垫；⑥发酵堆顶部修成凹槽，凹槽可以留存降雨，有助于农家肥发酵。发酵堆共堆置：2 m 农家肥和0.6 m“腐殖土”（或沙土）；在发酵堆周围用“腐殖土”修筑1.5 m 高的档土埂，防止发酵堆被降水冲刷或遭受牲畜践踏。覆土时将发酵后的农家肥与土壤混合覆盖于绿化地表。

伊敏露天矿在土壤改良方面从土层、土质、土壤孔隙等多层次考虑[2-3]，以改善植被生境为原则，使植被生长所需的水、肥、气3 大条件得到充分满足[4]，使土壤涵养水分能力增强、土壤肥力和孔隙度增加、植被根系呼吸环境改善，植被成活率及生长效果显著提高。

3.3 水保工程措施

伊敏露天矿在植被种植前对边坡进行放坡、修整，防止大气降水冲刷边坡，使边坡更加稳定，保水保土为植被恢复提供基础保障[5-6]。

1）放坡。坡面放缓至12°～15°，坡底要衔接规整，排土场边坡拐角处放坡要圆滑过渡。放坡覆土后坡顶上部距离坡顶线5 m 处用比较黏重的堆积物修筑挡水埂，挡水埂高1.5 m，底宽3～4 m，顶厚1～1.5 m，机械压实后覆盖腐殖土或沙子（厚度不低于0.1 m），坡面、挡墙、放坡等处连接要平滑规整可种植植被。挡水埂与平盘边缘反坡搭接，平盘反坡为从挡水埂向内延伸10 m。

2)坡面修整。包含修建排水沟槽（挖建排水沟槽可有效缓解雨水冲刷和滑坡），包括各层排土场平盘上近边坡部位，沿坡脚线挖掘的、非连续的积水沟槽和边坡上的排水沟。一般集水沟沿坡脚线挖掘，中心线距坡脚线2.5～3 m，宽度1.5 m，在延长方向每挖掘5 m，间隔1.5～2 m，再行挖掘，避免贯通，防止冲蚀，深度依容积测算。排水沟与坡面等高线方向成45°，以便拦截坡面汇水将其引致坡底：在坡面低洼处挖“倒梯子”形沟槽，上口宽2 m，深1 m，下口宽1 m；在坡面铺粒径为10～30 cm 的砾石，砾石沿到梯子形沟槽表面积铺平，在砾石表面覆盖水泥砂浆，使水泥砂浆充分渗入砾石缝隙后，用水泥砂浆找平，确保倒梯字形沟槽表面平滑，待固结后可抗击来水冲刷。排水沟上端来水入口处微度抬起0.5 m，铺设碎石、覆盖水泥砂浆（向上游及两侧扇形延展2 m），缓冲上游来水。排水沟入口点均取平盘汇水最低点。

3.4 修复区植被养护措施

1）植被灌溉。根据区块不同特点采用不同的灌溉方式，采用喷灌、微喷等方式对草本植被进行灌溉，采用种植穴“漫灌”方式对乔灌木进行灌溉，部分水源为定、地势满足要求区域采用自动化喷淋灌溉方式。水源均来自露天开采疏干水及采坑底板明排水，既实现了水资源的高效利用，又满足了植被对水分的需求，同时又融入了科技化元素。

2）沙棘间伐。为保护恢复后的绿化植被，周期性地对排土场植被恢复区进行现场观察，沙棘适应能力强、生长速度快，伊敏露天矿栽植多年的边坡沙棘防护林由于生长过密，部分出现枯死现象。经过研究分析及现场实践，对生长过密的沙棘林地进行间伐[7]，即待秋季落叶后对枯死株、病株进行砍伐，为沙棘萌蘖更新提供条件，保证沙棘最终成活率。

3）围栏封育。草原区生态恢复在养管方面存在问题，牧民牛马对刚刚恢复植被脆弱区啃食践踏严重，同时对灌溉设施进行持续的破坏。伊敏露天矿对新植被的区域采用设置围栏的方式进行封育，使植被平安度过生长脆弱期，提升植被恢复效果。

4 生态修复结果

多年来伊敏露天矿在生态修复过程中，总结经验、探索新技术。从“选择种植植被”到“改良植被根系生境”再到“改善植被生长的外部环境”最后到“养护植被”，多层次探索研究，最终得出伊敏露天矿初步生态修复模式：以因地制宜为原则，探索绿化物种选择；以改善植被根系生境为原则，建立土壤重构技术标准；以实现生态和谐为原则，实施水保工程措施；以保护植被恢复成果为原则，养护复垦绿化植被；以生态修复最大化为原则，不断研究开展生态修复新举措。

伊敏露天矿生态修复模式使矿区周边草原生态系统由单一草本植物草原提升为灌（沙棘）草草原，不仅有效遏止了环境恶化，而且增加物种多样性，提高了草原生态系统的自我修复能力，产生可观的生态效益。排土场复垦绿化的高效实施，避免了复垦资金的二次投入，绿色植被恢复避免了大量扬尘产生，降低粉尘治理资金投入，产生不容忽视的经济效益。伊敏露天矿生态修复模式，不仅为职工和矿区周边居民提供美好的生活环境，而且为地方牧民及居民提供福利，促进企地和谐。

5 结语

伊敏露天矿生态修复模式具有矿山绿化多变性和适应性，在矿山环境修复绿化过程中需要结合矿山实际情况实施。伊敏露天矿生态修复模式产生了良好的生态、经济和社会效益，对矿山修复具有借鉴意义，对恢复矿山为“青山”具有重要作用。生态修复工作与快速的科技发展相结合，将土壤监测、植被监测、样方采集、植被碳汇功能、大数据采集等融入生态修复过程中，实现生态修复智能化、高质量化与高效化。