木里矿区生态修复监测体系构建与实践

欧为友，辛玉春，孙海群，李希来，谢久祥，夏吾拉忠措，王占良

( 1. 青海省草原总站，青海 西宁 810008；2. 青海大学，青海 西宁 810016)

前言

青海木里矿区地处青藏高原多年冻土区，是黄河上游重要支流大通河的发源地，是祁连山区域水源涵养地和生态安全屏障的重要组成部分，生态地位极为重要。区内分布有高寒草甸、高寒荒漠及沼泽化草甸等草地植被，生态环境较为脆弱。由于多年的煤炭露天开采，造成水资源、土地资源、植被资源遭到不同程度的破坏以及水源涵养功能下降等一系列生态环境问题，成为各界关注的焦点。2020年青海省制定了《木里矿区以及祁连山南麓青海片区生态环境综合整治三年行动方案(2020～2023年)》，全面开展矿区生态修复工作[1]。为科学评估生态修复质量和种草复绿工程成效，青海省林业和草原局、水利厅、气象局等单位编制了《青海木里矿区生态环境监测总体方案(2020～2023年》(以下简称《总体方案》)，全方位开展矿区生态环境监测工作。截至2021年底，已初步构建了木里矿区生态监测体系。

1 区域基本情况

木里矿区位于海西州天峻县木里镇和海北州刚察县吉尔孟乡，地势西北高、东南低，海拔在3 750～4 200 m之间，地理位置为东经98°59′～99°37′，北纬38°10′～38°02′，由江仓、聚乎更和哆嗦贡玛等三个矿区组成，总面积约400 km2。主要以高原冰缘地貌类型为主，包括冰缘湖沼平原、冰缘剥蚀平原、冰缘低台地、冰缘平缓低丘陵、冰缘平缓高山等地貌类型。

1.1 气候

矿区地处高寒地带，昼夜温差大，四季不分明，最低气温为-35.6 ℃，最高气温为19.8 ℃，年平均气温为-4.2 ℃。年降雨量在473～484 mm，年均蒸发量达1 049.9 mm。一年四季多风，冷季长达7～8个月，存在永久冻结带等情况。

1.2 水文

木里矿区地处黄河上游重要支流大通河的源头，是湟水河一级支流，发源于天峻县境内托莱南山的日哇阿日山南侧，流域面积15 130 km2，水资源总量28.95×108m3。

1.3 土壤

土壤受环境、地形、地貌等自然因素的影响，土层薄，质地粗，山前广布洪积扇，多为巨砾、碎石、粗砂。随着海拔由高到低，土壤类型依次为高山寒漠土、高山草甸土、高山草原土、山地草甸土等地带型土壤。沼泽土、潮土、泥炭土等为隐域性土壤。

1.4 草地类型及植被

草地类型以高寒草甸类为主，分布有较多的沼泽化草甸亚类，植物种类较为丰富，多为湿生、湿中生、中生植物。主要以嵩草属和苔草属植物为主，优势种有藏嵩草和圆囊苔草，伴生植物有紫羊茅、羊茅、沙生蒿、垂穗鹅冠草、异叶青兰、黑穗苔草、粗喙苔草、海韭菜、水麦冬、三尖水葫芦等[1]。草群密度大，覆盖度常在70%～90%之间，部分地区可郁闭地面。草群层次分化不明显，一般高7～20 cm。

2 监测体系构建

2.1 组建监测队伍

根据《总体方案》要求，为高质量、高水平推进木里矿区生态监测工作，青海省林业和草原局及时编制了《木里矿区生态修复监测评估技术方案》，组建了以国家林草局西北院、青海大学、省林业草原规划院、省草原总站等单位专业技术人员为主的工作专班，并成立了综合协调组、技术咨询组、项目组，全面开展木里矿区生态系统、退化土地和生态修复长期监测评估工作。

2.2 搭建监测平台

青海省林业和草原局依托祁连山生态保护建设工程、国家重点生态功能区县域生态环境等5个专项监测工作，搭建了草原监测系统和数据填报平台。2021年在木里矿区种草复绿区共设置56个固定监测样地，布设遥感无人机监测区11处，样线56条，样方280个。建立了监测区草地类型、牧草群落结构、草地生产力等多项指标的数据库。目前，已初步构建“天—空—地一体化”监测网络，形成全域覆盖、多源融合、智慧协同、丰富完备的木里矿区生态环境监测网络，对于加强监测平台和网络建设起到了重要作用[2]。

2.3 优化监测指标

针对木里矿区不同地貌的不同修复措施，为科学反映各地貌各修复措施对矿区生态修复成效的综合评价，在结合省内以往常规监测的地上生物量、植株高度、植被盖度、频度、密度(株丛数)、植被种类、物种丰富度、物候期等指标的基础上，增加了植被出苗量、成活率、越冬率、植被指数等监测指标。并埋设土壤温湿度测定仪，观测土壤含水量和土壤温度，定期读取数据。在每个固定监测样地的各监测样方内埋设标尺，定期记录各标尺裸露的长度，计算单位时间内的土壤剥蚀速率，为科学合理开展木里矿区生态修复成效评价工作提供数据支撑。

2.4 完善监测网络

为强化木里地区生态监测工作，省林业和草原局申请了国家级青海木里草原生态系统综合观测研究站的建设工作，拟建立一个长期中尺度观测网络，监测木里地区水、土、气、生等生态环境要素和社会经济指标，研究木里矿区生态环境变化规律及其控制因素，探索生物多样性维持机制和生态功能演变机理，示范高寒矿区生态修复模式，创建生态保护和可持续发展技术体系、适应性综合管理模式。为祁连山地区的科学管理和社会经济可持续发展、保护和改善生态环境提供可靠的数据保障和决策依据。同时，该站将为我国高寒地区各级政府和科技界急需的重大科学和社会经济可持续发展的前沿问题提供试验平台，进一步完善我国特殊生态区域环境建设、国家高寒生态定位研究网络和高寒生态综合系统定位研究的数据收集工作提供助力。目前，该观测研究站实施方案已报国家林草局，并通过初步审查，正在编制项目作业设计。

3 监测工作开展情况

林草部门主要围绕木里矿区种草复绿过程，从工程实施与完成情况、土壤改良成效、种草复绿成效、植被稳定性和自我更新能力监测及管理目标5个方面进行监测。

3.1 监测方法

从样地、生态系统、景观三个尺度，采用卫星遥感、无人机航拍、地面监测“天—空—地”一体化监测手段进行生态修复工程全过程动态监测、成效监测评估与效果评价。无人机航拍监测采用矿区内外固定样地横向对比和时间纵向对比相结合的方法。地面监测采用固定监测样地、样线与固定样方、随机监测样地结合的方法[3]。

3.2 监测内容

3.2.1 工程实施与完成情况监测

监测内容：根据李希来等总结的，经青海省林业和草原局以《2021 年木里矿区种草技术流程及注意事项的函》批准实施的“覆、捡、拌、耙、种、耱、镇”七步工作法[1]，监测不同治理区各阶段工程实施与完成情况，评估生态修复工程实施效果。

监测指标：工程完成面积、工程完成率。

3.2.2 土壤改良成效监测

监测内容：根据《总体方案》确定的覆土种类、厚度及土壤改良方法，测定矿坑外对照区与矿坑修复区土层厚度、土壤养分、土壤理化性质和生物特性。

监测指标：土壤厚度、土壤容重、土壤最大持水量、土壤含水量、pH值、土壤有机质、有机碳，全氮、磷、钾，速效氮、磷、钾，重金属污染物[4～6]。

3.2.3 种草复绿成效监测

监测内容：针对坡地(渣山边坡与矿坑边坡)、平地(坑底、渣山平台、储煤场、生活区及废弃道路)、哆嗦贡玛区域不同修复措施，监测修复区内植被成活率、植被综合盖度、植被生长状况、物候期、生物量等。

监测指标：植被出苗量、植株高度、植被盖度、频度、密度(株丛数)、植物种类、地上生物量、物种丰富度、物候期、越冬率、植被指数等。

3.2.4 植被稳定性和自我更新能力监测

监测内容：持续开展木里矿区种草复绿区修复成效监测，主要监测种草复绿区植物种类、生物多样性、植被结构变化情况、自我繁殖和更新能力。

监测指标：植物种类、地上生物量、地下生物量、经济类群生物量(可食植物、不可食植物、豆科植物、莎草科植物生物量)、可结实种类、结实率、种子产量、种子萌发率、物种丰富度及每年新增植物出苗数等。

3.2.5 管理目标

监测内容：根据木里矿区种草复绿最终目标及“覆、捡、拌、耙、种、耱、镇”七步工作法各阶段目标，监测修复过程中各目标的完成程度；依据土壤改良、种草复绿监测结果，对种草复绿目标实现的适应性管理情况。

监测指标：各阶段预期目标实现程度、修复目标偏离程度、新的生态问题。

3.3 矿区种草复绿任务及完成情况

2021年，木里矿区生态修复(种草复绿)面积20.2 km2。经监测，木里矿区种草复绿区域牧草长势良好，植被出苗量平均 4 706 株/m2，平均出苗率达90%以上，牧草高度均在90 mm以上，植被覆盖度达90%以上，水土保持率达90%以上。复绿区植被主要以早熟禾、披碱草、中华羊茅为主，偶有少量甘肃马先蒿、青藏苔草等8～20 种植物。

实施土壤覆土改良，植被修复区内土壤 pH值为8.03，土壤容重1.19，土壤结构适宜，矿区土壤平均含水率为29.41%，适宜种草。通过水土流失监测，土壤剥离物粒径在5～2 mm占比较高，种草复绿区边坡剥蚀痕迹不明显，说明种草复绿可显著减少渣山边坡的水土流失。矿区生态环境综合整治后，不仅增加了植物多样性，还有藏狐、旱獭、大天鹅、棕头鸥、赤麻鸭等野生动物出没，生态成效显著。

4 存在的问题

木里矿区的生态修复虽然取得了阶段性的成果，监测评价体系及指标也初具规模。但仍然存在一些问题，如监测过程中仅考虑了植被的动态变化和植物种类组成，缺乏对自然的和人为的干扰因素的统筹考虑，无法全面反映矿区生态修复工程质量。

4.1 缺乏统一的监测组织体系

目前，矿区生态监测涉及草原、湿地、水文、地质、气象等，监测内容及指标多，由自然资源、生态环境、林草、气象多个部门分别负责本职能内的监测任务，缺乏统一的组织机构，监测数据共享难，不便于开展对矿区生态环境变化的综合分析评价工作。

4.2 生态恢复对人工维护依赖性强

据调查，木里矿区植被类型较为单一且主要为无性繁殖，一旦遭到破坏，其自然恢复能力几乎为零。另一方面，木里矿区虽然开展了人工复绿工作，但受当地特殊气候环境影响，植物越冬率较低，需要及时进行补种与养护。同时，后期管护不力导致的放牧家畜和野生草食动物啃食也会严重降低生态恢复成效。因此，木里地区生态恢复工作对人工维护具有极强的依赖性，需要长期投入人力物力来保障其生态恢复的效果。

4.3 综合科研基础薄弱

矿区地貌重塑参数、冻土保护、区域水资源补径排条件、高原湖泊潜在生态风险、矿坑积水水环境问题等尚未开展相关研究，为后续开展矿区生态环境治理工程设计和施工带来不小的困难。生物及微生物监测指标缺失，也是薄弱环节之一。

5 对策建议

生态修复是一个系统性工程，系统内部的组织结构较为复杂。受自然地理、水热条件、生态修复措施以及施工质量、后期管护力度等多种因素影响，还存在整治不彻底、复绿成效巩固难及边坡流失等问题，构建的生态系统服务功能、修复效果、稳定性等仍待时间检验。尤其是，矿区不同渣山表层基质营养成分不一致，矿区植被恢复空间异质性变大，恢复的差异性较大。需要从植被、土壤、气候等方面进行综合分析，对修复成效进行系统评估。此外，加快推进国家级青海木里草原生态系统综合观测研究站的建设，将为强化木里地区长期生态监测工作，提供必要的研究设施和稳定的研究平台。