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探索露天开采矿山植被恢复策略与方法

2013/11/25 阅读:

1露天开采矿山生态恢复的基本思想

1.1人工土壤—重建基础

自然的土壤是气候、生物、地形、母质(岩)、时间等因子综合作用而发展生成的结果,露采矿山生态重建所涉及的植被生长基有当地的自然土壤,有其它地方运来的土壤(客土),同时也有相关模拟自然土壤性质的人工植被生长基(人工土壤).无论那种土壤或生长基都应满足:

(1)具有植物的根能充分伸展的土层和土量;

(2)具有一定的强度能够支撑植物体;

(3)有适当的水分和空气的供给(排水、保水、通气良好);

(4)能长期提供养分(有机质、腐殖质、CEC等);

(5)有利于土壤生物活动(物质循环);

(6)无对植物有害物质的存在(增加人工土壤强度的添加剂如粘结剂等).

1.2重视露采矿山生态环境调查

露采矿山生态重建就是通过边坡工程使采矿破坏而荒废化的地层得到稳定,使其表层长满植被,减轻土壤侵蚀,尽可能创造条件形成森林植被群落达到长期的山地土壤保全.据此必须正确地把握破坏荒废状态,选择地层稳定的边坡工程,进行相关植物生长立地条件调查,导入合适的植物.调查的原则应该宏观与微观相结合,宏观上关注采迹地周边中小尺度生境,主要调查施工地植被、气温、降水等特性;微观上掌握采迹地微生境,主要调查施工地湿度、土壤条件等特性.

2露采矿山生态环境恢复策略

气候温暖湿润的地方,一般植被都比较丰富,植被的再生能力亦是极强的.但是对于特殊的地形如陡峻的坡面和脆弱的表层结构(如采矿留下的露天痕迹面等),如果不借助于人工介入力量,则植被的恢复不是件易事.着重恢复植被防止水土流失或创面的进一步破坏或产生不利的自然变化(如崩塌等)是露采矿山生态环境治理最初的基本思想.但随着对生态环境科学认识的深入和社会经济水平的提高,对生态重建的要求就不仅局限于防灾和水土流失的目的,而是从生境环境的改善,生态系统的保护和恢复,景观和谐等方面提出要求,随之需要在生态重建工程技术方面开拓新的领域和新的延伸.露采矿山生态恢复存在的许多问题,概况起来具有共性的问题主要有三方面情况:

①下层透水不良或固结;

②同时存在下层透水不良和固结;

③虽然表层给予了覆土,但对于目标植物来讲太浅.除植被生长基础存在的问题外,恢复地周边的生态环境是相关联的一个重大问题.结合自然和人工生态环境,如何进行露采矿山生态恢复,规划设计植物群落向那个方向发展,未来的趋势是生态恢复型、景观型还是经济型以及各项兼顾的综合类型等.这都需要在考虑社会背景的基础上进行全面的规划设计.

2.1植被恢复目标规划

生物群落中一些物种侵入,另一些物种消失,群落组成和环境向一定方向产生有顺序的发展变化为群落演替,具有一定的顺序和种类变化.在边坡上由于条件所限不能期待植被的自然演替,而要靠人工的方法使植物再生,有必要规划设计恢复植被的目标群落.用于露采矿山生态重建的植物不仅要有防止水土流失(抗侵蚀)的作用,还应有加固边坡,改善和维持自然生态环境的功用;在特定的生长环境中能容易且长期持续生长;有利于生态系统的恢复和景观的美化等.在露采矿山生态重建工程中,迹地环境不能简单地让植物顺利生长,因为在施工地条件下植物生长基础经常是风化或未风化的岩石.植物在坡面上的生长与边坡稳定性的关系.植物与坡体稳定的关系有利于边坡稳定的因素(效果)影响边坡稳定的因素侵蚀防止效果:高覆盖的树木和草本植物浸透性增大:旺盛的植物生育锚固效果:强健发达的根系荷重增大:木本群落的形成网效果:高密度发达的根系草本植物形成根系网垫同时还应考虑具体内容:

①植物的生长目标水平关系到将来施工完成后的检查标准,为今后的检查内容确定明确的质量尺度.

②基本要求是:植下的植物要成活,然后顺利地生长.在达到生育目标之前的长时间中能够良好地生长.换言之,叶片多,生长茂密,整体的生长量在平均值以上.

③植物种的配置.

④植物景观.

2.2目标植物类型

露采矿山生态重建中的植被恢复主要目标是通过树草对裸地面的覆盖,防止地表水侵蚀,达到水土保持.根据条件也希望达到自然环境的保全和景观的改善.无论哪种情况,生态重建基础本身存在着限制.在露采矿山地进行生态重建时,一般而言,一蹴而就就完成希望的目标植被类型是非常困难的,通常需要经过二到三次植被恢复才能完成.后面的植被恢复称为补充性恢复工程.据此,第一次植被恢复工程后,在一定的时期观测植物的生长进程,相应的采取具体的植被恢复措施.针对破坏荒废山体的情况,将雨水的地表径流减少到最小,着重防止表土的流失,最终希望恢复的植被与周边植被融为一体,形成具有高度防灾能力的自然森林.

2.3植物选择

对植物来讲在露采矿山生态重建中,生长条件都是比较恶劣的.因此与一般的植物栽植(园林绿化等)不同,露采矿山植物恢复需要对植物的习性进行充分的了解,明确地了解植物的生长极限.虽然现在可以通过人工的方式创造、改善植物的生长环境,但作用是有限度的.因此要形成群落应具备的主要条件:

(1)生育基础的稳定;

(2)土壤水分的确保;

(3)养分的供给与保育.在生态恢复工程中,会涉及到各种各样的植物,应根据不同的目的考虑植物的特性而灵活使用.特别在群落的构成方面应依据植物的生物学和生态学等特性而进行设计.

考虑植物类型及组合:

(1)草本植物与木本植物;

(2)乔木型和灌木型;

(3)常绿型植物和落叶植物;

(4)乡土植物和外来植物;

(5)肥料植物和先驱植物.露采矿山生态恢复中,往往土壤条件都比较差,直接导入选定的目标植物,其生长是困难的.因此首先应选择能够帮助目标植物生长的植物.这类特殊的植物称为具有先驱植物特性的肥料植物.这类植物由于共生菌的作用可以固定空气中的游离氮,从而可以促进其它植物的生长.植物群落的恢复不仅仅是植物单纯的集合,而是草本(以及藤本)和木本的植物的有机结合,形成健全的植物群落.

基本原则是:

(1)回避单一植物,而应是乔木,灌木,草木类的适宜的组合;

(2)不稳定不确定的单一品种的使用容易导致失败,应选用使用过的种类进行混播;

(3)木本与草本混播或混植有利于防止表土的侵蚀,有利于进一步形成表土层和土层的保持;

(4)应积极地考虑导入有利植被恢复的先驱植物和肥料植物.

2.4植被生长基础一般对绿化而言,植被生长基础指具有一定空间作为植被栽植对象地的土壤层.而对于露采矿山生态恢复来讲植被生长基础,意味着栽植的植物能够正常生长的土层.而正常生长则包含了多方面的内容:植物的根有伸展,养分、水分能够自如吸收,具有稳定的基础等.通常植被生长基础(盘)应满足物理条件:

①具有透水性,与下层(岩层的边界部分)不发生水的滞留;

②适当的硬度;

③适度的保水性;

④具有与植物种类和大小相应的深度和广度;化学条件:

①无根系伸展的有害物质;

②适当的土壤酸度;

③一定的养分.

3露采矿山生态环境重建工程

3.1生态环境重建基础工程

生态环境重建基础工程是为了使施工地的地层稳定和地表环境改善而进行施工的工程.主要方法如表2所示.这里不包括涉及采迹面整体稳定的骨干边坡防护工程(如刷坡、水路、拦砂坝,挡墙等手段).但两者要完全分开也是很困难的,况且在下面叙述到的植被工程往往都是连续的工程,因此要明确的划分开来也是不可能的,为在露采矿山生态重建工程其技术体系上叙述上的方便,将生态重建基础工程分为“带状基础工程”和“面状基础工程”两大部分来探讨.

3.1.1带状基础工程

(1)穴植方法:适用少雨地区山体生态重建工程中不可缺少的工种,根据山体斜坡的情况又分为“坡体穴植”和“阶梯穴植”.在山体坡面上垂直间距0.5~1.0m(根据坡度相应变化),分为顶层草皮,底层草皮和坡面草皮,并且在阶台上挖坑放入客土和肥料栽植苗木.陡坡上造出一些阶梯,随着坡度的变陡,穴苗的高度会增大.

(2)条带方法:该方法是在采迹面上做成如条带的植生带,从而抑制雨水的面流,防止侵蚀而进行一种生态重建方法,分为阶梯状施工和坡面直接施工两种.阶梯状施工工种包括垒石,圆木等.条带方法是在坡面上做成垂直高度1.0~1.5m,宽0.5~0.6m的水平阶,在台阶上种草或栽植树苗.条带方法的施工间隔一般垂直高度1.5m左右,理论上坡面倾角成一列的条带方法根据所涉及的范围便可作为其内隔来考虑.

(3)栅植方法:该方法是在坡面或台阶上设置栅栏防止由于地表水以及强风造成的表土流失.同时栅栏的背后置入土壤或截留自然的土砂,形成有利于栽植植物的良好环境条件.

3.1.2面状基础工程

(1)被覆方法:该方法可防止表土侵蚀以及崩落,改善影响种子发芽等因素的微观环境,是一种具有悠久历史的传统复绿方法.

(2)特殊喷附方法:该方法是在砾石,滚石混合的土砂地,或在陡坡无土壤的岩石面,一般情况下难以生长植被,为使植物能够安定生长而开发出的一种新技术.之前像这样的地方并不考虑生态重建而仅重点顾及防止土石的移动,以及崩落后的防护和绿化

3.2植生方法

根据生态环境重建基础工程将植物导入边坡的技术总称为植生方法.与道路人工坡面所不同的是,露采矿山生态重建最终希望目标是森林化.无论做到什么程度,植生方法是露采矿山生态重建的骨干技术.有关生态重建基础工程部分,其中有一些基础工程和植物导入是一体化的.

3.2.1播种方法

(1)传统播种方法:传统播种方法主要指人工手动进行播种,又分为条带播种(在台阶或坡面上挖沟播种)和点状播种(在坡面上挖穴播种).

(2)机械播种:“机械喷附快速植被恢复方法”从20世纪50年代开始在道路边坡绿化中使用,机械是可移动式或便携式.以后逐渐在荒山环境治理复绿和海岸扬沙地得到推广,其中主要以喷射泵方式的“种子喷附方法”为主.①种子喷附方法:把化肥、种子、木纤维、抗侵蚀剂等混合之后喷洒,根据使用机械的不同,有喷播机方式,即将种子,肥料和土壤加上水成稀混凝土状,然后用车载喷播机进行喷射.另外一种方式是将种子肥料、木纤维加水搅拌后用泵喷洒,再就是轻便的背包式喷洒器方式.②客土喷附法:为了创造更好的植物生长基础条件而开发的客土喷附方法,该方法是把植壤土(粘性土).种子、化肥、抗侵蚀剂,根据情况再加上树皮堆肥或泥炭等与水混合成稀混凝土状,用高性能喷射机在坡面上覆盖1~3cm厚.③厚层基材喷附法:为了在陡峭的岩石面和混凝土喷附面上进行植被恢复,开发了厚层基材喷附方法.其材料以有机物为主,加上一些土壤改良材料,在喷射仓内与水混合,用空压机送出,喷附厚度为4~15cm,适应坡度可超过60度,其材料具有极高的保水和耐侵蚀性、耐热和耐冻性,与其他方法相比在气候条件不好的时候亦能施工.喷附前一般要铺上金属网,特别是要求悬空高度在3cm以上.

(3)制成品播种:露采矿山生态重建中,利用制成品的最初产品是植生盘.现场的土、稻草肥料等材料与水混合后,利用盘状成型机造型,表面的孔穴里放上种子,浇上粘土泥如铺地板一样.随后在高效和省力上改进,产生了用无纺布包裹土肥成型植生盘,以及以泥炭为主要材料的工厂化制成品.如今已开发了100多种这样的制成品,如人工草皮(垫、毯)、植生袋、植生网等.国外在露采矿山生态重建中广泛利用制成品,据使用形态大体上可分为两类:①条带制成品:最一般的是植生网袋,将种子、肥料和现场取得的优质植壤土装于袋中而形成,网袋材料为合成树脂网、玻璃纤维或无纺布.这些产品都是从植生盘演变来的;②面状制成品:最初面状制成品起于野外用的“席”,以后开发了专用植生席(背面粘附上种子和肥料),相应的制成品多种多样,有种子肥料混合均匀粘附的席垫状,也有种、肥分开袋装的形状.

3.2.2木本植物导入

为了早日恢复生态,甚至尽早朝着森林群落方向演替,采用木本类苗木的移栽是一种安全可靠的方法.导入木本植被有必要详细调查自然环境条件,并选择与之相适应的树种.根据土壤条件和苗木以及根系的大小,决定植穴的大小(一般深和直径皆为0.3m左右)、客土和施肥量,如果是酸性土还应考虑中和材料(如石灰)的用量.除此之外还应考虑微地形引起的土壤等条件的变化,在不良土壤条件下,应选用耐贫瘠耐寒耐旱的灌木类(如海桐类等)或刺槐等肥料木混交种植.坡面上尽可能应选用低矮树种按台阶斜栽.

3.2.3养分控制

露采矿山生态恢复,其植被生长基础一般而言是贫瘠的,人工给予养分是必不可少的一环.各类植物对养分元素的需求是不一样的,草本类植物大量需要氮肥才能很好地生长,而木本植物大量需要磷、钾肥.为了能够使草本、木本植物混播并顺利生长,可以通过肥料的配比和施肥来促成混播的成功.①控制氮肥量,减少由于草本植物繁茂而对木本植物产生的压迫;②少用溶出快的肥料,否则在发芽期会使草本旺盛,不利木本植物的生长;③使用缓效肥或包衣(裹)肥,使木本植物发芽后能充分得到养分,抑制草本的初期旺长;④充分考虑混合植物种类的生物生理特性,进行生长基础和后期施肥的肥料设计.

4结语

本文从水土保持与生态恢复、生态恢复植被基础、生境条件、规划设计的视角论述了露天开采矿山植被重建方法,阐述了生境与工程地质条件结合、岩石边坡环境与植生基础融合和植被物种选择与配置的抗性原则,提出了包括排水方法、格子方法、防风和植生土袋的方法技术体系.这些尝试将为矿山生态环境治理工程实践提供支撑.露采矿山生态恢复在我国刚刚起步,有许多理论和技术上的问题需要研究探讨,尤其是在实践中加以总结提高.例如,对露采矿山进行区域划分和分类,同时对应露采矿山区划及分类进行自然生态环境分类;需要对现有生态重建技术包括国外的技术方法在露采矿山条件下的适应性进行研究确认,针对不同露采矿山的区划和分类开发新的方法技术和技术集成.另外,本文的讨论也可以为其他开采形式矿山提供参考,结合开采特点加以改造利用。

作者:杨劭瑕潘树林付诗雨辜彬单位:四川大学生命科学学院宜宾学院矿业与安全工程学院

探索露天开采矿山植被恢复策略与方法

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