生境構筑技術在礦山廢棄地邊坡植被恢復中的應用

生境構筑技術在礦山廢棄地邊坡植被恢復中的應用

礦產資源作為工業(yè)建設的重要支柱，其豐富的儲量往往制約著經濟和社會發(fā)展。但采礦業(yè)在推動國家經濟發(fā)展的同時，不可避免地也帶來了一系列嚴峻的生態(tài)環(huán)境問題。工程建設產生的大量挖填方及人工堆積體，對原有地貌形態(tài)造成強烈的改變及工程擾動，地表植被遭到毀滅性破壞，大量次生裸地及裸露邊坡常年遭受自然侵蝕及人為干擾，造成了嚴重的生態(tài)問題和地質隱患為響應國家“綠色礦山”建設的號召，同時在礦山開采中借鑒外國經驗，堅持生態(tài)環(huán)境保護、低影響開發(fā)、土地可持續(xù)利用的理念，當下多數礦山都采取了“邊開采、邊治理、邊恢復”的新型礦山建設模式，逐步向“剝離—采礦—排礦—恢復”一體化方向發(fā)展。對于露天礦山，開采前預防及開采中減損兩者相結合的工藝逐步在礦山建設中得到廣泛重視及合理應用，使得整個采礦工藝流程與采后的地貌重塑可以有機結合起來，在降低成本的同時，還為后續(xù)的土壤及植被的恢復創(chuàng)造了有利的條件礦山邊坡廢棄地作為一類特殊的退化生態(tài)系統(tǒng)，由于巨大的人為干擾超出了原有生態(tài)系統(tǒng)的恢復容限，因此生態(tài)閾值被打破，生態(tài)平衡遭受到嚴重破壞。對此，生態(tài)恢復是一種有效的解決手段1邊坡植被恢復技術體系邊坡植被恢復技術是以恢復生態(tài)學、環(huán)境生態(tài)學、景觀生態(tài)學、生態(tài)工程學、植物學及土壤肥料學等多學科的基本原理為理論支撐，通過構建先鋒植物群落，依靠群落的自然演替逐步提高其抵御外界干擾的抵抗力和恢復力，最終建立一個穩(wěn)定健康的植物群落，發(fā)揮其應有的生態(tài)功能，同時達到邊坡穩(wěn)定、維持生物多樣性和改善恢復區(qū)環(huán)境質量的目的。在此，我們提出了礦山廢棄地邊坡植被恢復技術體系(見圖1),其核心主要分為先鋒植物篩選、植物生境重構和土壤基質改良三大方面。邊坡植被修復技術的關鍵在于首先要解決植物“無立身之地”這一問題，構建出適合生態(tài)修復植被生長的穩(wěn)定立地條件，改變坡面無土或少土、水熱安全性能差、植物無法立根、溫度變化幅度大等不利因素。在此將這些人為可控的各種環(huán)境因子的重新構建描述為植物的生境重構。2石山及石山礦山廢棄地根據其成因、形態(tài)和物質組成，大體可分為四類，其中包括由低品位礦石堆積而成的堆浸場、地層剝離物堆積壓占的排土(巖)場、尾礦砂大量堆積而成的尾礦庫及由矸石堆積形成的矸石山。上述各類廢棄地邊坡立地條件各異，本研究根據礦山植被恢復的需要，依據邊坡立地條件特征對坡面類型進行了詳細分類，結果見表1。3邊坡植被生境重構技術組合模式邊坡植被恢復的難點在于坡面立地條件復雜，多種生物及非生物因子均是造成植物難以成活的生態(tài)限制條件。為此，可通過生境構筑，采用一定的生態(tài)工程技術手段，在維持坡體穩(wěn)定的同時達到保持水土、防風降塵及輔助坡面植物生長的目的，為先鋒植被提供適宜的立地條件。生境構筑技術合適與否直接決定著恢復植被的成活狀況及后續(xù)的生長狀況，同時也關系到整個植被生態(tài)恢復工程的效果。根據經濟耗費少、與植物生長的親和力好、坡面穩(wěn)固性強、材料持久耐候性好等要求，將當前國內應用廣泛且前景較好的邊坡植被生境構建技術分為四大類，分別是混合噴播型、掛網鋪設型、格構填土型、預制穴槽型，詳見表2。通過礦山邊坡植被恢復技術的分類，可以得知每種技術均有其優(yōu)點，但同時對于坡面條件也具有特異性和局限性。結合到實際的邊坡植被恢復工程中，其中坡面巖性、坡度、巖石風化程度及坡面穩(wěn)定狀態(tài)四大因子對于植物生境重構技術的選擇影響最大。同時由于坡面立地條件的復雜性，單純依賴一種技術往往難以達到設計預期和恢復目標，因此多技術組合模式是必然選擇。在礦山邊坡植被恢復工程中，應按照“適地適樹，因地制宜；生態(tài)治理為主，工程措施為輔”的原則，對不同的地理位置、氣候條件、邊坡類型及恢復目標，靈活選擇不同的技術組合和施工方法，以達到穩(wěn)固邊坡、重塑生境、重建群落及恢復植被的目的。我們針對不同的邊坡類型，對其可選用的植被恢復技術組合模式進行了分類總結，詳見表3。4邊坡立地條件現狀為檢驗上述植被生境構筑技術組合模式的有效性，在黑龍江省黑河市多寶山銅業(yè)礦山排土場邊坡植被恢復工程中進行了實際應用。黑河市在我國五大氣候區(qū)劃分上屬寒冷地區(qū)，植被恢復示范區(qū)位于礦山排土場一期工程的北坡，北臨礦區(qū)辦公區(qū)到生產區(qū)的主要交通干道，是排土場重要的視覺觀賞面。排土場植被恢復示范區(qū)坡體為人工(機械)堆筑的二元結構邊坡，即內部結構由下部廢棄礦石層與上部覆土松散堆積層(未施業(yè)區(qū)原生土壤)構成，控制性結構面是巖土分界面，坡面狀態(tài)穩(wěn)定。坡面總高度132m,總面積約24.8hm針對坡面現狀，植被恢復之前需要采取一定的邊坡固定防護技術，以增強客土土體抗侵蝕性和穩(wěn)定性，為植物生長營造適宜的立地條件。在邊坡立地條件現狀確定的基礎之上，植被恢復技術的選擇還應考慮到植物群落恢復目標及相應的景觀需求。因此，邊坡植物群落設計時應盡量選用群落結構穩(wěn)定性高、抗性耐受性強且更經濟的類型。整個排土場邊坡植被恢復示范區(qū)以廠區(qū)主要交通道路為觀賞點，各坡面觀賞視域仰角最小13°、最大16°,但由于觀賞視距均在坡面標高的3倍以上，因此在動觀過程中，各坡面及其周圍環(huán)境均可以被觀察到，整體上給人以開闊感。根據現場坡面實際踏勘取樣，了解各層坡面土壤有效土層厚度的差異，同時結合觀賞角度及視距的遠近將示范區(qū)坡面總體劃分為下、中、上3層，其中下層3個坡面、中層3個坡面、上層2個坡面，共3層8個坡面。下層3個坡面平均坡度31°左右，標高較低，覆土層較厚，土壤含水量較為豐富，植物群落采用灌木+草本復層結構。中層3個坡面平均坡度35°左右，標高相對較高，水分含量相對較少，覆土厚度相對較薄，植物群落采用局部灌木+草本的植物配置方式，層次相對簡單。上層2個坡面平均坡度33°左右，考慮到坡面高程、覆土層、風力及土壤水分的影響，植物群落以草本地被植物為主，模擬自然式野花草甸形式，植物選擇以當地適應性較好的草本地被為主。在確定了立地條件及群落類型的基礎上，采用自然恢復結合人工輔助恢復的措施，以坡面截流、保護坡底、控制水土流失、重建坡面植被為核心5技術組合模式的應用礦山邊坡植被修復涉及多學科、多領域，本研究立足恢復生態(tài)學及景觀生態(tài)學，從技術護坡的角度對邊坡的分類標準及實際恢復項目中應用較多且較為成熟的技術進行了歸納總結。每種技術均有其優(yōu)點，但同時也有其使用條件的局限性。本研究從邊坡立地條件出發(fā)，探索技術之間的協(xié)同互補，總結出了與不同的邊坡立地條件特征相適應的技術組合模式。為檢驗模式的有效性及可實施性，根據“適地適樹、因地制宜”的生態(tài)原則，靈活選用技術組合方式，并將其應用于多寶山銅礦排土場邊坡植被修復工程中，取得了良好效果。其中，技術組合模式的選擇不能僅僅只是考慮邊坡立地條件，還應考慮到植物群落恢復目標、有效土層厚度、景觀需求、經濟造價及組合施工難度等?？傮w來說，雖然當前國內針對邊坡植被恢復的相關技術種類較多，但關于該領域的學科體系、理論研究及施工技術規(guī)范還未系統(tǒng)化，恢復標準也較為模糊，邊坡生態(tài)恢復仍是一個較為年輕的研究領域。在實際工程項目中，還往往存在施工操作不當、技術選擇盲目、短期見效而長期二次退化、總體恢復效果差等問題。隨著全國統(tǒng)籌山水林田湖草一體化保護修復相關戰(zhàn)略、規(guī)劃的出臺實施，對于礦山生態(tài)恢復來說既是機遇也是更大的挑戰(zhàn)。同時，越來越多的專家、學者陸