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清镇市露天矿山生态修复植被重建设计优化探讨

2024-10-22 45 上传者：管理员

摘要：为做好露天矿山生态修复工作，结合清镇市环境特征和露天矿山实际情况，主要从土壤培肥和改良、植被配置、植被种植设计、工期安排4个方面，对植被重建设计存在的不足展开分析，并提出合理的改进建议，以期为清镇市矿山生态修复和植被重建提供参考。

关键词：
土壤改良
植被配置
植被重建
矿山生态修复
露天矿山
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矿山生态修复是国土空间生态修复的重要组成部分，旨在修复因矿产资源开发而受损的矿山地质环境、土地资源和生态系统功能，其在缓解耕地资源紧张、改善人居环境、实现国土空间可持续发展等方面发挥着重要作用。清镇市铝土矿资源丰富，保有资源量达4.47亿t，居贵州省第一。清镇市的矿产开采活动始于20世纪60年代，受历史和政策的影响，清镇市积累了大量的矿山环境问题，直到近年才得到有效的治理和改善。

随着矿山生态修复的不断开展，矿山生态修复项目的验收要求随着修复目标的演进不断提高。其中，植被恢复对于提高矿山生态系统的稳定性至关重要，对水土流失和地质灾害防治均有显著效果。因此，矿山生态修复植被重建设计尤为重要。近年来，我国关于矿山生态修复植被重建的研究不断丰富和完善，为植被重建设计优化提供了理论支持。矿山生态修复中植被恢复如图1所示。

图1 矿山生态修复中植被恢复

以近年来前沿的研究成果为指导，逐一梳理清镇市2021—2023年由主管部门备案的45个露天矿山生态修复实施方案，分析方案中植被重建设计存在的不足，并提出合理的改进建议，以期为同类型的矿山生态修复和植被重建提供参考。

1、清镇市自然地理及环境特征

清镇市位于贵州省中部，海拔为1 180～1 450 m，地形以山地、丘陵为主，属于集中连片喀斯特地貌，其中山地占全市总面积的30.5%，丘陵占全市总面积的59.0%。清镇市属北亚热带季风湿润气候，年平均气温约14.1℃，极端最低气温为-8.0℃，极端最高气温为34.5℃，年均降雨量为1 135 mm，降水多集中在4—10月，雨量充沛、雨热同季，山区气候特色明显。

清镇市特殊的地形地貌，使大气降水和地表水多往深切河谷中汇集，强烈的岩溶发育形成地下岩溶裂隙、管道等，导致大气降水和地表水向地下大量渗漏。虽然清镇市的年均降雨量在1 100 mm以上，但是在地表和地下双重排水系统的作用下，依旧形成了特殊的岩溶干旱缺水现象。

清镇市广泛分布碳酸盐岩，在温暖湿润、雨量充沛的环境下，淋溶成土是主要的成土方式。淋溶成土过程中，K+、Ga+、Mg+等营养元素的大量流失和强烈的脱硅富铁铝化过程，导致土壤黏度重、酸性大，因而造成土壤贫瘠。在植物营养学中，酸性土壤是常见的逆境土壤，会对植被的生长和发育造成不利影响。

在清镇市2021—2023年备案的45个露天矿山生态修复实施方案中，31个为铝土矿治理，设计治理面积为774.15 hm2，占毁损土地总面积的88.07%。露天铝土矿发育的土壤中，由于含铝岩系风化成土造成土壤中铝元素含量过高，在酸性条件下产生的高浓度铝离子，会抑制植物根系生长，影响植物光合作用，干扰植物对其他矿物质营养的吸收。

2、露天矿山开采造成的资源破坏

2.1 土地资源和植被损毁

大面积挖损和压占，破坏了相对稳定的地形、土壤和植被。对土壤的重度损毁使农作物和植被生存的基础被破坏，导致土地丧失原有使用价值，且极难自行恢复。清镇市2021—2023年露天矿山生态修复项目治理区域内损毁耕地共189.64 hm2，占损毁土地总面积的21.57%，修复损毁林地、草地共451.66 hm2，占损毁土地总面积的51.38%。

2.2 土壤条件恶化

①因挖损造成土壤剖面结构破坏和砾石混入。②因矿石堆放压占造成土壤孔隙度降低，土壤质地变得密实。③乱堆乱放造成水土流失和土壤中营养成分流失等。

3、露天矿山生态修复植被重建的主要影响因素

我国近年来关于矿山生态修复植被重建的研究较多，其中，郑艾勇[1]基于水土保持的需要，论述了不同场地绿化树种配置问题；兰俊斌[2]总结了矿山绿化植被配置原则；高姝婷[3]研究了地形、土壤条件、植被结构对重建生态系统稳定性的影响；朱新雨[4]通过样方调查并对优势植被进行分类，结合立地条件的相关性分析，得出基于决策树模型的植被重建方法；张志刚等[5]分析了国内矿山植被重建研究热点问题及阶段性成果等。根据相关研究总结得出，矿山生态修复植被重建的主要影响因素有土壤条件、地形、植被结构、植被种类，其中，土壤条件包括砾石含量、pH、营养元素、有机质含量、土壤胁迫因子等要素。

矿山生态修复植被重建是以人工的方式促进植被恢复，因此，植被种植技术尤为关键。但当前我国相关研究主要集中在园林绿化行业，其次为林业、农业、沙害防治、石漠化治理等，涉及矿山的研究较少。

4、清镇市植被重建设计存在的不足

根据清镇市露天矿山环境问题和土壤条件等，结合工程实施中面临的实际问题，分别从土壤培肥和改良、植被配置、植被种植设计、工期安排4个方面进行分析。

4.1 土壤培肥和改良欠缺合理性

备案的45个方案中，有36个方案针对土壤肥力不足的问题制定了培肥措施，但均未开展土壤的分析测试工作。土壤培肥方法统计如表1所示。经分析主要存在以下问题：①培肥方法还不够细化，方案中有机肥、复合肥、化肥等描述较为粗略，未细分到具体种类、规格、型号等，不具指导意义，化学改良措施也存在类似的问题。②由于未开展土壤的分析测试工作，对土壤中各种元素含量和化学性质认识不足，无法判断选用的肥料、改良剂种类和用量是否合理。③施肥方式未明确，如种植时施基肥、管护期追肥，施肥深度、部位等。此外，部分方案设计以绿肥进行培肥，与其他方案中的播撒草种重复。

4.2 植被配置不合理

4.2.1 植被结构设计

45个方案中，设计恢复林、草地的有44个，1个全部复垦为耕地。植被立体结构配置方式统计结果如表2所示。

表1 土壤培肥方法统计

表2 植被立体结构配置方式统计

清镇市露天矿山生态修复设计的植被结构主要为乔草模式。而采用乔灌结构的2个方案原设计采用的是乔草结构，但在选用草籽时错误地选用多花木兰、胡枝子等灌木植被，本次将其统计为乔灌结构。

乔灌草结构在自然界中广泛存在，是一种多层次、立体的植被结构，生态系统中的生物能够在不同层次中共生共存，更有利于保护生物多样性和生态系统稳定性。近年来，张立刚[6]通过相关研究，基于试验成果分析和构建了矿山生态修复植被配置优化筛选体系，得出植被优化配置的种群结构顺序为乔木<乔草<乔灌<乔灌草的结论；安伟莉等[7]通过对照试验，总结出在裸地上进行乔灌草混播植被恢复效果最佳；程汉亭等[8]研究表明，乔灌草植被配置模式能有效降低土壤容重，增加土壤孔隙度等。因此，备案的方案中植被结构设计水平还有很大的提升空间。

4.2.2 植被种类

逐个登记各方案中选用的乔木、灌木、草种，对乔木种类进行了合并处理，如将刺槐树、洋槐树、香花槐树归纳为槐树，将桃树、樱桃树、李子树等归纳为果树等。植被种类选用统计如表3所示。

各方案中主要选用的乔木如槐树、杨树等，草种如白车轴草（俗称三叶草）等，能耐酸、耐旱、耐瘠薄，具有抗逆性强、生长繁育速度快的特点，对水土流失和生态环境的改善效果显著。但柏类、杉类在贫瘠的山地上生长缓慢，对土壤的改善效果较落叶乔木差；桂花、樱花、玉兰等景观树种，喜肥沃土壤且抗逆性差；黑麦草为优良人工牧草，不耐旱，喜肥不耐瘠。总体而言，清镇市植被重建设计没有充分利用植物的特性以及综合考虑种植和管护难度。

表3 植被种类选用统计

4.3 植被种植设计指导性不足

45个方案中关于植被种植的设计，侧重于工程量统计，便于计算施工经费，对具体种植技术的叙述较少且较为零散。部分方案中提及的“浇水应在早晨和傍晚，草种应拌土播撒”等措施，反映出施工队伍缺乏基础性、常识性种植经验。部分方案缺少系统详细叙述植被种植技术的内容，以至于难以指导施工。

植被种植施工包含了种苗处理、整地、施基肥、播种和种植、防护材料使用和管护等多项内容，均需要搭配合理的技术措施，方案应对此部分内容进行细化。

4.4 种植时间安排不合理

根据清镇市气候特点和月均降雨量，清镇市适宜种植植被的时间段为11月至次年3月。根据设计恢复林、草地的44个方案中的工期安排和施工横道图，对植被种植月份进行统计，如表4所示。

表4 植被种植月份统计

由表4可知，设计在不利季节种植的方案有22个，在未设计相应反季节种植技术的前提下，会严重影响植被的成活率。

5、植被重建设计优化建议

(1）科学开展土壤培肥和改良。

以土壤分析测试结果为基础，对土壤条件进行系统性分析，识别其主要胁迫因子，采取科学合理的方法对土壤进行培肥和改良，并细化相关内容，为矿山生态植被的恢复创造有利条件。

(2）优化植被配置。