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1露天開采礦山生態恢復的基本思想

1.1人工土壤—重建基礎

自然的土壤是氣候、生物、地形、母質(巖)、時間等因子綜合作用而發展生成的結果，露采礦山生態重建所涉及的植被生長基有當地的自然土壤，有其它地方運來的土壤(客土)，同時也有相關模擬自然土壤性質的人工植被生長基(人工土壤)．無論那種土壤或生長基都應滿足：

(1)具有植物的根能充分伸展的土層和土量；

(2)具有一定的強度能夠支撐植物體；

(3)有適當的水分和空氣的供給(排水、保水、通氣良好)；

(4)能長期提供養分(有機質、腐殖質、CEC等)；

(5)有利于土壤生物活動(物質循環)；

(6)無對植物有害物質的存在(增加人工土壤強度的添加劑如粘結劑等)．

1.2重視露采礦山生態環境調查

露采礦山生態重建就是通過邊坡工程使采礦破壞而荒廢化的地層得到穩定，使其表層長滿植被，減輕土壤侵蝕，盡可能創造條件形成森林植被群落達到長期的山地土壤保全．據此必須正確地把握破壞荒廢狀態，選擇地層穩定的邊坡工程，進行相關植物生長立地條件調查，導入合適的植物．調查的原則應該宏觀與微觀相結合，宏觀上關注采跡地周邊中小尺度生境，主要調查施工地植被、氣溫、降水等特性；微觀上掌握采跡地微生境，主要調查施工地濕度、土壤條件等特性．

2露采礦山生態環境恢復策略

氣候溫暖濕潤的地方，一般植被都比較豐富，植被的再生能力亦是極強的．但是對于特殊的地形如陡峻的坡面和脆弱的表層結構(如采礦留下的露天痕跡面等)，如果不借助于人工介入力量，則植被的恢復不是件易事．著重恢復植被防止水土流失或創面的進一步破壞或產生不利的自然變化(如崩塌等)是露采礦山生態環境治理最初的基本思想．但隨著對生態環境科學認識的深入和社會經濟水平的提高，對生態重建的要求就不僅局限于防災和水土流失的目的，而是從生境環境的改善，生態系統的保護和恢復，景觀和諧等方面提出要求，隨之需要在生態重建工程技術方面開拓新的領域和新的延伸．露采礦山生態恢復存在的許多問題，概況起來具有共性的問題主要有三方面情況：

①下層透水不良或固結；

②同時存在下層透水不良和固結；

③雖然表層給予了覆土，但對于目標植物來講太淺．除植被生長基礎存在的問題外，恢復地周邊的生態環境是相關聯的一個重大問題．結合自然和人工生態環境，如何進行露采礦山生態恢復，規劃設計植物群落向那個方向發展，未來的趨勢是生態恢復型、景觀型還是經濟型以及各項兼顧的綜合類型等．這都需要在考慮社會背景的基礎上進行全面的規劃設計．

2.1植被恢復目標規劃

生物群落中一些物種侵入，另一些物種消失，群落組成和環境向一定方向產生有順序的發展變化為群落演替，具有一定的順序和種類變化．在邊坡上由于條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，有必要規劃設計恢復植被的目標群落．用于露采礦山生態重建的植物不僅要有防止水土流失(抗侵蝕)的作用，還應有加固邊坡，改善和維持自然生態環境的功用；在特定的生長環境中能容易且長期持續生長；有利于生態系統的恢復和景觀的美化等．在露采礦山生態重建工程中，跡地環境不能簡單地讓植物順利生長，因為在施工地條件下植物生長基礎經常是風化或未風化的巖石．植物在坡面上的生長與邊坡穩定性的關系．植物與坡體穩定的關系有利于邊坡穩定的因素(效果)影響邊坡穩定的因素侵蝕防止效果：高覆蓋的樹木和草本植物浸透性增大：旺盛的植物生育錨固效果：強健發達的根系荷重增大：木本群落的形成網效果：高密度發達的根系草本植物形成根系網墊同時還應考慮具體內容：

①植物的生長目標水平關系到將來施工完成后的檢查標準，為今后的檢查內容確定明確的質量尺度．

②基本要求是：植下的植物要成活，然后順利地生長．在達到生育目標之前的長時間中能夠良好地生長．換言之，葉片多，生長茂密，整體的生長量在平均值以上．

③植物種的配置．

④植物景觀．

2.2目標植物類型

露采礦山生態重建中的植被恢復主要目標是通過樹草對裸地面的覆蓋，防止地表水侵蝕，達到水土保持．根據條件也希望達到自然環境的保全和景觀的改善．無論哪種情況，生態重建基礎本身存在著限制．在露采礦山地進行生態重建時，一般而言，一蹴而就就完成希望的目標植被類型是非常困難的，通常需要經過二到三次植被恢復才能完成．后面的植被恢復稱為補充性恢復工程．據此，第一次植被恢復工程后，在一定的時期觀測植物的生長進程，相應的采取具體的植被恢復措施．針對破壞荒廢山體的情況，將雨水的地表徑流減少到最小，著重防止表土的流失，最終希望恢復的植被與周邊植被融為一體，形成具有高度防災能力的自然森林．

2.3植物選擇

對植物來講在露采礦山生態重建中，生長條件都是比較惡劣的．因此與一般的植物栽植(園林綠化等)不同，露采礦山植物恢復需要對植物的習性進行充分的了解，明確地了解植物的生長極限．雖然現在可以通過人工的方式創造、改善植物的生長環境，但作用是有限度的．因此要形成群落應具備的主要條件：

(1)生育基礎的穩定；

(2)土壤水分的確保；

(3)養分的供給與保育．在生態恢復工程中，會涉及到各種各樣的植物，應根據不同的目的考慮植物的特性而靈活使用．特別在群落的構成方面應依據植物的生物學和生態學等特性而進行設計．

考慮植物類型及組合：

(1)草本植物與木本植物；

(2)喬木型和灌木型；

(3)常綠型植物和落葉植物；

(4)鄉土植物和外來植物；

(5)肥料植物和先驅植物．露采礦山生態恢復中，往往土壤條件都比較差，直接導入選定的目標植物，其生長是困難的．因此首先應選擇能夠幫助目標植物生長的植物．這類特殊的植物稱為具有先驅植物特性的肥料植物．這類植物由于共生菌的作用可以固定空氣中的游離氮，從而可以促進其它植物的生長．植物群落的恢復不僅僅是植物單純的集合，而是草本(以及藤本)和木本的植物的有機結合，形成健全的植物群落．

基本原則是：

(1)回避單一植物，而應是喬木，灌木，草木類的適宜的組合；

(2)不穩定不確定的單一品種的使用容易導致失敗，應選用使用過的種類進行混播；

(3)木本與草本混播或混植有利于防止表土的侵蝕，有利于進一步形成表土層和土層的保持；

(4)應積極地考慮導入有利植被恢復的先驅植物和肥料植物．

2.4植被生長基礎一般對綠化而言，植被生長基礎指具有一定空間作為植被栽植對象地的土壤層．而對于露采礦山生態恢復來講植被生長基礎，意味著栽植的植物能夠正常生長的土層．而正常生長則包含了多方面的內容：植物的根有伸展，養分、水分能夠自如吸收，具有穩定的基礎等．通常植被生長基礎(盤)應滿足物理條件：

①具有透水性，與下層(巖層的邊界部分)不發生水的滯留；

②適當的硬度；

③適度的保水性；

④具有與植物種類和大小相應的深度和廣度；化學條件：

①無根系伸展的有害物質；

②適當的土壤酸度；

③一定的養分．

3露采礦山生態環境重建工程

3.1生態環境重建基礎工程

生態環境重建基礎工程是為了使施工地的地層穩定和地表環境改善而進行施工的工程．主要方法如表2所示．這里不包括涉及采跡面整體穩定的骨干邊坡防護工程(如刷坡、水路、攔砂壩，擋墻等手段)．但兩者要完全分開也是很困難的，況且在下面敘述到的植被工程往往都是連續的工程，因此要明確的劃分開來也是不可能的，為在露采礦山生態重建工程其技術體系上敘述上的方便，將生態重建基礎工程分為“帶狀基礎工程”和“面狀基礎工程”兩大部分來探討．

3.1.1帶狀基礎工程

(1)穴植方法：適用少雨地區山體生態重建工程中不可缺少的工種，根據山體斜坡的情況又分為“坡體穴植”和“階梯穴植”．在山體坡面上垂直間距0.5~1.0m(根據坡度相應變化)，分為頂層草皮，底層草皮和坡面草皮，并且在階臺上挖坑放入客土和肥料栽植苗木．陡坡上造出一些階梯，隨著坡度的變陡，穴苗的高度會增大．

(2)條帶方法：該方法是在采跡面上做成如條帶的植生帶，從而抑制雨水的面流，防止侵蝕而進行一種生態重建方法，分為階梯狀施工和坡面直接施工兩種．階梯狀施工工種包括壘石，圓木等．條帶方法是在坡面上做成垂直高度1.0~1.5m，寬0.5~0.6m的水平階，在臺階上種草或栽植樹苗．條帶方法的施工間隔一般垂直高度1.5m左右，理論上坡面傾角成一列的條帶方法根據所涉及的范圍便可作為其內隔來考慮．

(3)柵植方法：該方法是在坡面或臺階上設置柵欄防止由于地表水以及強風造成的表土流失．同時柵欄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環境條件．

3.1.2面狀基礎工程

(1)被覆方法：該方法可防止表土侵蝕以及崩落，改善影響種子發芽等因素的微觀環境，是一種具有悠久歷史的傳統復綠方法．

(2)特殊噴附方法：該方法是在礫石，滾石混合的土砂地，或在陡坡無土壤的巖石面，一般情況下難以生長植被，為使植物能夠安定生長而開發出的一種新技術．之前像這樣的地方并不考慮生態重建而僅重點顧及防止土石的移動，以及崩落后的防護和綠化

3.2植生方法

根據生態環境重建基礎工程將植物導入邊坡的技術總稱為植生方法．與道路人工坡面所不同的是，露采礦山生態重建最終希望目標是森林化．無論做到什么程度，植生方法是露采礦山生態重建的骨干技術．有關生態重建基礎工程部分，其中有一些基礎工程和植物導入是一體化的．

3.2.1播種方法

(1)傳統播種方法：傳統播種方法主要指人工手動進行播種，又分為條帶播種(在臺階或坡面上挖溝播種)和點狀播種(在坡面上挖穴播種)．

(2)機械播種：“機械噴附快速植被恢復方法”從20世紀50年代開始在道路邊坡綠化中使用，機械是可移動式或便攜式．以后逐漸在荒山環境治理復綠和海岸揚沙地得到推廣，其中主要以噴射泵方式的“種子噴附方法”為主．①種子噴附方法：把化肥、種子、木纖維、抗侵蝕劑等混合之后噴灑，根據使用機械的不同，有噴播機方式，即將種子，肥料和土壤加上水成稀混凝土狀，然后用車載噴播機進行噴射．另外一種方式是將種子肥料、木纖維加水攪拌后用泵噴灑，再就是輕便的背包式噴灑器方式．②客土噴附法：為了創造更好的植物生長基礎條件而開發的客土噴附方法，該方法是把植壤土(粘性土)．種子、化肥、抗侵蝕劑，根據情況再加上樹皮堆肥或泥炭等與水混合成稀混凝土狀，用高性能噴射機在坡面上覆蓋1~3cm厚．③厚層基材噴附法：為了在陡峭的巖石面和混凝土噴附面上進行植被恢復，開發了厚層基材噴附方法．其材料以有機物為主，加上一些土壤改良材料，在噴射倉內與水混合，用空壓機送出，噴附厚度為4~15cm，適應坡度可超過60度，其材料具有極高的保水和耐侵蝕性、耐熱和耐凍性，與其他方法相比在氣候條件不好的時候亦能施工．噴附前一般要鋪上金屬網，特別是要求懸空高度在3cm以上．

(3)制成品播種：露采礦山生態重建中，利用制成品的最初產品是植生盤．現場的土、稻草肥料等材料與水混合后，利用盤狀成型機造型，表面的孔穴里放上種子，澆上粘土泥如鋪地板一樣．隨后在高效和省力上改進，產生了用無紡布包裹土肥成型植生盤，以及以泥炭為主要材料的工廠化制成品．如今已開發了100多種這樣的制成品，如人工草皮(墊、毯)、植生袋、植生網等．國外在露采礦山生態重建中廣泛利用制成品，據使用形態大體上可分為兩類：①條帶制成品：最一般的是植生網袋，將種子、肥料和現場取得的優質植壤土裝于袋中而形成，網袋材料為合成樹脂網、玻璃纖維或無紡布．這些產品都是從植生盤演變來的；②面狀制成品：最初面狀制成品起于野外用的“席”，以后開發了專用植生席(背面粘附上種子和肥料)，相應的制成品多種多樣，有種子肥料混合均勻粘附的席墊狀，也有種、肥分開袋裝的形狀．

3.2.2木本植物導入

為了早日恢復生態，甚至盡早朝著森林群落方向演替，采用木本類苗木的移栽是一種安全可靠的方法．導入木本植被有必要詳細調查自然環境條件，并選擇與之相適應的樹種．根據土壤條件和苗木以及根系的大小，決定植穴的大小(一般深和直徑皆為0.3m左右)、客土和施肥量，如果是酸性土還應考慮中和材料(如石灰)的用量．除此之外還應考慮微地形引起的土壤等條件的變化，在不良土壤條件下，應選用耐貧瘠耐寒耐旱的灌木類(如海桐類等)或刺槐等肥料木混交種植．坡面上盡可能應選用低矮樹種按臺階斜栽．

3.2.3養分控制

露采礦山生態恢復，其植被生長基礎一般而言是貧瘠的，人工給予養分是必不可少的一環．各類植物對養分元素的需求是不一樣的，草本類植物大量需要氮肥才能很好地生長，而木本植物大量需要磷、鉀肥．為了能夠使草本、木本植物混播并順利生長，可以通過肥料的配比和施肥來促成混播的成功．①控制氮肥量，減少由于草本植物繁茂而對木本植物產生的壓迫；②少用溶出快的肥料，否則在發芽期會使草本旺盛，不利木本植物的生長；③使用緩效肥或包衣(裹)肥，使木本植物發芽后能充分得到養分，抑制草本的初期旺長；④充分考慮混合植物種類的生物生理特性，進行生長基礎和后期施肥的肥料設計．

4結語

本文從水土保持與生態恢復、生態恢復植被基礎、生境條件、規劃設計的視角論述了露天開采礦山植被重建方法，闡述了生境與工程地質條件結合、巖石邊坡環境與植生基礎融合和植被物種選擇與配置的抗性原則，提出了包括排水方法、格子方法、防風和植生土袋的方法技術體系．這些嘗試將為礦山生態環境治理工程實踐提供支撐．露采礦山生態恢復在我國剛剛起步，有許多理論和技術上的問題需要研究探討，尤其是在實踐中加以總結提高．例如，對露采礦山進行區域劃分和分類，同時對應露采礦山區劃及分類進行自然生態環境分類；需要對現有生態重建技術包括國外的技術方法在露采礦山條件下的適應性進行研究確認，針對不同露采礦山的區劃和分類開發新的方法技術和技術集成．另外，本文的討論也可以為其他開采形式礦山提供參考，結合開采特點加以改造利用。

作者：楊劭瑕潘樹林付詩雨辜彬單位：四川大學生命科學學院宜賓學院礦業與安全工程學院