矿业废弃地的植被恢复与重建_卫智军

第17卷第4期2003年12月

水土保持学报

Journa l of Soil a nd Wa ter Co nserv a tion

V ol.17N o.4

Dec.,2003

　矿业废弃地的植被恢复与重建

卫智军,李青丰,贾鲜艳,杨　静

(内蒙古农业大学生态环境学院,呼和浩特010019)

摘要:未经治理的矿业废弃地是造成环境污染、水土流失和土地荒漠化的重大隐患,所带来的后果对经济发展和

人类生存构成严重威胁。矿业废弃地植被自然恢复是极其缓慢的,科学合理的人工植被建植大大地加速了这一过

程,特别是人工生态体系模式的建立,可在矿业废弃地植被恢复与重建过程中带来生态效益的同时,亦产生巨大

的经济效益。

关键词:矿业废弃地;　植被恢复;　生态模式;　经济效益

中图分类号:X171.4 文献标识码:A 文章编号:1009-2242(2003)04-0172-04

Vegetation Recovery on Industrial Mining Disposal Site

W EI Zhi-jun,LI Qing-feng,JIA Xian-yan,YAN G Jing

(College of Ecolog y and Environment Science,I nner Mongolia Agricultural University,Hohhot010019) Abstract:Industrial mining disposal site is often the source of soil erosion,land desertification and environmental pollution,which impose great sev ere th rea tens on human living.Natural recov ery of veg etatio n on such site is a slow process.Artific ial rev egetation can g reatly promote the recovery process.At the sam e tim e of achie v ing eco-logical reinstallatio n,economic benefits can be achiev ed through activities such as fruit tree planting and forag e cropping.

Key words:industrial mining disposal site;　v eg etation recov ery;　ecological model;　economic benefit

随着世界各国工业化进程的加快,环境污染和破坏造成的土地废耕、工业废弃地、生态系统失调等环境问题已成为当今制约社会经济发展、影响人类生存的问题。为此,世界各国都在积极寻求有效的解决方法和措施。矿产资源的开发利用,既为经济发展提供了重要的原材料和能源,对经济发展起了巨大的推动作用,同时也对环境产生重大影响。一些矿区不合理的开采方式,使生态环境遭到严重破坏,诸如由此而产生的空气污染、水体污染、土壤污染和土地荒漠化等一系列问题,已严重地威胁着人类的生存。我国在这方面的问题更为突出,据统计,全国矿山开发累计破坏了土地面积200多万hm2,而且正以每年3.3～ 4.7万hm2的速度递增,土地复垦率仅有2%,严重地破坏了土地资源和生态环境。所以矿业废弃地的植被恢复与重建对国土资源的合理利用及生态环境的保护均有重要意义。

世界各国都非常重视矿业废弃地的植被恢复与重建工作。矿业废弃地植被的自然恢复是非常缓慢的,应采取积极的人工办法来加快植被的建植过程和缩短水土流失过程,在获取生态效益的同时,又可获得良好的经济效益。在矿山植被恢复与重建的研究中,关于煤矿开发后植被恢复与重建的研究最多,也最为深入。西方发达国家由于进入工业时代早,早已深感矿山开发所产生的严重后果,对于这方面的研究较早也较多。以露天采矿为主的澳大利亚、加拿大、美国等对稳定地表,控制土壤坡度、坡型变化等与控制侵蚀的关系,以及控制地表侵蚀的覆盖材料和植被的选择等进行了深入的研究。近年来,我国许多学者在矿区的人为水土流失、土地资源动态、岩土侵蚀规律、环境污染以及矿业废弃地植被的自然恢复与人工建植方面做了大量研究。在对矿业废弃地复垦研究中,植被多以牧草为主,草林结合,农经结合,研究区域生态恢复的示范工程和生态结构的优化模式,取得了很好的生态效益和经济效益,对今后我国矿业开发后的环境保护和资源持续利用均有指导和借鉴作用。

1　矿业废弃地植被恢复与重建方法

1.1　植被的自然恢复

矿业废弃地植被的自然恢复是很缓慢的,但在不能及时进行人工建植植被的矿业废弃地上,植被自然恢复仍有其现实意义。试验表明,在人为裸地上植被自然恢复过程长达10～20年,条件差的地区20～30年也难以恢

收稿日期:2003-03-18

基金项目:内蒙古自治区“十五”重点科技攻关资助项目(20010607)

作者简介:卫智军,男,生于1957年,教授,博士。主要从事草地资源管理学和草地生态学研究,发表论文30余篇。

DOI:10.13870/ k i.st b cxb.2003.04.047

复。张树礼等人在准格尔煤田露天矿采挖区排土场,对植被自然侵入的速度、科属组成等进行了研究,并与附近的原始植被作了比较。结果表明,在3年(1991～1994年)多的时间里有47种植物侵入排土场。第一、二年植被侵入种数最多,占总数的94%,第三年仅有3种,占总数的6%。与周围地区自然植被中298种植物相比,新群落的种数比例仅为16%。与该地的原始植被相比较,新植被的特征发生了很大变化,不仅覆盖度小(<10%),种类单调,多年生植物种比重很低,是一个极不稳定的植物群落。

赤峰市元宝山区60年代露天煤矿开采分层剥离形成的排土场,上层土段土石混杂,地表坚实,乱石堆积,土壤贫瘠,有机质含量只有0.65%。经20余年的植被自然恢复,植被盖度仅为22%～25%,主要植物种有三芒草、东北鹤虱,糙隐子草和百里香等,产干草278～675kg /hm 2

。1990年进行围栏封育,3年后植被盖度提高15%,干草产量也提高到872～1363kg /hm 2,新增植物成份主要是胡枝子、白草、狗尾草及蒿属植物。根据上述植被自然恢复情况,考虑植被自然恢复所需要的时间以及植被恢复过程中生态效益和经济效益并重原则,矿业废弃地植被恢复不应被动地等待植被的自然恢复,实行人工复垦是尽快恢复矿区生态,保护矿区环境,进行现代化矿业生产的重要一环。

1.2　基质改良

(1)化学肥料。矿业废弃地一般缺乏氮、磷、钾肥料,所以,三者配合使用一般能取得迅速而显著的效果。在施用速效肥料时应采取少量多施的办法或选用长效肥料效果更好。在p H 过高或过低,盐分或金属含量过高情况下,首先要进行土壤排毒,然后再施用化学肥料。对于重金属含量过高的废弃地可施用碳酸钙或硫酸钙来减轻金属毒性。对于铬酸盐冶炼厂的有毒废物,可利用硫酸亚铁作为还原剂来降低其毒性,同时也有降低pH 的辅助作用。如果废弃地处于酸性条件,可施用石灰等碱性物质中和,当废弃物的酸性较高或产酸持久时,则应少量多次施入石灰。硫磺、石膏和硫酸等则主要用于改善废弃物的碱性。另外,EDTA 可使金属离子形成稳定络合物,降低重金属离子的毒性。

(2)有机改良物。利用有机改良物进行废弃地改良有重要意义,符合以废治废的原则,有很好的经济效益,且其改良效果优于化学肥料。污水污泥、生活垃圾、泥炭及动物粪便都被广泛地用于矿业废弃地植被重建时的基质改良。因为其富含养分且养分释放缓慢,可供植物长期利用。所含的大量有机物质,可以螯合部分重金属离子,缓解其毒性,同时改善基质的物理结构,提高基质的持水保肥能力。另外,作物秸秆也被用作废弃地的覆盖物,可以改善地表温度,维持湿度,有利于种子的萌发及幼苗生长。秸秆还田能改善基质的物理结构,增加基质养分,促进养分转化。

(3)表土转换。表土转换是在动工之前,先把表层30cm 及亚层30～60cm 的土壤剥离保存,以便工程结束后再把它放回原处,这样虽然植被已破坏,但土壤基本保持原样,土壤的营养条件及种子库基本保证了原有植物种迅速定居建植,无需更多的投入。目前西欧大多数国家都要求凡露天开采的工程都采用这一技术。我国海南的田独铁矿、云南昆阳磷矿都进行了这项工作,取得了很好的效果。

(4)淋溶。在种植植物前,对含酸、碱、盐分及金属含量过高的废弃地进行灌溉,在一定程度上可以缓解废弃地的酸碱性、盐度和金属的毒性,有利于植物定居。灌溉实际上是人为的淋溶过程。Cressw ell 指出,南非金矿的尾矿砂堆在种植植物前,采用人工喷水淋溶酸性物质,最终获得了成功的植被。一般经过淋溶,当废弃地的毒害作用被解除后,应用全价的化学肥料或有机肥料来增加土壤肥力,以使植物定居建植。

1.3　生物改良

(1)植物选择。在植被恢复与重建过程中,植物的选择十分重要,要因时因地选择适宜的植物种,才能迅速定植,并具有长期的利用价值。豆科牧草中的沙打旺、草木樨、紫花苜蓿、杂花苜蓿、小冠花、胡技子等植物被广泛用于矿业废弃地的植被人工恢复。乔木中杨树、油松、杜松、云杉、侧柏、国槐等不仅可以改善废弃地状况,也是绿化、美化环境的主要树种。

(2)引入固氮生物。利用生物固氮作用在重金属含量较低的废弃地进行土壤改良及植被重建显出很大的作用和潜力。改良废弃地广泛引入的固氮植物有红三叶草、白三叶草、桤木(Alnus cremastogyne )、洋槐(Robinia pseudoac alia )和相思(Acasia ric hii )等。近年来,长喙田蓍(Sesbania rostrata )的茎瘤共生体系因其具有极高的固氮效益而备受关注。对于具较高重金属毒性的废弃地,必须用相应的工程措施(如掺入一定比例的污水污泥等)以解除其毒性,保证植物结瘤固氮。菌根能够有效地利用基质中的磷,而且不受尾矿中富含金属的毒害,所以将其接种于相应的共生树种,可以较好地适应废弃地的生境,这对尾矿上植物定居起着重要作用,达到一定的改良目的。173第4期卫智军等:矿业废弃地的植被恢复与重建