露天煤矿排土场生态修复与植被重建Word文档格式.docx
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植被覆盖率的减少改变了地表径流和地表的粗糙度，使土壤抗蚀指数降低，加剧了水土流失和土地沙化、干化。
土地流失导致下游河湖的淤积，土壤营养元素的损失，造成地力衰退。
沙漠化的过程主要表现为土壤理化性质的劣化过程，土壤的粗化、伴随沙质荒漠化导致的土壤盐碱化、沼泽化，土壤团聚体粒径减小、含量降低，团粒结构的消失，土壤生物种类与种群数量的减少。
沙质沙漠化过程中由于绿色植物这一生产者的减少，改变了生态系统能量转化的途径，改变了水分和营养元素的系统内循环途径，进而影响到土壤物理、化学成分以及动植物和微生物等土壤生物区系的种类和数量，造成植被的逆行演替，导致生态系统退化。
因此，煤矿区生态环境采取综合治理迫在眉睫，植被恢复与重建是解决煤矿区及其区域生态环境问题和综合治理的基本途径。
对采矿引起的土地功能退化、生态结构缺损、功能失调等问题，通过工程、生物及其他综合措施形成生态系统的初级生产者，恢复和提高生态系统的功能，逐步实现煤矿区的可持续发展。
根据煤矿区不同开采时期的技术特点和自然环境等因素，及时实施相应的植被恢复与重建措施，尽量避免或减少对环境的破坏污染，实现采煤矿与环境治理协同进行，是煤矿区可持续发展的必由之路。
1.2国内外研究现状及发展趋势植被是陆地生态系统的重要组成部分，是生态系统中物质循环与能量流动的中枢。
近儿十年来，由于人类活动的影响，植被大规模的破坏和消失，导致了一系列的环境失调问题，全球生物多样性不断丧失，土地荒漠化日趋严重，人类生存和发展的白然基础受到了极大威胁，人类活动对环境的影响以及退化生态系统的恢复和重建已成为现代生态学研究最引人注目的趋势之一。
其中植被恢复是退化生态系统恢复和重建的首要工作，因为儿乎所有的白然生态系统的恢复，总是以植被恢复为前提的。
植被恢复是指运用生态学原理，通过保护现有植被，封山育林或营造人工林、灌草植被，修复或重建被毁坏或被破坏的森林和其他白然生态系统，恢复其生物多样性及其生态系统功能。
植被恢复与植被重建、植被修复、生物多样性恢复以及生物工程治理等都是内涵基本相同的词语，它既是一种治理手段，同时也是治理的过程和目的，国内外对此项已经做了有益的理论探讨。
2植被恢复国内外研究概况
关于植被恢复的研究很多，概括主要有以下儿个方面。
植被退化的基本特征及其生态后果、植被恢复目标及其生态学原理、干扰体系对退化植被系统的影响、植被恢复途径以及植被恢复对环境的影响、效益评价等等。
（1）植被退化的基本特征及其生态后果。
这方面的研究主要包括退化植被的植物种类组成变化及其发展趋势，植物群落结构的变化，生物生产力下降，生物问关系的改变。
张晓华等认为，草原退化实质上是生态系统的退化，退化体现在非生物因素，亦体现在生产者、消费者和分解者三个生物功能组分以及草地生态系统的结构特征和功能过程，退化阶段不同其表征指标不同。
（2）植被恢复目标及其生态学原理。
主要包括生境组合胁迫原理、生态适应性原理、种群密度制约和分布格局原理、群落内种问关系协同进化依赖原理、生态位原理、群落演替原理、生物入侵理论、生物多样性原理、斑块一廊道一本底景观结构模式原理等。
（3）干扰体系对退化植被或生态系统的影响。
主要干扰方式有森林采伐、开垦、过度放牧、开采矿产资源、采摘、不合理的种植和养殖、在人为有意或无意帮助下外来种的侵入和偶见种取代群落建群种与优势种的生态现象以及病虫害的大发生等。
PeterM.在对美国加州一块牧草地恢复研究中指出，适当的干扰（如土壤干扰、引入新物种等）对恢复乡土物种是有必要的，但同时也存在生物入侵的隐患。
（4）植被恢复途径。
二十世纪70年代，日本学者宫胁昭（Miyawaki）根据植被演替理论，采用当地乡土树种的种了进行营养钵育苗，配以适当的土壤改造，在较短时问内建立起适应于当地气候的顶极群落类型，这一方法取得了显著成绩，得到了世界公认，称之为“宫胁法“，近年来他和他的同事又在马来西亚、泰国等地从事热带林的恢复均取得了可喜的成绩；
我国的北京、马鞍山、上海以及山东等地也在试用这种方法进行地带性的植被恢复；
Gaynor在退化草地生态系统恢复中指出，因地制宜地进行松土、耕翻等改善土壤结构，增施肥料，补播乡土优良牧草增加植被恢复速率，合理放牧等也是有效的人工促进恢复措施;
对于退
化水生生态系统的恢复，Middleton指出应根据不同湿地选择最佳位置重建湿地生物群落。
国内报导的有中国科学院华南热带植物研究所在广东小良、鹤山以及沿海侵蚀地上开展的研究，以及中国科学院植物研究所在江西亚热带红壤丘陵地上进行的退化植被恢复与重建的研究。
近年来，在矿山废弃地及城市垃圾场上都已开展了植被重建的研究。
此外，我国已经和正在开展的许多重大生态环境工程，如三北防护林和长江上游防护林建设、沙漠治理、草场改良、荒山绿化、次生林改造也都属于植被恢复和重建。
（5）植被恢复对环境影响及效益评价。
AlegreJ.等人通过栽种野生豆科灌木种恢复半干旱地中海地区植被，研究结果表明，土壤干旱对于季节性落叶模式和落叶化学成分没有显著影响，相对典型硬叶类树种，豆科植物在提高土壤氮素和有机质含量方面表现出更大的潜力，从而提高退化土壤的生物活性，改良土壤碳固定作为日本京都草案在国际气候变化研讨会中的一项重要内容，具有很大的防治土壤退化和荒漠化的潜力；
AnnaMaria所在的土壤保持局对冰岛植被恢复研究很好地说明了严重的土壤退化和气候变化所带来的灾害，可以通过植被恢复的碳固定效益得到很大的消减；
J.Akhter通过栽种一种叫kallar的耐盐碱草，可以显著改善盐碱土的物理性状。
3土壤系统修复技术对露天矿排土场进行植被重建的首要任务是明确限制生态环境恢复的主要因子，并清除这些不利因素，否则，植被恢复工作难以开展。
露天矿排土场土地的共同特点是土壤中缺少自然土中的营养物质，尤其是缺少氮、磷和有机质。
由于植物生长所需主要营养物质的匿乏，使得土壤肥力低下，不适宜于植物生长;
因此，植被重建的前提是改良土壤，为植物提供必须的生长条件。
为寻找适合矿区土壤系统修复的最佳技术，进行多项土壤改良方法的试验研究，并对排土场（北排、东排、马连沟等）现状复垦植被的土壤水分改良效果、土壤养分改良效果、土壤微生态环境改良效果等进行监测、分析，根据矿区的条件选择出露天矿排土场土壤改良的有效方法。
3.1土壤培肥
排土场土壤改良施氮、磷化肥后，土壤有机质、速效养分含量增加幅度较高，但由于无机化肥的价格较高，且在干旱缺水条件下肥效难以充分发挥;
因此，排
土场在复垦种植时主要利用化肥作为种肥或部分植物的追肥使用，作为大规模复垦土壤培肥地力的肥料主要还是有机肥。
有机肥在分解过程中，产生多种有机酸，有利于土壤中难溶性养分溶解释放，提高养分的有效性，充分发挥土壤的潜在肥力。
有机肥料在分解过程中可产生二氧化碳，促进植物的光合作用。
总之，有机肥的作用是多方面的，它具有化肥所没有的优越性。
3.2粉煤灰改良土壤
在黑岱沟露天矿排土场试验区的研究表明，施粉煤灰1t/hm2耐处理，土壤有机质、全氮、碱解氮、全磷、速效磷质量分数分别比对照增加90.7%,65.8%,23.5%,65.1%和18.8%，施粉煤灰2t/hm2处理，土壤有机质、全氮、碱解氮、全磷、速效磷质量分数分别比对照增加138.8%、156.6%、63.9%、75.5%和55.8%。
从各养分的增加幅度来看，增施粉煤灰后土壤有机质、全氮、全磷质量分数增加较多。
粉煤灰可以用作土壤改良剂，在与农家肥和化肥混合施用时效果较好，其主要作用表现在:
可以明显改良土壤质地，降低土壤密度，增加土壤孔隙度，提高地温，促进土壤微生物活性，有利于养分转化，有利于保温保墒，使水、肥、气、热趋向协调，为作物生长创造良好的土壤环境，促进作物增产。
3.3植被重建技术露天矿区排土场环境条件极端恶劣，其受损生态系统自我恢复将难以实现，或实现过程漫长。
如果采用生态恢复措施，排土场中受破坏的生态系统可在相对较短的时间内得以恢复。
植被重建是露天矿排土场生态恢复的首要工作。
植被重建除了本身起着构建退化生态系统初始植物群落的作用外，还能促进土壤结构与肥力以及土壤微生物与动物的恢复，从而促进整个生态系统结构与功能的恢复与重建；
因此，研究排土场植被重建问题具有十分重要的现实意义。
3.3.1植被重建作物、草树种选择依据
露天矿排土场土地复垦，建立人工植被，首先必须选择适宜的植物品种。
为此要做到覆盖土、气候等自然环境条件与植物生态学特性的统一，即“适地适植”的原则。
3.3.2主要草（树）种选择依据
（1）耐土壤贫瘩。
排土场土壤主要是矿区开采中最初的剥离物，无结构。
因排弃过程中反复碾压使土壤坚硬紧实而干燥，养分极为贫乏，要求所选植物种具有耐贫瘩的生物学特性。
（2）抗旱性强。
该地区气候属中温带半干旱气候，总的气候特点是旧照充足，有效积温高，水热同期，有利于植物生长；
但是夏季降水多以暴雨形式出现，使水土流失加重，春季干旱少雨，多大风，这些又不利于种子植物的成活和生长。
为此，在这大风干旱的地区植被恢复应选择抗旱能力强的植物。
（3）植物根系的固土和护坡能力。
植被固土、护坡是防治水土流失的有效办法，根系土壤增强作用是植被稳定土壤的最有效机械途径。
根系能加强土壤的聚合力，在土壤本身强度不变的情况下，通过根系的机械束缚增强根际土层的总体强度，提高滑移抵抗力。
植物相互缠绕的侧面根系形成具有一定抗张强度的根网，将根际土壤固结为一个整体，同时垂直根系把浅层根际土层锚固到深处较稳定的土层上，更增加了土体的稳定性。
因此，在黑岱沟露天矿区植被恢复中必须本着植被根系固土、护坡能力强的原则进行树草种的选择。
（4）考虑经济价值及矿区绿化、美化效果。
3.3.3主要植物种类选择技术
黑岱沟露天矿自1992年开始开展水土保持与生态重建工作，先后选用了90多种植物进行了人工栽培试验，从栽植植物的水土保持和改良土壤的作用、植物
的演替退化规律、植被根系的固土护坡能力、植被抗旱机制及其在矿区排土场复垦土地上的植物生长状况等方面的分析，最终选出适宜矿区内生长的植被类型，见图1。
图1杭破币建作物和革（岡）种选择技术
F电.I[fchnnlng}ofselectcropandplantofplantrestnr（itiQn
3.3.4矿区筛选出的先锋植物和适生植物矿区
自1992年生态重建以来，就在排土场自然恢复植被种类和生长状况调查的基础上，开展了适宜植被类型的筛选和种植。
通过多年植被重建与生态恢复试验工程中取得的一些成果，且在土地复垦和生态恢复技术上积累的一定经验，通过
水土保持与生态重建实践、对比试验，筛选出了适合于矿区内部生长的部分植物。
乔木有油松（Pioustabulaeformis）、樟子松（Pioussylvestras）、刺槐（RobauaapseudoacacaaL、新疆杨（PopulusbolleauaLauche）柳树（Salixmatsu-dauaKoidz）梨树（PyrusbretschueideriRehd）侧柏（Platycladusorieutalis）、杜松（JuuiperusrigidaSieh.etZucc卜山植（Crataeguspiuupa沪daBunge）樱桃（CerasuapseudocerasusGDon）、云杉（PiceaasperataMast）山丁子（MalusbaccataBorkh）等，灌木有沙棘扭appophaerhamuoidesL.）、柠条（Caragauamicro-phylla（Pall.）Lam）、丁香（SyraugaoblateLindl卜女贞（Lagustrum）、紫花洋槐（Robauaapseudoacacaa）欧李（CerasushumilisSok）、锦鸡儿（CaragauasiuicaRehd）、沙地柏（SabiuavulgarisAntoine）、小叶鼠李（Rhamuusparv女口LiaBunge）等，豆科草种有紫花首禧（MedicagosativaL）、沙打旺（AstragalusadsurgeusPal、黄茂（Legumiuosae）羊柴（hedy"
.sarummaxim）、草木挥（MelilotussuaveoleusLedeb.）等；
禾本科草种有披碱草（E行musdahuricusTurcz）、羊草（LeymuschiueuseTzvel）、冰草（AgropyroucristatumGaertner）碱茅（PucciuelliadistausPari）狗尾草（Setariaviridi-auBeauv）等。
3.4植被重建技术施工方法
3.4.1蓄水截流整地
（1）深整地蓄水工程。
在干旱半干旱地区造林，土壤水分条件是影响造林苗木成活和林木生长的突出限制性因子，通过林地坡面建造微型集水区，使其人工引起地表径流并就地拦蓄利用的植树带深整地蓄水工程来解决这一矛盾，是有效的解决途径。
（2）黑岱沟露天矿北排土场1275m标高平台周边，2004年春季采用植苗移
植新疆杨16行，株行距均为3m。
为了拦蓄径流，防止水流对边坡产生冲刷，于2003年雨季前采用机械挖掘深整地方式，穴径1.2m、深0.8m，整地时把生土
作埂表土回填，以提高土壤持水能力，见表1。
可以看出，深整地蓄水工程大大增加了土壤积水贮水能力，整地后，土壤变得疏松多孔，渗透性增强，有利于水分迅速下渗到深层，并加以保蓄，使毛细管作用消弱，又可以减少地表水分的蒸腾。
（2）集流整地。
在排土场边坡、工业场地堆垫边坡等地沿等高线采用水平沟、鱼鳞坑整地形式。
水平沟、鱼鳞坑按20年一遇标准设计。
实践证明，水平沟、鱼鳞坑整地有效地拦蓄了坡面来水，减少了坡面水土流失。
3.4.2植树带塑料薄膜覆盖
改变土壤表面蒸发条件最有效的方法是进行覆盖，覆盖栽培能有效地改变小气候条件，改变土壤水热状况，从而促进农作物和林木的生长。
目前，国内外普遍使用的几种地表覆盖材料有地膜、草纤维膜、秸秆、枯草等，其中地膜覆盖保墒作用显著。
覆盖是人为在大气和土壤的交界面上设置隔离物，它通过改变太阳辐射的吸
收、散射、反射等产生的一系列连锁变化，改变土壤的热平衡，通过热量变化，提高或降低了土壤温度，增加了土壤含水量，同时也改变了其他的土壤物理化学特性，覆盖之后避免了击溅，表土一般不产生板结，土壤密度、通气系数、呼吸等发生明显变化，这种微局地环境的改变对于半干旱地区的造林非常重要。
表1新疆度对土壤水分影响
Tab.1lnftLctiotiofsoilmoistureiniliUrrcnltrimMtildepthonPopulushdleannLiu（he%
年Vffiir整地左瓦Tri仙mildrpthhm4HApril5月側6月Junr7HJulxB冃kugu^li9討命忙曲円平均ffiAvrnp-6DIL75JI6315.321117IL9+11.4512.7J
DG4
紳J4.21114716.5Q1142124ii1124L19lk
在黑岱沟露天矿东排土场、东沿帮排土场香花槐（CladrastiswilsoniiTakeda），紫花洋槐、新疆杨的栽植中采用厚度为0.010-0.015mm无色透明塑料薄膜直接覆盖于土壤表面，当年植株生长状况明显好于未覆膜区。
343针阔混交林分有序更替
黑岱沟露天矿北排土场1275m标高平台周边2004年种新疆杨16行，株行距均为3m,采用挖掘机1m3的挖铲进行穴状整地，2005年在新疆杨中间又种植了油松，目的是实现针阔混交林分有序更替。
新疆杨生长较快，能迅速形成上层林冠，创造了庇荫条件，油松的幼树在其下可茁壮生长，当经过一定阶段后，油松高度逐步超过新疆杨，并形成更高的主林层，此时，喜光的新疆杨便逐渐枯死，最后全部被淘汰，成为油松纯林，完成树种更替过程。
针阔混交阶段的关键是林分主次位置的互换，林分从造林之初的以阔为主，过渡到针阔平等，最后发展到以针为主。
新疆杨为油松发挥了遮荫、辅佐作用后，完成历史使命，最后退出了混交类型。
因此，在造林之初要促进新疆杨的生长，而在油松进入中龄林后，要人为逐渐抑制新疆杨的生长，促进混交林分向油松的过渡。
3.4.4沙棘灌丛密度调整优化
沙棘的萌孽能力很强，萌孽株或萌枝的群体结构与单位面积的萌孽数或萌枝数相关。
当萌孽数或萌枝数低于某一密度时，随数量增加生物量也增加；
在超过
这一数量时，生物量不再增加，反而下降。
这一密度即最佳萌孽数或萌枝数。
通过密度调整，可以保证灌丛拥有最大生物量。
其技术方法包括去密留疏、去小留大、去弱留强，通过对过密沙棘林进行疏伐，达到改善林内光照和空气条件，增加植株个体的营养面积，满足沙棘的生物学和生态学要求，提高其产量的目的；
调整雌雄株比例（以利用果实为主的林分），使雌株和雄株的比例保持在8:
1或10:
1,以改善保留雌株的生长环境达到提高其结果能力的目的；
合理修剪，增强
树势等，充分发挥萌生灌木群落的生长优势，改善林内卫生状况，大大提高单位面积的蓄积量，从而更好地发挥其多方面的生态经济功能。
345合理确定造林密度
造林密度与幼林郁闭早晚及林木生长有密切关系，并不是密度越大，产量越高，只有根据造林目的、林种及树种的生物学特性并结合当地条件和具体要求确定合理造林密度，才能取得预期的生态、社会、经济效益。
现有的一些确定初植密度的方法，如按不同配置形式确定初植密度和按经营目的确定初植密度等方法，通常具有一定的经验性和随意性，而且对当地制约林分密度的主要因子考虑较少。
下面就所研究的准格尔露天矿矿区的主要造林树种—新疆杨和油松，根据树冠生长发育过程来确定初植密度。
这种方法的基本程序是通过调查现有造林地第一树种幼林时期林冠的生长
发育状况，了解和掌握各树种平均冠幅随年龄而变化的规律，然后根据所要求的
幼林年限和该年限的平均冠幅，以及希望达到的郁闭度，确定出该树种的初植密度。
由准格尔露天矿矿区所要求的幼林郁闭年限（新疆杨林5年、油松林7年）和该年限的平均冠幅（新疆杨林1.2075m2、油松林0.8169m2）以及希望达到的郁闭度（均为0.3），各树种的初植密度由下式计算。
/V=DC|
式中:
N为初植密度，株〃hm2;
S为单位面积，hm2；
D为某树种要求郁闭年限的树冠投影面积，m2;
C为要求达到的郁闭度。
据此式计算出黑岱沟露天矿区新疆杨林的合理初植密度为2330株/hm2,株
行距2mx2m；
油松林的合理初植密度为3672株/hm2，株行距1.5mx1.5m。
根据以上公式计算，可确定出矿区主要造林树种的造林密度，见表2
表2主耍树种的造林密度
Tab・2Forestaldriisiiyofprimaryplant
树帥Types
油松
Pinmxitahiefbrniis
新趨杨
樟子松
恻柏
/vcJadftnrnttrhs
紫花洋槐
Rvhima/曲t1（nir（jcia
丁香
5ioblaieLimll
沙棘
HippophaeriiamnouiesI..
柠条
inimtpli>
tin（l'
;
dL/Uiti]
株行距Plantingspacing
L5mxLSm
2inx2inorI.Sinx3mnr
2mx3ni
L5nix2in
15mxL5in
L0nixL5in
2inx2niur1.5inx2jn
（L1ti\x（J.1inor
0.5nixO,5m
0.5mx（）.5in
3.4.6种植点的配置在黑岱沟露天矿区排土场
平台绿化主要采用行状配置的配置方式，采用这种方式能充分利用林地空间，树冠和根系的发育也比较均匀，有利于速生丰产，便于抚育管理。
在坡地条件下，行状配置时要使种植行的方向与径流线保持垂直，以利于水土保持。
3.4.7直播、移栽、扦插
（1）直播。
准格尔露天矿矿区的农作物和牧草，为了有较长的生长期，都是早春土壤解冻后抢墒播种，雨季播种必须在7月巧日前完成，否则生长的幼苗太小经不住当地冬季严寒的伤害而死亡。
直播种子的前处理根据土壤墒情来确定，若土壤墒情好，可温水浸种催芽后播种，豆科牧草（如紫花首蓓、沙打旺等）一般浸种12-16h,种皮薄的用30C的水浸种，种皮厚的用60C的水浸种，种皮坚硬的用70C以上的水浸种，禾本科牧草播种前需进行去芒处理。
（2）移栽。
在准格尔露天矿矿区沙棘、紫穗槐、香花槐、刺槐等移栽苗以1-2
年生较好，油松、樟子松、柳树等树苗以2-4年生较好。
苗木过小难以与
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