礦區(qū)高陡邊坡生態(tài)修復(fù)技術(shù)應(yīng)用研究

金章利，劉高鵬，杜玉河，趙江濤，馬 亮

（1.湖北三峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院 經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，湖北 宜昌 443000； 2.湖北金源綠通生態(tài)環(huán)境工程有限公司，湖北 宜昌 443000；3.山西省地勘局二一三地質(zhì)隊(duì)，山西 臨汾 041000）

礦產(chǎn)資源是人類社會(huì)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，礦山開采是目前最大規(guī)模改變土地利用方式和損壞陸地生態(tài)系統(tǒng)的人類活動(dòng)。山西省石灰?guī)r礦、煤礦等礦山大規(guī)模的開采對(duì)生態(tài)環(huán)境造成了破壞，其中礦山有583處（包括基建、停采、閉坑礦區(qū)），礦區(qū)表層土的喪失或性質(zhì)的改變，使土壤失去永續(xù)利用的價(jià)值[1]。在干旱、半干旱地區(qū)強(qiáng)烈的采礦干擾使生態(tài)破壞在一些地區(qū)達(dá)到了幾乎不可逆轉(zhuǎn)的境地。近幾年，國家要求建設(shè)綠色礦山，并不僅僅是在礦區(qū)平地種幾行樹，而是包含可持續(xù)發(fā)展的各個(gè)方面，如整個(gè)礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)植被恢復(fù)和土壤重構(gòu)等[2]。統(tǒng)籌山水林田湖草系統(tǒng)治理，形成綠色發(fā)展方式。據(jù)此，山西省廢棄礦山生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)治理工作在各地逐漸開展，對(duì)廢棄礦山裸露的高陡巖石邊坡進(jìn)行生態(tài)修復(fù)，不僅可以強(qiáng)化環(huán)境保護(hù)意識(shí)，還對(duì)擴(kuò)大生態(tài)空間有重要意義。

1 臨汾龍祠泉礦區(qū)生態(tài)修復(fù)項(xiàng)目

1.1 概況

山西省地處干旱半干旱地區(qū)，山多地少，水資源匱乏，土壤貧瘠，旱地占70%。臨汾市龍祠泉石灰?guī)r礦區(qū)位于臨汾市堯都區(qū)龍祠泉旅游景區(qū)西側(cè)，由于早年的私挖亂采，形成了大量次生裸地、高陡巖石邊坡，帶來水土流失、生態(tài)破壞等問題，使得破壞區(qū)地形地貌景觀與周邊環(huán)境極不協(xié)調(diào)，嚴(yán)重影響龍祠泉域重點(diǎn)保護(hù)區(qū)及周邊經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展[3]。

依據(jù)《國土資源部辦公廳關(guān)于印發(fā)(全國“礦山復(fù)綠”行動(dòng)方案)的通知》、山西省國土資源廳晉國土資辦發(fā)[2012]150號(hào)《關(guān)于組織申報(bào)2012年度地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)和礦山地質(zhì)環(huán)境工程治理項(xiàng)目的通知》文件精神，龍祠泉石灰?guī)r開采區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境治理工程項(xiàng)目申請(qǐng)并被批準(zhǔn)被列入國家和省財(cái)政地質(zhì)環(huán)境勘查治理專項(xiàng)資金的支持范圍。

1.2 邊坡特征

龍祠泉礦山的巖石邊坡主要表現(xiàn)為險(xiǎn)峻陡峭、物理結(jié)構(gòu)不良、貧瘠、干旱等，對(duì)周邊生態(tài)環(huán)境、土地資源、生物多樣性等均產(chǎn)生消極影響。靠自然界自身的力量恢復(fù)植被往往需要幾十年的時(shí)間。龍祠泉項(xiàng)目區(qū)開采盤區(qū)內(nèi)共有廢渣堆8處，廢渣堆積量約35035m3，共有采坑5處，采坑面積約33291㎡。

礦山邊坡經(jīng)風(fēng)化形成了70°～80°的不規(guī)則坡度邊坡，邊坡高度20m～118m不等，局部常產(chǎn)生崩塌及掉塊，邊坡尚處于變形調(diào)整之中，處于較穩(wěn)定狀態(tài)。

1.3 廢棄礦山危害性分析

（1）礦山采石場地勢高，長期裸露容易造成礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境的不斷惡化，缺乏植物根系防護(hù)的裸露坡面易產(chǎn)生滑坡事故，嚴(yán)重威脅礦區(qū)周圍企業(yè)及居民生命財(cái)產(chǎn)安全。

（2）礦山露采邊坡斷壁突兀，形成了大量光禿的山頭、各種深坑，使采礦前原生的自然景觀變得千瘡百孔，極大地破壞了原有的植被茂密、景色怡人的自然景觀，嚴(yán)重影響了城市空間景觀和城市整體形象，限制了發(fā)展的空間。

（3）地表植被破壞，基巖裸露，以及長期堆放于礦區(qū)地表的固體廢物，由于終年暴露在大氣之中，因風(fēng)化作用變成粉末狀，干旱季節(jié)在一定的風(fēng)速作用下?lián)P起大量粉塵而污染大氣，暴雨季節(jié)徑流匯集沖刷，給江河水質(zhì)帶來水污染。

（4）廢棄地長期荒廢不僅擠占大量土地資源，而且加速了水土流失和土地荒漠化，生態(tài)修復(fù)可使廢棄地產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)價(jià)值并阻止水土流失，緩解土地資源矛盾。

2 礦山生態(tài)恢復(fù)技術(shù)的組合應(yīng)用

龍祠泉礦山采用了SNS主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)、CBS抗滑緩釋營養(yǎng)系統(tǒng)、CBS植被混凝土生態(tài)防護(hù)技術(shù)、植被混凝土綠化添加劑AB菌活化技術(shù)、自動(dòng)噴灌溉系統(tǒng)、目標(biāo)群落植物種子配方、坡腳礦渣栽植樹木等幾種組合技術(shù)方案。

2.1 SNS主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)

主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)屬于結(jié)構(gòu)加固措施，對(duì)整個(gè)礦山邊坡巖體形成連續(xù)支撐，其預(yù)張拉作業(yè)使系統(tǒng)盡可能緊貼坡面，并形成了抑制局部巖土體移動(dòng)或在發(fā)生局部位移或破壞后將其裹縛（滯留）于原位附近的預(yù)應(yīng)力，從而實(shí)現(xiàn)其主動(dòng)防護(hù)（加固）功能。

2.2 CBS抗滑緩釋營養(yǎng)系統(tǒng)

抗滑緩釋營養(yǎng)系統(tǒng)是由抗滑棒填裝營養(yǎng)物質(zhì)，可以貧瘠的礦山邊坡的噴播覆綠工程中應(yīng)用，提供后期植物生長所需營養(yǎng)的持久性，改善微環(huán)境，增加抗滑阻力，彌補(bǔ)邊坡綠化基質(zhì)層的養(yǎng)分流失；免除大量養(yǎng)護(hù)工作，降低綠化成本。通過物質(zhì)引導(dǎo)孔內(nèi)以及基質(zhì)層內(nèi)水分的流動(dòng)，可緩釋營養(yǎng)棒、營養(yǎng)袋內(nèi)的物質(zhì)及生物分解的養(yǎng)分緩慢釋放并補(bǔ)充到基質(zhì)層中，彌補(bǔ)基質(zhì)層養(yǎng)分流失得不到彌補(bǔ)等缺點(diǎn)，解決噴射礦山高陡邊坡面的綠化持續(xù)效果的問題。

2.3 CBS植被混凝土生態(tài)防護(hù)技術(shù)

是一種護(hù)坡新型植物生長基材，由砂壤土、水泥、有機(jī)質(zhì)、CBS基材添加劑、CBS基材配方和種子配方，對(duì)各種類型的硬質(zhì)邊坡、坡度大于45°的各種高陡巖石邊坡、以及受水流沖刷較為嚴(yán)重的坡體進(jìn)行生態(tài)防護(hù)的新技術(shù)。

基材配方中摻入植被混凝土綠化添加劑A型(專利號(hào)：CN103626584A)，與水泥起化學(xué)反應(yīng)，調(diào)控水泥PH值，形成孔隙率，適合植物生長，成活率95%以上。植被混凝土添加劑B菌中引種了嗜鹽菌，該菌可消減水泥的鹽堿，優(yōu)化鹽堿理化性質(zhì)。具有代謝活性，能夠抵抗較高的機(jī)械應(yīng)力和化學(xué)誘導(dǎo)應(yīng)力，并有較長的壽命，能在水泥環(huán)境中生長。

2.4 礦山恢復(fù)養(yǎng)護(hù)（噴灌）

養(yǎng)護(hù)用水源通過管道引至坡腳（坡面平臺(tái)）蓄水池，采取高壓水泵（揚(yáng)程160m，功率18.5千瓦）輸送到坡頂，供水主管采用φ63mm鍍鋅管，分管采用φ50mmPVC管，支管采用φ32mmPVC管，噴灌噴頭采用旋轉(zhuǎn)式全圓噴頭。設(shè)計(jì)噴頭與噴頭之間的縱橫間距均為25m，噴射半徑為8m，流量2.62m3/h。詳細(xì)噴灌布設(shè)根據(jù)坡面實(shí)際情況現(xiàn)場確定。

2.5 目標(biāo)群落物種配方

目標(biāo)群落種子特定配方是需要根據(jù)多年工程施工經(jīng)驗(yàn)積累，和當(dāng)?shù)貧夂驐l件、植物種植經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)照顧共生關(guān)系，考慮喬、灌、草在時(shí)空上的共生配置，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的良性演替的作用，扶植正常群落，從初級(jí)群落向頂級(jí)群落演化，防止出現(xiàn)退化現(xiàn)象。

選擇冷地早熟禾、垂穗披堿草、多年生黑麥草、冰草、深根型高羊茅，其中冷地早熟禾、高羊茅、黑麥草屬禾本科須根系發(fā)達(dá)，能起到固土護(hù)坡的作用，這3種草本組成了先鋒物種，屬于伴生種群。可以快速成平，彌補(bǔ)灌木綠期短、覆蓋率不足的缺點(diǎn)。且出苗快速，保證早期的效果，同時(shí)為目標(biāo)群落的物種遮蔭。選擇灌木：刺槐、紫穗槐、檸條，為目標(biāo)建群品種，后期生長覆蓋后，形成立體的群落，抗逆性提高。

3 生態(tài)修復(fù)的效果分析

龍祠泉礦山項(xiàng)目植被恢復(fù)后，隨著應(yīng)用年限的增長，本地植物的組建進(jìn)入和先鋒物種的退化，邊坡植被的物種結(jié)構(gòu)、物種多樣性將逐步增強(qiáng)，巖石邊坡的生態(tài)功能將逐步達(dá)到與周圍自然環(huán)境一致。

綜合考慮各種特征，共選擇了3個(gè)樣地，取樣面積5m×6m，每個(gè)樣地沿對(duì)角線取3個(gè)1m×1m的灌木樣方，灌木樣方中沿對(duì)角線取3個(gè)1m×1m的草本樣方。記錄指標(biāo)主要包括：植物種類、株數(shù)、高度、蓋度；群落多樣性、均勻度和豐富度指數(shù)是植被混凝土高邊坡坡地植物群落中重要的生態(tài)指標(biāo)之一，通過計(jì)算對(duì)比可以很好的說明植被混凝土生態(tài)基材形成的群落發(fā)展趨勢和狀態(tài)。

4 結(jié)論

礦山恢復(fù)中植被種群設(shè)計(jì)要考慮群落演替的動(dòng)態(tài)變化。生態(tài)防護(hù)中其生態(tài)功能的再現(xiàn)，是以恢復(fù)植物群落為基礎(chǔ)的，初期的人工再造的植物群落，不是也不可能是最終的穩(wěn)定的頂級(jí)群落，必然會(huì)沿著群落演替規(guī)律的方向發(fā)展。

這就要求邊坡生態(tài)群落種群的設(shè)計(jì)，要考慮群落演替的動(dòng)態(tài)變化，從初級(jí)群落向頂級(jí)群落演化過程中的變異和控制；要考慮一旦出現(xiàn)逆演化和退化現(xiàn)象時(shí)的引導(dǎo)性養(yǎng)護(hù)措施的實(shí)施。