錦豐金礦露天采坑的植被恢復(fù)方案研究

龐 麗 蘭永文 榮歡歡 張明豪

(1.安順學(xué)院農(nóng)學(xué)院;2.貴州省科技廳特色果樹品種展示與農(nóng)村教融合創(chuàng)新基地；3.貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局五總隊(duì)，貴州 安順561000)

我國礦區(qū)開發(fā)初期，大部分礦井采用了深凹露天開采，導(dǎo)致采場閉礦后形成了大小不同的露天采坑[1-3]。露天采坑不僅破壞了當(dāng)?shù)卦嫉刭|(zhì)環(huán)境和生態(tài)環(huán)境，還形成了不穩(wěn)定斜坡等地質(zhì)災(zāi)害隱患[4]。目前，礦區(qū)大多采用露天采坑回填或改建尾礦庫的方式對其進(jìn)行利用和治理[5-8]，而回填或改建尾礦庫的方式存在施工復(fù)雜、回填成本高和后期管護(hù)力度大等弊端。

植被恢復(fù)是針對現(xiàn)有露天采坑的特點(diǎn)和危害，在對礦區(qū)植被多樣性、土壤條件、氣候和水文因子等調(diào)查的基礎(chǔ)上，篩選出適合該礦區(qū)的植被恢復(fù)模式和建植植物種類，以達(dá)到露天采坑和周邊生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)、和諧、共生的目的[9]。與其他露天采坑治理和修復(fù)技術(shù)相比，植被恢復(fù)具有經(jīng)濟(jì)有效性強(qiáng)、持續(xù)時(shí)間長和環(huán)境改善大等優(yōu)點(diǎn)。因此，露天采坑的植被恢復(fù)成為生態(tài)恢復(fù)和景觀生態(tài)研究的熱點(diǎn)，探索典型廢棄金礦適宜的植被恢復(fù)方案勢在必行。

錦豐金礦露天采坑位于貞豐縣沙坪鎮(zhèn)，因礦山開采時(shí)對場地及周邊山體進(jìn)行了切方，破壞了原始地質(zhì)環(huán)境和生態(tài)環(huán)境，形成了不穩(wěn)定斜坡等地質(zhì)災(zāi)害隱患[10]。礦山企業(yè)為履行和落實(shí)礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)和恢復(fù)治理義務(wù)，決定采用植被恢復(fù)技術(shù)對該礦區(qū)早期開采中形成的露天采坑進(jìn)行治理。

1 錦豐金礦露天采坑概況

錦豐金礦位于貴州省貞豐縣沙坪鎮(zhèn)(25°08′00″-5°10′00″ N，105°51′00″-105°53′00″ E，海拔410-583 m)。該地區(qū)屬于亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候，年平均氣溫16.6 ℃，年均降雨量1356.9mm。經(jīng)過多年開采，礦區(qū)形成了一個(gè)長約1029米、寬約656米、深約286米的露天采坑。本方案植被生態(tài)修復(fù)范圍為該露天采坑+ 560 m標(biāo)高臺(tái)階至上部境界線處(圖1)。

2 分區(qū)恢復(fù)露天礦坑生態(tài)環(huán)境

2.1 不同地質(zhì)環(huán)境部位的分區(qū)和前期施工措施

該露天采坑規(guī)模較大，根據(jù)其地質(zhì)環(huán)境、地貌特征和現(xiàn)場調(diào)查，可以分為階梯式采坑平臺(tái)區(qū)、采剝坡面區(qū)、高陡邊坡危巖體區(qū)和地質(zhì)遺跡保護(hù)區(qū)等。(1)階梯式采坑平臺(tái)區(qū)采用覆土后人工種植植物的恢復(fù)方式。覆土厚度為60 cm，土壤為礦山存留的開采早期剝離出來的表土。土壤有機(jī)質(zhì)含量為8.13g·kg-1，全氮1.26g·kg-1，全磷0.72g·kg-1，全鉀22.02g·kg-1，堿解氮65.86mg·kg-1，有效磷15.70mg·kg-1，有效鉀47.52mg·kg-1，pH 7.0。土壤有機(jī)質(zhì)含量稍低，肥力中等，礫石含量高達(dá) 20%；(2)采剝坡面區(qū)坡度范圍為35°～55°，采用雙層網(wǎng)掛、噴播技術(shù)進(jìn)行治理；(3)高陡邊坡危巖體區(qū)前期施工包括清除不穩(wěn)定巖體，局部坡面修整、局部放坡，用水泥漿充填夯實(shí)坡面上地裂縫等措施；(4)露天采坑的地質(zhì)遺跡保護(hù)區(qū)有十分完整的褶皺和逆沖斷層的構(gòu)造組合，即十分強(qiáng)烈的北西向褶皺和逆沖斷層依次疊覆出現(xiàn)(見圖2)，僅對其表面進(jìn)行清理和保護(hù)。

2.2 分區(qū)選擇植被恢復(fù)模式

平臺(tái)區(qū)覆土后土壤條件相對較好，參考礦區(qū)周邊生態(tài)系統(tǒng)植被調(diào)查結(jié)果，采用喬- 灌- 草結(jié)合的立體恢復(fù)模式。以小喬木和灌木為主，輔以草本植物，以充分利用地上和地下的光照和養(yǎng)分空間，從而有利于植物的生長發(fā)育及水土保持。同時(shí)，應(yīng)適當(dāng)密植，以便盡早形成生態(tài)景觀，發(fā)揮露天采坑植被的生態(tài)功能。根據(jù)采剝坡面區(qū)的實(shí)際坡度情況，采取藤、草搭配的植被恢復(fù)模式。即采用在坡面基部或頂部種植藤本攀援、垂懸植物，以及坡面區(qū)噴播草籽相結(jié)合的綠化方式。高陡邊坡危巖體區(qū)因進(jìn)行了前期的安全措施處理，可采用單層掛網(wǎng)噴播方式進(jìn)行復(fù)綠。

3 物種選擇和種群配置方案

采用野外調(diào)查的方式，統(tǒng)計(jì)了礦區(qū)、周邊生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)主要分布的植物種類及其數(shù)量特征、生物學(xué)特性等，并參照礦山植物種植區(qū)內(nèi)已試種植成功的植物種類，篩選出了適合礦區(qū)種植的植物種類(見表1)。調(diào)查結(jié)果表明，礦區(qū)及其周邊生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)植物以銀合歡、車桑子、鹽膚木和火棘等小喬木或灌木為主，這與山地土被較貧瘠、淺薄、不連續(xù)等生境有關(guān)。喬木主要有苦楝、木荷等，但生物量均不高。礦山植物種植區(qū)位于礦區(qū)廢石場旁邊，其土壤也來自礦山開采早期剝離的表層土，土壤理化性質(zhì)與露天采坑所用覆土基本一致。目前，礦區(qū)內(nèi)種植試驗(yàn)栽植的主要植物種類及生長情況如下(見圖3～圖6)。

表1 適合礦區(qū)種植的主要植物種類及其生物學(xué)特性

(續(xù)表1)

因此，除去作為科研、參觀用途的地質(zhì)遺跡保護(hù)區(qū)，擬達(dá)到植被覆蓋率超過 80%，其中小型喬木和灌木植物占 60%，大型喬木占 20%，草本和藤本植物占 20%。

根據(jù)各種植物的生物學(xué)特性和花期等，平臺(tái)區(qū)采用苦楝+ 銀合歡、火棘+ 毛蕨、狗牙根，或楊梅+ 車桑子、假連翹+ 高羊茅、狗牙根，或苦楝+ 鹽膚木、黃花決明+ 高羊茅、狗牙根。坡面區(qū)采用噴播高羊茅、狗牙根，并在坡腳種植藤本植物常春藤、野葛。高陡邊坡區(qū)采用噴播高羊茅、狗牙根混合種植的方式綠化。

4 結(jié)論與討論

4.1 因地制宜的分區(qū)進(jìn)行治理

由于露天采坑地理環(huán)境的特殊性，植被恢復(fù)時(shí)應(yīng)具體考慮其高度、坡度、巖性、光照和水分等條件的異質(zhì)性，分區(qū)采取不同的前期工程措施和植被恢復(fù)模式，以期達(dá)到有效的生態(tài)治理結(jié)果。本文根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，將爛泥溝金礦露天采坑分為了階梯式采坑平臺(tái)區(qū)、采剝坡面區(qū)、高陡邊坡危巖體區(qū)和地質(zhì)遺跡保護(hù)區(qū)等，并針對各區(qū)的特點(diǎn)，分別采取了覆土+人工種植植物、雙層網(wǎng)掛噴播+種植藤本攀援植物、安全施工處理+單層掛網(wǎng)噴播、表面清理和保護(hù)等治理措施。

4.2 露天采坑物種選擇及其優(yōu)化配置

從植物的生態(tài)適應(yīng)性、抗逆性、持續(xù)穩(wěn)定性和生物多樣性等方面出發(fā)，考慮選擇具有水土保持功能的本地優(yōu)勢喬木、灌木和地被植物為主，非生物入侵性的引進(jìn)樹種為輔。通過野外調(diào)查，并參考了礦山植物種植區(qū)種植試驗(yàn)，從鄉(xiāng)土植物中篩選出了苦楝、楊梅、銀合歡、車桑子、黃花決明、火棘、毛蕨、野葛、高羊茅等恢復(fù)物種。另外，所選物種間應(yīng)具有良好的共生性，后期才能夠形成穩(wěn)定的自我維持的生態(tài)系統(tǒng)，最終與周邊自然生態(tài)環(huán)境相融合。在恢復(fù)物種的優(yōu)化配置上，深根系與淺根系植物相結(jié)合，喜光與耐陰植物相結(jié)合，全面綠化與保護(hù)區(qū)裸露有機(jī)運(yùn)用。本研究主要從其生態(tài)性、經(jīng)濟(jì)性和美觀性等方面考慮，以達(dá)到立體綠化，生態(tài)恢復(fù)的效果。

4.3 植被恢復(fù)降低露天采坑治理的經(jīng)濟(jì)成本

因該礦山企業(yè)在露天采坑開采前，有意識(shí)地保留、堆存了剝離的大量表土，節(jié)省了購買覆土所需的費(fèi)用，且保證了治理時(shí)覆土的厚度。本研究構(gòu)建了木本類植物(深根系)和草本類植物(淺根系)地下根系的空間分布格局，從而起到涵養(yǎng)水源、保持水土的生態(tài)功能。大量豆科植物的種植，將對恢復(fù)土壤養(yǎng)分，改善土壤、小氣候條件，提高土壤地力創(chuàng)造有利條件。露天采坑植被生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)，能夠形成一系列的生態(tài)過程，例如植物的光合作用、枯落物分解、根系的活動(dòng)、根系分泌物產(chǎn)生和土壤動(dòng)物微生物的作用等，將能夠使生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)入良性循環(huán)，其能量輸送、物質(zhì)循環(huán)和信息傳遞的功能逐漸得以發(fā)揮，最終形成露天采坑穩(wěn)定的獨(dú)特的生態(tài)群落。