矿区废弃地生态恢复设计

矿山废弃地生态恢复设计——以广西平果铝业为例前言：平果铝业是原中国有色金属工业总公司和广西壮族自制区人民政府合资兴建的特大型铝冶炼联合企业，是国家“八五”期间重点建设项目。公司位于广西壮族自治区平果县，南昆铁路、324国道及全年通航的右江均从厂郊通过，交通便利。平果铝土矿储量大，水电资源丰富，发展铝工业具有得天独厚的优越条件。但，在实际的开采过程中，存在着许多生态环境的问题，其中就包括矿山废弃地的生态恢复。一个矿区工农业生产布局存在各种不同的方案可供选择，矿山垦后土地利用方式也存在着多种多样的方案，可以出现许许多多的状态和空间景象。在多种方案的比较和选择中确定适合矿区未来发展目标的土地利用结构，将会避免盲目性。我国矿产储量丰富，大小型矿场众多。我国目前的矿区景观恢复模式基本为三种类型，并指出了各自存在的问题。这三种基本模式包括耕作类型结构、江苏省铜山县的水陆并举类型结构和淮北水养类型结构，这三种类型存在的普遍问题是对影响矿区复垦的经济因素考虑较多，对生态因素考虑较少，不但缺乏对景观结构特征和空间关系的定量分析，而且斑块-廊道-基质模式的确定缺乏现代大农业生产的思想。经过在平果铝矿开采区的调查加之可与翻阅资料，本文的最终目标是通过矿区复垦土地利用结构优化改变矿区土地粗放利用、退化严重、生态环境恶化以及人们对矿区经济社会普遍不满的现状，使人类需求与生态完整性协调，走出恶性循环，走向良性发展。一、平果铝矿山复垦区的立地条件1.平果铝矿区地理位置及气候条件平果铝土矿位于北纬23°18′30″～23°38′13″，海拔200～400m，属高温多雨的亚热带季风气候区。全年平均气温21.5℃，月平均最高气温为28.2℃(七月份)，月平均最低气温为12.6℃(元月份)，无霜期300~350天。矿区处于扶绥崇左少雨区与百色田东少雨区之间，虽全年平均降水量达1324.6mm，但主要集中在6～8月份。平均年蒸发量为1531.9mm，主要集中在7～8月份，由于蒸发与降水高峰期集中，而且分布不均。因此，旱涝灾情时有发生。2.矿山废弃地地形地貌平果铝矿区一般属于岩溶堆积型铝土矿床，这种矿床规模大、埋藏浅，大部分位于山脚、多山体之间的冲积洼地（所以矿区原来多为耕地，包括农用地和旱地），也有一部分位于山腰，多直接露出地表，露天开采。地貌复杂多变、陡峭、坑洼、有直壁也有长坡、易受地表水的冲刷、易导致严重的水土流失。各地块间均存在着数十甚至百米的相对高差，土壤质地为粘性土，呈强酸性（PH值5.03～5.21），土壤容重大（1.56g/cm³～1.68g/cm³），塑性指数高（25～30），土层薄，土壤结构性差，微生物活性差。土壤全N、全P含量很低，大多数农作物、经济作物和果树不能生长。二、铝矿山废弃地生态恢复的目标设计国家对矿山废弃地的治理与生态恢复给予很高的重视，实行“谁破坏谁恢复，破坏多少恢复多少”的政策，一般要求原来属于哪种类型用地就恢复为哪种类型用地。针对此，平果铝矿区原来多为农用地，因而，最终恢复为农用地，且在恢复过程中保护附近未被开采区的生境不受干扰。考虑的主要因素是生态效益，辅以经济和社会效益。该地的复垦工程就旨在恢复因采矿而流失的农用地，减少由于采矿作业而造成的水土流失。尽量还原为较为稳定且持久的生态模式，使当地的经济发展与生态保护相协调，同时加强社区居民的环保意识，达到积极的社会效益。三、植被品种筛选及筛选原则植被选择的原则：①能改善和净化环境，降尘，去除空气中的有害微粒，滿足各种功能要求。②适应性强、能在当地贫瘠的立地条件下正常生长。③有一定的经济价值。④管理简单方便、管理成本较低。同时，要求树种多样化，以提高绿地系统对自然灾害的缓冲能力。植物群落结构越复杂、越稳定，植物自我调节能力就越大、抗御自然灾害能力越强，越容易实现生态调控。平果铝业公司的负责人认为，每个树种的数量最好不要超过树种组成总量的20%。1.所筛选植物的生长条件与其生理特性抗逆行强是矿山复垦植被筛选的首要原则。耐贫瘠、抗旱、抗病虫害、抗倒伏能力强最重要；生物学产量高、根系发达、培肥矿土和保持水土效果好也是十分重要的。通过现状调查，现场试验，以及定植三步，基本上已筛选出了：大豆、田青、多花黑麦草等豆科、禾本科绿肥作物；甘蔗、木薯，部分青菜等果菜作物；马尾松等用材树种。豆科及禾本科种子在12℃时可发芽，最适生长温度为20-30℃，25℃以上生长最为迅速。遇霜冻后叶片凋萎而逐渐死亡。对土壤要求不严格，在砂壤土和粘壤土上生长繁茂。当土壤中全盐含量低于0.5%时，可以生长，但如氯离子含量超过0.3%，生长则受抑制。耐旱耐涝性强是其一大特点。甘蔗是禾本科甘蔗属植物，原产于热带、亚热带地区。甘蔗为喜温、喜光作物，年积温需5500～8500℃，无霜期330d以上，年均空气湿度60%，年降水量要求800～1200mm，日照时数在1195小时以上。甘蔗对土壤的适应性比较广泛，以粘壤土、壤土、砂壤土较好。土壤pH值在4.5～8.0,甘蔗都能生长，但以土壤pH值6.5～7.5为适宜。木薯适应性强，耐旱耐瘠。最适于在年平均温度27℃左右，日平均温差6～7℃，年降雨量1000～2000mm且分布均匀，pH6.0～7.5，阳光充足，土层深厚，排水良好的土地生长。但，在年平均温度18℃以上，无霜期8个月以上的地区，山地、平原均可种植；降雨量600～6000mm，热带、亚热带海拔2000m以下，土壤pH3.8～8.0的地方都能生长。马尾松在年平均温度13—22℃，年降水量800毫米以上地方生长。不耐过低温度，在冬季零下15℃时，幼树的针叶就会出现枯萎。马尾松对土壤要求不严，能耐干旱瘠薄的土壤，在粘土、沙土、石砾土以及阳坡土层薄或石缝中都可生长。喜欢酸性和微酸土壤，PH值在4.5—6.5的山地生长最好。2.所选植物对矿山恢复的作用豆科及多花黑麦草等禾本科，随均属于草本，但是在演替历史上起着至关重要的作用，其耐干旱、耐贫瘠，只需有充足的光照，且均为华南地区常见种，适生酸性土壤，土层厚度要求不高。对于土壤改良和农田轮作是非常有价值的，因为这些含氮的根部腐烂后可增加土壤中的氮素，改善矿区土壤氮磷的营养元素元素贫乏的现象。可将全株植物犁入土中当为绿肥，其效更著。而木薯等可作为在演替过程中，乔灌的先锋树种，构建更加复杂的群落结构，完善生境。四、平果铝矿区废弃地生态恢复生物种群匹配设计经过1~2年的土壤改良时间，先锋树种可以选择耐干旱的乔木种类，以林护农，网格种植木薯，再间作大豆等豆科植被。例如，可表示为“马尾松×木薯×大豆”。单一品种种植，会造成病虫害的发生，则选择较多的品种，增加物种数量，使生境稳定。在开始的一两年内，会有稳定的经济作物产出，如大豆等，继而有木薯的生产从而提高环境的利用效率，五年后，土壤改善较好，可改种其他经济作物增加收入。长期而言，土壤改良的同时，生境变好，也渐渐可将马尾松作木材出售。五、平果铝矿区废弃地的整地措施1.排土场造地；在剥离过程中，选择离采区近、容积大的沟谷作排土场，这样排弃后平面面积大易于覆土造田。2.强化开采，及时回填：平果铝矿区开采过程当中有一步，洗矿，洗矿过后的淤泥沉积于水库中，可采取边剥、边采、边排、边造地的有效措施，强化采剥顺序，提高采矿强度，及时回收边尾矿，为回田造地创造出场地。这种排土造田的方法具有运距短、效率高、成本低的优点。因此利用采空区造田是技术上合理、经济上合算的最佳办法。3.在荒山和丘陵上造田：矿区附近有一些无矿的山脊、山坡、丘陵和荒地。由于它们地势高、容积小不适于做排土场，但可作为复垦造地的场所。从较远的采场运来表土，再根据地形修筑相应的地堰和护坡。复垦土地适于各种农作物的生长，其工艺包括以下三个步骤：1.排弃废岩：首先用自卸式汽车将剥离过程中的岩石部分排弃到指定的地点，达到造田标高后，再用推土机对场地进行平整，使其达到造田基础标准，为下一步覆土造地创造条件。2.覆土：将剥离工作面中的土用自卸汽车运到打好基础的造田场地，按一定的要求实行密集排卸。3.人工平整：为了保持土壤松散，汽车排土之后，利用人工将一个个密集的土堆平整好，并在平整过程中把零星石块挑选出来。六、植物栽培技术与措施整地进行完毕初期，主要是增加土壤中有机物和阳离子得含量：①采用种植大豆、田青、多花黑麦草等豆科、禾本科绿肥作物在1至2年内进行2～4次压青②购买价格低廉的有机肥料，如糖厂蔗渣与蔗泥、塘泥等加入桐麸一起堆沤后施用。③加入20%～25%的粉煤灰作为采空区再造耕层的添加材料，改善底板土的理化性质，降低土壤酸性和粘性，提高土壤培肥效果。④利用粮食作物的秸杆和种植坡地上的牧草刈割后作沤制有机肥的原料。⑤合理使用化肥。选用化肥的原则是避开酸性肥料和容易引起土壤板结的肥料，如选用半有机复混肥、氯化钾、钙镁磷肥作基肥。⑥施用细菌肥，通过接种土壤微生物，利用植物根际微生物的生理活动，挖掘土壤的潜在肥力，加速自然土壤向农业土壤的转化过程。1~2年后，可开始种植林木及经济作物，采取以粮为主的间作模式，间作模式中灌草结合。以林护农，农林互相促进，形成合理的农林生态结构。马尾松较稀疏，一般采用的株行距多为3.5~4m×6~10.5m。每年初春清明前后木薯中间作大豆，秋季收获。七、生态恢复工程管理公司向土地使用者（农民）支付征地费取得的土地使用权，因为涉及公司的可持续发展，所以公司很重视矿山的生态恢复，在资金、人力、技术等方面给予足够支持，不存在资金缺乏问题。为保证采矿生产能力，矿山每年都必须相应复垦与本年度采矿用地面积相当的废弃地。只有及时复垦，才能充分利用采矿道路回填采空区与覆盖人工耕层。以采剥工艺为依托，建立采矿—排土—复垦联合工艺系统。该系统特点是二复垦不增加设备，按照复垦工程对复垦材料及复垦场地几何形状的要求，编制和调整剥离与排土作业计划，变更排土场的排土线发展方式，使剥离、排土与复垦作业在时间与空间和工艺方法上紧密结合，减少排土场占地时间和提前恢复农业用途。在植物栽培过程中可继续延续当前的管理模式，由公司派专业技术性人员进行规划，在实施过程中密切监测病虫害及其他病状，为今后的复垦工作更好进行打下基础。在废弃地恢复进行至三年以上，可交还给农民，但应从旁指导，以确定生态恢复的良好发展。八、生态恢复工程效益预测排土和开始1~2年经济效益和社会效益并不显著，主要是在土壤的改良上的作用，为后期做准备。种植了马尾松、木薯和大豆后，每年将会有稳定的经济收入来自木薯和大豆的收获，同时豆科植物的固氮作用使马尾松和木薯的生长更加旺盛，可初见生态效益。随之时间的推移，生境的优化，生态效益显著。通过矿区生态恢复，从根本上改善矿区生境，这在环境上的作用不可小视。总之，我国是世界第三资源大国，人口、资源、环境矛盾突出。从我国最近几年的矿区气候报告中不难看出，由于大量的开采，矿山的废气、废水已经对环境产生了负面影响。而开采后废弃的矿地也在逐渐吞噬着日益减少的耕地。而这种采矿—排土—复垦联合工艺系统，必定会使当地环境有所成效。但是，生境的恢复是一个漫长的过程，矿区土地复垦是一项需要长期坚持的重任，需要几代人的共同努力，需要国家、地方、企业、农民及多方面的经济支持和政策扶持才能使“三效”更加显著。参考文献：1.张焕杰;余立平.中国铝业山东分公司阳泉矿土地复垦技术与发展[J]矿产保护与利用.2003(2):342.张文敏;马彦卿矿山土地复垦技术及工程效果[J]有色金属(矿山部分)1996(5)3.刘洋我国矿地复垦存在的问题与对策[J]黑龙江省政法管理干部学院学报2008(5):129~131