祁连山东段高海拔煤矿植被退化区植被修复技术研究

汪庆 张治胜丁国民

(1.甘肃祁连山国家级自然保护区管理局哈溪保护站，甘肃 天祝 733206；2.甘肃祁连山国家级自然保护区管理局，甘肃 张掖 734000)

通过祁连山生态环境整治，实行严格的自然生态空间用途管制，祁连山保护区已清理退出了所有探采矿权，全面停止了探采矿活动，但退化生态系统的修复并没有终止。祁连山高海拔区域煤矿探采植被退化区由于地表破坏、土壤肥力差、原生植被生境被破坏、气候冷凉植被生长期短等因素，造成植被修复难度大。因此本文选择祁连山东端双龙煤矿整治区域作为祁连山典型高海拔煤矿植被退化区，通过试验分析制定科学合理的植被修复措施，对祁连山东段高海拔煤矿植被退化区植被修复提供重要参考。

1 试验地基本情况和植被退化特征

双龙煤矿位于祁连山东端，水系为石羊河支流黄羊河上流源头，矿区海拔3100～3400m，属祁连山亚高山灌丛草原带，年平均气温-1.5～0.7℃，≥10℃积温为200℃，7月平均气温6～10℃，实际年降水量500mm左右。植被类型为灌丛草原。在阴坡和半阴坡地区，生境湿润，适宜杜鹃灌木林和山柳灌木林生长，是高山径流形成区主要的水源涵养灌木林类型，在阳坡和半阳坡以及河谷地区适宜金腊梅灌丛生长。

在工矿区土地利用过程中，占用、表层开挖、深层开采，剥离物或废弃物的堆排，都造成土壤和植被被排弃废弃物压埋，土壤、植被和水资源遭受破坏，使土地的生产和生态功能降低甚至丧失。同时，地表水流布局混乱而产生水土流失间接造成植被退化。工矿区土地损毁可分为直接破坏和间接破坏，直接破坏主要包括挖损、沉陷和压占等类型；间接破坏包括污染、开采引起的水位变化造成的土地损毁及诱发地质灾害等。无论是直接破坏还是间接破坏，均造成土壤退化和植被退化。

前期通过充填重构进行了矿区整治，对地表水流布局进行了优化。对压占和挖损区域通过用煤矸石和废弃物充填的方式进行了平整，既处理了废弃物，又修复了矿区的微地貌，具有显著的环境效益和经济效益。试验地选择位于双龙煤矿植被退化疮面东北角(N102°22′31″～102°22′56″，E37°22′20″～37°22′32″) ，面积6.67hm2，试验地内不具备植被自然恢复的特征和趋势。

2 试验目的

通过人工选种措施，使植被退化区初步形成地表植被，改善植物生长的环境条件，促进植被群落的稳定发展。根据试验区主要限制因子，确定矿区修复植被类型；通过观测试验区不同处理方式下人工和原生植被的生长表现，对试验效果进行评价，并选择出最适宜的修复方式；结合实际情况，在技术层面对植被修复的必要技术环节进行改进和完善，总结相关经验。

3 确定人工选种的植被类型和种类

试验区植被修复主要的限制因子有气候特征、所处植被分布带、土壤特征、成本。表1为试验区植被修复主要限制因子及适宜的植被类型情况。根据环境因子条件分析，双龙煤矿植被退化区适宜的植被类型为耐寒、耐贫瘠，对土壤条件适应性强的灌木和草本。从减少成本的角度考虑，可运用微地形整地覆土和人工施肥技术降低覆土厚度，种植草本植被，从而有效降低成本。

表1 试验区植被修复主要限制因子及适宜的植被类型

根据陈桂琛等人采用垂穗披碱草恢复青藏铁路取土场植被的试验研究，高寒地区取土过程破坏了原生植被以及正常的土层结构，致使植被恢复难度进一步增加。2002—2005年进行垂穗披碱草种植试验表明，其生长状况良好，植株高度、根长从植物开始返青到枯黄，不断增大，植株高度在2005年平均达到50cm以上；植株分蘖数也在持续增加，平均每植株可达到25个以上，群落盖度季节动态变化明显，已超过原生高寒草原45%的盖度水平，自然状态下出苗率可达60%以上，越冬率达50%，说明垂穗披碱草在海拔4560m的高寒草原取土场可以正常萌发并安全越冬。采用垂穗披碱草以及地表适度平整→表层翻耕→磨耙开沟→种子播种→磨耙覆土镇压等植被恢复工艺措施，对快速恢复青藏铁路取土场次生裸地的植被是有效和可行的。综合上述条件和原因分析，种植适宜的耐寒、耐贫瘠，对土壤条件要求不严的草本植被是试验区人工修复植被的最优选择。通过筛选，确定垂穗披碱草为人工选种植被。

4 试验设计

4. 1 试验设计

试验按照人工措施的不同程度共设计4个处理。原生群落，指实验区外没有采取任何人工措施的矿区植被。人工选种群落，指在植被退化区撒播垂穗披碱草种子但不采取覆土、施肥措施条件下的植被群落。覆土、施肥加人工选种群落，指在植被退化区撒播垂穗披碱草种子并且采取覆土、施肥措施条件下的植被群落。覆土、施肥加原生群落，指在植被退化区不撒播草种，只采取覆土、施肥措施条件下的植被群落。通过对比人工选种的草本植物和原生植被在有无覆土、施肥条件下的生长效果，覆土、施肥条件下人工选种植被与原生植被的生长效果，分析实验地植被修复的限制因素，对人工采取“覆土、施肥加人工选种”等措施的早期干预在促进矿区植物群落形成的作用进行评价。根据现地气候特征，试验从2019年5—9月进行，于10月中旬进行现地调查采集数据。

4.2 微地形整地覆土技术措施

本试验为了减少覆土厚度,降低覆土成本，针对试验地覆土环节，延伸了常规的微地形整地技术。技术环节依次为：对地表进行初步平整；用机械耙除地表粗大的石砾并进行深埋；镇压地表；用机械对近地表层(10cm范围内)进行二次耙地处理，使地表凹凸不平；撒播草种后覆土。由于地表凹凸不平，大多数草种和土壤将自然集中到凹处，并且随着后期的雨水冲刷、风力、风化等自然力作用，地表部分细碎物也将进一步汇集。这样可在减少覆土厚度的同时提高覆土效果，降低覆土成本。

4.3 人工施肥技术措施

试验地地表为煤矸石、砂砾、煤粉和其它剥离物的混合物，土壤肥力低。在没有条件采取客土、大量覆土和其它土壤改良措施的情况下，人工施肥能促进植物生长，弥补覆土量不足的问题。人工施肥包括基肥和追肥，基肥选用磷酸二铵；追肥选用硝酸铵。基肥施肥同撒播草籽同时进行，按照450kg·hm-2的标准均匀撒施；追肥在草高2～3cm时进行，按照200kg·hm-2的标准均匀撒施。

5 数据与分析

试验共设4个处理，每种处理设4个100cm×100cm的调查样方进行现地调查记录，同种处理的各样方相同物种的数据取平均数进行对比分析。

表2 不同处理方式下植被群落物种组成及表现对比

上述4种处理结果，其单位面积均产生了一定的生物量，相比试验区外未采取人工措施的区域，生物量明显增加。同时处理3通过覆土、施肥加人工选种措施具有最大的生物量，是效果最好的处理方式。

从处理1、处理2、处理4的对比看，人工选种的垂穗披碱草生物量和密度大于人工促进和未促进条件下的原生群落。通过观察，垂穗披碱草生物量大，植被生长发育完善，种子饱满，具有自然下种的能力，表现出较好的适应性。说明原生植被对试验地矿区的适应性较差，人工选种措施是非常必要的。并且采取覆土、施肥措施的处理4比没有采取覆土、施肥措施的处理1具有更多的植物种类、更大的盖度、密度和生物量，覆土和施肥的效果比较明显。

通过以上4个处理的总体情况来看，试验地自然繁殖的原生植物中冷地早熟禾、匍枝委陵菜为生长表现最好的草本植物。

从覆土的效果讲，覆土能有效增加地表土壤含量，改善土壤结构和肥力，使种子与土壤、水分充分接触，提高发芽率和保存率。通过观测，本试验微地形整地覆土和施肥措施有效提高了种子发芽率和保存率，促进了植被生物量的增加，同时有效降低了覆土成本。

6 结论

通过试验对比发现，祁连山东端高海拔煤矿植被退化区限制植被生长的因素主要还是土壤的营养环境，同时原生植被生境被破坏，对退化环境的适应性较差。植被群落的建立必须以人工选种、土壤改良为基础。前期采取人工选种、覆土、施肥等措施对试验地植被恢复是非常必要的，为试验地植被群落的建立发展塑造了基础条件。覆土、施肥加人工选种条件下地表植被生物量最大，对土壤结构和肥力的改良及土壤腐殖质的积累效果最好，更有利于试验地植被恢复和植被群落稳定发展。