青海木里高寒矿区生态修复“七步法”种草技术研究

2021-09-16李永红李希来唐俊伟贾顺斌张强骅王明宏杨启鹏

中国煤炭地质 2021年7期

李永红，李希来，唐俊伟，贾顺斌，张强骅，王明宏，李潇，杨启鹏，王佟

(1.青海煤炭地质局，西宁 810001；2.青海大学，西宁 810016；3.青海省草原总站，西宁 810008；4.青海煤炭地质一○五勘探队，西宁 810007；5.中国煤炭地质总局，北京 100038)

0 引言

木里煤田位于海北藏族自治州与海西蒙古族藏族自治州交界处的大通河上游盆地，因前期开采，严重破坏了生态环境。开展种草复绿工程势在必行。按照青海省政府制定的《木里矿区以及祁连山南麓青海片区生态环境综合整治三年行动方案》(2020～2023年)及《青海木里矿区生态修复(种草复绿)总体方案》和《青海木里矿区生态修复各井种草复绿作业设计》的要求，针对种草作业设计中对渣土拌和羊板粪、有机肥等改良成为适合牧草生长的土壤和种草技术流程过于复杂，各施工单位对技术流程、标准认识不一致，操作不规范等问题，本着优化种草工序、降低成本、节省种草时间，确保在种草窗口短期内完成种草任务和实事求是的原则，提出了“七步法”种草技术流程，经青海省林业和草原局以《2021年木里矿区种草技术流程及注意事项的函》批准实施。实践证明“七步法”种草技术流程，简化了种草工序，便于施工人员记忆、快速掌握和操作，在保障种草质量的同时降低了成本，提高了效率。

1 渣土改良成为土壤基质层与人工再造土壤

1.1 渣土改良成为土壤基质层

木里高寒矿区原有土壤类型主要以高山草甸土、沼泽草甸土为主；其母质为湖积物、洪积物，土壤厚度<50cm，pH值7.5，有机质含量21.99%，碳酸钙4.5%，全氮1.126%，全磷0.114%，全钾2.16%，碳氮比12.4(表1)。在高山地带主要分布有高山草甸土，在山地斜坡或平原地带上部土壤因降水或融雪补给长期过湿而发育成沼泽分布有沼泽土，介于沼泽土与高山草甸土之间分布有草甸沼泽土。矿区植被类型分为高寒沼泽类和高寒草甸类，具有较明显的高寒地区特征。其中高寒沼泽类为矿区主要植被类型，常与高寒草甸类植被镶嵌交错，植被低矮、结构简单，草群密集生长，植物以矮生垫状、莲座状形态出现。高寒沼泽类植被属隐域性植被，是由冷温湿地多年生草本植物为主构成的植物群落，主要优势种为藏嵩草和圆囊苔草，伴生植物种有紫羊茅、羊茅、沙生蒿、垂穗鹅冠草、异叶青兰、黑穗苔草、粗喙苔草、海韭菜、水麦冬、三尖水葫芦等，高寒草甸类植被构成以寒冷中生、短根茎的嵩草属植物为主，具有植株低矮密丛、贴地面生长等耐寒特征，层次分化不明显，主要优势种有小嵩草、线叶嵩草、矮嵩草等、垂穗披碱草等。矿区原始植被覆盖度高达70%～90%，露天采坑开挖、渣山占地、道路占地、生活区占地对土壤和植被造成了直接破坏(图1)，恢复困难，需要采用人工种草的防守通过长时间演替才能逐步过渡为自然植被群落。人工种草首先解决的问题是矿区及周边没有土源不具备种草的土壤问题，考虑成本因素，通过对渣土进行就地翻耕捡石或对不具备渣土就地翻耕的区域采用细渣土转运摊铺，改良成为25cm厚度的人工再造土壤基质层[1-8]。

图1 木里矿区聚乎更五号井采坑开挖对土壤植被破坏

表1 木里矿区聚乎更五号井渣土样品分析成果表

1.2 人工再造土壤

渣土改良后所形成25cm厚度的人工再造土壤基质层，主要以煤系地层中的泥岩、炭质泥岩为主，虽然其有机质含量较高，但其牧草生长所需要的碱解氮、速效磷、速效钾等营养成分含量较少，不具备团粒结构，通气性差，极易板结，使幼苗无法生根吸收养分而枯萎死亡。

在聚乎更五号井共采集各类渣土样品9件，送至青海省农林科学院测试中心进行分析测试。测试项目包括：全N、全P2O5、全K2O、速效N、速效P、速效K、有机质、pH值、全盐9项指标，测试成果见表1。对聚乎更五号井渣土分析测试成果进行分析可知：适宜渣土改良成为人工再造土壤基质的渣土全N含量(0.51～3.46g/kg)、全P2O5含量(0.95～2.36g/kg)、全K2O含量(20.61～26.93g/kg)、破解N含量(21～175 mg/kg)、速效P含量(17.4～23.8 mg/kg)、速效K含量(356～650mg/kg)，均低于标准值，渣土有机质(6.47～279.38g/kg)大部分高于标准值，为含有机质较高的泥岩、炭质泥岩风化产物所至，pH值(7.26～8.74)为弱碱性，符合标准[6-14]。通过以上数据可知，矿区渣土改良后成为25cm厚度的人工再造土壤基质层不具备牧草生长所需要的养分、团粒结构等土壤条件，必须通过对其进行人工土壤再造才能满足本次种草复绿工作的需要，方法是在人工再造土壤基质层表面摊铺每亩33m3羊板粪(厚度约5cm)和撒播平地每亩用量750kg、坡地每亩用量1 000kg有机肥后采用圆盘耙拌合，拌和深度>15cm，使羊板粪、有机肥与厚度不小于10cm的渣土充分拌合，使之成为能满足种草的人工再造土壤层。再在人工再造土壤层表面撒播平地每亩用量750kg、坡地每亩用量1 000kg的有机肥进一步增加人工再造土壤的肥力。

2 排水系统

木里矿区生态整治区属内陆高寒大陆性气候，四季不明显，气候寒冷，昼夜温差大，南侧大通山和北侧疏勒南山4 500m以上常年积雪，属典型的高原大陆性气候。降雨集中在6～8月，风雨阴晴变化无常并伴有雷电，11月至来年5月以降雪为主，2007—2020年，年降雨量平均400.58mm。修筑排水系统能够排除多余的地面水和地下水，使人工牧草免遭涝、渍之害，起到改善土壤通气性、调节土壤温度和促进有机质释放养分的作用。矿区采用明沟排水，开挖各级排水沟，形成排水沟网，水由坡面跌水沟、坡角截排水沟进入坑底支沟和干沟)，最后流入河流容泄区。跌排水沟间距30～50m，形状为梯形，开口宽0.5m，沟底宽0.3m，深0.3m；坑底和平台排水沟为统一规格，形状为梯形，开口宽0.8m，沟底宽0.5m，深0.5m。

3 播种与无纺布铺设

将4种草种(同德短芒披碱草、青海草地早熟禾、青海冷地早熟禾、青海中华羊茅)、牧草专用肥及有机肥按一定比例人工拌匀后(平地：4种牧草各3kg/亩、牧草专用肥15kg/亩；坡地：4种牧草各4kg/亩、牧草专用肥15kg/亩)，人工装入播种机内，在无风或微风的天气进行播种。为保证播种足量且均匀，开展了试播工作，确定播种速度和播种遍数。平地用大型播种机播种，边角和坡地用小型播种机与人工播种的方式播种，沿坡地等高线或台阶，匀速播种。耙耱镇压后，铺设无纺布，达到保水保温，防止水土流失。无纺布选用宽3m的无纺布(重量为20g)，依据地形条件沿平面、坡面或平台顺铺，与地面贴实，相邻无纺重叠5cm左右，用石块间隔压紧压实，防止被风吹或雨水冲毁。

4 “七步法”种草技术及成效

4.1 种草技术流程

第一步，渣土改良成土壤基质层。通过筛选的渣土或就地翻耕捡石后改良成25cm的土壤再造基质层(覆土层)，其中直径>5cm的块石比例不超过10%(图2)。

图2 “七步法”种草技术流程

第二步，修建排水沟。渣山坡面30～50m内修建排水沟，与采坑边坡平台区修建的拦水坝共同形成排水系统。

第三步，土壤基质层改良成人工再造土壤。在土壤基质层中伴入羊板粪、有机肥。将羊板粪(每亩用量33m3，厚度约5cm)、颗粒有机肥(平地每亩用量750kg，坡地每亩用量1 000kg)，摊铺于土壤基质层表面，采用圆盘耙或者人工方法，均匀拌入土壤基质层中，深度>15cm。

第四步，撒施有机肥。将颗粒有机肥(平地每亩用量750kg，坡地每亩用量1 000kg)，通过机械或人工方式撒施人工再造土壤层表面。

第五步，播种。4种牧草种子(平地每亩用量12kg，坡地16kg)和每亩用量15kg牧草专用肥混合，通过机械撒播方式撒播在人工再造土壤层表面。

第六步，耙耱镇压。对播种的地块，采用机械或人工耙耱镇压。

第七步，铺设无纺布。耙耱镇压完成后，铺设无纺布。无纺布边缘重叠处用石块压紧压实。

4.2 种草成效

通过17天的出苗观测，每平方米出苗数量大于1 200株，苗期牧草盖度大于40%(图3)。木里矿区聚乎更五号井种草复绿面积为5 163 亩，羊板粪用量170 379 m3，有机肥用量8 293.5 t，草种用量66 348kg，牧草专用肥量76 740 kg，无纺布用量3 581 200 m2，围栏需要13 956 m。2021年6月25日种草已完成78%，6月30日完成所有种草任务。通过木里矿区综合整治和植被恢复“七步法”种草技术的实施，达到了在高寒矿区快速复绿的目的，治理区生态环境逐步得到改善，水源涵养能力明显增强，生物多样性得到保护，生态服务功能显著提升，促进生态系统向正向演替方向发展。