废弃矿区石山地生态恢复技术研究

废弃矿区石山地生态恢复技术研究

岩墙为灰黑色岩石，含碳量低，在采矿和洗煤过程中排放。这是一种含碳量低、比煤坚硬的黑灰色岩石。包括巷道掘进过程中的掘进矸石、采掘过程中从顶板、底板及夹层里采出的矸石以及洗煤过程中挑出的洗矸石。从化学组成上来讲,煤矸石是无机质和少量有机质的混合物,无机质中主要包括矿物质和水,矿物质成分主要有碳、氢、氧、硫、铁、铝、硅、钙等常量元素和因成煤环境不同而常含有铬、镉、砷、汞、铅、铜、锌、氟、氯等微量及痕量等有害元素,其主要成分是Al1排土场及地表地貌辽西北煤矸石地主要分布在辽宁省阜新市境内,该地区自然降水量少,年际变化大,时空分布不均匀。多年平均降水量480mm,最少年份为338.2mm,最多年份为824.7mm,其中大的排土场主要分为海州露天排土场、新邱排土场、高德矸石山和孙家湾矸石山,其中的海州露天排土场,位于太平区境内,系河南岸,排土场东西长3.9km,南北宽1.8km。地表海拔标高为165~200m,平均175m。地势东南高,西北低,排土场面积约为13km2土样指标分析对辽西北废弃矿区内的海州露天排土场的煤矸石地进行土壤理化性质的测定(环刀取土法),分别测定了矸石山上不同地块的土壤理化性质,3次重复,同时将采集的土样带回室内分析,另采集了矸石山随处可见的黑色土块,主要成分为煤,所采土样在辽宁省森林生态重点实验室进行化验分析,主要对土壤的pH、全氮、全磷、速效氮、速效磷、速效钾、有机质等各个指标进行化验分析(见表1)。3引进外来树种,引进更多的树种为改善矸石山的生态条件,所选植物主要是本着木本为主,草本为辅的建设原则,其中植物的选择应遵循以下几方面的事项,不能盲目地引进栽植,否则出现造林成活率和保存率较低,严重时出现大面积死亡的现状。3.1尽量选择当地的乡土树种和历经多年驯化适应性强的栽培树种,也可以引进外来速生,抗性强的品种进行试验栽植。3.2选择适应性强,耐干旱、耐贫瘠、生长速度快、耐高温、又能够改良土壤的树种。3.3依据科学试验选择树种,物种根据自然条件、生物学特性引进外来树种,经少量试验树种栽植后,筛选出优良品种,再进行大面积栽植推广。3.4草本植物应选择在矸石山上现有的长势良好的种类作为草本植物恢复的先锋植被类型。4水分供应技术在废弃矿区煤矸石地,水分是制约植被恢复,改善生态环境最主要的限制因子,因此植被恢复首先是解决首期苗木的供水问题,才能保证苗木的成活率和保存率,下面介绍了几种水分供应技术4.1集水造林模式针对矸石山上降雨量少、蒸发强度大的特点,利用推土机推出低洼地形,在低洼地块的底部修建水窖,存水池,把自然降水资源收集起来,在时间上和空间上对有限的降水资源进行合理的再分配,为干旱环境中林木的生长提供水分供应,使林木的生长接近当地最大生产力,在20世纪70年代末,许多的科技工作者都开展了集水育苗、抗旱造林的研究工作,成效十分显著。4.2造林降水工程采用深挖、深埋进行造林,本着坑的外围坡度较大,面积较广的造林原则,使有限的降水资源尽量多的汇集到苗木根部,增强林木根部周围土壤的含水量,为幼苗提供首期栽植所需的水分供应,同时也减少了矸石山上的水土流失,增强了土壤的蓄水能力,从而提高了造林的成活率。4.3增强光照,减少杂草危害,减轻坑体杂草对光照的影响地膜覆盖能有效调节土壤温度,保持土壤水分,提高土壤和肥料养分的利用率,保持坑体周围土壤结构疏松,增加光照,抑制坑体杂草的生长,能减轻部分病虫危害,同时在北方寒冷的冬季地膜覆盖具有增温防冻,保墒防旱,排水保土、保肥,消灭杂草和增强光照等多种效应。只要针对当地不良的环境因素,采用适宜的地膜种类、地膜覆盖方式和配套栽培技术体系,就可以改善或缓解不良环境因素对林木生长发育的影响。4.4石山地控水袋造林控水袋技术的供水方式与植物的需水方式和吸收水分的过程完全吻合,植物不间歇地向植物提供生长所必需的水分,消除土壤储蓄水多少的因素影响,控水头可以控制袋中水的流出量,使其在几十天乃至上百天缓释到土壤中,无须人工维护,自动将土壤湿度保持在植物生长所需的范围内,最大限度减少了不必要的水分蒸发和渗漏。其出水量可以根据不同植物的需水量先设定好,这样控水袋中几升水发挥的作用就远远大于动用很多人工、使用几百公斤甚至几吨水对植物进行若干次浇灌后所起的作用。控水袋技术对远离水源地的矸石山地造林工程尤为适用。在这些地区为林地浇1次水,往往意味着一项人力财力的大投入。这使得许多矸石山地区造林成活率不高。控水袋使用极其方便,只要将控水袋中灌满水,埋入林木根系分布的土壤即可,以后几个月完全不用人工管护,树木就可茁壮生长,即使滴雨不下,也可以保证植物成活。所以控水袋技术在矸石山造林中是一种很好的方法。5辽西北矿区山地造林原则5.1适地适树原则由于矸石山特殊的地理环境,选择与之相适应的树种是保证矸石山造林成活率的基本条件,使造林树种的生态学特性与造林地的立地条件相适应,宜乔则乔、宜灌则灌、宜草则草,科学整地、选择优良种源、合理造林密度、科学抚育、生物措施和工程措施有效结合,充分发挥造林树种的最大生产潜力,达到在同等经济条件下的最大的生态效益和社会效益,这就是造林工作中应当遵循的适地适树原则,当今的造林工作不但要求造林地和造林树种相适应,而且要求造林地和一定树种的一定类型即品种相适应,即我们所说的适地适树原则5.2确定树种,注重造成的差异每一种植物经过长时间的对生态环境的适应,形成了一定的生物适应区,影响因子主要为温度、水分、降雨量、土壤的理化性质及一些其他因素,如不加区分的引入,势必会影响造林的成活率和保存率,因此依据矸石山特殊的立地条件,优先选择矸石山地区的乡土树种是该区造林的根本原则。5.3改善林下生态环境功能主要为乔、灌、草立体配置模式和多树种的混交模式,如今北方大部分地区人工林多为纯林,结构单一,植被覆盖率低,发生病虫害概率大,林下土壤蒸发量大,涵养水源功能下降,水土流失严重,其主要原因是,纯林的生态功能脆弱,对林下土壤养分利用率低。通过各种混交模式的造林,可有效地利用各个生物之间的不同特点,进行养分和能量之间的互补,改善生态环境功能增强,共同构成了一个多林种、多层次的和谐型生态群落。其生物量、水土保持和水源涵养功能也大大高于大部分单一型生物群落,所以营造复合型的多种群、多层次的生态群落,是改善矸石山生态环境的有效途径。5.4人工辅助原则由于矸石山的土壤养分能被植被速效利用的很少,因此必须采取相应的人工处理以保证苗期的养分供应,如采用ABT生根粉蘸根、施用能被作物直接利用的速效肥料、加控水袋调控水分和营养液等必要的人工措施,否则刚栽植的幼苗很容易在矸石山恶劣的环境下死亡,所以必要的人工辅助也是造林成功不可缺少的重要原则。6辽西北干石山山体造林技术措施6.1乔灌草相结合的原则在辽西北困难立地矸石山条件下最适宜栽种的树种应为耐干旱、耐贫瘠、抗污染、抗性强的乡土树种,如果树种选择不当,很可能出现造林成活率、保存率低,成活植株生长速度过慢等情况,严重时很可能不能存活,因此本着矸石山造林的几项原则,合理的搭配组合,形成乔、灌、草相结合的植物生态结构6.2对试验地土壤制度的分析矸石山作为一种特殊的立地类型,土壤养分特征也比较特殊,有机质较丰富,但是速效养分缺乏,不能为植物所利用,所以选择合理的肥料,既能够起到改良土壤的目的,又能够被植物生长所利用,是矸石山造林的关键通过对2006年和2007年2年的调查数据进行分析,结果表明,最能促进白榆地径和树高生长的施肥处理都为P6.3密度选择造林密度的大小对林木的生长发育、产量和质量均有重大影响,造林密度与单位面积造林地上成活的绝对株数密切相关6.4对土壤进行改良由于矸石山土壤的重金属含量超标,植物所需的主要养分缺乏,使得在矸石山上造林的困难程度加大,因而采取了一些可行措施对矸石山的土壤进行改良,其中客土是非常有效的改良措施,但是大面积的客土改良所需的人力、物力资源巨大,在一些经济比较贫困的地区很难实行,所以可选择只在幼苗根部土壤进行客土法改良,补充土壤所缺乏的主要养分,对土壤进行改良,栽苗时可使用40%w-p速效生根粉等多种的生物促根肥料进行蘸根处理,使幼苗即使在低温、缺氧等恶劣环境下也能够照样生根,使其尽快地恢复生长,提高栽植的成活率。种子涂层也是一种比较好的方法,但主要适用于播种造林,将保水剂和水按照0.75~1∶100配成水凝胶,再把种子倒入水凝胶中,搅拌使种子搅匀沾满水凝胶,晒干形成一层薄膜,然后进行播种综上所述,针对辽西北矸石山地造林困难的现状,为有效的改善其恶劣生态环境,建议在辽西北矸石山地造林过程中应对现有土质进行改良,施用必要