CN115989774A

CN115989774A - 一种干旱区煤矸石渣山生态修复方法

Info

Publication number: CN115989774A
Application number: CN202211605613.9A
Authority: CN
Inventors: 胡小文; 赵晓华; 肖飞; 牛敬超; 贾存智; 伏秀珍; 韩云华; 回振宁; 王岩
Original assignee: Lanzhou University
Current assignee: Lanzhou University
Priority date: 2022-12-14
Filing date: 2022-12-14
Publication date: 2023-04-21

Abstract

本发明涉及生态恢复技术领域，特别涉及一种干旱区煤矸石渣山生态修复方法，包括如下步骤：无人机地形地貌信息获取；渣山整理；干旱区物种库的建成，对煤矸石渣山所在区域进行植被和当地栽培草种调查，形成乡土草种物种库；物种群落构建，物种的搭配考虑多物种的组配，因其更高的生物多样性，因而具有更高的生产力、稳定性以及抗干扰能力；本发明针对干旱区渣山选择适应干旱条件，能在土壤贫瘠，保水保肥能力差的土壤基质上正常生长发育的物种，组配形成以无芒隐子草、沙打旺、小冠花、扁穗冰草为优势种的物种组配模式，在满足恢复初期植被盖度的同时，加入抗旱能力和繁殖能力强的物种，极大的延长了渣山人工草地的可持续性。

Description

一种干旱区煤矸石渣山生态修复方法

技术领域

本发明涉及生态恢复技术领域，特别涉及一种干旱区煤矸石渣山生态修复方法。

背景技术

随着经济的快速发展，人类对于自然资源的需求日益增加，资源开发往往造成自然环境的改变或是破坏。在煤炭开采过程中原煤中近15％是副产品煤矸石，而目前我国煤矸石的总量已超过60亿吨，并以每年近2亿的速度增加。大量的煤矸石因碳含量较低而无法使用，常露天堆积，并伴随着严重的环境问题，如土地资源的破坏和占用，水资源的损失和污染及自然景观与生态服务性的破坏，引发经济损失和生态环境污染等问题。近年来，煤矸石渣山生态修复受到社会各界的广泛关注，其中，渣山植被的修复是煤矸石渣山环境治理的重中之重。

我国煤矸石渣山生态恢复起步晚，期间经历造价高、景观和生态效应差的水泥工程修复等，后针对于渣山进行绿化恢复，引进单一物种进行渣山恢复，经常出现“一年青，二年黄，三年光秃秃”的景象，需要二次或更多次修复，修复成本高。随着对生态恢复的研究，生态学家在基于近自然恢复理论的基础上，提出灌草结合构建植物群落的理念，选择典型乡土灌木和草种进行生态恢复，但在恢复实践中仍旧存在成活率低，生态持续性差等问题。同时，煤矸石渣山生态治理往往面临土壤结构差，孔隙度较大；裸露岩质边坡坡度大，土壤基质薄，而且自身的保水、保肥能力差等，因此，选择适应物种进行合理空间优化配置显得尤为重要，因地制宜选择乡土灌草，并进行物种组配模式的种植试验，筛选出适合干旱区煤矸石渣山植物重建可持续物种组配模式。

发明内容

本发明的目的在于针对背景技术中提出的问题，提供一种干旱区煤矸石渣山生态修复方法，其基于近自然植被恢复的技术原理，在重塑渣山地貌和重构渣山土壤基质的基础上，通过构建适宜干旱区的修复物种库，进一步通过实地评价筛选并建立适合典型煤矸石渣山的乡土灌木和草种的空间优化配置模式。

为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种干旱区煤矸石渣山生态修复方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：无人机地形地貌信息获取，无人机航摄技术可通过构建三维影像进而获取煤矸石渣山地形地貌，在此基础上结合水文气象数据评价其地质灾害风险；

优选地，在步骤1中，三维影像获取，前期准备：收集区域资料、定点勘查以及确定飞行区域；航线设计：基于调查区域与相关资料开展航线设计，并布设控制点；航拍摄影：根据航线设计方案开展航拍摄影工作；内业处理：获取密集点云数据，生成地质三维模型，获取区域地形地貌特征数据；

步骤2：渣山整体整形，根据无人机获取的地形、地貌特征结合水文地质特征对煤矸石渣山进行整理，使其符合地质安全和基质铺设的要求；

优选地，在步骤2中，具体将煤矸石边坡坡度整理为38°，顶部平台整平压实；垂直高度每上升20m可修建平台，宽度4-5m即可，同时在平台上修筑排水渠。

优选地，在步骤2中，具体基质铺设，将矿山开采前表土回填再加入部分客土混匀，同时施加有机肥和保水剂等增加土壤基质有机质含量和保水能力，土壤铺设厚度为20cm，有机肥用量为500kg/亩，多孔硅保水剂用量为300kg/亩。

步骤3：干旱区物种库的建成，对煤矸石渣山所在区域进行植被和当地栽培草种调查，根据草种生长和繁殖特性，形成乡土灌木和草种物种库。

优选地，在步骤3中，以矿区所在生态区域为目标，通过现场调查、文献调研等方式获得所在区域主要乡土灌木与草种名录，根据其生活史、生长特性、繁殖特性等进行筛选，建立干旱区矿山修复乡土物种库。主要物种有小冠花、红豆草、扁穗冰草、披碱草、黑麦草、醉马草、芨芨草、草木樨、补血草、白沙蒿、胡枝子、沙打旺、沙冬青、霸王、白刺等。针对物种库草种进行种子收集，主要包括野外种子采集扩繁、商品种子采购等，要求选用的种子净度在85％以上，发芽率在85％以上。

步骤4：物种群落构建，物种的搭配考虑多物种的组配，因其更高的生物多样性,因而具有更高的生产力、稳定性以及抗干扰能力；物种组配基于生态学原理,在一定程度上模拟原生境生态系统,能增加人工草地生态系统的基因多样性,改善草地的群体结构,提高草地群体对水、肥、气、热等资源的利用效率；其次，物种的合理搭配组合可避免草地生态可持续性差等问题。

优选地，在步骤4中，具体物种组配方案为：小冠花+红豆草+扁穗冰草+披碱草+黑麦草+醉马草+芨芨草+草木樨+补血草+白沙蒿+胡枝子+沙打旺，混播比例为100:5:5:15:5:5:5:5:1:2:5:10。平台上可结合灌木种植，利用灌木和草本来固土护坡，灌木可选择移栽霸王、沙冬青、白刺幼苗，移栽时间应不晚于8月中旬；移栽和播种后，全部铺设2cm厚度的草帘，以减少雨水冲刷造成的土壤基质流失。

步骤5：建植技术与养护技术，针对干旱区矿山自然降水少、铺设基质保水能力差，植物难以建植等，提出相应的建植技术，主要包括土壤基质的选择和铺设与土壤保水材料使用、无人机播种技术、喷洒管道铺设等。

优选地，在步骤5中，为提高播种物种建植率与播种效率，土壤基质包含客土、有机肥与保水剂，播种可采用无人机播种或人工撒播，并覆盖草帘保墒，可有效提高建植率。所述养护技术，在强制养护管理期(播种后)，一般为两个月，播种后，覆盖草帘保墒，喷洒水次数确保土壤湿润无流水状态最宜，气温<0℃时停止喷水养护。养护期间注意种子发芽的均匀度和出苗率，根据情况适时补播，及时更换草种，进行病虫害隐患处理；人工草地建植后，根据情况适时补充肥料、及时刈割，保证草地生态可持续性。

本发明具有有益效果：

1.本发明针对干旱区渣山选择适应干旱条件，能在土壤贫瘠，保水保肥能力差的土壤基质上正常生长发育的物种，组配形成以无芒隐子草、沙打旺、小冠花、扁穗冰草为优势种的物种组配模式，在满足恢复初期植被盖度的同时，加入抗旱能力和繁殖能力强的物种，极大的延长了渣山人工草地的寿命。

2.同时，经过两年的试验筛选，评估各方案的盖度、群落高度和地上生物量等指标，最终确定以小冠花为优势种的物种组配模式在煤矸石渣山恢复实践中表现最佳，实践应用能力强，可应用于类似生境渣山的治理。

3.有效降低养护成本，本发明通过植物群落的合理搭配，提升草地生态可持续性，提高建植率，避免二次修复带来的成本。

附图说明

图1为本发明的实施流程示意图；

图2为本发明实施例中四种方案的盖度、高度和地上生物量情况图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

本实施例公开一种干旱区煤矸石渣山植被重建方法。如图1所示，以下结合内蒙古自治区乌海市骆驼山具体实施案例，对本发明进行详细说明。

步骤一：渣山创面整理，将大颗岩石搬离，按照要求对坡度38°进行整理，压实，确保坡面平整，避免松散滑坡；

步骤二：修筑平台，垂直高度每提升20m处修建宽度5m平台，同时修筑水平排水渠。排水渠横截面为梯形，底宽1m，顶宽2m，高1m；

步骤三：在坡面水平垂直于水平排水沟每30m修筑垂直排水渠，垂直排水渠规格同水平排水渠，可增加混凝土浇筑厚度，以避免极端雨量破坏；

步骤四：将准备好的原土和客土混匀铺设于渣山岩质层上，确保铺设厚度20cm，将铺设土壤基质整平压实；

步骤五：按照500kg/亩施用有机肥，并每亩施用多孔硅保水剂300kg，将二者均施用于土壤表面，并采用耙子耙平，以与土壤充分混合；

步骤六：喷灌管线铺设，应使主管沿坡向布置，支管则平行等高线布置；

步骤七：共配置4种物种组配模式，

方案1：无芒隐子草+扁穗冰草+短花针茅+长芒草+披碱草+黑麦草+醉马草+芨芨草+红豆草+沙打旺+草木樨+白沙蒿+牛枝子+胡枝子，播量为10kg/亩混播比例为30:2:14:12:6:2:2:2:4:4:2:1:1:2；

方案2：沙打旺+红豆草+扁穗冰草+披碱草+黑麦草+醉马草+芨芨草+草木樨+补血草+白沙蒿+胡枝子，播量为10kg/亩，混播比例为200:100:100:30:10:10:10:10:1:5:10；

方案3：小冠花+红豆草+扁穗冰草+披碱草+黑麦草+醉马草+芨芨草+草木樨+补血草+白沙蒿+胡枝子+沙打旺，播量为10kg/亩，混播比例为100:5:5:15:5:5:5:5:1:2:5:10；

方案4：补血草+红豆草+扁穗冰草+披碱草+黑麦草+醉马草+芨芨草+草木樨+小冠花+沙打旺+白沙蒿+胡枝子，播量为10kg/亩，混播比例为4:20:20:6:2:2:2:2:4:1:2；

准备物种组配所需草种，选用的种子净度在85％以上，发芽率在85％以上。种子按照不同大小混合均匀，撒入土壤，轻耙入土层，确保种子埋深2-3cm，大粒种子可考虑再覆盖一层土；

步骤八：近平台边坡每间隔1m穴栽霸王、沙冬青、白刺幼苗，灌木行与平台方向平行，自下而上及自上而下各栽植3行，行距2m；

步骤九：完成播种后，铺设2cm厚度的草帘；

步骤十：养护期间可根据植物叶片表观特征酌情施用化肥，用量5g/m²-10g/m²。根据当地降雨量适宜浇水，确保每方案种植区浇水量一致；

步骤十一：8月份对四个方案所对应草地进行样方调查，每小区随机选择50*50cm样方，测定盖度、高度和地上生物量等；

如图2所示，方案3在盖度、群落高度和地上生物量等都表现优于其他三种方案。其盖度、群落高度和地上生物量分别为68％、82.90cm、115g/m²，该方案组配形成的以小冠花、扁穗冰草、沙打旺为优势种的物种组配模式，在满足恢复初期植被盖度的同时，加入抗旱能力和繁殖能力强的物种，可有效延长人工草地的寿命，并形成生态可持续性的草地，对于煤矸石渣山的治理具有非常重要的生态意义。

通过上述试验结果表明，本发明申请的干旱区煤矸石渣山生态修复方法在生态实践中表现最佳，在有效提高植被盖度和生物量的同时也验证了该方法在极端干旱环境条件下具有生态恢复可持续性强的能力。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种干旱区煤矸石渣山生态修复方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：无人机地形地貌信息获取，无人机航摄技术可通过构建三维影像进而获取煤矸石渣山地形地貌；

步骤2：渣山整理，根据无人机获取的地形、地貌特征对煤矸石渣山进行整理；

步骤3：干旱区物种库的建成，对煤矸石渣山所在区域进行植被和当地栽培草种调查，形成乡土草种物种库；主要物种有小冠花、红豆草、扁穗冰草、披碱草、黑麦草、醉马草、芨芨草、草木樨、补血草、白沙蒿、胡枝子、沙打旺、沙冬青、霸王、白刺等；

步骤4：物种群落构建，物种的搭配考虑多物种的组配，因其更高的生物多样性，因而具有更高的生产力、稳定性以及抗干扰能力；

步骤5：建植技术与养护技术，针对该干旱区煤矸石渣山范围广面积大、气候条件差，植物难以建植等，提出相应的建植技术，主要包括土壤基质铺设、无人机播种技术、喷洒管道铺设等。

2.根据权利要求1所述的一种干旱区煤矸石渣山生态修复方法，其特征在于：在步骤2中，具体将煤矸石堆砌边坡坡度整理为38°，顶部平台整平压实；垂直高度每上升20m可修建平台，宽度4-5m即可，同时在平台上修筑排水渠。

3.根据权利要求1所述的一种干旱区煤矸石渣山生态修复方法，其特征在于：在步骤3中，针对物种库草种进行种子收集，主要包括野外种子采集扩繁、商品种子采购等，要求选用的种子净度在85％以上，发芽率在85％以上。

4.根据权利要求1所述的一种干旱区煤矸石渣山生态修复方法，其特征在于：在步骤4中，具体物种组配方案为：小冠花+红豆草+扁穗冰草+披碱草+黑麦草+醉马草+芨芨草+草木樨+补血草+白沙蒿+胡枝子+沙打旺。

5.根据权利要求4所述的一种干旱区煤矸石渣山生态修复方法，其特征在于：在步骤4中，具体物种组配方案为：小冠花+红豆草+扁穗冰草+披碱草+黑麦草+醉马草+芨芨草+草木樨+补血草+白沙蒿+胡枝子+沙打旺，混播比例为100:5:5:15:5:5:5:5:1:2:5:10。