许尔文 武秀荣 赵维俊 敬文茂 王顺利 赵晶忠 袁浩 马雪娥

(甘肃省祁连山水源涵养林研究院，甘肃 张掖 734000)

祁连山作为我国重要的生态功能区以及西北地区最重要的生态安全屏障及水源涵养地，是我国生物多样性保护优先区域。祁连山地区不仅具有庞大的生物多样性，同时也具有丰富的矿产资源。自20世纪70年代以来，祁连山区大规模的采探矿活动，最终导致该地区局部地表塌陷，水土流失严重，植被遭受破坏，河流污染严重，生物多样性骤减等生态问题[1，2]。近年来，随着生态文明进程加快，国家加大对生态环境问题保护，逐步大力整治生态环境破坏问题，政府部门也高度重视矿山环境修复治理工作的开展，特别是自2016年底以来，党中央国务院对甘肃省祁连山自然保护区的矿山地质环境保护与恢复治理十分重视，做了多次重要批示，多年来投入了巨大的人力和财力进行矿山修复治理[3]。

肃南县马蹄煤矿是张掖市在祁连山地区开展的大面积煤矿修复治理典型工程，目前已经取得了较好的治理效果。为了解现阶段祁连山区废弃煤矿生态修复效果，本研究通过对肃南县马蹄乡辖区修复治理的8座煤矿区现场调查，以肃南县马蹄煤矿生态修复治理区为例，本研究主要通过对矿山整体修复情况展开调查，总结当地修复治理措施，结合周边与修复治理区域植被地貌的区别，总结成熟可靠的经验做法，探讨废弃矿山整体修复成效，从而因地制宜提出相对应的修复措施，以期为该地区废弃矿山生态修复，后续管理措施以及实现良好的生态建设提供可行的举措[4]。

1 研究区概况与研究方法

1.1 研究区概况

肃南县马蹄煤矿位于肃南县马蹄乡八一村，地理坐标为E100°20′32″，N38°29′28″，矿区面积4.899km2，海拔2800～3200m，为露天开采煤矿，年均气温-0.6～2.0℃，月平均最高气温为19.6℃，月平均最低气温达-12.5℃，年降水量435.5mm，且集中在5—9月，年均蒸发量1052mm，日辐射总量110.28kW·m-2，年均相对湿度60%[5]。矿区地处山地草原植被带，土壤多以高山草甸土为主，成土母质以残积-坡积物、洪积母质为主，含碎石多，土体厚3～4m，厚薄不匀，土体疏松。区内植被类型垂直带谱极其明显，生长着呈片状、块状分布的灌丛和乔木林，主要树种为青海云杉(Picea crassifolia)、祁连圆柏(Juniperus przewalskii)等。肃南县马蹄煤矿始建于1998年，2009年停产，地质灾害不发育，矿山开采对地下含水层影响微弱，主要在前期开采过程中，对山体肆意开挖或废渣乱堆乱放，致使区内开采面坡体裸露，同时遗留下大量的废弃渣堆、矿洞和废弃建筑物等，其废渣多堆积于矿山周边地带及邻近山坡处，对地形地貌、土地资源造成压占破坏，矿区自2017年开始修复治理工作，2018年底完成矿区修复治理。

1.2 研究方法

1.2.1 野外调查

到矿山区进行勘测，记录海拔和经纬度等相关地理信息，实地查看废弃煤矿整体修复状况，调查矿山修复对应的工程植物措施。划定样地展开样地调查，在矿区内和矿区外围原生地貌区各划定1个20m×20m的标准样地，对样地内青海云杉的冠幅、胸径、树高等指标展开调查；在样地的四角和中间区域设置5个2m×2m的灌木样方，调查并记录灌木名称、平均地径、盖度、平均高度和株数等指标[4]；在标准样地内随机选取5个1m×1m的样方，在植物生长旺季7月(2023年)进行植物生物量、物种的组成、盖度、高度等指标展开调查。

1.2.2 指标计算方法

1.2.2.1 盖度

利用样方量算法，将1m×1m的方格窗(每个小格为4cm×4cm)置入小样方内，统计每个样方内所有植被投影面积所占方格窗内所有小方格的百分比，即确定为样方内植被盖度。

1.2.2.2 物种相对丰富度指数(R)

丰富度是指植物群落中所具有的不同植物种类的总数。计算公式：

R=(S-1)/lnN

式中，N为总个体数量；S为总物种数量；ln为自然对数，底数2.7182838[6，7]。

1.2.2.3 物种多样性指标

在分析项目区植物物种多样性时，选用Shannon-weaver多样性计算，公式：

式中，H为多样性指数；P为第i种植物类型盖度；S为植物种数[6，7]。

1.2.2.4 物种优势度指数

在分析项目区植物物种优势度时，选用Berger-Parker优势度指数计算，公式：

I=Nmax/N

式中，Nmax为群落中最大种的多度、盖度或重要值；N为群落的总个体数[8]。

1.2.2.5 物种均匀度指数

均匀度指数来描述植物群落中不同植物种类分配的均匀程度，公式：

E=H/lnS

式中，H为多样性指数；S为总物种数量；ln为自然对数，底数2.7182838[6，7]。

2 结果与分析

2.1 生态修复措施及状况分析

2.1.1 工程措施

2.1.1.1 废弃建筑物拆除整平工程

矿区内分布的原有废弃建筑物，建筑结构为砖木及彩钢房对土地资源造成压占，对弃建筑物拆除与就近渣堆整平，使其压占土地资源得以恢复。

2.1.1.2 矿洞回填、渣堆整平

矿区分布大小矿洞、渣堆压占土地资源面积，这些矿洞分布分散、分布数量较大，利用现有弃渣堆就近回填，由于单个矿洞回填方量小，且分布分散，不宜采用机械，因此采用人工回填的方式进行回填。较小的渣堆就地整平，剩余的较大渣堆进行削坡整平，整平后渣堆坡角小于30°。

2.1.1.3 沟道清理疏导

矿山内弃渣堆无序堆放，部分堆放在沟道内及沟岸两侧，不仅挤压沟道造成沟道多次改道，也使沟道内的水流漫流，不仅威胁下游安全，而且也造成了水土流失现象。为了沟道通畅、规范水流和减少水土流失，在沟岸两侧弃渣堆整平的基础上，对挤压沟道和堵塞沟道的弃渣堆进行清理并对现有沟道进行截弯取直，经过清理沟使沟道恢复原始沟道的通畅状态，并结合铅丝石笼工程，稳固沟岸及沟岸两侧的弃渣堆。清理出砂石进行回填低洼地带，部分可用于铅丝石笼工程墙后回填。

2.1.1.4 铅丝石笼工程

对弃渣堆挤压和堵塞的沟道进行清理疏导，使沟道恢复了原有的通畅形态，在此基础上，为了防止沟道内季节性水流的侧蚀和底蚀，在清理疏导后的沟岸两侧修建铅丝石笼，稳固沟岸，因此，根据现有地形和沟岸形态，在沟岸两侧布设铅丝石笼，铅丝石笼顶宽1.0m，底宽1.0m，地上高1.0m，基础埋深1.5m，迎水面及背水面直立，堤背采用废渣或碎石土回填。

2.1.2 植物措施

对废渣堆压占的土地资源整平后，在场地上部进行0.1～0.3m厚的覆土工程，并且播撒草籽，使其自然恢复。草籽选择适宜当地种植的，并且萌发快，扎根深，生长迅速，耐寒耐旱等。根据现场调查，主要选用披碱草(Elymus dahuricus)，撒播量为50kg·hm-2。在矿区栽植青海云杉2000多株，云杉定制苗高在1.0m以上，苗木冠幅在0.5m以上，苗色正常，根系发达，顶端无损，无病虫害。对恢复治理播撒草种的矿区采取围栏封育措施，形成一个完整的封育区，防止人为活动和放牧破坏植被生长，使得植被更好、快速生长[9]。

2.1.3 修复状况

根据收集到的资料和现场调查，初步掌握马蹄乡煤矿区通过回填废弃矿洞，整平稳固弃渣，疏导沟道，覆土种草等工程和植物措施，使遭受破坏的自然保护区植被得以恢复，使水源涵养功能基本得到恢复，生态环境逐步趋于良性循环。总体上达到“沟道平整稳固，水流畅通，植被基本恢复，生态环境逐渐改善”的综合防治体系和治理目标。

2.2 矿区植被状况分析

通过对矿区修复区和周边原地貌的植被进行调查，本研究所在矿区为露天煤矿，植物修复措施主要是栽植青海云杉幼苗，覆土种草。栽植的青海云杉平均树高已达到1.5m，长势良好。在修复区发现草本植物种类9种，在周边原地貌共发现植物种类13种，修复区原始散播草种主要为披碱草(Elymus dahuricus)、早熟禾(Poa annua)草种，见表1，经过7年的恢复，以及附近野生草种的侵入，矿区植被已恢复到原生地貌的水平。

矿区所在地植被具有良好的生长状况，植物根长、植株高度、从植物伴随着返青到枯黄不断增大。其中，群落盖度季节动态变化明显，在生长旺期已与原生地貌草地80%的盖度水平相当，根据草本群落指标计算方法统计相关指标，见表2；植株分蘖数也在持续增加，平均每植株可达到20个以上；植株高度在2023年平均达到20cm。

表1 不同区域植被状况统计表

表2 不同区域植被相关指标统计表

3 结论与讨论

肃南县马蹄煤矿生态修复措施包括工程措施和植物措施，修复治理后总体达到了“沟道平整稳固，水流畅通，植被基本恢复，生态环境逐渐改善”的综合防治体系和治理目标。项目的实施，通过地貌景观恢复，移栽青海云杉，建设水源涵养林1.4hm2，恢复地表植被结构，降低地表径流冲刷，减少水土流失；恢复的林草地增加了当地植物多样种类，极大地提高了当地生态效益。

根据现场调查，肃南县马蹄乡有修复治理煤矿8座，除肃南县马蹄煤矿，其他均为占用草地、荒地的露天煤矿，修复模式主要为恢复地貌景观，覆土种草，修复治理模式较为单一，但草本恢复长势较好，也已与周边原生地貌没有太大区别，肃南县马蹄煤矿修复模式较为典型，因靠近沟道水源，移栽了青海云杉林，形成了林、灌、草的层次结构，修复治理效果最好。因此，在矿山修复治理中应按照“宜林则林、宜草则草、宜荒则荒”的分类治理原则，实施“一矿一策”生态治理，不能盲目追求层次化、多样性的修复模式，统筹做好废弃矿山修复过程中区域和生态的结合。研究表明，采用草种混播的方式可以作为高原矿区复绿的有效措施，在此基础上采取多草种混播的方式则更有利于群落稳定性增强以及有利于提高草种的成活率，同时对于提高人工草地的生产力及稳定性具有一定的促进作用[10]。根据高山矿区修复治理经验，草本建议使用如中华羊茅(Festuca sinensis)、苜蓿(Medicago sativa)、星星草(Puccinellia tenuiflora)、冷地早熟禾(Poa crymophila Keng.)、披碱草(Elymus dahuricus)、灌木使用沙棘(Hippophae rhamnoides)、柠条锦鸡儿(Caragana korshinskii)、金露梅(Dasiphora fruticosa)等。