２０１３年１Ｏ月 Ｏｃｔ．，２０１３ 第１０期（总１２１期） 文章编号：１００５—５２１５（２０１３）１Ｏ Ｎｏ．１０（Ｓｕｍ Ｎｏ．１２１） 辽西北废弃矿区矸石山地植被恢复技术研究 白海 ，高英旭 ，王猛。，李兆辉 （１．沈阳市林业局，辽宁沈阳１１００３２；２．辽宁省林业科学研究院，辽宁沈阳１１００３２ Ｐ Ｏ ３．国营清原满族自治县杨树崴林场，辽宁抚顺１１００３２） ． 摘ｎ 要：废弃矿区矸石山地的生态恢复一直是我国生态建设的重要组成部分，由于矸石山地的降水量不足、蒸发强 度大、天然降水利用率低、土壤瘠薄、植被发育差、干扰强度大、立地条件恶劣，使造林的成活率和保存率降低，一些 防 林木生长缓慢，稳定性差，林分质量低，发挥不出较高的生态效益。通过学习和应用已有的研究成果，对现有的技 护 术进一步优化整合和组装配套，提出了在辽西北困难立地条件下废弃矿区地植被恢复的有效可行的方法，在遵循 Ｓ 矸石山地造林原则的基础上，改善土壤的适生环境，正确的选择造林树种，有效的解决造林树种苗期的水分供应， 合理地施用速效肥料是解决矸石山地生态恢复的有效途径。 林 ｎ 科 ｎ 关键词：矸石山地；困难立地；生态恢复 中图分类号：Ｓ７１８．５７ 文献标识码：Ａ 技 ｅ 煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废 ｈ 物，是一种在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量 ｇ 较低、比煤坚硬的黑灰色岩石。包括巷道掘进过程 ｙ Ｏ ｎ １ 辽西北典型煤矸石地的生态特征 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 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 均匀。多年平均降水量４８０ ｍｍ，最少年份为３３８．２ ｍｍ，最多年份为８２４．７ ｍｍ，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３．９ ｋｍ，南北宽１．８ 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Ａｌ ｏ 、ＳｉＯ。， 另外还含有数量不等的Ｆｅ Ｏ。、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ｎａ。Ｏ、 ｋｍ。地表海拔标高为１６５～２Ｏ０ ｍ，平均１７５ ｍ。地 势东南高，西北低，排土场面积约为１３ ｋｍ ，是阜新 境内煤矸石地的最典型也是最大的代表地块。几个 排土场的剥离物混堆，呈现一片荒凉的景象，空气、 地表水、地下水和土壤质量下降，生态系统严重退 化，生物多样性丧失，影响了周围景观。随着时间的 推移，雨水的淋漓以及风化的影响，剥离岩石会逐渐 风化分解，岩石中的有害物质及重金属等会随雨水 流入地下水体，造成地下水的污染，给周围居民的生 产和生活带来不便。辽西北矸石山地作为一种特殊 的困难立地类型，其主要特点为降水量不足、蒸发强 度大、天然降水利用率低、土壤瘠薄、植被发育差、干 Ｋｚ Ｏ、Ｐｚ Ｏｓ、ＳＯ。和微量稀有元素（镓、钒、钛、钴）。 其化学成分组成的百分率：ＳｉＯ。为５２～６５；Ａ１ Ｏ。为 １６～３６；Ｆｅ２ Ｏ３为２．２８～１４．６３；ＣａＯ为０．４２～ ２．３２；ＭｇＯ为０．４４～２．４１；ＴｉＯ２为０．９０～４；Ｐ２Ｏ５ 为０．００７～Ｏ．２４；Ｋ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ为１．４５～３．９；Ｖ２Ｏ５ 为０．００８￣０．０３。煤矸石弃置不用，占用大片土地。 煤矸石中的硫化物逸出或浸出会污染大气、农田和 水体。矸石山还会自燃发生火灾或在雨季崩塌，淤 塞河流造成灾害。中国积存煤矸石达１Ｏ亿ｔ以上， 每年还将排出煤矸石１亿ｔ。因此，研究矸石山地的 植被恢复技术对恢复矸石山困难立地环境下的生态 恢复具有深远的意义 ］［ ］［ 。 扰强度大、立地条件恶劣，植被恢复技术难度极大， 是辽西北困难立地条件下矸石山地植被恢复最为困 难的地块之一。 收稿日期：２０１３一Ｏ６—１９ 作者简介：白海（１９７８一），男，辽宁昌图人，硕士，工程 师 ２ 阜新矿区煤矸石地的理化性质 对辽西北废弃矿区内的海州露天排土场的煤矸 ５０ 防护林科技 ２０１３笠 石地进行土壤理化性质的测定（环刀取土法），分别 ７ ７ ７ ７ 测定了矸石山上不同地块的土壤理化性质，３次重 ３ １ １ ２ ０ ０ ０ Ｏ 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，７ ９ ４ ０ ０ 所采土样在 Ｏ ０ １ 辽宁省森林生态重点实验室进行化验分析，主要对 ３ ４ ４ ４ 土壤的ｐＨ、全氮、全磷、速效氮、速效磷、速效钾、有 ㈣ 机质等各个指标进行化验分析（见表１）。弘∞ ¨ 盯踞 表１土壤理化性质 土样ｐＨ全氮 全磷 速效氮速效磷速效钾有机质／％ 娼 ∞卯 Ⅲ 黑色土 ３ 矸石山地植被选择注意事项 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 阜新矿区煤矸石地的水分改良措施 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Ｉ１ 。 ４．１集水造林技术 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深栽保水技术 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地膜覆盖造林保水技术 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控水袋保水技术 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，植物不问歇地向植物提供 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 辽西北废弃矿区矸石山地造林原则 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 第１Ｏ期 白海等辽西北废弃矿区矸石山地植被恢复技术研究 ５１ 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 Ｊ。 ５．２ 生物特性适应性原则 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群落结构相结合原则 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 辽西北矸石山地造林关键技术措施 ６．１选择合理的植被类型 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］。２００５年在矸石山立地条件下通过实验对几 种抗旱较强的树种，紫穗槐、白榆、沙棘、臭椿、刺槐、 怀槐、火炬树等进行了生长量比较，分别采用了相同 的处理方式。其中白榆的生长量和保存率最高， ２００６年地径为２．６３６ ｃｌｎ，树高为２２７．８ ｃｍ；２００７年 为４．５８ ＣＩＴＩ，树高为２８８ ｃｍ。其次紫穗槐２００６年地 径为１．５１７ ｃｍ，树高为１３０．７ ｃｍ；２００７年地径为 ２．２２３ ｃｍ，树高为２０５．５ ｃｍ。在矸石山上生长的草 本植物主要以猪毛菜为主，其次为苋菜，野古草，鸡 爪草等。 ６．２施用合理的适生肥料 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 ＇ 。２００５年在海州矿排土场营造 白榆林，２００６年７月进行施肥试验，其中氮肥用尿 素，磷肥用复合磷肥。氮肥取０、５０、１００ ｇ ３个剂量 水平，磷肥取０、１００ ｇ ２个剂量水平进行区组试验， 即Ｐ１ｏ０、Ｎ５ｏ、Ｎ１０ｏＰ１ｏ０、Ｎ５０Ｐｌ。ｏ、Ｎ１∞、ＣＫ ６种处理，每 个处理１０株，３次重复。分别于２００６年１Ｏ月、 ２００７年１Ｏ月进行了树高和地径测量（见表２）。 表２不同处理对白榆地径的影响（２００６。２００７年１Ｏ月测） 注：自由度 １８时，Ｔｏ ０５ ２．１０７，Ｔｏ．Ｏｌ一２．８７０４， 为差异显著，＊＊为 差异极显著。 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Ｐ ∞处理，达到了０．０１的极显著水平， 其余的施肥处理效果都不明显，说明在煤矸石堆积 地环境下，营造白榆林选择的最好肥料为磷肥，其余 肥料虽然在一定程度上起到了一定的作用，但是效 果不是很理想。 ６．３造林密度的选择 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＿ｇ］．因此在矸石山上特殊的 立地条件下，适当增加初植密度，以保证幼林及时郁 闭所必需的成活株数，造林株行距应以１ ｍ×１．５ ｍ ～２ ｒｎ×３ ｍ为最佳。 ６．４ 改土和幼苗处理 由于矸石山土壤的重金属含量超标，植物所需 ５２ 防护林科技 ２０１３在 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 物种的复合型生态结构模式，施用合理的速效肥料， 保证苗期的养分供应，提高造林成活率和保存率，在 辽西北矸石山地建立起稳定、高效的生态植被群落。 参考文献： ［１］贾忠奎，徐程扬，马履一．干旱半干旱石质山地困难立地植被恢 复技术［Ｊ］．江西农业大学学报，２００４（４）：５５９—５６５ ［２］王兵，赵广东，苏铁成，等．极端困难立地植被综合恢复技术研究 ［Ｊ］．水土保持学报，２００６（１）：１５１—１５４，１８ｏ 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 ｇ １００配成水凝胶， ［３］薛建辉，吴永波，方升佐．退耕还林工程区困难立地植被恢复与 生态重建［Ｊ］．南京林业大学学报，２００３（６）：８４—８８ ［４］李利江．困难立地条件抗旱造林综合配套技术［Ｊ］．河北林业科 技，２００３（４）：４２ ４４ ［５］刘苑秋，王平启，杜天真，等．南方山丘区困难立地植被恢复与重 建研究［Ｊ］．江西林业科技，２００５（６）：４５—４７ ［６］杨丽娟，何素玲，高培红．豫西困难立地条件区植被恢复技术途 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＿１ “］。 综上所述，针对辽西北矸石山地造林困难的现 径［Ｊ］．河南林业科技，２００６（１）：１２—１３ ［７］胡东南，游美红，袁生贵．不同配方施肥对幼龄油茶的影响［Ｊ］． 西北林学院学报，２００５，２０（１）：９４—９７ 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 要的肥料，改善其养分不能被作物吸收的状况，采取 ［８］刘庆云，姜远标，付强，等．不同施肥处理对西南桦幼林生长影响 研究口］．林业调查规划。２００７，３２（２），４０—４４ ［９］柏，刘明国，刘兴双，等．阜新地区矸石山植被恢复的调查与 分析［Ｊ］．沈阳农业大学学报，２００３—１２，３４（６）：４３４—４３７ ［１０］杨传兴．阜新矿区矸石山植被土壤主要特征分析［Ｊ］．防护林科 技，２００７，３（２）：８—９ 必要的蓄水措施，保证苗期水分供应，选择耐旱、耐 贫瘠、抗污染、抗性强的乡土树种和历经多年驯化适 应的栽培树种以及当地的长势良好的草本植物进行 不同的搭配组合，形成乔、灌、草相结合的多层次，多 ［¨］高建钰，白中科，焦志芳．煤矸石山立地条件与林业复垦研究 ［Ｊ］．山西林业科技，１９９９，３（１）：１９—２２，４６ （上接第４６页） 漠化潜在发生区适宜栽植红柳、毛条、黑果枸杞等中 型灌木。风蚀荒漠化潜在发生区由于水分，可 ３．４各个突破。推广灌草配置模式 遍地开花是相对于大林带中网格而言，不是较 不考虑种草，但盐渍荒漠化潜在发生区由于有较高 大尺度的田间地埂上营造防护林，主要在退耕地田 间地内部进行生态治理，具体指在退耕地田地里种 草或种树，这也是目前西北退耕还林还草最常用的、 的地下水位，可以考虑林草复合的生态经济模式，即 在林带内种植苦豆子等有经济价值的多年生草本。 见效最快的模式，是一种全人工干预的生态修复模 式；也可以采用人工撒种的方式形成半自然植被修 ４ 小结 民勤退耕地生态治理关系到河西走廊沙区退耕 复，是一种半人工干预的生态修复模式。绿化造林 本来是利国利民的好事，但如果不考虑具体的环境 条件，在不适合种树的地方，强行植树造林，结果年 年植树不见树，浪费了大量的财力物力；有的地方勉 强栽活，多年以后仍是一片“小老头”树；有的地方为 了植树超采地下水，影响了周围植被，“绿了一条线， 地治理的成败，其意义还在于把民勤绿洲退耕地生 态恢复区变成了新的防风阻沙林区，加强了绿洲防 护，也充当了减少水分利用的生态减压区，更调整了 农业产业结构和产业结构。提出民勤退耕地生态治 理的对策要点：先行，确定重点，全面治理，全面 布网，各个突破——实行渠道林带、地埂林格、灌草 黄了一大片”。因此，该种模式实施时一定要慎用， 避免为了政绩工程而导致项目期过后生态压力反而 加重的情况出现。针对民勤退耕地而言，退耕地灌 木株数不宜超过１ ６５０株・ｈｍ＿。。由于研究区地 林网的林草配置模式。 参考文献： ［１］蒋志荣，安力，柴成武．民勤县荒漠化影响因素定量分析［Ｊ］．中 国沙漠，２００８，２８（１）：３５—３８ 下水位的差异，导致境内发生两种形式的潜在荒漠 化，即风蚀荒漠化和盐渍荒漠化。不同的潜在荒漠 ［２］仲生年，柴成武，王方琳．石羊河下游民勤绿洲地下水埋深时空 分布动态研究［Ｊ］．水土保持研究，２００９，１６（１）：２２７—２２９ ［３］袁生禄，羊世玲．河西走廊的沙尘暴、水资源与农林牧结构问题 ｆＪ＿．甘肃水利水电技术，２００３，３９（１）：４一ｌＯ 化发生区植被恢复模式不同，风蚀荒漠化潜在发生 区域适宜栽植梭梭、毛条、花棒等中型灌木，盐渍荒
