（环境工程专业论文）云南新平大红山铁矿矿区水土保持生物复垦覆被格局研究.pdf

昆明理工大学2 0 0 1 级硕士学位论文 捅矍 矿业是云南经济发展的五大支柱产业之一。但是矿业开发也导致了土地资源 破坏、环境污染等问题，特别是工矿区造成的水土流失和生态环境破坏得更为严 重。因此对矿区进行以水土保持为重点的生态重建，亦即利用植被来进行侵蚀控 制和坡面保护，进行水土保持和生物复垦，实现各种需要的土地复垦形式非常必 要，也是非常有意义的。 本文选取具有代表性的大红山铁矿废石场和坑采塌陷区作为水土保持生物 复垦覆被的研究对象，主要分析了矿区现在的植被面貌及其损毁现状与趋势。并 进行了矿区不同植被水土保持功能的探讨。在此基础上，对矿区修复立地条件进 行分析评价，确定群落类型的搭配，规划出矿区水土保持生物复垦覆被格局，并 运用g i s 对矿区水保效果进行预测，最后对如何落实矿区水土保持和生物复垦 提出相应的建议。 研究结果表明： ( 1 ) 土壤抗蚀性因子对不同植被类型的影响程度是不同的。林地和草地减少 侵蚀的效益都比较磐，裸地的减少侵蚀的效益最差。从水土保持效果看，不同地 表覆盖类型控制土壤侵蚀的顺序是：林地与草地 农用地 裸地。林地和草地涵 蓄降水功能较强，持水保土效益高，对调节径流、拦蓄泥沙、减少降雨对坡面侵 蚀的效果较明显。 ( 2 ) 根据大红山矿区立地条件，通过植物种类筛选和合理的植被配置，以达 到矿区废弃地利用和植被恢复的目的。为此大红山矿区群落布局与结构设计是以 林业为主，主要目的是为了改善矿区景观和生态环境，宣栽植乔木为主，配以适 当的草灌，营造防护林与生态林。在废石场顶部、坑采塌陷区缓坡带以农林复合 为主，最好由林草过渡到农业较为合理；废石场的边坡与陷落区陡坡用于林业， 形成一个保护性林业与农业相结台的布局与生态模式。按照群落演替理论和群落 发展规律，适时引入适生植物及辅以人工栽培管理措施是加速复垦进程的重要环 节。 ( 3 ) 地表覆盖因子c 是非常重要的因子，其重要性可以通过c 与实测数据及 计算数据之间的相关性所证明，它对土壤侵蚀有非常明显的控制作用。 ( 4 ) 按照规划的矿区生物复垦覆被格局，对重建植被后的矿区进行水土保持 效果预测。通过比较研究，5 0 年后重建植被的矿区土壤侵蚀量下降了2 1 1 9 l 1 0 4 t 与未进行复垦的水土流失量相比，侵蚀量减少了4 3 6 5 。平均侵蚀模数从目前 的5 7 1 0 5 0 3 5t & m 2 下降到重建植被后的3 2 2 0 1 0 5 7 饥，曲2 。 关键词：工矿区水土保持生物复垦覆被格局新平大红山 昆明理_ 大学2 0 0 1 级硕上学位论文 a b s t r a c t y u n n a np r o v i n c ei sf a m o u sa sm i n e r a l i n d u s t r y b u tt h ee x p l o t a t i o no fm i n e r a l i n d u s t r y r e s u l t si nn o t o n l y d e s t r u c t i v el a n dr e s o u n c e s b u ta l s oe n v i r o n m e n t a l p o l l u t i o np r o b l e m sa n ds oo i l e s p e c i a l l yw a t e ra n ds o i le r o s i o nc a u s e db ym h f i n g a r e a sa n dd e s t r o y e de c o l o g i c a le n v i r o n m e n ta r em o r es e r i o u s t h e r e f o r ee c o l c 百c a l r c h a b i l i t i o nw h i c h e m p h a s i z e sw a t e r a n ds o t lc o n s e r v a t i o no nm i n i n ga r e a s i s e x t r e m e l yn e c e s s a r y t h a tr e a l i z i n ga l lk i n d so f1 a n dr e c l a m a t i o nf o r i l l s i s v e r y s i g n i f i c a n tb yu t i l i z i n gv e g e t a t i o nt oc o n t r o le r o s i o n ，p r o t e c tc l i n o h e ，w a t e ra n ds o i l c o n s e r v a t i o na n d r e p l a n tr e c l a m a t i o n t h i sp a d e rs e l e c t s r e p r e s e n t a t i o n a l m u l l o c kf i e l d sa n d c o l l a p s e s i t e st o s t u d y v e g e t a t i o nc o v e r i n gp a t t e r no nw a t e ra n ds o t lc o n s e r v a t i o ni nd ah o n gm o u n t a i n m i n i n ga r e aa s ar e s e a c h f u lt a r g e t a n di t c h i e f l ym a k e sa na n a l y s i so ft h ec u r r e n t v e g e t a t i o nv i s a g e d e s t r o y e d s t a t u sa n dt r e n di n m i n i n g a r e a w a t e ra n ds o t l c o n s e r v a t i o nf u c t i o n so fd i f f e r e n tv e g e t a t i o ni nm i n i n ga r e ai sd i s c u s s e d b a s e do ni t s i t ec o n d i t i o ni se v a l u t e da n di m p r o v e d t h e nt h ec o l l o c a t i o no fc o n m a u n i t yt y p e si s d e f i n e da n dv e g e t a t i o nc o v e r i n gp a r e mo nw a t e ra n ds o t lc o n s e r v m i o ni nm i n i n ga r e a i sp l a n n e d i nt h i sp a 和e r t h ee f f e c to fw a t e ra n ds o i lc o n s e r v a t i o ni nm i n i n ga r e ai s f o r e c a s t b yu s i n gg e o g r a p h y i n f o r m a t i o ns y s t e m ( o l s ) a n du n i v e r s a ls o i ll o s s e q u a t i o n f i n a l l yh o w t of u l f i l ir e l e v a n ts u g g e s t i o n so n 也ee x p l o t a t i o no fm i n e r a l i n d u s t r ya r ep u tf o r w a r d t h er e s u l t si n d i c a t e s 血a t f 1 1d i f i e r e n tv e g e t a t i o n sh a v ed i f i e r e n te f f e c to i ls o t ie r o s i o nr e s i s t a n c ef a c t o r t h e b e n e f i to fw o o d l a n da n dg r a s s p l o to n r e d u c i n ge r o s i o ni sw e l l t h ee r o s i o nd e g r e eo f u n c o v e r e dg r o u n di st h em o s ts e r i o u s a c c o r d i n gt ot h ee r i e c to nw a t e ra n ds o i l c o n s e r v a t i o n , w o o d l a n da n dg r a s s p l o ta r ew e l lt h a nf a r m e d1 a n d f a r m e dl a n di sw e l l t h a l lu n c o v e r e dg r o u n d t h ee f f e c to fw o o d l a n da n dg r a s s p l o to nw a t e ra n ds o t l c o n s e r v a t i o ni sv e r yw e l l i na d d i t i o n t h ee f k c to fa c c o m m o d a t i n gr u n o f r h o l d i n g u p m u d s a n da n d r e d u c i n gr a i n f a l lo n c l i n o h ee r o s i o ni so b v i o u s ( 2 ) a c c o r d i n gs i t ec o n d i t i o n i nm i m r 培a r e a s ，t h eg o a lo f u t i l i z i n gd e s e r t e dl a n da n d v e g e t a t i o n r e s t o r a t i o ni sa t t a i n e d b yt h e s e l e c t i o no fp l a n t s p e c i e s a n d l o g i c a l v e g e t a t i o nc o l l o c a t i o n t h ec o m m u n i t yl a y o u ta n dc o n f i g u r a t i o nd e s i g ni nd ah o n g m o u n t a i nm i n i n ga r e ai s p l a n n e da sf o r e a t r yc h i e f l ys oa s t oa m e l i o r a t es i g h ta n d e c o l o g i c a le n v i r o n m e n t a n di t c a nb es u i t a b l ef o rp l a n t i n ga r b o rm a r l yw h i c hi s c o n f i g u r e dw i t hp r o p e rg r a s sa n ds h r u b t 1 1 i sc a n b eb u i l td e f e n df o r e s ta n d e c o l o g i c a l f o r e s t t h ep l a c e sw h i c hn e e dr e c l a m a t i o na r ep l a n n e da sc o m p l e x e df a r m i n ga n d f o r e s tm a l i n l y n l ep l a c e sw h i c ha r eo nt h et o po fm u l l o c kf i e l d sa n ds l o wc l i n o h eo f c o l l a p s es i t e sa r ep l a n n e d a sf a r m i n g b u t 吐l eb e s tf o r mh a st h et r a n s i t i o no fw o o d l a n d a n dg r a s s t h ep l a c e sw h i c ha r eo nc l i n o h eo fm u l l o c kf i e l d sa n ds t e e pc l i n o h eo f c o l l a p s es i t e sa r ep l a n n e da sf o r e s t t i l i sw i l lf o r l l lal a y o u to fc o m p l e x e dd e f e n d e d f o r e s t r ya n df a r m i n ga n de c o l o g i c a lm o d e a c c o d i n gt oc o m m u n i t ys u c c e s s i o nm e o r y a n d d e v e l o p m e n tr u l e ，a d h i b i t t i n gt h eb e s tp l a n ts p e c i e ss u p p l i e dw i t l lt h em e a s u r e so f g o t u pp l a n t i n g a n dm a n a g e m e n ti s av e r y i m p o r t a n tt a c h e o fa c c e l e r a t i n gt 1 1 e i i 昆明理_ 大学2 0 0 1 级硕上学位论文 r e c l a m a t i o nc o u r s e ， ( 3 ) t h ef a c t o ro fc o v e r i n gg r o u n dc i st h em o s t i m p o r t a n tf a c t o r i t se s s e n t i a l i t yc a n b ep r o v e db yt h er e l a t i v i t yo f p r a c t i c a ls u r v e y e dd a t aa n dc a l c u l a t e dd a t a i ti so f b e n e 疗tt os o i le r o s i o n ( 4 ) i tc o m p a r e sm a p so fs t a t u s & t h ef o r e c a s tm a p sf o rs o i l l o s sc o n s e r t a t i o nb y u s i n gg i sa n du n i v e r s a ls o i l l o s s e q u a t i o n t h e f o r e c a s te 珏c c to fr e h a b i l i t a t i o n v e g e t a t i o ni s s h o w e d s o i le r o s i o na m o u n to fv e g e t a t i o nr e h a b i l i t i o ni sr e d u c e db y 2 1 9 9 0 8 9 8 1 2 9t o n s i t sa m o u n ti st h es a l t l ea s5 6 3 5p e r c e n to fu r r r e c l a m a t e d a v e r a g e e r o s i o nm o d u l u si s d r o p p e df r o mt h ep r e s e n t5 7 1 0 5 0 3 5t & m t o3 2 2 0 1 0 5 7t k i n 2 a f t e r 丘f hy e a r sv e g e t a t i o nr e h a b i l i t i o ni nm i n i n ga r e a k e y w o r d s ：m i n i n g a r e a ；w a t e ra n ds o i lc o n s e r v a t i o n ；v e g e t a t i o nc o v e t i n gp a r e m d a h o n g m o u t a i ni nx i n p i n g i i i i6 6 9 0 7 4 昆明理工大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不舍 任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做 出重要贡献的个人和集体，均已在论文中作了明确的说明并表示了谢 意。本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：徐看辜到 日期：聊孕年乒月p 日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解昆明理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留、送交论文的复印件，允许论文被查阅，学校可以公布 论文的全部或部分内容，可以采用影印或其他复制手段保存论文。 ( 保密论文在解密后应遵守) 导师签名：论文作者签名：燃 昆明理工大学2 0 0 1 级预士学位论文 第一章前言 我国是世界上水土流失最严重的国家之一。截止1 9 9 6 年，全国水土流失面 积仍有1 7 9 万平方公里【lj 。从水土资源的合理剩用和保护角度来分析水土流失， 工矿区造成的水资源、土地资源的破坏更令人忧虑。囡采掘工业我国每年约破 坏土地面积达0 6 7 - - 2 万公顷，每年从国土表面上搬动和运移的岩土量达3 2 5 亿 吨。而破坏土地的总复垦累计面积还不足o6 7 万公顷，按全国破坏土地面积2 0 0 万公顷计算，平均复垦率还不到1 ，这与国外矿山平均复垦率7 5 相去甚远【2 j 。 另一方面，若我国土地复垦率达5 0 。复垦土地亩产值为2 0 0 元，则复垦后的土 地年产值可达3 0 亿元，由此可见，我国的土地破坏量大、复垦率低，复垦效益 潜力大。 矿产资源的开采，无论是井工开采还是露天开采，造成的水土资源破坏都 是十分严重的。井工开采，易造成地表塌陷，诱发崩塌滑坡。由于长期排水， 疏干了矿区及其附近的地表水和浅层地下水，造成地下水下降，不仅导致人畜 饮水困难，水地变成旱田，而且影响植物生长，甚至枯死，加尉风蚀和沙化。 露天丌采则大量压占破坏土地，排弃土石。根据2 8 个重点露天矿调查，仅排土 场就占地4 4 0 0 公顷，今后每年还要新增占地超过4 0 0 公顷。重点金属矿山每年 剥离岩石2 2 2 6 亿吨；矿山渣石占地达2 0 0 万公顷。由于这些弃渣边坡陡( 般3 5 以上) ，水土流失是原地貌的3 倍以上。据不完全统计，山西省因采煤造 成3 0 0 多个村庄2 6 万人无饮用水，2 6 万公顷，因采煤占用土地达7 5 万公顷。 平朔安太堡露天煤矿共占地面积2 1 万平方公里，每天的弃渣弃土可达2 0 万吨 以上，土壤侵蚀模数高达1 5 - 2 1 0 4 t ( k m 2 a ) 口j 。 云南作为矿业大省，素有“有色金属王国”之美称。矿业是云南省经济发 展的五大支柱产业之，但其矿业开发导致了土地资源破坏、环境污染等问题， 特别是工矿区造成的水土流失和生态环境破坏得更为严重，因此对矿区进行以 水土保持为重点的生态重建非常必要。随着经济的发展和生态环境破坏的日益 严重，水土保持问题已引起国家的高度重视，由于工矿区自身的生产建设活动 和水土流失的特殊性，在预防监督和综合整治等方面，需要把水土保持与环境 整治、土地复垦、资源合理开发利用结合起来，以达到合理利用和保护水土资 源的目的。 1 1 矿区水土保持概况 1 1 1云南的矿产资源与发展水平 昆明理工大学2 0 0 1 级硕上学位论文 云南索有“有色金属王国”之称，矿产资源十分丰富，全省已发现有用矿 产1 5 0 种，占全国已发现矿种的9 2 6 ，其中，有5 3 种矿产储量居全国前1 0 位，铅、锌、锡、磷、铜、银等2 5 种矿产储量居全国前三位。其中：锌、铅、 锗、铟、磷等9 种居首位，锡、银、铂族金属，硅灰石等1 0 种排第三位。单位 国土面积和人均拥有赘源丰度值为全国平均值的2 2 4 倍。至1 9 9 7 年底，全省 共发现矿产1 4 2 种，已探明矿产潜在价值达5 万亿人民币，可规划储量经济价值 2 1 万亿元，可开发储量经济价值7 3 7 万亿元【3 j 。 云南矿业有着悠久和辉煌的历史，经过长期发展，矿业已成为云南经济中 居主体地位的产业群体。以磷化工和有色金属为重点的矿业开发是云南省经济 发展的五大支柱之一。目前，矿业实现利税仅次于烟草加工业，综合经济效益 在全省工业中处于中等偏上水平。 1 1 2 云南采矿业对地资源的破坏 矿山开发诱发的地震、瓦斯爆炸、岩石爆炸、矿井突水、滑坡、泥石流、 地面塌陷等地质灾害十分普遍。具体表现如下【4 】：易门铜矿采空区塌陷；尾矿 直接排入绿汁江污染河流：东川铜矿生态环境恶化、水土流失严重、泥石流频 发；兰坪铅锌矿的水污染、滑坡、崩塌问题等，都较为严重。由于矿山建筑设 施及废石、废渣、尾矿占用和破坏的土地已达6 万公顷，相当于1 个中等县的 耕地面积。而矿区土地复垦率低，各类矿山开采遗留了大面积采空区和生态破 坏区域。以破坏土地的恢复为例，云南省矿产开发破坏土地恢复面积4 9 7 0 7 5 6 公顷，占破坏土地面积的1 4 5 9 ，污染土地治理面积3 0 7 3 9 7 公顷，仅占污染 总面积的2 3 5 6 1 。省内许多矿区都存在植被遭到破坏，水土流失严重、斜坡稳 定性下降的情况。仅在过去5 年中，全省矿山地质灾害造成的直接经济损失近 4 亿元1 。因此，如何有效地进行矿区水土保持，全面系统整治、建设矿区生态 环境已刻不容缓。 1 1 3 问题的提出 工矿区水土流失防治是以预防为主，丌发建设与防治并重，大力恢复和重 建植被，采取必要的工程措施，以达到恢复、重建生态环境，提高土地生产力 为目的的。由于工矿区多为林牧区，一般远离人口密集区，水土流失的主要防 治技术体系是以森林植被重建为主体的植被重建体系。由于植被地上与地下部 分的水文一机械效应，植被具有控制土壤侵蚀和坡面保护的作用。这种作用已 被世界上许多国家重视和利用i lj 。国内矿区水土保持和生态复垦研究起步较晚， 资料来源：民革云南省委2 0 0 3 年编写的加强生态环境建设促进云南矿业可持续发展咨询报告。 昆明理t 大学2 0 0 1 级硕士学位论文 而云南省矿区水土保持研究尚处于发展早期，且不系统。矿产资源的大量开发， 对环境造成了极大的破坏。据初步估算，全省矿山占用和破坏的土地已达6 万 公顷，相当于一个中等县的面积，而矿区土地复垦率低1 。全省矿产开发破坏土 地恢复面积4 9 7 0 ，7 5 6 公顷，仅占破坏土地总面积的1 4 5 9 l 。由于云南地处长江 和珠江上游，因此水土保持工作十分重要。 省内开展采空区覆土植被实验研究较早的是昆阳磷矿，自1 9 8 7 年起，经 过多年努力，已复垦植被面积达9 4 1 7 公顷，取得了良好的社会和环境效应。 该研究取得了具有国际先进水平的一系列成果，其成功经验值得我们借鉴。省 内开展工矿区水土保持这方面理论研究的就很少。因此，在云南这样一个矿业 大省，利用植被进行侵蚀控制和坡面保护，进行水土保持和生物复垦，实现各 种需要的土地复垦形式非常有意义，尽快开展这方面的研究也十分必要。而实 现它的前提就在于确定矿区地表的覆被系统、其结构特征、侵蚀控制功能和水 土保持优化格局。 那么在云南矿区开展水土保持和生物复垦，应如何来建立和确定生物复垦 覆被的优化格局呢? 1 2 本研究的议题及目的、意义 1 2 1 本研究的议题 云南省新平县大红山铁矿拥有铁矿资源4 亿吨，具有很好的开发前景。但 其开发利用，必然破坏这一地区的地和生态环境，这就需要进行矿区生态重 建。本研究的中心议题是以大红山铁矿为案例，探讨如何和怎样来建立确定矿 区水土保持生物复垦覆被格局。同时采用3 s 技术，以g i s 为平台软件，来分析 生物复垦覆被格局前后矿区水土保持效果。 1 2 、2 本研究的目的和意义 本研究选择最具有代表性的，也是云南省矿区急待开展水土保持和土地复 垦的昆明钢铁公司的大红山铁矿矿山废石场及采空塌陷区来进行水土保持生物 复垦格局的研究。本研究是利用植被进行矿区生态重建，进行合理植被配置， 使大红山矿区重建后的生物复垦覆被格局合理优化，从而实现矿区水土保持和 生态修复的目的。 开展本研究将丰富应用生态学、恢复生态学以及工矿区水土保持和土地复 垦相关理论的探索，在实践上为铁矿区乃至类似矿区进行水土保持、泥石流防 治、土地复垦和水土资源的合理利用提供示范。同时对开拓云南省矿区水土保 持和土地复垦的理论研究和技术开发，加快矿区生态环境建设，也有着积极的 昆明理t 大学2 0 0 1 级硕十学位论文 现实意义。 1 3 本研究的主要内容 1 3 1 主要研究内容 研究目标是了解当地植被的立地条件现状与存量、水保功能，规划矿区水 土保持生物复垦覆被优化格局。基于这一总体思路，本研究主要内容如下： ( 1 ) 矿区植被面貌及其损毁现状与趋势； ( 2 ) 分析矿区植被的水土保持功能； ( 3 ) 分析矿区生物复垦覆被格局的立地条件及植被筛选： ( 4 ) 探讨矿区水土保持的生物复垦覆被格局及运用g i s 预测水保效果。 1 3 2 重点解决的关键问题 生物复垦覆被优化格局的规划设计。 1 3 3 本研究的特色 从内容上看，生物复垦覆被格局研究是目前国际上研究的热点问题。本文 探讨其水土保持生物复垦覆被配置在云南省属前列；从手段上看，运用3 s 技术 来预测矿区生物复垦后的水土保持效果，在云南省属前列。 1 3 4 研究范围的界定 f 1 ) 研究对象由于时间限制，无法对矿区重建植被做筛选试验。对矿区 研究植被重建的范围仅限于废石场和坑采塌陷区范围。 佗) 研究内容研究内容是矿区水土保持生物复垦覆被的优化格局，仅是理 论模式规划，而不是经过实际检验的规划。 1 4 研究工作过程 本研究是导师周跃主持的云南省自然科学基会项目“矿区退化生境水土保 持及土地生物复垦覆被格局案例研究”( 编号2 0 0 2 d o o l 7 m ) 的子课题，研究工 作开始于2 0 0 2 年l o 月，主体工作完成于2 0 0 3 年n 月，之后又经过了进一步 的完善。具体研究过程如下： ( 1 ) 前期研究阶段( 2 0 0 2 年1 0 月t - 2 0 0 3 年3 月) ：收集资料，土壤样品的 采集，进行土壤生态肥力的分析。 ( 2 ) 分析阶段( 2 0 0 3 年4 ) 9 - 2 0 0 3 年1 0 月) ：影响矿区水土流失的植被因 子分析，重建植被的植物筛选，人工( 重建) 植被种类组成和群落结构特征分 析。运用g i s 完成植被图，土地利用现状图、矿区水土保持( 重建) 生物复垦 覆被及其优化配置格局图以及预测矿区水土保持效果。 昆明理丁大学2 0 0 1 级硕上学位论文 ( 3 ) 论文写作阶段( 2 0 0 3 年1 1 户j - 2 0 0 4 年3 月) ：撰写论文，答辩。 1 5 论文章节安排 本论文共分六章。第一章是前言对研究项目的介绍，包括选题背景、立题 依据、研究范围界定、研究内容和完成情况；第二章是本项目的理论依据及其 该领域在国内外的研究进展；第三章主要展示项目区自然和人文环境以及工矿 区水土流失影响因子分析及讨论矿区植被损毁情况；第四章主要论述矿区植被 水土保持功能；第五章是对水土保持生物复垦覆被格局的探讨，包括确立矿区 植被重建模式、植被修复立地条件分析、重建植被筛选与群落学分析及重建后 的生物复垦覆被优化格局的设计；第六章是讨论结论。 昆明理工大学2 0 0 1 级硕士学位论文 第二章工矿区水土保持、植被恢复与重建的理论与方法综述 2 1 工矿区水土保持基本涵义 2 1 1 工矿区水土保持基本概念 工矿区水土保持，是指在国土范围内对工程建设区和矿区造成的水土流失进 行预防治理t 充分保护和合理利用水土资源，恢复和重建生态环境，改善和提高 上地生产力的综合性科学技术【j j 。它涉及采矿工艺、道桥施工、废弃物排放、废 弃地植被恢复与重建、非稳定体工程设计等多种特殊水土保持技术，是- - 1 与土 壤、地质、生态、环保、土地复垦、国土整治等多学科密切相关的交叉学科。因 此，工矿区水土保持从总体上看是属于环境恢复和整治问题，但从技术实施和最 终实现的目标看又是水土资源的合理利用和保护问题。 2 1 2 国内外工矿区水土保持研究与实践 2 1 2 1 国外工矿区水土保持 国外工矿区水土保持起源于土地复垦，是伴随着土地复垦而不断发展的。 其重点是矿区水土保持，这是因为国外矿山开采业历史长、发展快，矿山废弃地 问题最为严重的缘故。矿区水土保持与矿区土地复垦有密切的关系，它是矿区土 地复垦的保障措施，存在很大的同一性。实际上，矿区土地复垦科学研究、技 术推广应用的发展过程，很大程度上也是矿区水土保持研究和技术推广应用的发 展过程。矿区土地复垦一般分为两个阶段，第一阶段为矿山技术复垦( 可谓工程 复垦) ，后一阶段为复垦种植，如种植农作物、种草、种树等( 可谓生物复垦) 。 两者可以先后进行，也可同时进行。生物复垦包括植物品种筛选、水剥播种、插 条、种子丸技术、土壤改良技术及其他植被恢复工艺。 国外土地复垦与水土保持最早见于德国和美国，但大规模、有计划、有目的 的复垦研究工作也不过2 0 多年历史，其中历史较久，规模较大，成效较好的国家 有澳大利亚、前苏联、德国、美国等国裂“。德国是世界上采褐煤最多的国家， 从2 0 年代开始对露天采褐煤剥离岩地区进行复垦工作以来，积累了一定的经验， 也取得了显著成绩。美国早在1 9 1 8 年就在印第安那州煤矿的煤矸石堆上进行再种 植试验，1 9 2 0 年矿山租赁法又明确要求保护土地和自然环境。1 9 3 9 年以后， 美国w e s tv i r g i n i a 、i n d i a n a 、i 儿i n o i s 等3 9 个洲先后指定露天开采和土地复垦 法，土地复垦逐步走上法制轨道。1 。目前美国把矿区环境污染分为空气污染、地 表特征的毁坏和水污染三种类型，并根据不同污染对象先后颁布了严格的国家法 令，如露天开采控制和复田法令等口】。在国家法令的强制作用及高科技支持 下，美国的矿区环保及治理取得了显著成绩，特别在复田区种植作物，矸石山植 树造林及粉煤灰改良土壤等方面积累了一定经验。5 0 年代末到6 0 年代许多国家也 匣明理1 二大学2 0 0 1 级硕士学位论丈 陆续颁布有关法律、法令和法规，开展复垦工程的实践活动，并研究复垦地的利 用方向、复垦工艺与设备、复垦技术、植被恢复技术及复垦经济效益等问题f ”。 工业发达国家开始整治和恢复几十年来累积的大量采矿废弃地。进i x 7 0 年代，复 垦技术逐步形成了一门多学科、多行业、多部门联合协作的系统工程，许多企业 自觉地把土地复垦纳入设计、腌工和生产过程中。英国、美国、匈牙利等国家政 府对复垦资金进行补贴，或者建立复垦基金，疏通各种渠道筹集资金，支持土地 复垦工作1 6 j 。澳大利亚作为矿业为主的国家，矿山复垦已经取得了长足进展和令 人瞩目的成绩，被认为是世界上先进而且成功地处置扰动土地的国家( b r a d s h a w ， 1 9 8 1 ) 。它把土地复垦视为矿区开发整体活动不可缺少的组成部分。目前已形成 以高科技指导、多专业联合、综合治理开发为特点的土地复垦模式【6 l 。此外，英 国、法国、日本、加拿大、匈牙利、丹麦等在这方面也做了大量研究工作。 国外矿区土地复垦取得了很大的进展，主要表现在以下几个方面p j ： ( 1 1 建立稳定地表、控制侵蚀的研究。这是澳大利亚土地复垦首要的研究。 为在这一领域取得进展，不少矿山研究者注重堆场适宜坡度的研究，同时还研究 了坡形、坡度变化与控制侵蚀的关系。在对煤矿剥离物堆筑研究表明，坡剖面宜 为“s ”形，凸面在上部增加至长度的2 0 一3 0 ，凹面在下部低至长度的7 0 一8 0 。控制侵蚀研究工作，多集中在控制侵蚀覆盖材料种类的选择和控制 方法选择等方面f 6 】o 在这一领域的研究发展已超过1 5 年，也取得了许多成功的 范例。 ( 2 ) 被破坏土地的生物适宜性研究。剥离岩土的机械组成和理化性质是决定 土地的复垦可能性及开发方向的主要因素，是确定复垦类型，采用岩石剥离、排 弃场形式的最佳工艺的重要指标之一。因此进行土地复垦必须先制定按生物适应 性的剥离岩石的分类系统。前苏联在这方面做了大量的工作。第一个剥离岩土的 生物复垦适宜性分类系统是在矿物学、农业物理和化学性质指标体系基础上制定 的，并分出了3 4 个用于生物土地复垦的适宜性类型，即：高等适宜组( 1 ) 、适 宜组( 1 ) 、较适宜组( 】i ) ，最低适宜组( ) ：第二个分类系统中所有岩石的混合矿 土都按其生物土地复垦适宜性水平分为三个基本类型：适宜、较适宜、不适宜组。 这一分类系统也即前苏联公布的国家标准( 1 9 7 8 ) 。在这一综合方案中主要利用了 实践中最重要且易于确定的八个理化指标：p h 值、有毒盐分总量、石膏、碳酸 盐、活性铅、交换性钠、腐殖质含量和小于0 0 ir n m 细粒总量删。 ( 3 ) 土壤改良研究，包话客土改良、化学土壤改良、施矿质e 芒料、生物土壤 改良和粉煤灰改良的研究。 在客土改良方面，前苏联主要通过客土法改良土壤，即在岩土中掺入具有 一定机械组成的黏土或土壤来中和其机械成分。已证明沙质岩土中能保证乔本树 昆明理工大学2 0 0 1 级硕上学位论文 种和灌木发育的临界黏粒含量不应小于4 ，用于林业复垦的岩土黏粒成分不应 小于1 5 。进行复垦地客土时，常利用剥离的有潜在肥力的岩土和含腐殖质的 土壤层，这种客土用量相当大，中和3 0 c m 厚的沙质岩石需6 0 0 1 0 0 0m h m 2 的 重壤土 6 j 。覆土厚度依复垦方向而定，如英国农业复垦时先覆次表土3 0 e r a ，后 覆耕作层表土2 5 c m ，而环境绿化的覆土厚度为1 5 c m 。 在化学土壤改良方面，前苏联在防止排弃场的易分散物质( 沙质岩土、灰 烬等) 的侵蚀和改善其理化性质时，常采用化学改良剂。澳大利亚东海岸沙岛的 重沙矿复垦中在覆沙区先覆盖表土，后喷洒化学喷洒剂，1 年后播种树种，取得 良好效果。莫斯科附近褐煤矿区，中和酸性含硫岩土，4 0 c m 复垦层就需1 2 0 t h r n 2 的c a o 。美国s h u m a n 用锯末、石膏改良皂恢复植被也取得了良好的效果 【9 1 。此外施石灰还能显著增加6 0 c m 剖面中水分含量】，这种方法在其它许多国 家也常采用。 在施矿质肥料方面，大量资料表明，施用矿质肥料能有效地提高人工林的 生产力。世界上许多国家均有保持施用有机肥的传统，如芬兰、瑞典、丹麦等国 每年要施厩肥2 0 4 0 t h m 2 ，并种植豆科牧草【8 j 。在施肥进行土壤改良中，不少 学者对施有机肥和无机肥做了对比试验。l e i r o s 等在s p a i n 西北部露天开采煤矿 土壤恢复试验中，研究表明施用牲畜有机肥较无机肥有效，用牲畜肥处理的土壤， 植物生长迅速，土壤中微生物活性大，土壤理化性质好。b l a g a 等通过对露天采 矿地的理化性质、矿质元素、生物特性分析，提出了施肥类型及其比例哺j 。美国 s e h o e n h o h z 等研究得出有机肥改良物质能提供更加稳定的n 源i ”，此外有学者 用根瘤菌接种+ n ( 有机或无机) 十p 肥、黏土+ n + p 改良土壤，植物生长良好。作为 林业土地复垦的肥料还可利用城市垃圾和污水沉淀物。由于其富含有机物( 达7 0 ) ，并含有多种矿质营养元素，可成为提高复垦地肥力的有效物质。美国学者 s o p p e r 用城市污水淤积物恢复采矿废弃地植被，取得令人欣慰的成绩1 7 j 。立陶宛 有学者把城市污水淤积物用于复垦中，并提出了利用淤积物的指标1 7 l 。此外，波 兰也有学者把污水处理厂的淤积物用于改良土壤。 生物土壤改良方面，促进人工林生长和防止岩土风蚀的有效生物措施是在 人工林间种植豆科绿肥，引入具有固n 能力的树种。澳大利亚通过对草场草类 改善研究，推荐在复垦区建立豆科植物的草场，会很快稳定废弃堆地表，可改善 覆土的物理、化学和微生物性质，可控制水和风力侵蚀。前苏联在林业复垦实践 中，进行了小范围的试验簏用微生物肥料，已成功地应用了磷钾萤肥及复合肥技 术，此外在造林中还运用了苗根接种技术【”。匈牙利的b i r o 等也研究了根瘤菌在 复垦中侵入的变化。此外，有学者用农作物玉米，结合土壤改良，净化p b 污染 的土壤，取得了一定效果。 昆明理工人学2 0 0 1 级硕上学位论文 在粉煤灰复田改良方面，美国等一些国家除了采用石灰、化肥、覆土、种 草等方法改良土壤外，还用粉煤灰作改良剂改良土壤。粉煤灰运至复垦区后，在 地面撒均匀混在土里，提高粉煤灰的利用率。研究表明：粉煤灰可改变土壤结构， 增加土层的保水能力和孔隙度【8 】。 国岁 矿区土地复垦与生态重建重点是矿山复垦土壤的侵蚀控制研究、复垦土 壤的熟化培肥研究、矿山复垦土地重建植被技术研究、矿山废弃地的处理与复垦 技术研究等。国外的工矿区水土保持科学研究，是伴随着土地复垦研究的发展 而发展的，其重点集中在采矿业废弃地的水土保持问题上l7 1 。许多国家有专门机 构，并形成了环境、水土保持、林业、农业、采矿业、等多学科联合协作的研究 队伍。各国研究的主要内容有：发展、改进采矿机械设备和专用复垦设备：适合 于复垦的最佳设计；矿山覆盖物的剥离与处理、复垦的表土储存与铺覆技术、采 矿区稳定性及环境影响；复垦地土壤侵蚀控制技术等【1 。另外遥控技术和地理 信息系统也已广泛应用于这一领域。 近年来，国外在工程建设方面的水土保持问题也受到了重视，工矿区水土保 持已向水利工程、建筑场地、筑路、娱乐场所、城市垃圾等领域拓宽，新的水土 保持技术如石筐( g a b i o n ) 、栅格( c e l l ) 、水力播种、土壤保水( s o l lm o i s t ) 、 植物被、覆盖、生物土( b i o s o i l ) 、侵蚀控制构筑物等不断涌现，出现了向产业 化方向发展的趋势【“。 21 2 2 国内工矿区水土保持 改革丌放2 0 年来，我国土地复垦经历了从自发性零星复垦到自觉性有计划 复垦，从单一型复垦到多形式复垦，从无组织到有组织，从无法可依到有法可依 的巨大变化【9 i 。 我国矿区水土保持早在2 0 世纪5 0 年代就有个别矿山和单位自发进行一些土 地复垦工作。真正开展土地复垦科学研究仅十几年左右的时间，时间不长，但进 展较快叽土地复垦处于从试验示范阶段向推广应用阶段转变的过渡时期。土 地复垦规定实施以后，从1 9 8 9 年到1 9 9 1 年7 月，原国家土地管理局先后在河北、 江苏、山东、山西、陕西、河南、湖北、辽宁、安徽等省开展了土地复垦试点工 作，至1 9 9 2 年底己复垦土地3 3 万公顷【9 。1 9 9 1 年6 月2 9 日，颁布了中华人民 共和国水土保持法，1 9 9 3 年8 月1 日又出台了中华人民共和国水土保持法实施 办法，国家从中央到地方颁布了更加严格、完善了水土保持法律、法规和政府 规耄，健全了水土保持监督机构，加上水土保持科研与实践水平的提高，矿区水 土保持才真正走上了新的轨道【。1 9 9 4 年国家农业开发办公室和国家土地管理局 又在江苏铜山、安徽淮北、河北唐山创建了三个国家级复垦示范工程。3 。经过3 年建设，目前已通过部门验收，取得了许多方面的示范成果。除此以外，各地矿 昆驯理工人学2 0 0 1 级硕士学位论文 区为取得大面积复垦经验和不同复垦方向的技术，也建立了许多复垦试验示范基 地。复垦示范基地建设是9 0 年代复垦的基本特点。 据中国科学院地理研究所调查报告显示9 j ：1 0 年前全国矿区土地复垦率仅 为5 左右，目前则提高到1 2 。其中煤炭企业约1 0 ，黑色金属约2 3 ，有 色金属约8 ，砂金矿约2 4 。土地复垦工作的广泛开展也有力地推动了土地复 星技术理论的发展。但是，不同地区、不同行业的复垦进度还是有一定差异的。 煤矿塌陷地综合治理主要集中在我国东部高潜水位矿区，其中徐州、淮北、唐山、 平项山等矿区复垦率已达到3 0 一6 5 8 j ) 、广西平果铝矿( 复垦率7 3 ) 、 金矿( 复垦率6 9 ) 等复垦效果较好【9 】o 金属矿区复垦以河北马兰铁矿( 复垦率 江西永平铜矿( 复垦率5 5 ) 、陕西安康 复垦生物技术包括生态工程复垦技术、土壤改良的生物技术和快速植被恢复 技术。目前我国该方向研究以现场试验为主，具体方向有：复垦材料筛选、植 被品种优选以及养分配比；先锋植被的种属结构及群落特点、根系分布及生长 规律；重金属元素及盐分迁移规律：废弃物回填的立地特征、不同乔灌草的 种植条件等：生物链工程和生态重建中的平面结构、垂直结构和时间结构问题 等“。但目