礦業(yè)廢棄地生態(tài)恢復(fù)材料與應(yīng)用技術(shù)研究

內(nèi)容概要

　　本書(shū)從保水劑生態(tài)恢復(fù)材料、煤炭燃燒廢棄物生態(tài)恢復(fù)基質(zhì)材料、煤矸石粉碎物生態(tài)恢復(fù)綠化基質(zhì)配比、礦業(yè)廢棄地裸露邊坡噴播綠化基質(zhì)、礦區(qū)種植槽基質(zhì)配比、礦山邊坡生態(tài)恢復(fù)苔蘚的篩選及應(yīng)用、礦業(yè)廢棄地植被分布與植物種選擇7個(gè)方面闡述礦業(yè)廢棄地生態(tài)恢復(fù)材料與應(yīng)用技術(shù)，研究成果在生態(tài)環(huán)境建設(shè)的各個(gè)領(lǐng)域有著極其廣泛的應(yīng)用前景。
　　本書(shū)既可供土地整理、礦山生態(tài)環(huán)境綜合整治、礦山植被恢復(fù)、工程綠化以及開(kāi)發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土保持領(lǐng)域的科研、生產(chǎn)、教學(xué)人員參考，也可作為環(huán)境學(xué)相關(guān)專業(yè)在校本科生、研究生學(xué)習(xí)及參考用書(shū)。

書(shū)籍目錄

叢書(shū)序
前言
第1章　緒論
　1.1　研究背景及意義
　1.2　主要研究?jī)?nèi)容
　1.3　研究概述
　　1.3.1　煤矸石山植被恢復(fù)基質(zhì)改良研究
　　1.3.2　客土噴播及噴播綠化基質(zhì)研究
　　1.3.3　邊坡生態(tài)恢復(fù)中苔蘚的資源利用研究
　　1.3.4　礦山廢棄地植被演替與植物種選擇研究
　1.4　研究區(qū)域概況
　　1.4.1　地理位置及地形地貌
　　1.4.2　氣候
　　1.4.3　土壤
　　1.4.4　植被
　參考文獻(xiàn)　　
第2章　保水劑生態(tài)恢復(fù)材料試驗(yàn)研究
　2.1　試驗(yàn)研究方法
　　2.1.1　試驗(yàn)材料與設(shè)備
　　2.1.2　試驗(yàn)設(shè)計(jì)及方法
　2.2　試驗(yàn)結(jié)果分析
　　2.2.1　不同保水劑不同用量水平對(duì)土壤水分蒸發(fā)量的影響
　　2.2.2　不同保水劑不同用量水平對(duì)試樣出苗率的影響
　　2.2.3　不同保水劑不同用量對(duì)試樣土壤硬度的影響
　2.3　結(jié)論
　參考文獻(xiàn)　　
第3章　煤炭燃燒廢棄物生態(tài)恢復(fù)基質(zhì)材料試驗(yàn)研究
　　3.1　試驗(yàn)研究方法
　　3.1.1　試驗(yàn)材料
　　3.1.2　試驗(yàn)方法
　　3.1.3　觀測(cè)指標(biāo)
　　3.2　結(jié)果與分析
　　3.2.1　基質(zhì)理化性質(zhì)分析
　　3.2.2　植物生長(zhǎng)指標(biāo)分析
　　3.3　結(jié)論
　參考文獻(xiàn)　　
第4章　煤矸石粉碎物生態(tài)恢復(fù)綠化基質(zhì)配比試驗(yàn)研究
　4.1　研究目的及技術(shù)路線
　4.2　試驗(yàn)研究方法
　　4.2.1　試驗(yàn)材料
　　4.2.2　試驗(yàn)方法
　　4.2.3　試驗(yàn)方案
　4.3　結(jié)果與分析
　　4.3.1　基質(zhì)理化性質(zhì)分析
　　4.3.2　草本植物生長(zhǎng)狀況分析
　　4.3.3　灌木生長(zhǎng)狀況分析
　　4.3.4　基質(zhì)對(duì)植物適宜性的綜合分析
　4.4　基質(zhì)施用后效益分析
　　4.4.1　經(jīng)濟(jì)效益分析
　　4.4.2　生態(tài)效益分析
　4.5　結(jié)論與討論
　　4.5.1　結(jié)論
　　4.5.2　討論
　參考文獻(xiàn)　　
第5章　礦業(yè)廢棄地裸露邊坡噴播綠化基質(zhì)試驗(yàn)研究
　5.1　研究目的及技術(shù)路線
　5.2　盆栽試驗(yàn)
　　5.2.1　試驗(yàn)評(píng)價(jià)指標(biāo)與試驗(yàn)因素的選擇
　　5.2.2　試驗(yàn)材料與分組
　　5.2.3　試驗(yàn)方法
　　5.2.4　試驗(yàn)結(jié)果與分析
　　5.2.5　最優(yōu)基質(zhì)配方篩選
　　5.2.6　試驗(yàn)結(jié)果綜合分析
　5.3　人工模擬降雨侵蝕試驗(yàn)
　　5.3.1　試驗(yàn)設(shè)備及材料
　　5.3.2　試驗(yàn)分組
　　5.3.3　試驗(yàn)方法
　　5.3.4　結(jié)果與分析
　5.4　結(jié)論
　參考文獻(xiàn)　　
第6章　礦區(qū)種植槽基質(zhì)配比試驗(yàn)研究
第7章　礦業(yè)廢棄地邊坡生態(tài)恢復(fù)苔蘚的篩選及應(yīng)用研究
第8章　礦業(yè)廢棄地植被分布規(guī)律與植物種選擇
　　　　

章節(jié)摘錄

　　第1章緒論　　1.1研究背景及意義　　根據(jù)2007年全國(guó)礦山企業(yè)礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)利用情況統(tǒng)計(jì)年報(bào)，2007年全國(guó)共有各類非油氣礦產(chǎn)企業(yè)124930個(gè)，以煤炭、建筑采料礦產(chǎn)企業(yè)最多，小型礦產(chǎn)企業(yè)占總礦產(chǎn)企業(yè)的90%以上。到2000年，全國(guó)礦區(qū)累計(jì)破壞的土地面積已達(dá)288萬(wàn)hm2，并且每年以大約4.67萬(wàn)hm2的速度增長(zhǎng)。煤礦開(kāi)采破壞的土地最為嚴(yán)重，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，僅大中型煤礦就已占地16200萬(wàn)hm2（束文圣等，2000）。煤炭開(kāi)采引起的塌陷地面積高達(dá)233萬(wàn)hm2，并且每年仍以2萬(wàn)～2.67萬(wàn)hm2的速度繼續(xù)增長(zhǎng)，采煤過(guò)程中排放的煤矸石、粉煤灰等固體廢棄物累計(jì)達(dá)7.40×108t，占?jí)焊?.33萬(wàn)～2.00萬(wàn)hm2（何書(shū)金和蘇光全，2002）。鐵礦方面，目前已建成的鐵礦產(chǎn)量上億噸，其中露天礦占90%，年剝離土巖量在2億t以上。有色金屬工業(yè)每年排放的固體廢棄物達(dá)6000多萬(wàn)噸，累計(jì)堆存量已達(dá)10億t，占用土地7萬(wàn)多公頃。采礦業(yè)中各類型占地的分布情況：采礦活動(dòng)本身占59%、排土場(chǎng)占20%、尾礦占13%、廢石堆占5%、塌陷區(qū)占3%。　　環(huán)境與發(fā)展不僅在我國(guó)也是當(dāng)前國(guó)際社會(huì)普遍關(guān)注的重大問(wèn)題，而人類生產(chǎn)活動(dòng)和經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)所依賴的重要手段――礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)和利用所引起的生態(tài)、社會(huì)及經(jīng)濟(jì)等問(wèn)題又是環(huán)境與發(fā)展的焦點(diǎn)問(wèn)題之一。采礦活動(dòng)及其廢棄物的排放不僅破壞和占用大量的土地資源，日益加劇我國(guó)人多地少的矛盾，而且礦山廢棄物的排放和堆存也帶來(lái)了一系列如土地退化、生態(tài)系統(tǒng)和景觀受到破壞、侵占土地、污染環(huán)境等影響深遠(yuǎn)的環(huán)境問(wèn)題，進(jìn)而制約了當(dāng)?shù)氐纳鐣?huì)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展，也危害到人體的健康。因此，礦業(yè)廢棄地的復(fù)墾已成為我國(guó)當(dāng)前所面臨的緊迫任務(wù)之一，也是我國(guó)實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略應(yīng)優(yōu)先關(guān)注的問(wèn)題之一。礦產(chǎn)資源的開(kāi)發(fā)利用，既為經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了重要的原材料和能源，對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到巨大的推動(dòng)作用，同時(shí)由此而產(chǎn)生的空氣污染、水體污染、土壤污染和土地荒漠化等也對(duì)環(huán)境產(chǎn)生了重大影響。不僅在我國(guó)，隨著世界各國(guó)工業(yè)化進(jìn)程的加快，環(huán)境污染和破壞造成的土地廢耕、工業(yè)廢棄地、生態(tài)系統(tǒng)失調(diào)等環(huán)境問(wèn)題已成為當(dāng)今制約社會(huì)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展，威脅人類生存的重大問(wèn)題。為此，世界各國(guó)都在積極尋求有效地解決這些問(wèn)題的方法和措施，而礦業(yè)廢棄地的植被恢復(fù)與重建對(duì)國(guó)土資源合理利用及生態(tài)環(huán)境保護(hù)均有重要意義?！　∥覈?guó)礦業(yè)廢棄地的生態(tài)恢復(fù)工作始于20世紀(jì)50年代末，但由于社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和技術(shù)等方面的原因，直到80年代這項(xiàng)工作基本還處于零星、分散、小規(guī)模和低水平的狀況。1988年我國(guó)頒布了《土地復(fù)墾規(guī)定》，使我國(guó)采礦廢棄地的生態(tài)恢復(fù)工作步入了法制化軌道，其恢復(fù)速度和質(zhì)量均有較大的提高。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1990～1995年全國(guó)累計(jì)恢復(fù)各類廢棄土地約53.3萬(wàn)hm2，其中1526家大、中型礦區(qū)恢復(fù)廢棄地約4.67萬(wàn)hm2，占全國(guó)累計(jì)礦區(qū)廢棄地面積的1.62%，但對(duì)389座鄉(xiāng)鎮(zhèn)礦區(qū)的調(diào)查表明，鄉(xiāng)鎮(zhèn)小型礦區(qū)對(duì)土地破壞十分嚴(yán)重，生態(tài)恢復(fù)率幾乎為零?？傮w上，我國(guó)各類礦山廢棄地生態(tài)恢復(fù)工作仍處于初期階段。國(guó)外的礦業(yè)廢棄地生態(tài)恢復(fù)技術(shù)研究和實(shí)施工程起步較早，特別是在歐、美等一些發(fā)達(dá)國(guó)家已有幾十年的歷史，其基礎(chǔ)研究起點(diǎn)可追溯到19世紀(jì)末期，大規(guī)模的生態(tài)恢復(fù)工程在20世紀(jì)中期普遍展開(kāi)，并在施工技術(shù)、土壤改造、政策法規(guī)、現(xiàn)場(chǎng)管理等領(lǐng)域取得了大量成果和成功的經(jīng)驗(yàn)，且各具特色?！　∥覈?guó)礦業(yè)廢棄地面積大、種類復(fù)雜，目前有80%的礦業(yè)廢棄地尚未修復(fù)（束文圣等，2000），無(wú)論是研究領(lǐng)域還是生產(chǎn)領(lǐng)域都面臨諸多難題。礦業(yè)廢棄地生態(tài)恢復(fù)目前所面臨的主要問(wèn)題有以下幾個(gè)方面：　?。?）因大量開(kāi)挖形成的礦業(yè)廢棄地其土壤物理性狀較差――缺肥、缺水，氮、磷及有機(jī)質(zhì)含量很低，造成土地貧瘠、植被退化，最終導(dǎo)致礦業(yè)區(qū)大面積人工裸地的形成，極易被雨水沖刷，加劇水土流失的發(fā)生，生態(tài)恢復(fù)難度大?！　。?）地面及邊坡開(kāi)挖影響了山體、斜坡的穩(wěn)定，往往致地面塌陷、開(kāi)裂、崩塌和滑坡等頻繁發(fā)生?！　。?）礦區(qū)廢渣主要來(lái)自采礦、選礦過(guò)程中的廢石、煤矸石和尾礦，“三廢”造成的土壤污染、水體污染、空氣污染嚴(yán)重，主要污染有：①地下及露天采礦在生產(chǎn)中會(huì)產(chǎn)生大量的如CO、CO2、NO2、SO2、H2S等有毒有害氣體，選礦生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的大量粉塵和有毒物質(zhì)；②礦區(qū)運(yùn)輸產(chǎn)生的富含重金屬物質(zhì)的廢氣、礦山工廠燃煤產(chǎn)生的濃煙及有害物質(zhì)；③廢石、煤矸石和尾礦堆積，其淋洗物直接進(jìn)入土壤，并隨降雨滲流進(jìn)入地下水，隨降雨徑流進(jìn)入地表水，使土壤和水體遭受嚴(yán)重污染?！　。?）重金屬污染嚴(yán)重。礦業(yè)廢棄地一般都存在重金屬污染問(wèn)題，稍多量的銅、鉛、鋅等就能完全阻止植物生長(zhǎng)，礦區(qū)廢棄地遭受污染后，生態(tài)恢復(fù)困難。　?。?）植被破壞嚴(yán)重。礦區(qū)森林植被的破壞主要是由于礦區(qū)工業(yè)廣場(chǎng)的建設(shè)、矸石堆放、開(kāi)山修路、地面塌陷與露天采礦剝離引起的。礦區(qū)的建設(shè)和生產(chǎn)改變了土地養(yǎng)分的初始條件，從而使植被生長(zhǎng)量下降。植物作為生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)者，它的破壞使礦區(qū)土地及其臨近地區(qū)的生物生存條件同時(shí)也遭受破壞，生物量減少，生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)受損、功能及穩(wěn)定性下降，引起水土流失和沙漠化?！　?.2主要研究?jī)?nèi)容　　針對(duì)礦業(yè)廢棄地生態(tài)恢復(fù)中存在的主要問(wèn)題，本書(shū)主要進(jìn)行了以下7個(gè)方面的研究?！　?）保水劑生態(tài)恢復(fù)材料試驗(yàn)研究　　針對(duì)礦業(yè)廢棄地土壤破壞程度嚴(yán)重、土壤水分大幅度減少，造成植物生長(zhǎng)環(huán)境極為干旱等問(wèn)題，采用兩種新型保水劑進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，研究不同保水劑的保水性能、對(duì)土壤物理性質(zhì)的改善情況及施用不同保水劑植物的生長(zhǎng)效果?！　?）煤炭燃燒廢棄物生態(tài)恢復(fù)基質(zhì)材料試驗(yàn)研究　　充分利用煤炭燃燒廢棄物爐渣和粉煤灰，同時(shí)添加秸稈，經(jīng)混合配比后得到的基質(zhì)，通過(guò)測(cè)定各基質(zhì)的理化性質(zhì)，并測(cè)定植物的出苗率、成活率和生物量，從而得到最優(yōu)基質(zhì)配比，將其作為覆蓋物，既可為廢棄礦山的生態(tài)恢復(fù)提供優(yōu)良的土壤基質(zhì)，同時(shí)也可變廢為寶，減輕煤炭燃燒廢棄物對(duì)生態(tài)環(huán)境的污染?！　?）煤矸石粉碎物生態(tài)恢復(fù)綠化基質(zhì)配比試驗(yàn)研究　　將煤矸石的粉碎物作為煤矸石山綠化基質(zhì)的主要組成部分，同時(shí)添加不同比例的土壤、保水劑、緩釋肥和菌肥，組成混合基質(zhì)，測(cè)定混合基質(zhì)的理化性質(zhì)、保水性能，觀測(cè)分析植物的成苗率、地上生物量、地下生物量、地徑、苗高等指標(biāo)，確定最優(yōu)基質(zhì)配比。進(jìn)一步研究應(yīng)用該配比基質(zhì)和采用一般基質(zhì)對(duì)煤矸石山改良效果的差異、用該基質(zhì)后可以節(jié)約的成本及在改善生態(tài)效益方面的效果?！　?）礦業(yè)廢棄地裸露邊坡噴播綠化基質(zhì)試驗(yàn)研究　　針對(duì)礦業(yè)廢棄地裸露邊坡添加噴播綠化基質(zhì)后的植被恢復(fù)能力及土壤侵蝕情況，選出幾種新型綠化基質(zhì)材料并按不同的用量混合，對(duì)不同配比噴播綠化基質(zhì)的功能和特性（基質(zhì)容重、自然含水量、孔隙度、水分常數(shù)、有機(jī)質(zhì)、pH、氮磷鉀含量等指標(biāo)）進(jìn)行測(cè)定和分析；通過(guò)盆栽試驗(yàn)測(cè)定噴播綠化基質(zhì)的保水性，高羊茅（Festucaarundinacea）和紫花苜蓿（Medicagosativa）的出苗時(shí)間、出苗率、生長(zhǎng)高度、生物量等指標(biāo)，分析保水劑、雞糞、草炭土、土壤、秸稈和速效肥的用量及比例對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)的影響；通過(guò)人工模擬降雨侵蝕試驗(yàn)測(cè)定邊坡的土壤流失量，分析黏合劑用量、雨強(qiáng)、坡度和植被對(duì)坡面土壤流失量的影響；對(duì)各試驗(yàn)指標(biāo)進(jìn)行正交試驗(yàn)的極差、方差分析，通過(guò)綜合評(píng)分法得出噴播綠化基質(zhì)的最優(yōu)配方及各影響因素的主次順序?！　?）礦區(qū)種植槽基質(zhì)配比試驗(yàn)研究　　以改善種植槽植物生長(zhǎng)的土壤環(huán)境為目的，將有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合肥、秸稈、液態(tài)地膜和保水劑4種物質(zhì)應(yīng)用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)，應(yīng)用盆栽方法種植高羊茅和紫穗槐，通過(guò)觀測(cè)基質(zhì)的保水性、水平收縮性、土壤流失量，以及高羊茅和紫穗槐的生長(zhǎng)指標(biāo)（出苗率、生長(zhǎng)高度、總生物量），分析判斷得出種植槽最優(yōu)基質(zhì)類型和最佳基質(zhì)配比。同時(shí)對(duì)紫穗槐植物進(jìn)行水分生態(tài)研究，并通過(guò)野外試驗(yàn)論證盆栽試驗(yàn)結(jié)果。可為工程實(shí)踐提供技術(shù)方法和科學(xué)理論依據(jù)?！　?）礦業(yè)廢棄地邊坡生態(tài)恢復(fù)苔蘚的篩選及應(yīng)用研究　　苔蘚具有邊坡生態(tài)恢復(fù)植物材料期望的多重特征，但苔蘚至今未真正作為生態(tài)護(hù)坡的重要植物材料而加以利用。選取北方生長(zhǎng)有苔蘚的工程廢棄邊坡，調(diào)查分析苔蘚植物的組成與生長(zhǎng)狀況，采集苔蘚種作為初代蘚種進(jìn)行耐旱試驗(yàn)。對(duì)經(jīng)過(guò)耐旱試驗(yàn)培養(yǎng)后的第一代苔蘚按照組織培養(yǎng)、土壤培養(yǎng)煉苗、大量擴(kuò)繁的技術(shù)路線，應(yīng)用正交設(shè)計(jì)，進(jìn)行最適培養(yǎng)基研究、最佳培養(yǎng)基質(zhì)篩選及最佳培養(yǎng)條件的確定。將鄉(xiāng)土草種與商品草種混合噴附于巖體上，將擴(kuò)大培養(yǎng)后的二代苔蘚――真蘚（Bryumargenteum）、叢生真蘚（B．caespitieum）、混配苔葫蘆蘚（Funariahygrometrica）、刺葉墻蘚（Weisiopsisanomala）培養(yǎng)后在溫度5～20℃、相對(duì)濕度80%的環(huán)境下保存?zhèn)溆?，以不同的組合及配比量與鄉(xiāng)土草種混合噴附于巖體上，研究苔蘚聯(lián)合鄉(xiāng)土植物在常規(guī)植物生長(zhǎng)困難地上的應(yīng)用可行性和最佳配比?！　?）礦業(yè)廢棄地植被分布規(guī)律與植物種選擇　　以礦業(yè)廢棄地植被為研究對(duì)象，在劃分立地條件的基礎(chǔ)上，對(duì)不同立地條件植被進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查。運(yùn)用組間連結(jié)法和歐幾里德直線距離平方度量法，并采用SPSS軟件，對(duì)研究區(qū)域植物群落進(jìn)行聚類分析，研究不同立地條件下植被的分布規(guī)律。按照恢復(fù)年限不同進(jìn)行分段，計(jì)算各恢復(fù)年限段每個(gè)植物種的多度、頻度、相對(duì)密度、相對(duì)頻度、相對(duì)顯著度、重要值和生態(tài)位寬度Bi值，研究不同生態(tài)恢復(fù)年限的植被分布規(guī)律，最后將每個(gè)年限劃分段的植被與周邊未經(jīng)破壞地的植被進(jìn)行相似性分析。對(duì)研究區(qū)域礦業(yè)廢棄地生態(tài)恢復(fù)過(guò)程中的植被優(yōu)勢(shì)種種間相關(guān)性和優(yōu)勢(shì)種的生態(tài)位寬度進(jìn)行分析。最后提出不同立地類型、不同海拔高度、不同恢復(fù)年限條件下礦業(yè)廢棄地生態(tài)恢復(fù)的植物配置模式?！　?.3研究概述　　1.3.1煤矸石山植被恢復(fù)基質(zhì)改良研究　　煤矸石是煤炭開(kāi)采、洗選及加工過(guò)程中排放的廢物，約占煤炭產(chǎn)量的15%。目前，我國(guó)煤矸石的綜合利用率僅為30%，除少部分被用于生產(chǎn)建筑材料或供熱發(fā)電外，更多的煤矸石堆置于礦井周圍，而且以每年1.5億～2.0億t的速度遞增，壓占耕地面積每年以300萬(wàn)～400萬(wàn)m2的速度持續(xù)增加。煤矸石長(zhǎng)期堆放，其表面會(huì)產(chǎn)生風(fēng)化，被雨水淋洗后會(huì)產(chǎn)生酸性廢水并攜帶重金屬離子滲入地下，煤矸石中還有其他物化反應(yīng)發(fā)生及氟、氨等成分析出，由此對(duì)土壤和地下水造成污染。同時(shí)煤矸石表面容易吸熱，造成煤矸石表面溫度升高，導(dǎo)致植被恢復(fù)困難。自燃的煤矸石山會(huì)帶來(lái)更加嚴(yán)重的環(huán)境污染，并對(duì)人的生命及財(cái)產(chǎn)產(chǎn)生嚴(yán)重危害，煤矸石已成為我國(guó)各種工業(yè)廢渣中排放量最大、占地最多、污染較嚴(yán)重的固體廢物。因此，進(jìn)行煤矸石廢棄地植被恢復(fù)，無(wú)論從合理利用土地資源角度還是從環(huán)境保護(hù)角度，都迫在眉睫?！　〉V山廢棄地的植被恢復(fù)一直是國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)，煤矸石山植被恢復(fù)已經(jīng)成為廢棄地植被恢復(fù)研究中的重要內(nèi)容，在煤矸石生態(tài)恢復(fù)的植被重建過(guò)程中，基質(zhì)改良是主要問(wèn)題，也是煤矸石廢棄地生態(tài)恢復(fù)中的核心問(wèn)題。煤矸石廢棄地基質(zhì)改良的材料和方法很多。由于受緯度的影響，不同地區(qū)治理煤矸石山的措施略有不同。例如，在福建等地的煤矸石山就可以不用覆蓋而直接播種，直播植物種以草本為主，生長(zhǎng)良好；而在華北地區(qū)直接播種效果差，保存率低，植物難以正常生長(zhǎng)。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，生態(tài)恢復(fù)是一種長(zhǎng)期有效的廢棄地治理措施。但是對(duì)于短期目標(biāo)，必須還要用一些短期、快速的改良措施，以保證一個(gè)良好的生態(tài)恢復(fù)效果。　　用于改良煤矸石地土壤的材料極其廣泛，如表土、化學(xué)肥料、有機(jī)廢棄物、綠肥、固氮植物及作物的秸稈等（陳建平等，2005；束文圣等，2001）。在國(guó)外，廢棄地土壤治理的方法主要有以下幾種。①覆蓋土壤：煤矸石地恢復(fù)最簡(jiǎn)單的辦法就是覆蓋土壤，但覆蓋土壤的費(fèi)用很高，因此在具體實(shí)踐中恢復(fù)的程度取決于投入的費(fèi)用，在經(jīng)濟(jì)條件較好、生態(tài)環(huán)保意識(shí)較強(qiáng)的地區(qū)較容易做到（戚家忠等，2002）。②物理處理和化學(xué)處理：一般情況下，更換或覆蓋土壤，其費(fèi)用過(guò)高，還會(huì)因異地挖土產(chǎn)生嚴(yán)重的二次水土流失。因此，實(shí)踐中還經(jīng)常采用整治煤矸石地土壤理化性質(zhì)的方法，以期改善植物的生長(zhǎng)條件，如挖松緊實(shí)的土壤、整理土壤表面。煤矸石地pH太低時(shí)，向土壤中添加堿性物質(zhì)以調(diào)整土壤的pH等。③添加營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)：一般煤矸石地缺乏氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，是植物生長(zhǎng)的限制因子之一，解決此類問(wèn)題的主要方法是添加肥料或利用具有固氮能力的豆科植物，尤其利用固氮植物和菌根植物改良廢棄地是經(jīng)濟(jì)效益與生態(tài)效益俱佳的方法。④去除有害物質(zhì)：在煤矸石地生態(tài)恢復(fù)過(guò)程中，有害物質(zhì)的毒性對(duì)植物的生長(zhǎng)起著嚴(yán)重的阻礙作用，如在重金屬污染嚴(yán)重地區(qū)，所能生長(zhǎng)的植物僅僅是那些耐重金屬污染的植物種，因此，此類煤矸石地生態(tài)重建的前提是先鋒植物必須為重金屬忍耐種并施加肥料。近年來(lái)耐重金屬污染植物種的篩選及其蘊(yùn)藏的基因資源受到科學(xué)界的普遍關(guān)注，人們開(kāi)始利用現(xiàn)代生物技術(shù)克隆耐重金屬污染的基因，試圖培育出適于在重金屬污染土壤上生長(zhǎng)的植物種類（束文圣等，2001）。⑤添加植物種：在煤矸石地恢復(fù)過(guò)程中，通過(guò)人工選擇植物種，使土壤的物理化學(xué)性質(zhì)得到改良，從而縮短植被演替的進(jìn)程，加快廢棄地的生態(tài)重建進(jìn)程（束文圣，2000；莫測(cè)輝等，2001）。在添加植物種時(shí)，最先添加的植物種往往按草本-灌木-木本植物的順序進(jìn)行，其中豆科植物的添加起著關(guān)鍵性的作用（SklenickeandLhota，2002）?！　?.3.1.1物理法改良基質(zhì)　　1）表土轉(zhuǎn)換、覆蓋表土　　表土轉(zhuǎn)換、覆蓋表土主要針對(duì)重金屬污染嚴(yán)重且多集中于地表數(shù)厘米的較淺土層，挖去污染層，用無(wú)污染客土蓋于污染土之上，以此隔離重金屬對(duì)植物生長(zhǎng)的危害，促進(jìn)植物生長(zhǎng)，增加生物量，保證成活率。此法需耗費(fèi)大量勞動(dòng)力，并需有豐富的客土資源為條件。霍宗寶等（1995）通過(guò)在煤矸石表面分別覆蓋10cm、20cm、30cm、50cm厚的土壤，種植大豆和番茄進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果表明，大豆和番茄的產(chǎn)量隨著覆土厚度的增加而增加。綜合考慮以覆土30cm為宜。段永紅等（1999）的研究表明，在覆土10cm和20cm兩種處理中，牧草根系分布有所差異。兩種處理方法豆科牧草根系下扎達(dá)70～80cm，根長(zhǎng)約1m，在土層與煤矸石層分界處附近的土層中，豆科的主根迅速由粗變細(xì)，支根細(xì)并產(chǎn)生畸變。兩種處理方法相比，覆土20cm較覆土10cm有更多的根系分布，但根系不易扎入煤矸石層。作為對(duì)照的未覆蓋區(qū)，禾本科和豆科根系下扎深度都較大，分別達(dá)35cm和1.2m，禾本科根系集中分布于25cm以內(nèi)，且根毛明顯增多；而豆科根系集中分布于40cm以內(nèi)，下層根量也明顯增多，且根系發(fā)育正常，無(wú)粗細(xì)突變現(xiàn)象。由此可知粗粒煤矸石會(huì)促使根毛增多，以擴(kuò)大根系的吸收面積，這是煤矸石層根系發(fā)育的特征。覆土3cm小區(qū)（薄層覆蓋區(qū)）根系分布狀況與對(duì)照區(qū)相同，而植被覆蓋率明顯高于對(duì)照區(qū)，產(chǎn)草量與厚層覆土區(qū)相近。由試驗(yàn)可知，覆蓋后，植物抗逆性下降，根下扎深度變淺，多集中分布于覆蓋層中，并呈水平伸展，因而不利深層水分和養(yǎng)分的吸收。覆土區(qū)則有較多的根系扎入煤矸石層，扎入煤矸石層的根系由覆土20cm、10cm到3cm依次遞增，且覆土3cm小區(qū)的根系絕大部分扎入煤矸石層?！　●T金生等（1995）在陽(yáng)泉煤矸石山種植大面積的牧草，通過(guò)對(duì)牧草根系的研究，觀察得出覆蓋黃土小區(qū)特別是覆蓋焦土后，黃土層上的牧草，發(fā)現(xiàn)幾乎所有的根系都集中分布在黃土層內(nèi)，上浮于煤矸石層上而不向下扎根。在干旱高溫季節(jié)煤矸石層嚴(yán)重影響了地上生物量及植物的正常生長(zhǎng)。煤矸石風(fēng)化小區(qū)的牧草，為了適應(yīng)其貧瘠的立地條件，滋長(zhǎng)了比在黃土中要強(qiáng)大好幾倍的根系，且根系深深扎進(jìn)了煤矸石深處，但是畝產(chǎn)量低、成活率低。在煤矸石山上種植牧草要在地面上覆蓋厚度為2～5cm的黃土層，它除能為種子發(fā)芽、幼根生長(zhǎng)提供較好的立地條件外，還可以降低地表溫度，從而提高幼苗在煤矸石山上的出苗率。整體上看，豆科牧草在成苗率、覆蓋度、生長(zhǎng)勢(shì)（產(chǎn)量）均高于禾本科牧草?；觳ケ葐尾サ拈L(zhǎng)勢(shì)好、長(zhǎng)草量高。覆蓋黃土，草種均可以出苗、開(kāi)花、結(jié)實(shí)。不覆蓋黃土，一般出苗較困難，成活率低，一旦出苗，覆蓋面積大，生長(zhǎng)健壯?！　?）覆蓋淤泥　　一些研究表明，污泥在改良煤矸石基質(zhì)中有很好的效果，主要體現(xiàn)在：施用污泥與施氮肥相比產(chǎn)量差異達(dá)極顯著水平。污泥的不同用量造成的產(chǎn)量差異不顯著，化肥的不同用量其產(chǎn)量差異也不顯著。煤矸石風(fēng)化物所含植物必需的肥料三要素（氮、磷、鉀）有效養(yǎng)分極度貧乏，即使施用磷、鉀肥料進(jìn)行對(duì)照處理，產(chǎn)量也無(wú)明顯變化，增施氮肥和污泥后，產(chǎn)量有明顯增加，因?yàn)槲勰嘀泻胸S富的氮、磷、鉀植物營(yíng)養(yǎng)物和植物所必需的其他微量元素等。此外，污泥具有可流動(dòng)性，可有效填堵由于表層煤矸石風(fēng)化造成的大孔隙。　　為尋找更有效的煤矸石山綠化技術(shù)，陽(yáng)泉礦區(qū)在煤矸石山進(jìn)行了覆蓋污泥綠化試驗(yàn)，結(jié)果表明該技術(shù)可有效減少覆蓋層的運(yùn)輸環(huán)節(jié)，降低覆蓋綠化成本和污水處理廠的處理成本，提高廢物利用率，減少二次污染，同時(shí)可提高煤矸石山表層保水性能及肥力，確保灌溉需求，可全面改善綠化植物的生長(zhǎng)環(huán)境。但也存在有害病菌的處理，輸泥管道堵塞等問(wèn)題。呂珊蘭通過(guò)覆蓋淤泥，研究煤矸石山上植物的生長(zhǎng)狀況。武冬梅等（1998）通過(guò)盆栽試驗(yàn)進(jìn)行研究分析，認(rèn)為污泥作為一種有機(jī)肥料，不僅可使葦狀高羊茅產(chǎn)量增加，煤矸石山肥力提高，更重要的是污泥可作為豐富的微生物庫(kù)源，使煤矸石山微生物區(qū)系更好地建立起來(lái)，促進(jìn)其養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化，盡快形成有機(jī)養(yǎng)料庫(kù)，使煤矸石風(fēng)化物的養(yǎng)分容量與供應(yīng)強(qiáng)度提高，最終建成一個(gè)可自我維持植被生長(zhǎng)的循環(huán)系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)煤矸石山的生態(tài)重建?！　?）覆蓋粉煤灰　　粉煤灰是一種高分散度的固相集合體，其顆粒形態(tài)主要為非晶質(zhì)相的空心微珠、無(wú)定形的碳粒、不規(guī)則的玻璃體及其他礦物碎屑。礦物組合中除一部分未燃盡的細(xì)小碳粒外，大部分是SiO2和Al2O3的固熔體，另有石英、方解石、鈣長(zhǎng)石、赤鐵礦、磁鐵礦及莫來(lái)石，還有一些殘留的煤矸石等。這些礦物一般不以單體礦物狀態(tài)存在，通常以多相集合體形式出現(xiàn)。馮金生等經(jīng)過(guò)三年（1988～1990年）的研究，初步認(rèn)為煤矸石風(fēng)化物上覆蓋的黃土和粉煤灰，可以改善植物的立地條件。一些煤礦試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)粉煤灰作為煤矸石山的覆蓋物，可成功地改良土壤，向煤矸石中摻入干粉煤灰，灰矸配比為1∶4，厚度大約25cm，覆蓋后可直接進(jìn)行種植。　　鑒于煤礦廢棄地多為采空區(qū)或塌陷區(qū)，而當(dāng)?shù)赜钟写罅康姆勖夯遥虼?，在一些煤矸石地區(qū)，可以利用粉煤灰做覆蓋材料，其上覆蓋30～40cm的黃土，進(jìn)行造林或種植農(nóng)作物，結(jié)果表明，刺槐、柳樹(shù)、泡桐和火炬樹(shù)等樹(shù)種都可以獲得正常生長(zhǎng)，尤以刺槐、柳樹(shù)生長(zhǎng)較快，其根系可以扎入粉煤灰中。　　1.3.1.2有機(jī)物法改良基質(zhì)　　利用有機(jī)改良物進(jìn)行廢棄地改良符合以廢治廢原則，有很好的經(jīng)濟(jì)效益。污水污泥、生活垃圾、泥炭及動(dòng)物糞便都被廣泛用于礦業(yè)廢棄地植被重建時(shí)的基質(zhì)改良。　　……

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