矿山废弃地微立地条件类型划分与评价

《矿山废弃地微立地条件类型划分与评价》以华北地区采石场、铁矿、煤矿等矿山废弃地为研究对象，通过分析传统森林立地研究现状， 结合微立地条件相关因子特性及相关规律，明确了微立地理论的研究内容和方法。通过对华北地区矿山废弃地微立地条件类型进行划分和质量评价研究，提出了适宜的植被恢复技术措施。《矿山废弃地微立地条件类型划分与评价》具有较强的理论性和实践性，适用于指导复杂多样、分布零散的矿山裸露废弃地生态治理的研究工作。

《矿山废弃地微立地条件类型划分与评价》以华北地区采石场、铁矿、煤矿等矿山废弃地为研究对象，通过分析传统森林立地研究现状， 结合微立地条件相关因子特性及相关规律，明确了微立地理论的研究内容和方法。通过对华北地区矿山废弃地微立地条件类型进行划分和质量评价研究，提出了适宜的植被恢复技术措施。《矿山废弃地微立地条件类型划分与评价》具有较强的理论性和实践性，适用于指导复杂多样、分布零散的矿山裸露废弃地生态治理的研究工作。

目录
第1章 绪论 1 
1.1 矿山废弃地 1 
1.2 矿山废弃地治理 2 
1.3 立地分类研究进展 3 
第2章 微立地理论概述 7 
2.1 微立地概念 7 
2.2 微立地应用 8 
2.3 矿山废弃地微立地类型划分与评价的思路与方法 10 
2.3.1 微立地类型划分与评价的内容 11 
2.3.2 微立地类型划分与评价的原则 11 
2.3.3 微立地主要因子调查 12 
2.3.4 微立地调查数据处理 14 
第3章 微立地条件 17 
3.1 海拔与地貌 17 
3.2 坡度、坡高与坡向 17 
3.3 太阳辐射 18 
3.3.1 直接辐射日变化 18 
3.3.2 直接辐射月变化 19 
3.3.3 直接辐射与坡度 19 
3.3.4 直接辐射与坡向 20 
3.4 气温 21 
3.5 空气湿度 22 
3.6 地温 23 
3.7 降水量、蒸散量与风速 26 
3.7.1 降水量与蒸散量 26 
3.7.2 风速 26 
3.8 土壤水分 27 
3.8.1 土壤平均含水率 27 
3.8.2 坡向与含水量 28 
3.8.3 土壤深度与含水量 29
3.9 土壤理化性质 31 
3.9.1 土壤容重和孔隙率 31 
3.9.2 土壤厚度 32 
3.9.3 土壤硬度 32 
3.9.4 土壤结构 35 
3.9.5 土壤化学性质 36 
3.10 边坡稳定性 37 
3.10.1 粗糙度 37 
3.10.2 风化程度 40 
3.10.3 裂隙密度 40 
3.10.4 裂隙宽度 40 
3.10.5 裂隙填充物 41 
3.10.6 浮石与涌水 41 
3.10.7 边坡稳定性分析 41 
第4章 微立地类型划分 47 
4.1 微立地因子体系 47 
4.2 一级立地类型 47 
4.3 岩质边坡微立地类型划分 49 
4.3.1 主成分筛选 49 
4.3.2 岩质边坡微立地类型划分结果 52 
4.4 堆体边坡微立地类型划分 53 
4.4.1 主成分筛选 53 
4.4.2 堆体边坡微立地类型划分结果 55 
4.5 矿山废弃地微立地类型系统 57 
第5章 微立地质量评价 61 
5.1 微立地特性分析 61 
5.2 微立地质量评价 64 
5.2.1 指标权重 65 
5.2.2 微立地质量评价结果 66 
第6章 矿山废弃地植被恢复 71 
6.1 植被恢复目标 71 
6.2 植被恢复原则 71 
6.3 工程护坡技术 71 
6.4 植被恢复技术 74
6.4.1 植物种 74 
6.4.2 植被群落 82 
6.5 植被恢复技术建议 88 
参考文献 101 
附录1 植物名录 105 
附录2 调查因子表 111 
附录3 微立地类型典型照片 113

《矿山废弃地微立地条件类型划分与评价》以华北地区采石场、铁矿、煤矿等矿山废弃地为研究对象，通过分析传统森林立地研究现状， 结合微立地条件相关因子特性及相关规律，明确了微立地理论的研究内容和方法。通过对华北地区矿山废弃地微立地条件类型进行划分和质量评价研究，提出了适宜的植被恢复技术措施。《矿山废弃地微立地条件类型划分与评价》具有较强的理论性和实践性，适用于指导复杂多样、分布零散的矿山裸露废弃地生态治理的研究工作。

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第1章 绪论 
　　1.1 矿山废弃地 
　　可持续发展是当今社会的主题。可持续发展就是要正确处理自然资源的永续利用与废弃物排放之间的关系，强化环境的价值观念和生态道德，促进土地资源的有效利用，抑制环境污染的发生，促进经济效益、社会效益和环境效益的协调统一。 
　　在我国经济高速发展的过程中，矿山建设在给经济带来发展的同时，也带来了环境破坏的负面影响。矿区开发过程中经常产生大量的土石废弃地，导致原有的表土层和原生植被群落损毁殆尽，景观被严重破坏，以及发生一系列的环境问题，如水土流失、滑坡、泥石流、局部小气候恶化、生物链破坏等。矿山废弃地具有如下特点。 
　　（1）占用大量土地。由于矿产资源的大量开采，剥离表土，破坏原生植被，形成大面积原生裸地，矸石、碎石、低品位矿石等无序堆放占用大量宝贵的土地资源。据统计，我国20世纪50～90年代，全国各项建设用地、弃地及浪费或因灾损失的耕地中，矿山占地高达49.1%。2019年全国矿区废弃地面积达40 000 km2，并以每年330 km2的速度增加。 
　　（2）破坏生态环境与景观。无论地上开采还是地下开采，都无法避免地造成地表景观的变化。地上开采剥离表土，明显改变了采矿场的地表景观。采矿剥离表土及废石堆占压地表，破坏了植被的生长基础。地下开采造成的采空区，易引起地面塌陷，造成地面建筑、道路等设施变形破坏，直接影响区域生态景观价值和生态服务功能的正常发挥。尤其是在风景区周边的关停废弃矿山，以及交通干线两侧的可视范围内都可以看到开采留下的痕迹，破坏了整个地区环境的完整性。 
　　（3）污染周边环境。矿山的开采造成水土流失、土地沙化、地下水污染、土壤污染等一系列环境问题。矿石、废渣等固体废物中含酸性、碱性、毒性、放射性或重金属成分，通过径流和大气扩散，污染周围的土壤、水体、大气和生物环境，其影响面远远超过了废弃物堆置场的地域和空间。重金属污染是矿山废弃地普遍存在且*为严重的问题，特别是有色金属矿山废弃地常含有大量的有毒重金属。这些重金属能迅速向四周扩散并在土壤中积累，当积累达到一定量后就会对土壤植物系统产生毒害，不仅导致土壤退化、农作物产量和品质降低，还会通过径流和淋洗作用污染地表水和地下水。由于采矿占用的土地没有采取有利的恢复措施，造成土地质量下降，承载力减弱，土壤酸化、碱化、盐渍化、重金属污染、土壤板结等问题，需要花费大量人力、物力、财力去治理修复，要经过很长时间才能恢复，而且很难恢复到原有水平。矿山疏干排水及废水废渣的排放，破坏了地下水的均衡系统，导致区域性地下水位大幅度下降，水环境易发生变异甚至恶化，水资源逐步枯竭，地表水入渗或经塌陷灌入地下。矿山雨水淋滤采矿堆积的尾矿砂，下渗进入地下含水层，造成地下水的污染，废弃的坑道也可能成为地下水污染的通道。 
　　（4）存在地质灾害隐患。由于地表缺乏植物保护，坡面冲刷强度加大，土壤侵蚀加剧，水土流失严重。地下开采后形成的空间必然要由上面或周围的岩石来填补，这样往往造成地表塌陷。地表坡度的改变破坏了地表物质的平衡临界状态，容易出现裂隙、滑动，继而出现大面积的山体滑坡。一些尾矿库由于长期堆放含酸碱浓度高、颗粒细的尾矿或泥灰状废弃物，一旦设施承受不了或遇到**自然条件时，就会引发溃堤、垮坝、泥石流等灾害事故，淹没耕地，淤塞河道，损毁公路，造成严重的环境污染并威胁下游居民的生命财产安全（束文圣 等，2000）。这些灾害往往影响面积大，隐蔽性强，潜伏期长。 
　　矿山废弃地往往是裸露的，处于没有土壤层或心土层暴露、土石堆积等状态，表面缺少有机质、土壤微生物、水分等植物赖以生存的条件。尤其是裸露的堆积体，将会增加地表径流流速，带动表土运动，造成严重的水土流失。废弃物中往往富含酸性、碱性、毒性或重金属成分，通过水土运动和大气扩散就会污染水体、大气、土壤、生物系统，造成更大面积的污染影响。*终，原有生态地貌支离破碎，与周边景观格格不入，直接降低了环境的服务功能和景观的连续性、统一性。 
　　1.2 矿山废弃地治理 
　　国外一些地区较早地开展了矿山废弃地治理工作，而且各具特色，积累了很多成功经验。从20世纪30年代开始，美国就在26个州先后制定了与露天采矿有关的土地复垦方面的法规，并于1997年8月正式颁布了《露天采矿管理与恢复法》。根据该法规的要求，所有的煤矿都要进行合理的复垦（胡振琪 等，2001），矿山需要边开采边复垦，复垦率须达100%。土地复垦已经成为美国采矿工作的一部分。法国十分重视露天排土场的活化土壤，复土植草，以达到复垦新农田。治理过程经历了三个阶段：一为实验阶段，研究多种树木的效果，进行系统绿化，总结开拓生土、增加土壤肥力的经验；二为综合种植阶段，筛选出生长良好的树种进行大面积的种植试验；三为树种多样化和分阶段种植阶段，合理安排农、林业，种植一些生命力强的树木和作物。英国通过立法要求采矿后必须复垦，明确复垦资金来源。复垦土地用于农、林业，重新创造了一个合理、和谐、风景秀丽的自然环境，复垦时注意地形地貌，要形成一个完美的整体。澳大利亚是以矿业为主的国家，要求将复垦变成开采工艺的一部分，采用综合模式，多专业联合投入，由高科技指导和支持，实现了土地、环境和生态的综合恢复。德国是从20世纪20年代开始矿区修复工作，政府从法律上明确了企业要承担的治理环境、恢复生态的责任。 
　　我国的矿区生态修复工作始于20世纪50年代，是对个别矿山自发进行的一些小规模修复治理。到80年代，矿山治理工作从自发、零散状态开始转变为有组织的修复治理。1988年颁布的《土地复垦规定》和1989年颁布的《中华人民共和国环境保护法》，标志着我国矿区生态环境修复走上了法制化的轨道。但是，我国现有国营和个体矿山企业众多，因露天开采、开挖和各类废渣、废石、尾矿堆置等破坏与侵占的土地面积巨大（刘仁芙，2002），但全国土地复垦率却很低，尤其是露采矿山的生态恢复率更低，分布在城市周边、交通干线两侧及主要风景区内的废弃矿山已成为可持续发展和生态文明建设的障碍。
　　我国矿山废弃地的生态恢复工作主要经历了4个阶段：①20世纪50～60年代，以实现矿山土地可进行农业耕种为目标的植被恢复；②20世纪70～80年代，以矿山土地资源稳定与持续利用为目标的环境工程恢复工作；③20世纪90年代，在矿山废弃地基质改良方面更加重视生态学理论的运用；④21世纪以来，以矿山生态系统健康与环境安全为目标的生态恢复。由于我国矿山废弃地生态治理起步较晚，发展历程漫长，虽然近些年引进了很多新的技术和理论，但是应用时间短，没有形成全国性的开发应用技术体系，在生态治理观念、基础理论研究、工程技术开发等方面与先进发达国家都有一定的差距，主要体现在：①观念与技术落后，对矿山废弃地仍多采用传统工程防护措施，影响周边景观的融合和生态系统的恢复；②应用研究不够系统，缺乏基础理论研究，尤其是在裸露边坡立地类型对植被恢复的影响研究十分缺乏；③绿化方法不当，绿化工程质量较差，对绿化理念认识的不足往往导致快速绿化后，植被群落的不稳定和退化，不能有效地维持治理的生态效果。
　　因此，对矿山废弃地的生态治理要从思路上优化传统造林绿化的思维方式，结合现代恢复生态学、植物群落学等理论，尊重植物群落演替的自然规律，充分发挥植物的自身修复机能，增强生态的可持续性发展，减少恢复后的二次创伤。这就需要探索一种具有创新性的微立地理论和技术体系，帮助矿山废弃地生态恢复工作的有效进行。
　　1.3 立地分类研究进展
　　传统森林立地是指林业用地中体现气候、地质、地貌、土壤、水文、植被及其他生物等自然环境因子的综合作用所形成的各种不同立地条件的地段。森林立地的研究始于19世纪末，主要研究造林地的立地因子、分类、评价等内容（Bradshaw，1997）。通过森林立地研究能够选择*有生产力的造林树种和适宜的造林、育林措施，从而估算将来林地生产力及木材产量。
　　森林立地分类是指对林业用地的立地条件、宜林性质及其生产力的划分，是营林和造林的重要理论基础，可以科学地确定造林营林措施，达到造林营林的生态、经济目的。森林立地分类的研究始于18世纪末到19世纪，研究内容主要体现在以下几方面。
　　（1）植物指示途径。运用指示性植物或植物群落作为立地质量和划分立地类型的标志。在认识天然植被和土壤一致性的基础上，1926年芬兰的卡扬德提出森林类型的理论，即以林下指示性强的植物及其所反映的有代表性的森林类型为划分立地的条件，并用来估测林地生产能力。当植被未遭受破坏时，可以用植被的指示作用来划分立地类型。 
　　（2）林木生长效果途径。用地位级、立地指数、林分收获量等指标确定地力等级高低，通过野外观察，用数量化理论、逐步回归、主成分分析等数学方法找出影响生产力的主导单元划分为区域、类型区与亚区3个等级，各等级区划单元的命名主要遵循标明地理空间位置，准确体现各级区划单元主要特点，文字简明扼要且易被理解接受等原则，区域主要按地理位置或水系命名，把全国8大区域分别称为黄河上中游区域、长江上游区域、三北区域、东北区域、北方区域、南方区域、青藏高原区域、东南沿海及热带区域；类型区主要按地理区域或水系、山脉 大地貌命名，如西南高山峡谷类型区、四川盆地丘陵平原类型区、大兴安岭山地类型区等；亚区按地理位置或水系、山脉 中地貌命名，如三江平原西部亚区等。 
　　综上所述，以往几乎所有的立地分类研究都是为了进行森林经营和造林设计，所划分的立地类型都是立足宏观角度，从大尺度上对自然森林或者林业种类进一步划分和确定立地类型。但是，在对具体微型立地条件下的立地类型划分却有不足之处，森林立地类型划分过于粗糙、尺度较大，不能指导具体的绿化工作，尤其是对无林地裸露区域的立地类型，提及较少，且没有具体的系统分类，针对人为破坏的矿山废弃地的立地类型的研究就更加鲜见。 
　　我国矿山废弃地复垦的研究较多，矿山废弃地立地分类的研究相对缺乏，尤其是在结合区域特点而划分立地类型的研究少之又少。根据我国国情，深入研究矿山废弃地不同类型的生态恢复技术和模式是矿山生态恢复与重建工作的基础工作和首要问题，是提高植被成活率和生长率的重要科学措施。因此，需要一种适用于矿山废弃地立地类型的方法，这种方法应该建立在森林立地分类的基础上，既要和它们进行衔接，又要与它们有所区别，在造林前就要调查需要造林地的各项立地因子，划分立地条件类型，有针对性地采取相应的措施，才能提高绿化的成功率，收到良好的效果。