Question

自燃煤矸石山立地条件分析

Answer 1

立地条件是指与植物生长发育有关的所有生态环境因子的总称，简称为立地，也称为生境条件。煤矸石山立地条件可理解为：煤矸石山影响植物生长和发育有关的所有生态环境因子的综合。掌握造林地的立地特征及变化规律是选择适宜的绿化树种及拟定合理绿化技术措施的基础和前提。煤矸石山特别是自燃煤矸石山是由粒度较大的自燃煤矸石组成，其立地条件十分特殊，只有全面系统地掌握煤矸石山的立地条件才可能实现煤矸石山的生态重建。

一、自燃煤矸石山的高温

自燃煤矸石山表面温度达几百度，内部温度高达上千度，即使经过注浆灭火、覆土治理后的部分区域仍可达100℃之上。植物在如此高温的生境条件下很难存活。因此，高温成为自燃煤矸石山植被恢复与生态建设的主要限制因素。

二、自燃煤矸石山的地形

由于煤矸石山堆放工艺的原因，煤矸石山多为锥形或类锥形，虽然近几年许多矿区煤矸石山采用推平堆放，但是以前遗留下来的锥形煤矸石山的自然安息角高达40°左右。故煤矸石山宽阔平坦面很少，斜坡较多，每座煤矸石山占地几公顷至几十公顷。

煤矸石山一般呈锥形，坡度较大，容易导致水土流失。坡度较大也会影响到植被生态建设，增加工程成本。有条件的地方可以将坡度局部放缓，但应注意对火势的控制，特别是对处于相对燃烧不厉害的自燃煤矸石山更需注意。

三、煤矸石山的风化物养分及含盐量

煤矸石山风化速度较慢，而且风化层厚度仅为10cm左右。煤矸石一般都是粒径较大的石块，经多年风化颗粒变小，大的石块一般为10～5mm，最小的砂粒也高达0.5～1.0mm。煤矸石在风化过程中会释放部分可溶性盐，其中Cl^-、HCO₃^2-、SO₄^2-、Mg²⁺、Ca²⁺、K⁺、Na⁺等的含量和组成与内陆盐渍土的盐分含量和组成类似，呈斑状分布，可随水移动，特别是燃烧过的煤矸石山风化物含盐量很高，平均1%。因此，风化物中高浓度的盐分会导致植物因生理干旱而失水死亡（图6-3）。

图6-3 阳泉一矿煤矸石山覆土以后出现的盐结皮

由于煤矸石山表层风化物是由煤矸石风化而来，因此煤矸石山的基质，与一般土壤有着显著的区别。它的主要特征是：煤矸石中的营养元素，尤其是缺乏植物生长必需的N、P、K等元素，因而N、P、K往往是煤矸石山植被恢复的限制因素之一。如阳泉矿区280煤矸石山煤矸石中N、P、K的含量分别为0.012%～0.064%、0.035%～0.063%、0.020%～0.121%，在这种极端贫瘠的生境中，植物是很难正常生长的。

四、煤矸石的水分特点

土壤水分状况是植被生存的最敏感的限制因子，也是制约植被恢复与生态环境重建的决定性因子。煤矸石风化物具有一定的蓄水性能，可为植物提供一定的有效水，能在一定程度上满足植物对水、气的需求。因此煤矸石风化物可作植物生长的介质。煤矸石表层的风化物与黄土相比，密度相近，容重较大，表现为总孔隙度较低，进而表现为田间持水量和有效水含量最大值都较低。

地处黄土高原的山西阳泉，年降雨量较少，仅为570mm左右，而且年内分布很不均匀，主要集中在6、7、8三月，使得该区干旱和季节性干旱较为严重。由于自燃煤矸石山的物理性质、化学组分及高温等原因，水分条件较自然坡地更加恶化，阳泉280煤矸石山最低含水率仅为2.1%。干旱可以限制自燃煤矸石山的植物多样性和生产力，甚至许多植物因干旱生长不良，甚至死亡。干旱缺水能导致植物的一系列生理生化过程异常和植物生长减慢。

五、煤矸石基质的酸性

煤矸石中的硫化物氧化后产生酸性物质使得煤矸石风化物呈现强酸性，如阳泉280煤矸石山煤矸石pH值仅为2.5左右。煤矸石硫化物氧化、自燃致土壤酸化，必然对风化层土壤的物理化学、生物化学等性质产生影响，进而影响到系统中的微生物区系及植物的生长。而且在强酸性环境下，许多有害元素得以释放（图6-4）。

图6-4 阳泉一矿煤矸石中黄铁矿氧化后出现的硫

铝是煤矸石中重要的组成元素，铝多以难溶性的硅酸盐和氧化物的形式存在于煤矸石中，一般不会对植物造成伤害。然而当煤矸石风化层酸化后，无毒的难溶性铝会转变为毒性较大的可溶性铝，在形态、组织、器官以及分子水平影响植物的矿质营养代谢。另外其他有毒重金属能抑制植物体内一些保护酶的活性，导致植物细胞分裂异常，影响植物细胞超微结构，使酶蛋白变性失活，对植物的生长和发育造成一定的影响。

六、自燃煤矸石山的有毒气体

自燃煤矸石山燃烧面积大，燃烧时间可长达几十年，产生大量的SO₂、CO、NO_x、有机有毒有害气体和粉尘，严重影响煤矸石山的植物生长发育。而且SO₂、NO_x等酸性气体在一定条件下形成酸雨降落至煤矸石山表面，使煤矸石山风化层酸化，抑制植物生长。粉尘等固体污染物通常是通过擦伤叶面，阻碍阳光来影响光合作用，最终影响植物的正常生长。

七、自燃煤矸石山立地条件的主导因子分析

煤矸石山的立地条件与其他矿区废弃地一样，主要包括气候、地形、土壤（煤矸石的物理化学性质）、水文、植被条件等。但自燃煤矸石山又作为一种特殊的立地，许多自燃煤矸石的物理化学因素对植被的构建也会产生深刻影响。多数因子对植物的生长构成了胁迫，严重制约了这一特殊立地的植被建设。而且这些制约因子对植物的胁迫或危害经常产生协同作用，对植物构成交叉伤害。如煤矸石山自燃高温和干旱常常结伴而行，盐渍、干旱、高温、酸化、有毒元素等在自燃煤矸石山上往往同时存在，使得这一立地成为最严酷的生境之一。

因此，自燃煤矸石山在植被恢复工作之前，首先应分析自燃煤矸石山地表组成物质的物理化学性质，找出植物生长的主导限制因子（如高温、干旱、酸化、盐渍等），同时确定煤矸石山对植物生长的供水能力并进行分析。这是植物种类选择和确定植物栽培方式的最基础工作。综上，自燃煤矸石山立地条件的主导因子主要包括：

1）煤矸石山风化层及内部温度；

2）煤矸石山的化学性质，包括酸度、pH、含硫量、潜在产酸潜力、发热量、重金属等有毒元素含量等；

3）煤矸石山的物理和水分物理特征，包括煤矸石山的容重、孔隙度、粒径级配、持水能力、渗透性能等土壤物理和水分物理特征；

4）煤矸石的有机质、大量元素（氮、磷、钾、钙、镁）、微量元素（铁、锰、锌、铜、硼等）等营养特征；

5）煤矸石山坡度等地形条件。