礦山廢棄地的恢復(fù)生態(tài)學(xué)應(yīng)用研究進(jìn)展＊

邱 媛，何際澤，楊漢彬，張良軍，張新英

（1.廣西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 廣西 南寧 530001；2.廣西師范學(xué)院， 廣西 南寧 530001）

礦山廢棄地的恢復(fù)生態(tài)學(xué)應(yīng)用研究進(jìn)展＊

邱 媛1，何際澤1，楊漢彬1，張良軍1，張新英2

（1.廣西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 廣西 南寧 530001；2.廣西師范學(xué)院， 廣西 南寧 530001）

礦產(chǎn)資源開發(fā)利用促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，另一方面也破壞了原有生態(tài)環(huán)境，恢復(fù)生態(tài)學(xué)在礦山的恢復(fù)重建中發(fā)揮了重要作用。就恢復(fù)生態(tài)學(xué)在礦山廢棄地恢復(fù)方面應(yīng)用的主要理論研究及生態(tài)恢復(fù)實(shí)踐成果進(jìn)行闡述。綜述了礦山廢棄地主要生態(tài)恢復(fù)技術(shù)、煤礦及非煤礦礦山的生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)重建，耐受性植物和超富集植物的修復(fù)作用。對植被恢復(fù)產(chǎn)品利用的安全性和恢復(fù)多樣性等提出了展望。

恢復(fù)生態(tài)學(xué)；礦山廢棄地；植被修復(fù)

0 引 言

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國礦業(yè)也發(fā)展迅速。我國95%的能源，80%以上的工業(yè)原料和70%的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料來自礦業(yè)。然而礦產(chǎn)資源開發(fā)利用，尤其露天開采，卻破壞了表土和植被，廢棄物堆放占用大量土地，破壞生態(tài)環(huán)境；礦石、廢渣等廢物中含酸性或堿性、毒性、放射性或重金屬成分，通過地表水體徑流、大氣飄塵，污染周圍環(huán)境。

礦山廢棄地土壤結(jié)構(gòu)較差，有機(jī)質(zhì)含量及植物必需的養(yǎng)分缺乏，重金屬含量偏高，pH值低或土壤鹽堿化等；植物生態(tài)破壞，生物種類減少，多樣性喪失，不利于動植物生長和活動。

運(yùn)用恢復(fù)生態(tài)學(xué)進(jìn)行礦山的恢復(fù)重建，對廢棄地植被恢復(fù)重建的可行模式與重建機(jī)理的科學(xué)研究，已成為當(dāng)前國內(nèi)外研究熱點(diǎn)。本文就恢復(fù)生態(tài)學(xué)在礦區(qū)廢棄地恢復(fù)的應(yīng)用研究進(jìn)行闡述。

1 恢復(fù)生態(tài)學(xué)及其在礦山廢棄地恢復(fù)方面應(yīng)用的主要理論研究

1.1 恢復(fù)生態(tài)學(xué)定義

恢復(fù)生態(tài)學(xué)（restoration ecology）于1980年代中興起，是研究“使受損生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能恢復(fù)到受干擾前的狀態(tài)”的理論與技術(shù)途徑的一門學(xué)科。余作岳、彭少麟提出恢復(fù)生態(tài)學(xué)是研究生態(tài)系統(tǒng)退化原因、退化生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)與重建技術(shù)與方法、生態(tài)學(xué)過程與機(jī)理的科學(xué)。國際恢復(fù)生態(tài)學(xué)會則定義生態(tài)恢復(fù)是指協(xié)助已經(jīng)退化、損害或者徹底破壞的生態(tài)系統(tǒng)回復(fù)到原來發(fā)展軌跡的過程。

1.2 生態(tài)系統(tǒng)演替

退化生態(tài)系統(tǒng)中，處于演替的初始階段，內(nèi)部極不穩(wěn)定，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)非常簡單，功能衰退，生產(chǎn)力低下，自然恢復(fù)速度慢，易受干擾，表現(xiàn)出脆弱性，多樣性低。彭少麟認(rèn)為生態(tài)演替是恢復(fù)生態(tài)學(xué)中最基礎(chǔ)和最重要的理論。礦山廢棄地是退化的生態(tài)系統(tǒng)，是一種逆行演替模式。而礦山廢棄地恢復(fù)則是將逆行演替變?yōu)轫樞醒萏妫词谷郝浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜化。

1.3 其他理論與方法

礦區(qū)廢棄地的生態(tài)恢復(fù)可在景觀尺度上進(jìn)行，使景觀的結(jié)構(gòu)和功能一致，可進(jìn)行生態(tài)農(nóng)業(yè)重建、礦業(yè)生態(tài)園區(qū)重建。生態(tài)農(nóng)業(yè)建設(shè)是建立一種物質(zhì)能量循環(huán)利用的多層次、多結(jié)構(gòu)、多功能集約經(jīng)營的共生模式。如農(nóng)－漁－禽－畜、林－果－草－魚復(fù)合農(nóng)林生態(tài)系統(tǒng)等。此外，還有生物多樣性指數(shù)、耐性定律、最小限制因子等也廣泛應(yīng)用于廢棄礦山的恢復(fù)。

2 恢復(fù)生態(tài)學(xué)原理在礦山恢復(fù)中的應(yīng)用

2.1 礦區(qū)主要生態(tài)恢復(fù)技術(shù)

（1）表層土壤改造。最好是利用原表土，因?yàn)槠渲泻斜镜刂参锏姆N子庫；或覆蓋一些含較高有機(jī)質(zhì)的無害物質(zhì)。在石漠化陡峭山坡及其它石質(zhì)邊坡等惡劣環(huán)境下，采用客土噴播、土工格室噴播、土壤改良噴播技術(shù)方法。

（2）添加營養(yǎng)物質(zhì)，添加堿性物質(zhì)以調(diào)節(jié)土壤pH值，添加肥料如有機(jī)農(nóng)家肥、碳酸鈣等，或種植豆科植物固氮，或利用蚯蚓改善土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)。

（3）生物提取有害物質(zhì)。

（4）縮短演替進(jìn)程。人工優(yōu)化選擇適地物種，按草－灌－木植物的順序進(jìn)行種植，利用豆科植物的固氮肥土作用等。

2.2 應(yīng)用實(shí)踐

2.2.1 煤礦廢棄地植被恢復(fù)

（1）表土處理措施。用黏土－粉煤灰－耕作土，石灰－矸石－耕作土等交錯回填；或是表面覆蓋熟土層，用于農(nóng)業(yè)和林業(yè)，或農(nóng)林間作；施加石灰石等肥料；或種植草本豆科植物。

（2）煤礦矸石山生態(tài)植被恢復(fù)采取多品種，多層次、喬灌花草相結(jié)合的立體配置形式。李道亮等研究建立了植被恢復(fù)品種選擇模型，確定了適用于遼寧省煤礦廢棄地的恢復(fù)植物，如刺槐，沙棘，白榆，小葉樸、艾蒿等；適用于撫順礦區(qū)矸石的植被恢復(fù)最佳樹種有火炬樹、紫穗槐、沙棘、家榆等，喬灌帶混交、喬灌叢條混交為最佳的樹種配置模式。

2.2.2 非煤礦山植被恢復(fù)重建與農(nóng)林生態(tài)系統(tǒng)

植被恢復(fù)與重建主要包括植被恢復(fù)演替、土壤生物改良和客土復(fù)墾3種模式。任海，等人和余作岳、彭少麟通過模擬試驗(yàn)，認(rèn)為熱帶嚴(yán)重退化的系統(tǒng)不能自然恢復(fù)，在人工條件下，需要40a才可恢復(fù)森林生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，生物量的恢復(fù)則要100a，地力等功能恢復(fù)則需要更長時(shí)間。土壤生物改良是人工干預(yù)的一種群落演替類型，可實(shí)現(xiàn)演替頂極林業(yè)或農(nóng)田系統(tǒng)。包官營鐵礦以礦業(yè)養(yǎng)農(nóng)業(yè)，綜合開發(fā)復(fù)墾，組建果園，改良荒山，開墾農(nóng)田、魚塘，養(yǎng)雞場等，形成了農(nóng)林牧副漁業(yè)景觀生態(tài)。周連碧研究在銅尾礦恢復(fù)地種植玉米、高粱、花生、大豆等農(nóng)作物，經(jīng)測試，其中的As，Cd，Pb含量符合食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。

2.2.3 耐受性植物和超富集植物的固定與修復(fù)作用

耐受性強(qiáng)草本和超富集植物在礦山廢棄地的研究已成為一大熱點(diǎn)。

鴨跖草、蜈蚣草是Cu的超富集植物。滇苦菜、東南景天對Cd具有異常耐性和超積累能力。滇苦菜地上部分Cd富集濃度最高達(dá)3919mg/kg。龍葵的莖葉也超積累重金屬Cd，其莖Cd含量達(dá)252.14 mg/kg，葉的為291.14mg/kg。對 Mn的超富集吸收植物有商陸，后被認(rèn)定為垂序商陸，還有狗牙根、香附子和菜蕨中，后三者M(jìn)n的含量分別達(dá)到27514、16144和11516mg/kg，是潛在的Mn超富集植物。

此外，研究發(fā)現(xiàn)了一些高耐受性的先鋒草本植物，如一些草本植物既可吸收大量單一重金屬，又能富集多種重金屬，是很好的植物修復(fù)劑。如蜈蚣草可大量吸收As和Pb；同時(shí)可大量吸收 Mn、Zn、Ni等，在修復(fù)重金屬復(fù)合污染的土壤上有較大潛力和應(yīng)用價(jià)值。

另一些草本植物能復(fù)合吸收多種重金屬，如苧麻其地上部分可富集Cd、Pb、As、Sb；其地下部分則對Cu、Zn有土壤固定修復(fù)作用。鉛鋅礦區(qū)的野菊花、旋鱗莎草、五節(jié)芒等植物地上部分生物量較大，對Cu、Cd、Pb和Zn等重金屬元素有不同程度的積累，轉(zhuǎn)運(yùn)能力較強(qiáng)。蜈蚣蕨和密蒙花、蘆葦、白芒、蒲公英、蜈蚣蕨可作為鉛鋅礦廢棄地生態(tài)恢復(fù)的先鋒物種，對Pb、Zn有較好的富集特性。

有些草本植物則對單一的重金屬富集吸收。如對Pb吸收能力較強(qiáng)的有茼麻、羽葉鬼針草、酸模等。蜈蚣草、大葉井口邊草對As的吸收能力強(qiáng)，尤其蜈蚣草，其地上部分吸收可達(dá)5070mg/kg。銅礦廢棄地植被重建的先鋒植物：原始尾礦庫中有野艾蒿、山刺玫和珍珠梅，排土場中的薹草、落葉松和大籽蒿，生活垃圾尾礦庫中的假酸漿和灰綠藜。可用白茅＋狗牙根群落和白車軸草＋野艾蒿＋一年蓬群落作為銅尾礦治理的優(yōu)選群落。白茅、馬唐、飛蓬等可作為錳礦廢棄地生態(tài)恢復(fù)的先鋒植物。

木本植物由于其生長期長，生物量大，有著不同于草本植物的優(yōu)點(diǎn)。樹種選擇主要以本地抗性強(qiáng)的植物為主。油松、華山松、側(cè)柏等和闊葉植物的刺槐、黃櫨、杜仲、法桐等可作為廢棄礦山生態(tài)恢復(fù)的主要樹種。研究發(fā)現(xiàn)，柳樹的根和葉對Cd的固定量大，對Cd有高耐受性。楊勝香等研究發(fā)現(xiàn)，錳礦區(qū)山茶科木荷葉中Mn含量高達(dá)30075.94mg/kg，富集系數(shù)為2.3，表現(xiàn)出對Mn的超富集能力。馬尾松、楊樹、柳杉等被認(rèn)為是重晶石礦礦山廢棄地植被恢復(fù)的優(yōu)良先鋒樹種，植被恢復(fù)好，森林植被覆蓋度為80%以上，枯落物覆蓋度為100%。

3 問題與展望

（1）安全性。生態(tài)恢復(fù)用于礦山修復(fù)成本低、對環(huán)境影響小、不會造成二次污染等，應(yīng)大力推廣。但礦山廢棄地重金屬及其毒性不僅影響植物的生存，影響群落演替發(fā)展，而且影響植物產(chǎn)品的安全性。應(yīng)加強(qiáng)礦山廢棄地重金屬的植物遷移轉(zhuǎn)化去除機(jī)理研究。一些研究已表明，復(fù)墾區(qū)主要經(jīng)濟(jì)作物重金屬含量超過中國食品衛(wèi)生限量標(biāo)準(zhǔn)，不宜食用。因此礦山恢復(fù)的早期不宜直接種植果樹和食用經(jīng)濟(jì)作物。

（2）目前廢棄礦山的恢復(fù)需要加強(qiáng)生物多樣性，多樣性與穩(wěn)定性的相關(guān)性研究，加強(qiáng)多種植物群落的綜合恢復(fù)研究。

（3）在一些難恢復(fù)種植食用經(jīng)濟(jì)作物群落的廢棄礦山區(qū)，可開發(fā)為某種主題的生態(tài)休閑公園。但許多生態(tài)公園植物景觀較單一，管理維護(hù)也需要加強(qiáng)。

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國家自然科學(xué)基金（40861024）；廣西教育廳項(xiàng)目（200808MS041）.

2012－07－16）

邱 媛（1972－），女，廣西博白人，副教授，博士，主要從事環(huán)境生態(tài)研究，Email：annieqiuy＠163.com；張新英（1972－），女，碩士生導(dǎo)師，主要從事礦區(qū)環(huán)境污染與人體健康研究，Email：zxytld＠sina.com。