生態(tài)學(xué)理念在益陽宏安南壩煤礦區(qū)生態(tài)修復(fù)工程中的應(yīng)用

王志強(qiáng)，向華浩，姚 軍，李林熙，丑琉懿，李宏歸，肖 恬，陳秋惠

(1.湖南芷蘭生態(tài)環(huán)境建設(shè)有限公司，湖南 長沙 410000；2.中南林業(yè)科技大學(xué)，湖南 長沙 410004))

1 引言

在煤礦開采過程中礦區(qū)生態(tài)環(huán)境受到了嚴(yán)重破壞，生態(tài)系統(tǒng)的功能和結(jié)構(gòu)也嚴(yán)重退化，為了改善這些地區(qū)的生態(tài)環(huán)境，恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)的功能，必須對這些礦區(qū)廢棄地進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)。對此已有較多的研究，如葛書紅在煤礦廢棄地景觀再生規(guī)劃與設(shè)計策略研究文章中，提出煤礦廢棄地景觀再生目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)離不開生態(tài)修復(fù)技術(shù)的支撐，無論是視覺形態(tài)的呈現(xiàn)，還是景觀功能的發(fā)揮，都依賴于生態(tài)修復(fù)技術(shù)，否則景觀再生將無法取得成功[1]。高坤、藺莎等在基于生態(tài)技術(shù)美學(xué)視角的礦區(qū)生態(tài)修復(fù)探索文章中，以白云鄂博礦山公園為例，從生態(tài)技術(shù)美學(xué)的角度探索其場地修復(fù)方法，探討分階段實(shí)施植物修復(fù)技術(shù)的可行性，尋求以尊重生態(tài)秩序?yàn)榛A(chǔ)的景觀表達(dá)形式，最終實(shí)現(xiàn)礦區(qū)生態(tài)重塑與景觀再生[2]。

在生態(tài)恢復(fù)過程中，為了促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展，倘若生態(tài)修復(fù)技術(shù)能得到積極有效的改善，不僅可以修補(bǔ)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)和空間肌理，而且可以提高土地使用效率和價值，并激活那些衰敗、蕭條的空間，從而促進(jìn)社會積極有序地發(fā)展。此外，在生態(tài)恢復(fù)過程中生態(tài)學(xué)理念的融入，不但能夠體現(xiàn)出景觀的美感，還可以更好地平衡生態(tài)關(guān)系[3，4]。對此，本文以益陽郝山區(qū)泥江口鎮(zhèn)安南壩礦區(qū)生態(tài)修復(fù)為例，探討其生態(tài)恢復(fù)過程中，生態(tài)學(xué)理念在地形處理、植物種類選擇、植物群落構(gòu)建、景觀設(shè)計和成本控制中的應(yīng)用。

2 生態(tài)學(xué)理念的內(nèi)涵

在人類人口數(shù)量較少時，人和自然和諧相處；但是隨著人口數(shù)量的增加，人對自然的開發(fā)利用越來越深入，對環(huán)境的影響也越來越大。為了協(xié)調(diào)人與自然之間的矛盾，促進(jìn)了生態(tài)學(xué)科的產(chǎn)生[5]。因而，生態(tài)學(xué)的目標(biāo)是在不影響環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的前提條件下，以最小的代價從環(huán)境中獲得最多的資源[6]。因而生態(tài)學(xué)理念的內(nèi)涵就是在協(xié)調(diào)好人與環(huán)境的關(guān)系同時，促進(jìn)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展，以最小的投入獲得最大的收益。

3 生態(tài)學(xué)理念在煤礦生態(tài)恢復(fù)的應(yīng)用

煤礦在開采后，礦區(qū)環(huán)境受到破壞，在煤礦開采完成后必需對其進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)。在進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)過程中必需以生態(tài)學(xué)理念進(jìn)行指導(dǎo)，以達(dá)到低成本、快速恢復(fù)生態(tài)環(huán)境，形成逐步穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)。具體體現(xiàn)在地形處理、植物種類選擇、植物群落構(gòu)建、景觀設(shè)計和成本控制等方面。

3.1 在地形處理中的應(yīng)用

生態(tài)學(xué)理念在地形處理中應(yīng)用要尊重原有場地，因地制宜處理地形。每一塊場地都有他自己獨(dú)特的歷史，時間不斷變化，場地的景象也隨之不斷變化。因此，在煤礦生態(tài)恢復(fù)時，必須尊重該場地的原有風(fēng)貌，并對其加以利用創(chuàng)造出獨(dú)特的景觀。除了可以真實(shí)地恢復(fù)場地的歷史，這種處理方法還可以節(jié)省材料，減少資源消耗，同時減少對煤礦場地原有生態(tài)環(huán)境的破壞，這是一種相對更環(huán)保的生態(tài)設(shè)計方法。

3.2 在植物種類選擇中的應(yīng)用

生態(tài)學(xué)理念在植物種類選擇中的應(yīng)用應(yīng)遵循適地適樹(適草種)、因地制宜、合理配置的原則。植物是有生命的，不同植物有不同的生長習(xí)性和生態(tài)特性。植物的生長離不開適合的生長環(huán)境，同時植物對環(huán)境起綜合的生態(tài)效應(yīng)，有一定的適應(yīng)環(huán)境的調(diào)節(jié)能力。礦區(qū)由于自身生產(chǎn)中產(chǎn)生的污染問題，使周邊環(huán)境條件往往都不是太好。因此，在這些區(qū)域進(jìn)行綠化有著特殊的意義，適地適樹、因地制宜是植物與生態(tài)環(huán)境的關(guān)系的協(xié)調(diào)，是生態(tài)學(xué)理念的重要體現(xiàn)。

3.3 在植物群落構(gòu)建中的應(yīng)用

生態(tài)學(xué)理念在植物群落構(gòu)建中應(yīng)遵循復(fù)合群落結(jié)構(gòu)和群落多樣性原則。植被恢復(fù)原則宜林則林、宜草則草、草灌優(yōu)先，恢復(fù)后的植被覆蓋率不低于當(dāng)?shù)赝愅恋刂脖桓采w率，植被類型與原有類型相似、與周邊自然景觀協(xié)調(diào)。不使用外來有害植物種進(jìn)行礦區(qū)植被恢復(fù)，避免打破生態(tài)系統(tǒng)的平衡。

3.4 在景觀設(shè)計中的應(yīng)用

生態(tài)學(xué)理念在生態(tài)學(xué)理念在景觀設(shè)計中的應(yīng)用應(yīng)遵循與周邊景觀相溶性原則。煤礦生態(tài)恢復(fù)過程中所形成的植物群落應(yīng)當(dāng)與周邊植物群落景觀相近，形成一個景觀的整體[7～9]。在特殊地段，綜合考慮生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、交通等因素，可以考慮設(shè)計觀賞性強(qiáng)的植物群落。

3.5 在成本控制中的應(yīng)用

生態(tài)學(xué)理念在成本控件中的應(yīng)用應(yīng)遵循經(jīng)濟(jì)實(shí)用、易于實(shí)施、可持續(xù)發(fā)展的原則[10]。經(jīng)濟(jì)型生態(tài)恢復(fù)是現(xiàn)在所有煤礦生態(tài)恢復(fù)過程中的特點(diǎn)，因而在生態(tài)恢復(fù)過程中應(yīng)充分利用場地現(xiàn)有的資源，降低生態(tài)恢復(fù)的成本。

4 生態(tài)學(xué)理念在益陽安南壩煤礦區(qū)生態(tài)恢復(fù)中的應(yīng)用

4.1 益陽郝山區(qū)泥江口鎮(zhèn)安南壩礦基本情況

宏安礦業(yè)煤礦位于益陽市赫山區(qū)泥江口鎮(zhèn)，地理位置圖詳見圖1，其前身為南壩礦區(qū)，開采礦種為石煤，壩區(qū)平面面積約3.5萬m2，于2011年開始大規(guī)模露天開采。經(jīng)長年雨水沖刷，礦區(qū)采礦作業(yè)面形成酸性廢礦坑，且廢水中鎘、鎳、鋅等重金屬超過污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)(GB8978-1996)，2018年11月，中央第四生態(tài)環(huán)保督察組“回頭看”將該環(huán)保污染問題列入了湖南省第一號督辦件。為全面解決該污染問題，赫山區(qū)委、區(qū)政府加快推進(jìn)礦山治理工程，對宏安礦業(yè)采礦作業(yè)面廢水進(jìn)行集中處理達(dá)標(biāo)排放后，對礦區(qū)進(jìn)行全面生態(tài)恢復(fù)，以實(shí)現(xiàn)除污水坑處純石煤坡以外所有的邊坡復(fù)綠為目標(biāo)，施工區(qū)域詳見圖2。

圖1 宏安礦業(yè)南礦區(qū)位置

4.2 存在問題

根據(jù)現(xiàn)場踏勘，采礦區(qū)中心形成了兩個較大的深坑，重金屬污染水已填滿池子，需作三級沉淀處理。礦區(qū)生態(tài)修復(fù)邊坡總面積約75000 m2，平均坡比為1∶0.25，平均海拔約70～80 m，邊坡生態(tài)修復(fù)情況險峻，生態(tài)環(huán)境脆弱，地表植被和土壤結(jié)構(gòu)都受到不同程度的破壞，削弱了原有自然邊坡的穩(wěn)定性，植被防護(hù)能力和土壤抗蝕能力降低或喪失，加劇水土流失，嚴(yán)重的水土流失將造成邊坡失穩(wěn)，極大破壞地表形態(tài)，使地表徑流形式和運(yùn)動狀態(tài)發(fā)生改變。遇強(qiáng)降雨天氣時，雨水強(qiáng)烈侵蝕裸露地表和松散堆積物后，地表徑流迅速匯集到低洼地段，最終匯入溝道并順其瀉流而下，對溝道下游的農(nóng)田造成一定影響?，F(xiàn)場現(xiàn)狀詳見圖3、圖4。

圖2 工程修復(fù)區(qū)域

圖3 治理區(qū)域整體現(xiàn)狀

圖4 部分裸露區(qū)域現(xiàn)狀

4.3 生態(tài)學(xué)理念的應(yīng)用

4.3.1 在地形處理中的應(yīng)用

礦區(qū)治理區(qū)域山體陡峭，邊坡松軟，在雨季易于滑坡和形成泥石流，施工難度較大。由于特殊的地勢地質(zhì)條件，本工程采用由上至下的治理方式，邊治理邊恢復(fù)施工場地，以避免在礦區(qū)生態(tài)修復(fù)過程中產(chǎn)生“二次污染”。礦區(qū)生態(tài)修復(fù)治理的3個區(qū)域邊坡角度差異過大，因此邊坡植被恢復(fù)技術(shù)選擇根據(jù)不同區(qū)域環(huán)境條件，針對不同邊坡坡度因地制宜進(jìn)行選擇。

(1)邊坡坡度小于30°的采石跡地，采用客土法進(jìn)行植被恢復(fù)。

(2)邊坡坡度30°～45°采用爆破造林、或改造成臺階狀造林、或采用植生袋復(fù)綠。

(3)邊坡坡度45°～60°保證邊坡穩(wěn)定前提下進(jìn)行削坡處理，采用水泥網(wǎng)格進(jìn)行生態(tài)修復(fù)。

(4)邊坡坡度60°～80°采石場陡峭巖壁，采用種植槽(爆破開槽—填土—苗木移栽)技術(shù)。也可以在石壁上沿著等高線安裝種植構(gòu)筑槽板，在板槽內(nèi)填入營養(yǎng)土，栽植喬灌藤等容器苗。并輔以草本種子的撒播，通過肥水養(yǎng)護(hù)形成穩(wěn)定的喬、灌、藤、草植被。

(5)邊坡坡度80°～90°采石場陡峭巖壁，采用粘合劑和混合植綠種子配方，噴播綠化。

(6)邊坡基本為垂直的巖面，創(chuàng)面高度低于15 m，采用藤本植物攀援或垂懸綠化，攀援植物主要有爬山虎、薜荔、絡(luò)石等，垂懸植物主要有葛藤等，創(chuàng)面高度高于15 m時可同時采用藤本植物攀援和垂懸綠化相結(jié)合的方式。

此外，針對礦區(qū)風(fēng)化石邊坡，通過掛鍍鋅網(wǎng)植入植生板，讓種植土、有機(jī)質(zhì)、纖維料、肥料等合理比例配制成的綠化基材附著面，給灌木提供正常生長的有效基質(zhì)，以保障前期灌木生長時，基材不流失，并針對不同邊坡坡度因地制宜進(jìn)行選擇邊坡植被恢復(fù)技術(shù)?，F(xiàn)場施工及邊坡修復(fù)效果詳見圖5。

圖5 現(xiàn)場施工及邊坡修復(fù)效果

尊重原有場地、因地制宜的原則。節(jié)省材料，減少資源消耗，同時減少煤礦場地原有生態(tài)環(huán)境的破壞，因地制宜處理礦區(qū)生態(tài)修復(fù)治理的問題。

4.3.2 在植物種類選擇中的應(yīng)用

植物種子選擇應(yīng)以灌木和草本植物為主，根據(jù)礦區(qū)的水文地氣候條件，為防止雨水沖刷，根據(jù)不同的季節(jié)噴灌相應(yīng)的草種植物，冷暖季型混播，暖季型選用狗牙根草、觀花的金雞菊、波斯菊，冷季型選用白三葉、黑麥草和觀花紫花苜蓿。同時應(yīng)選擇適應(yīng)當(dāng)?shù)厣L條件的種類，特別要注意抗旱性、逆性強(qiáng)的種類。播種應(yīng)以一種草籽為主，多種草籽混播，這樣各種草類在覆蓋度、生長期、抗逆性等各方面可取到優(yōu)勢互補(bǔ)的作用，增加草種的適應(yīng)性?；觳r要求加入灌木種子，如刺槐、鹽膚木、多花木蘭、坡柳等，以增加邊坡生態(tài)修復(fù)效果，但一定要注意花灌的生長特殊性，草比花灌的生長速度更快。植物配置及選用植物的要求、習(xí)性詳見表1、表2。

表1 選用灌木植物及觀賞效果

表2 選用草種植物要求

4.3.3 在植物群落構(gòu)建中的應(yīng)用

滿足環(huán)保綠化功能要求，礦區(qū)治理方案的總體思路是先將礦區(qū)裸露的地表進(jìn)行水土流失防治，然后制造適應(yīng)植物的生長環(huán)境。從“尊重自然、保護(hù)自然、恢復(fù)自然”的角度來進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)設(shè)計。在技術(shù)上盡量模擬自然界的內(nèi)在規(guī)律進(jìn)行植物配置和輔助工程設(shè)計，避免違背植物生理學(xué)、生態(tài)學(xué)的規(guī)律進(jìn)行強(qiáng)制綠化。

該礦區(qū)生態(tài)修復(fù)治理在植物群落構(gòu)建中，以本土植物為主體通過合理配置與布局，形成良好的喬、灌、藤、草、花相，喬木植物以本土喬木為主，灌木植物以刺槐、多花木蘭、鹽膚木、紫穗槐、黃花決明、黃花槐、坡柳為主，藤本植物選擇蔓延速度快、抗性強(qiáng)的油麻藤、葛藤進(jìn)行防護(hù)，草種以帶殼狗牙根、高羊茅、黑麥草、白三葉草、刺槐、多花木蘭、黃花決明、鹽膚木、坡柳及當(dāng)?shù)匦」嗄緸橹?，花灌選用大花金雞菊、波斯菊野花組合。構(gòu)建形成的該植物群落禁止使用外來物種，恢復(fù)了礦山原有生態(tài)樣貌與當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，使種植的植物能夠長期生長，與周邊自然景觀相協(xié)調(diào)。

4.3.4 在景觀設(shè)計中的應(yīng)用

礦區(qū)景觀營造要反映礦區(qū)的地域自然和景觀特色，景觀元素的適應(yīng)性改造與循環(huán)利用是切實(shí)有效的途徑。該礦區(qū)，山體較為平整，其山體層次、紋理、凹凸可與植物群落構(gòu)建結(jié)合，獨(dú)特的礦區(qū)地形，展示植物豐富的喬、灌、藤、草、花相，為礦區(qū)獨(dú)特的景觀空間。保護(hù)和弘揚(yáng)礦山廢棄地的美學(xué)價值，重塑礦山的景觀形態(tài)，重建人類與土地之間被割裂的聯(lián)系，在經(jīng)濟(jì)、生態(tài)、社會方面取得較大的效益。

4.3.5 在成本控制中的應(yīng)用

根據(jù)現(xiàn)有生態(tài)破壞現(xiàn)狀，提出的方案應(yīng)投資最少，長期有效且實(shí)施過程中易于操作。

在地形處理中，尊重原有場地、因地制宜的原則，根據(jù)不同邊坡坡度因地制宜進(jìn)行選擇邊坡植被恢復(fù)技術(shù)，節(jié)省材料，減少資源消耗，達(dá)到成本控制的效果。

在植物選擇中，為實(shí)現(xiàn)礦區(qū)生態(tài)修復(fù)，在邊坡復(fù)綠中，多采用灌木及草籽噴播，進(jìn)行良好的植物種子配比，達(dá)到成本控制的效果。其本身在植物材料選用上，灌木及草本的選用在成本上就達(dá)到了控制效果。

在土壤材料的使用中，植物對土壤的化學(xué)性質(zhì)和物理結(jié)構(gòu)也有相應(yīng)的要求。在客土材料的選擇和配比時盡量使用當(dāng)?shù)胤释粱蚴焱?。滿足植物生存要求的同時，因地制宜，當(dāng)?shù)赝寥赖倪x用，減少了購買成本及運(yùn)輸成本，達(dá)到良好的成本控制效果。

強(qiáng)調(diào)近期效果，確保長期效果。因此在該生態(tài)恢復(fù)中遵循長短結(jié)合，種養(yǎng)設(shè)計同步，堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展。避免多次修復(fù)，亦是成本控制的一種體現(xiàn)。

5 分析與結(jié)論

通過本次對礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境修復(fù)的治理實(shí)施到位后，將有效地改善區(qū)域的生態(tài)環(huán)境與景觀、人居環(huán)境及土地利用價值，為周邊居民的生產(chǎn)與生活提供一個較好環(huán)境，使礦產(chǎn)資源開發(fā)與環(huán)境發(fā)展和諧共存。

5.1 對生態(tài)環(huán)境與景觀的改善

此次對區(qū)域采礦破壞的植被進(jìn)行生態(tài)修復(fù)，使區(qū)域內(nèi)生態(tài)破壞得到妥善處置，泥土廢石等不再因雨水沖刷與淋浸向下游轉(zhuǎn)移，原來占壓的林草地得以恢復(fù)；裸露的廢石被規(guī)范并覆土還綠，區(qū)域內(nèi)土壤對水源的涵養(yǎng)能力得到提高，水土流失現(xiàn)象進(jìn)一步減少，區(qū)域內(nèi)的景觀得以改善。

5.2 對周圍人居環(huán)境的改善

目前山體滑坡已經(jīng)嚴(yán)重地影響了周圍居民的生產(chǎn)與生活，在極端天氣或發(fā)生地震等自然災(zāi)害時，山體滑坡形成的泥石流甚至?xí)?dǎo)致嚴(yán)重的生命及財產(chǎn)損失。在對礦區(qū)進(jìn)行治理后，周圍居民的安全得以保障，使居民能夠安居樂業(yè)。

5.3 恢復(fù)土地使用功能

本次礦區(qū)治理的一個主要目標(biāo)就是要恢復(fù)礦區(qū)不規(guī)范開采過程中產(chǎn)生的生態(tài)破壞，通過覆土還綠，減輕礦區(qū)的水土流失量。從長遠(yuǎn)來看，只有保證了礦業(yè)發(fā)展不影響或較小的影響當(dāng)?shù)氐耐恋厥褂眯再|(zhì)，才能確保在礦產(chǎn)資源枯竭后經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。對區(qū)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展奠定一個良好的社會環(huán)境基礎(chǔ)。

益陽郝山區(qū)泥江口鎮(zhèn)安南壩礦區(qū)生態(tài)修復(fù)工程中，礦區(qū)生態(tài)修復(fù)就是生態(tài)學(xué)理念的重要體現(xiàn)，通過生態(tài)修復(fù)恢復(fù)其原貌，建立具有自恢復(fù)能力的、健康的生態(tài)系統(tǒng)。在地形處理中，尊重原有場地、因地制宜的原則，針對不同邊坡坡度因地制宜進(jìn)行選擇植被恢復(fù)技術(shù)的選擇；在植物種類選擇中，遵循適地適樹(適草種)、因地制宜、合理配置的原則，根據(jù)礦區(qū)的水文地氣候條件，選擇抗旱性、逆性強(qiáng)的植物種類，冷暖季型混播；在植物群落構(gòu)建中，采取景觀協(xié)調(diào)的原則，以本土植物為主體通過合理配置與布局，形成良好的喬、灌、藤、草、花相，禁止使用外來物種，恢復(fù)礦山原有生態(tài)樣貌與當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性；在景觀設(shè)計中，以景觀再生的美學(xué)價值為視角，保護(hù)和弘揚(yáng)礦山廢棄地的美學(xué)價值，重塑礦山的景觀形態(tài)；在成本控制中，以經(jīng)濟(jì)實(shí)用、易于實(shí)施和可持續(xù)發(fā)展為原則，強(qiáng)調(diào)近期效果，確保長期效果。

在當(dāng)前生態(tài)文明建設(shè)背景下,礦區(qū)生態(tài)環(huán)境保護(hù)與修復(fù)成為熱點(diǎn)與焦點(diǎn)，隨著大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能(AI)的出現(xiàn)，以及信息獲取技術(shù)和工程施工設(shè)備與技術(shù)的不斷進(jìn)步,礦區(qū)生態(tài)修復(fù)技術(shù)也將逐步進(jìn)步與發(fā)展，希望今后能加強(qiáng)新材料、新技術(shù)與新方法與礦區(qū)生態(tài)修復(fù)技術(shù)的融合。