礦山生態(tài)修復(fù)的研究熱點和主流操作方式

趙曉林，程紅剛，岳本江，馬 力，馬偉虎

(1.黃河上中游管理局 西安黃河規(guī)劃設(shè)計有限公司，陜西 西安 710021；2.黃河水利科學(xué)研究院 水土保持所，河南 鄭州 450003； 3.東北林業(yè)大學(xué)，黑龍江 哈爾濱 150040)

礦產(chǎn)資源是人類生存必不可少的一種物質(zhì)資源，雖然我國的礦產(chǎn)資源相對豐富，但是能源消耗量大，這就導(dǎo)致很多礦產(chǎn)開發(fā)區(qū)出現(xiàn)過度開采的情形。開采后的危害很大，礦山生態(tài)修復(fù)迫在眉睫，我國也正在采取一系列的措施來對礦山進(jìn)行修復(fù)，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。根據(jù)礦山生態(tài)恢復(fù)的不同功能和特點，有7種模式，包括生態(tài)恢復(fù)模式、自然資源利用模式、旅游開發(fā)模式、土地復(fù)墾模式、造湖模式、垃圾處理模式和儲存模式。

1 礦山生態(tài)修復(fù)的研究熱點

1.1 應(yīng)對氣候變化的礦山生態(tài)修復(fù)新思維

全球氣候變化可能在各個層次上影響著生態(tài)系統(tǒng)及其要素。如何在礦山土地復(fù)墾及生態(tài)修復(fù)的規(guī)劃、設(shè)計、實施和管理中考慮這一影響，是礦山生態(tài)修復(fù)研究的熱點之一。研究內(nèi)容有：一是全球氣候變化導(dǎo)致的洪澇、干旱等極端自然災(zāi)害對礦山恢復(fù)的影響，以及如何運用新思維來提高生態(tài)系統(tǒng)對這些變化的適應(yīng)能力。二是氣溫的顯著變化對植被生長的影響以及物種選擇和種質(zhì)資源策略的轉(zhuǎn)變。如內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市干旱礦區(qū)植被的生態(tài)恢復(fù)面臨的主要挑戰(zhàn)是氣候變化、關(guān)鍵樹種生長緩慢和木本植物更新困難。研究表明，種子萌發(fā)閾值與降雨和溫度有關(guān)，土壤含水量的時空變化可能會限制植物生態(tài)修復(fù)的效果。三是通過長期監(jiān)測數(shù)據(jù)證明現(xiàn)有的礦區(qū)生態(tài)恢復(fù)工程是否具有恢復(fù)力[1]。如內(nèi)蒙古自治區(qū)阿拉善盟右旗局部地區(qū)氣候變化顯著，2000年以后的降雨量比2000年以前增加了10%，沙漠地區(qū)梭梭林和檸條恢復(fù)的長期記錄為測試氣候?qū)χ脖坏挠绊懱峁┝肆己玫男畔?。研究表明，氣候變化對礦山生態(tài)恢復(fù)有影響，但影響程度有限，而且礦山本身地質(zhì)條件對氣候變化也具有一定的抵抗力[2]。

1.2 修復(fù)植被與復(fù)墾土壤間的相互作用機(jī)理

當(dāng)下涉及修復(fù)植被與復(fù)墾土壤間的相互作用機(jī)理的研究也是熱點之一。研究的核心一是通過種植不同年份的植被進(jìn)一步研究植被根系對土壤理化性質(zhì)的改善作用，揭示修復(fù)植被與復(fù)墾土壤間相互影響的機(jī)理和作用；二是根據(jù)不同的復(fù)墾方法，如不同的覆蓋土厚度、土壤種類，不同的地基重建方法，對植被恢復(fù)效果進(jìn)行研究和評價；三是集中在土壤水分約束下土壤重金屬污染物向植被遷移的界面效應(yīng)及其影響、植被生長條件和景觀變化、金屬礦區(qū)復(fù)墾土壤重建及其對植被的影響等方面的研究[3]。如鄂爾多斯市伊金霍洛旗針對礦井排水對栽培的中天玫瑰和深秋紅沙棘植物重金屬含量的影響進(jìn)行研究，取得了一定的成果。

1.3 礦山生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值

隨著國家對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的關(guān)注，近年來服務(wù)價值也被運用到了礦山生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)中來。如一些礦山企業(yè)采用可持續(xù)開采和復(fù)墾相結(jié)合的方式進(jìn)行礦山生態(tài)恢復(fù)，取得了積極效果；有的礦山企業(yè)采用綜合恢復(fù)方法，包括景觀地形設(shè)計、河流重建、土壤重建、原生態(tài)動植物的再生等來創(chuàng)建微觀和宏觀棲息地，種植和恢復(fù)本地物種，并成功進(jìn)行了實踐。礦山生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值包括增加土地價值、碳匯儲量，加強(qiáng)有關(guān)各方在礦業(yè)資源開發(fā)利用方面的合作，加強(qiáng)水資源保護(hù)和改善水質(zhì)，改善生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)等。我國南方的一些省市在評估礦山生態(tài)景觀自然恢復(fù)的可行性時，就考慮了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值[4]?，F(xiàn)階段，礦山生態(tài)修復(fù)應(yīng)更加重視文化服務(wù)價值的恢復(fù)，將當(dāng)?shù)貧v史文化與現(xiàn)代文化有機(jī)結(jié)合，逐步實現(xiàn)礦山生態(tài)修復(fù)的整體服務(wù)價值。

1.4 本土物種保持與特定污染的土壤修復(fù)技術(shù)

礦山重金屬污染的控制與修復(fù)一直是人們關(guān)注的焦點。國內(nèi)礦山恢復(fù)的方法主要有隔離、土壤覆蓋、地形改造和原生植被吸收，還有就是選擇對重金屬具有高度抵抗力的植被，建立監(jiān)測土壤中重金屬移動的技術(shù)系統(tǒng)，利用無人機(jī)定期監(jiān)測重金屬污染物在現(xiàn)場的遷移[5]。

在礦山植被恢復(fù)中，應(yīng)優(yōu)先選種鄉(xiāng)土植物，并適當(dāng)引進(jìn)優(yōu)良、抗性強(qiáng)的已獲得成功種植的植物品種來增加物種多樣性。實踐證明，鄉(xiāng)土植物的適應(yīng)性更好，而外來物種在應(yīng)對氣候變化方面優(yōu)勢明顯不足。一些煤礦企業(yè)正在探索有效恢復(fù)本地植物的新方法，如鄂爾多斯市準(zhǔn)格爾旗已通過露天礦修復(fù)對本土的蒙古黃芪、紫花苜蓿和其他豆科植物的種植進(jìn)行了成功探索。實踐證明，露天礦山修復(fù)過程中大量種植草本和豆類植物可以防止水土流失，保證相對穩(wěn)定的立地條件，然而導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)破壞和水土流失等的因素依然存在[6]。

1.5 礦山生態(tài)修復(fù)監(jiān)測技術(shù)

土地復(fù)墾與生態(tài)恢復(fù)工作開展起來十分復(fù)雜。復(fù)墾與恢復(fù)結(jié)束就是植被生長、土壤質(zhì)量改善、系統(tǒng)演化和穩(wěn)定的開始，這意味著必須對礦山復(fù)墾和生態(tài)恢復(fù)進(jìn)行長期的動態(tài)監(jiān)測。只有通過長期的動態(tài)監(jiān)測，才能判斷生態(tài)修復(fù)工程的成敗，國內(nèi)礦山土地復(fù)墾生態(tài)修復(fù)存在的主要問題是缺乏有效的監(jiān)督和對生態(tài)修復(fù)項目的長期監(jiān)測[7]。

2 礦山修復(fù)主流的操作方式

2.1 生態(tài)恢復(fù)類

礦山是一個復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)。礦山生態(tài)環(huán)境問題幾乎伴隨采礦業(yè)的發(fā)展，長期的開采將不可避免地對環(huán)境造成破壞，導(dǎo)致地表土壤剝離，碎石、礦石、煤矸石及尾礦的堆積，采空區(qū)和沉陷區(qū)的形成，以及受到采礦影響而無法使用土地等，這些問題是導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境嚴(yán)重偏離自然狀態(tài)的首要因素。因此，礦山生態(tài)恢復(fù)要消除干擾，加速生物組成的變化，從而加速生態(tài)演替過程，將退化的生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)到一定的理想狀態(tài)。在恢復(fù)過程中，不僅要利用土壤動植物、土壤微生物來幫助改善土壤的理化性質(zhì)，還要根據(jù)規(guī)劃目標(biāo)選擇合適的物種進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)[8]。在整個生態(tài)恢復(fù)過程中，要清除危險的巖石，降低坡度，使沒有形成臺階的懸崖盡可能穩(wěn)定。

2.2 自然資源利用類

通過挖掘、整理和研究礦山資源，對其進(jìn)行保護(hù)和科學(xué)利用來打造礦山文化資源。以特定的煤礦為原型，從煤礦的原始面貌開始，跟蹤煤炭及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)、發(fā)展，重點展示礦業(yè)的歷史、文化，以及礦業(yè)的興起、轉(zhuǎn)型和飛躍，其核心展品由礦井開發(fā)設(shè)備和相關(guān)的文字、圖片、視頻數(shù)據(jù)組成。

2.3 旅游開發(fā)類

國家高度重視生態(tài)環(huán)境問題，嚴(yán)格控制采礦活動，逐步取締、關(guān)閉非法礦山，而礦業(yè)公司也面臨著轉(zhuǎn)型的巨大壓力。《關(guān)于支持旅游業(yè)發(fā)展用地政策的意見》(國土資規(guī)〔2015〕10號)明確提出鼓勵在廢棄工礦土地上搞旅游開發(fā)，這極大地促進(jìn)了礦業(yè)旅游的發(fā)展。國內(nèi)礦業(yè)旅游區(qū)大多是礦山關(guān)閉后經(jīng)生態(tài)恢復(fù)、治理而形成，如黃石國家礦山公園。

2.4 復(fù)墾造田類

國內(nèi)外就土地復(fù)墾技術(shù)的研究和實施由來已久，多數(shù)是通過對已開發(fā)礦山的復(fù)墾來改善當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)條件，建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田來補(bǔ)充和增加耕地面積，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)與社會效益。對適合復(fù)墾的廢棄礦山和土地進(jìn)行高質(zhì)量的地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)、復(fù)墾和土地質(zhì)量改善已成為礦山生態(tài)恢復(fù)治理的重要環(huán)節(jié)，將一直無序復(fù)墾和生態(tài)破壞嚴(yán)重的荒棄地變成高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)耕地或牧草地是近階段礦山生態(tài)修復(fù)的迫切目標(biāo)[9]。

2.5 引水造湖類

引水造湖則是通過對礦區(qū)周邊環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行管理和修復(fù)，引入達(dá)標(biāo)水源，將露天礦坑改造成湖泊。通過湖泊的作用，將礦區(qū)附近的土地慢慢轉(zhuǎn)化為肥沃的農(nóng)田、茂密的林地和藍(lán)色的水面，打造局部微生態(tài)小氣候，實現(xiàn)礦區(qū)自然環(huán)境和社會經(jīng)濟(jì)的綜合發(fā)展。

2.6 垃圾處理廠類

礦業(yè)開采過程產(chǎn)生的廢渣被隨意排放和丟棄，長期積累造成水污染和土地污染。利用廢棄礦山作為生產(chǎn)和生活垃圾處理基地，可以解決廢棄地占用、環(huán)境污染和資源回收利用等問題，進(jìn)而修復(fù)被破壞的土壤，營造大片的森林和綠地，把廢棄礦山變成綠色公園，建立一些教育、休閑和文化活動設(shè)施。這樣不僅能保留遺址的開采歷史，還使礦山得以“重生”[10]。

2.7 倉儲類

利用礦山自身地理特點發(fā)展副業(yè)，如可以將部分廢棄礦區(qū)改造成倉庫。一些廢棄礦井遠(yuǎn)離村鎮(zhèn)，無水源或水系，特別是廢棄采空區(qū)，改造后可用于化工業(yè)、醫(yī)療等行業(yè)的廢棄物存放；一些廢棄礦井圍巖穩(wěn)定，巷道相對寬敞，利用冬暖夏涼的特點，改造后可以貯藏需要在一定溫度范圍內(nèi)保存的水果、蔬菜等物品；一些廢棄露天礦山離城鎮(zhèn)近，但處在水源下游和城市的下風(fēng)向，低于周邊地形的開采沉陷區(qū)，改造后可作為城市垃圾填埋場。

3 結(jié) 語

礦山生態(tài)修復(fù)是一項非常復(fù)雜的工程，要根據(jù)修復(fù)地的實際情況選擇適宜的方法。礦山在開發(fā)后很難完全或基本恢復(fù)到原始狀態(tài)，生態(tài)恢復(fù)可以幫助礦山形成新的植被群落和生態(tài)系統(tǒng)，其中恢復(fù)牧草地、水土保持林或高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田較為常見，也是當(dāng)前主流生態(tài)恢復(fù)方式。由于不同地區(qū)氣候、土壤資源和植物種類存有差異，植被與土壤的相互作用機(jī)制十分復(fù)雜，因此要通過加大研究力度和采取有效的生態(tài)恢復(fù)方式來獲得礦山生態(tài)修復(fù)的成功經(jīng)驗。礦山生態(tài)修復(fù)不僅有機(jī)會獲得顯著的經(jīng)濟(jì)效益，而且可解決礦區(qū)勞動力就業(yè)安置等突出問題。