德國萊茵褐煤露天開采區(qū)景觀修復(fù)技術(shù)

茹 豪，常建國，郭翠萍，郭曉東，高 龍，張凱鋒

(山西省林業(yè)和草原科學(xué)研究院，山西 太原 030012)

萊茵褐煤露天開采區(qū)位于北威州科隆市和亞琛市之間，最早發(fā)現(xiàn)于16世紀(jì)，直到19世紀(jì)中葉才開始開發(fā)，是僅次于德國魯爾煤田的第二大煤炭生產(chǎn)基地?，F(xiàn)為德國生產(chǎn)集中化程度最高、生產(chǎn)效率最高的露天礦區(qū)，也是當(dāng)前世界上最大的褐煤-電力產(chǎn)區(qū)之一。

在萊茵褐煤露天開采區(qū)，水污染及地下水沉降、粉塵污染、汞排放、氣候變化、山體破壞、巨大礦坑、生物多樣性破壞等環(huán)保問題日益凸顯。1960年，萊茵集團(tuán)(REW)開始在萊茵褐煤開采區(qū)南部礦區(qū)進(jìn)行土地復(fù)墾，2004年中部礦區(qū)土地復(fù)墾工作結(jié)束，而北部和西部礦區(qū)的土地復(fù)墾工作計劃于2060年開始。

山西省是我國煤炭大省，露天煤礦開采對當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)和景觀環(huán)境造成了嚴(yán)重破壞，同樣也面臨著萊茵褐煤露天開采區(qū)的問題。山西省對煤礦區(qū)生態(tài)修復(fù)的研究開始于21世紀(jì)初，研究領(lǐng)域主要集中在煤礦區(qū)植被恢復(fù)、土壤改良等方面，對景觀修復(fù)的研究較少。而露天礦區(qū)的修復(fù)不僅要把土壤恢復(fù)到可利用狀態(tài)，還應(yīng)根據(jù)不同景觀分別進(jìn)行生態(tài)修復(fù)。礦區(qū)景觀生態(tài)重建是德國長期發(fā)展的目標(biāo)，學(xué)習(xí)和借鑒德國在煤礦區(qū)景觀修復(fù)方面的成熟技術(shù)和豐富經(jīng)驗，對于山西省露天煤礦開采區(qū)景觀修復(fù)具有十分重要的意義。

1 景觀修復(fù)理念

萊茵集團(tuán)對露天開采區(qū)實行混合土地復(fù)墾—景觀重構(gòu)模式，即先對礦區(qū)進(jìn)行景觀規(guī)劃，宜農(nóng)則農(nóng)，宜林則林，同時，對湖泊、河流及極端生物群落進(jìn)行景觀設(shè)計和修復(fù)，以農(nóng)林復(fù)墾為主，使生活休閑娛樂區(qū)與生態(tài)保護(hù)區(qū)協(xié)調(diào)統(tǒng)一，兼顧景觀修復(fù)與物種保護(hù)。這種修復(fù)理念得益于德國人心中強烈的生態(tài)環(huán)保意識，強調(diào)人與自然和諧，即使是重塑景觀，也致力于將森林的結(jié)構(gòu)組成、生態(tài)功能恢復(fù)到原始森林的水平。

2 景觀修復(fù)措施

先對劃分好的區(qū)域進(jìn)行本底調(diào)查和評估，根據(jù)土地用途，如，農(nóng)地、林地或特殊自然保護(hù)功能等，采取相應(yīng)的復(fù)墾措施。萊茵褐煤露天煤礦采用“分層剝離、交錯回填”工藝，將腐殖質(zhì)、表土、沙土、礫石等分類堆放，可以使被破壞的土層順序在復(fù)墾時恢復(fù)原狀，有利于植物生長。

2.1 農(nóng)業(yè)復(fù)墾

農(nóng)業(yè)復(fù)墾對土壤重構(gòu)要求較高，對較淺的開采工作面平臺和邊坡進(jìn)行處理后，分層覆蓋砂石、粉砂、壤土等，覆蓋厚度至少2 m，以保證土壤肥力。如果土壤基質(zhì)呈酸性，需根據(jù)實際情況在基底覆蓋4 t/hm2～600 t/hm2的細(xì)磨石灰改良土壤。土壤改良要求密度在1.5 g/cm3～1.6 g/cm3之間，總孔隙度至少為8%.此外，還要求復(fù)墾后農(nóng)田表面呈微波浪形，傾斜度0.5%～0.7%，以確保土壤不會積水和侵蝕。隨后采用大型撒播機(jī)施肥，主要養(yǎng)分為氮、磷、鉀，1次/a.同時，采用作物改良土壤，需時約7 a.先鋒作物首選豆科類植物，如，苜蓿、羽扇豆等，一般種植3 a，每年秋末將植物打碎翻耕，以增加土壤肥力;第4年種植大麥，第5年種植小麥，第6年種植甜菜，第7年種植土豆，在經(jīng)過專業(yè)機(jī)構(gòu)檢測合格后，才可將復(fù)墾后的農(nóng)田交付給農(nóng)民。復(fù)墾后的農(nóng)田要與周圍景觀相協(xié)調(diào)，并能與其建立生物群落網(wǎng)絡(luò)。

2.2 林業(yè)復(fù)墾

林業(yè)復(fù)墾是萊茵褐煤露天開采區(qū)最主要的景觀修復(fù)形式，約占到總面積的60%左右。林業(yè)復(fù)墾對土壤重構(gòu)的要求相對較低，通常采用由黃土或壤土、砂和礫石組成的混合土，也叫森林土(Forstboden)。黃土或壤土的比例至少為25%，整個土層厚度為4 m.該配比土壤有助于植物根系生長，有利于蓄水和提供養(yǎng)分。

萊茵褐煤露天開采區(qū)林業(yè)復(fù)墾經(jīng)歷了4個階段，1960年之前以樺樹為主，因為樺樹是一種廉價、適應(yīng)性強且生長迅速的先鋒樹種。1960年至1975年，開始大面積種植紅橡樹，1975年至1990年以種植針葉樹種為主。自1990年開始，林業(yè)復(fù)墾轉(zhuǎn)向多種植物、多層結(jié)構(gòu)、多種功能的生態(tài)化、小規(guī)模、差異化的“近自然林業(yè)”復(fù)墾模式，對景觀規(guī)劃、土壤修復(fù)、地下水和地表水保護(hù)、滿足人們休閑娛樂及美學(xué)方面都有了較高要求。萊茵褐煤露天開采區(qū)林業(yè)復(fù)墾樹種比例見表1.

表1 萊茵褐煤露天開采區(qū)林業(yè)復(fù)墾樹種比例

“近自然”人工措施包括：將不同高度的樹木和灌木作為動物棲息、筑巢或生活的區(qū)域，將樹樁和石塊作為動物筑巢和繁殖的場所，引入昆蟲和其它小動物，建造人工濕地和水池作為昆蟲、爬行動物、青蛙、蟾蜍等兩棲動物的棲息地。

林地復(fù)墾遵循以下原則：保障土壤肥力持續(xù)提高，兼顧生態(tài)、社會和經(jīng)濟(jì)效益，適地適樹、鄉(xiāng)土樹種優(yōu)先，針闊混交、多層結(jié)構(gòu)，科學(xué)設(shè)計林緣、兼顧防火，植被單元多樣化等。

2.3 濕地景觀修復(fù)

2.3.1 河流“近自然”景觀修復(fù)

礦區(qū)內(nèi)小河河面窄，河道彎曲率低，流量較小，生物多樣性低。通過采取人工拓寬河面、增加彎道、設(shè)置攔擋木、沙島等措施，使河流景觀生態(tài)得到極大改善，陸續(xù)有水鳥、水獺、草蛇等動物遷入，生物多樣性顯著提高。

2.3.2 礦坑景觀修復(fù)

露天開采通常會形成許多大小不一的礦坑，有的面積達(dá)到上千公頃，如果單純進(jìn)行土壤—植被修復(fù)，工程耗資巨大，經(jīng)濟(jì)性較差。萊茵集團(tuán)對地形地貌等進(jìn)行科學(xué)論證，因勢利導(dǎo)，采用蓄水成湖的方法將礦坑改造為人工湖景觀，并在周圍營造混交林。面積小的礦坑，通常改造為蘆葦塘、休閑區(qū)或水禽保護(hù)區(qū)；面積大的礦坑，則改造為集生活休閑娛樂與動物保護(hù)功能為一體的綜合型開放水域。其優(yōu)點為經(jīng)濟(jì)性高、規(guī)劃設(shè)計相對簡單、施工量較小；缺點是大面積的礦坑人工湖要先經(jīng)過論證，且蓄水時間較長。萊茵褐煤露天開采區(qū)三大礦坑蓄水情況見表2.

表2 大面積礦坑景觀修復(fù)概況

2.4 極端生境景觀修復(fù)

萊茵褐煤露天開采區(qū)內(nèi)的極端生境可以分為極濕、極旱、極陡3類。根據(jù)“近自然”原則，不對這3類極端生境進(jìn)行人工修復(fù)，使其自然發(fā)展。經(jīng)過觀察，3類極端生境不僅沒有繼續(xù)惡化，反而為一些特殊物種提供了棲息場所，增加了物種多樣性和景觀多樣性。

萊茵褐煤露天開采區(qū)景觀修復(fù)后，生物多樣性顯著提高。目前觀察到的動物種類高達(dá)3 000多種，植物種類達(dá)到1 300多種。景觀修復(fù)不僅提高了礦區(qū)的生態(tài)效益，而且還具有很高的社會效益。萊茵褐煤露天開采區(qū)經(jīng)常舉辦科學(xué)家研討活動、中小學(xué)生科普活動和環(huán)境保護(hù)教育活動，在一定程度上提升了公眾的環(huán)保意識。

3 借鑒與啟示

德國萊茵褐煤露天開采區(qū)的成功經(jīng)驗可以作為山西省露天煤礦景觀修復(fù)的參考。露天煤礦修復(fù)不僅要綠化土地，還要確保景觀多樣性和生物多樣性持續(xù)提升，促進(jìn)礦區(qū)的生物群落逐漸與周邊環(huán)境融合，最終形成和諧一致的生態(tài)系統(tǒng)。

3.1 健全法制體系

在進(jìn)行萊茵褐煤露天開采區(qū)景觀修復(fù)時，德國頒布了許多與礦山修復(fù)相關(guān)的法律，如，聯(lián)邦礦產(chǎn)法、聯(lián)邦自然保護(hù)法、土地保護(hù)法、水保護(hù)法、大氣保護(hù)法、森林法、狩獵法等。除了有國家級的法律規(guī)定外，州政府也頒布了相應(yīng)的州級法律法規(guī)來保障礦山修復(fù)，如，北威州的規(guī)劃法，為褐煤開采區(qū)的發(fā)展制定了特別條款。因此，萊茵集團(tuán)須編制褐煤礦區(qū)發(fā)展規(guī)劃并嚴(yán)格執(zhí)行，其中就包括礦山生態(tài)修復(fù)。此外，德國進(jìn)行礦山修復(fù)還必須遵守歐盟的相關(guān)法律法規(guī)，其中定義了特定地區(qū)或國家在土壤治理、造林目標(biāo)或農(nóng)業(yè)管理等方面的標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 建立規(guī)劃體系

德國聯(lián)邦礦產(chǎn)法規(guī)定，申請礦產(chǎn)開采必須同時上報土地復(fù)墾規(guī)劃，否則礦區(qū)將被環(huán)境保護(hù)部門依法關(guān)閉，且復(fù)墾規(guī)劃必須符合歐盟、德國和所在州對礦區(qū)的總體規(guī)劃目標(biāo)。在申請采礦前，詳細(xì)做好環(huán)境調(diào)查、土地情況調(diào)查、生物群落與物種調(diào)查等，采礦后按計劃和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行復(fù)墾。在規(guī)劃時充分考慮景觀多樣性、物種多樣性和生物群落多樣性，為更多物種提供棲息場所或保護(hù)區(qū)，以期加速這一區(qū)域內(nèi)生物與周圍生物群落網(wǎng)的交流。此外，因技術(shù)和資金等原因無法進(jìn)行景觀修復(fù)和土地復(fù)墾時，必須登記入冊，在將來條件滿足后再進(jìn)行治理。

3.3 提高公眾環(huán)保意識

德國人認(rèn)為人類是大自然的一部分，人類的行為不應(yīng)該對環(huán)境和其它生物造成威脅。在20世紀(jì)五六十年代，由于德國工業(yè)快速發(fā)展，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染和破壞，其反作用使人類身體健康甚至生命安全受到威脅。自70年代開始全社會廣泛討論環(huán)保問題，各種環(huán)保組織、動物保護(hù)組織應(yīng)運而生。聯(lián)邦環(huán)境保護(hù)法等相關(guān)法律法規(guī)也不斷完善，規(guī)范各類機(jī)構(gòu)和人們的環(huán)保行為，通過教育和宣傳不斷提高民眾的環(huán)保意識。