礦山廢棄地水土保持生態(tài)恢復(fù)與重建對策分析

彭東海

（德慶縣河湖管理服務(wù)中心，廣東肇慶526600）

礦產(chǎn)資源已成為經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展高度依賴的物質(zhì)基礎(chǔ)，我國能源、工業(yè)原料和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料分別有95%以上、80%以上和70%以上來自礦產(chǎn)資源[1]。隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，人類對礦產(chǎn)資源的需求也不斷增大，礦山大規(guī)模的開采，以及開采產(chǎn)生的大量廢棄物使原有的地形、地貌和植被遭到破損，對生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重破壞，水土流失嚴(yán)重，極易誘發(fā)泥石流、山洪、沙塵暴與荒漠化等次生環(huán)境災(zāi)害，對礦區(qū)及周邊的生態(tài)安全構(gòu)成威脅，制約了采礦業(yè)和區(qū)域經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展[2]，且礦山開采對土地擾動程度大，排放廢棄物的堆放占用大量土地，治理難度大，生態(tài)恢復(fù)時間長。因此，礦山廢棄地的生態(tài)恢復(fù)與重建是礦區(qū)環(huán)境治理，發(fā)展綠色礦山不可或缺的一項任務(wù)，本文在充分查閱相關(guān)研究成果的基礎(chǔ)上，對礦山廢棄地水土保持生態(tài)恢復(fù)與重建的環(huán)境特點、影響因素和對策進(jìn)行分析，以期為礦區(qū)的環(huán)境治理和生態(tài)恢復(fù)與重建提供參考。

1 礦山廢棄地的環(huán)境特點

自然生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)與重建均以植被恢復(fù)為前提，植被恢復(fù)不僅可以構(gòu)建初始的植物群落，而且能有效改善土壤理化特性，提高土壤肥力，促進(jìn)土壤微生物和動物的恢復(fù)，從而使整個退化生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能得到恢復(fù)[3]。礦山廢棄地原有生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞，是一種特殊的退化生態(tài)系統(tǒng)，地質(zhì)結(jié)構(gòu)與外貌特征被改變，使青山綠地成為荒山禿嶺，原有植被及植物繁殖體丟失，生物棲息環(huán)境消失。礦山廢棄地通常有著極端的生境條件，主要表現(xiàn)為：土壤基質(zhì)結(jié)構(gòu)松散、缺乏水分、表面溫度過高、持水保肥能力差；而且養(yǎng)分貧瘠，缺乏植物生長所需的有機(jī)質(zhì)和營養(yǎng)元素，殘存的某些重金屬離子易對植物造成毒害，這些極大地限制植物生長和發(fā)育[4-5]。王改玲等[6]研究發(fā)現(xiàn)土壤狀況、溫度和水分等是煤礦廢棄地植被恢復(fù)的限制性因子，韓芳等[7]發(fā)現(xiàn)采石場廢棄地植被恢復(fù)的主要限制因子是土壤條件，尹金珠等[8]發(fā)現(xiàn)土壤速效養(yǎng)分、酶活性和有機(jī)質(zhì)等因子是影響植被恢復(fù)群落物種多樣性的主導(dǎo)因子。

2 礦山廢棄地水土保持生態(tài)恢復(fù)與重建的影響因素

2.1 土壤條件對生態(tài)恢復(fù)與重建的影響

礦山廢棄地水土保持生態(tài)恢復(fù)與重建的首要工作是植被的恢復(fù)與重建，土壤是植物賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，其結(jié)構(gòu)與養(yǎng)分狀況對植物的生長起著關(guān)鍵性作用，也是生態(tài)系統(tǒng)中諸多生態(tài)過程（如營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)、水分平衡和凋落物分解等）的載體，直接推動植物群落的發(fā)生、發(fā)育、演替速度和方向[9]，進(jìn)而對礦山廢棄地水土保持生態(tài)恢復(fù)及其效果產(chǎn)生重要影響。劉衛(wèi)華等[10]發(fā)現(xiàn)植被生長與土壤pH 值、堿解氮和速效磷含量有密切關(guān)系，邢慧等[11]研究表明土壤有機(jī)質(zhì)、速效鉀和全氮對植被恢復(fù)群落特征有較大影響。因此，礦山廢棄地植被恢復(fù)與重建的首要問題是對土壤進(jìn)行改良，改善土壤基質(zhì)，提高土壤肥力。

2.2 植物群落特征對生態(tài)恢復(fù)與重建的影響

物種多樣性是植物群落的基本特征，可以反映植物群落的結(jié)構(gòu)組成，體現(xiàn)群落的結(jié)構(gòu)類型、組織水平、生境差異、發(fā)展階段和穩(wěn)定程度，礦山廢棄地植被恢復(fù)與重建實質(zhì)是植物群落的次生演替，也是植物群落特征不斷變化的過程[12]。王軍等[13]研究發(fā)現(xiàn)采石場廢棄地植物群落結(jié)構(gòu)隨恢復(fù)年限的增加逐漸走向復(fù)雜。許麗等[14]調(diào)查發(fā)現(xiàn)煤礦廢棄地植物群落物種多樣性隨植被恢復(fù)年限的增加而呈上升趨勢。張艷等[15]對采石場廢棄地不同時間梯度植物群落特征研究，發(fā)現(xiàn)群落物種更替隨著恢復(fù)年限的增加而頻繁，群落整體層次性隨灌木和喬木物種的出現(xiàn)而增強(qiáng)，并逐漸趨向于穩(wěn)定群落。通過對礦山廢棄地植被恢復(fù)過程的植物物種多樣性進(jìn)行研究，能夠了解群落的結(jié)構(gòu)、功能和穩(wěn)定性，既是對植被恢復(fù)植物物種選擇及配置模式適宜性的再認(rèn)識，也是對植被恢復(fù)與重建效果的科學(xué)評價。

3 礦山廢棄地水土保持生態(tài)恢復(fù)與重建的對策

3.1 改良土壤基質(zhì)，改善土壤環(huán)境條件

土壤基質(zhì)改良是礦山廢棄地生態(tài)恢復(fù)的關(guān)鍵問題，只有土壤結(jié)構(gòu)、養(yǎng)分含量和持水保肥能力等得到相應(yīng)的改善，為植物的生長發(fā)育提供生存環(huán)境，生態(tài)恢復(fù)與重建才能進(jìn)行。

土壤基質(zhì)改良主要有物理、化學(xué)和生物方法，但物理改良和化學(xué)改良工作量大、費用高、難以管理，且效果持續(xù)時間短，不利于礦山廢棄地植被快速的恢復(fù)與重建；生物改良可分為植物改良、土壤動物改良、微生物改良和菌根生物改良，具有投資小、快速改善土壤理化性質(zhì)、減輕土壤污染和提高養(yǎng)分含量等優(yōu)勢，其中植物改良可迅速恢復(fù)礦山廢棄地植被，防治水土流失，達(dá)到生態(tài)恢復(fù)與重建的目的。馬云波等[16]、李春等[17]和李曉瑩等[18]研究均發(fā)現(xiàn)植被能有效改善土壤的理化性質(zhì)，提高土壤肥力，為植物提供良好充足的養(yǎng)分、水分、空氣和熱量等生長條件。朱佳文等[19]研究發(fā)現(xiàn)植被可提高其根際土壤有機(jī)質(zhì)、全氮含量和土壤含水率，降低了土壤pH 值，并對Zn具有較強(qiáng)的富集能力。毛海立等[20]在鉛鋅礦區(qū)發(fā)現(xiàn)地果（Ficus tikoua）表現(xiàn)出對Pb 和Cd 良好的轉(zhuǎn)運和富集特征。植被可有效改良土壤基質(zhì)，改善土壤環(huán)境條件，研究植物方法改良土壤基質(zhì)對礦山廢棄地水土保持生態(tài)恢復(fù)與重建具有重要的指導(dǎo)意義。

3.2 合理選擇植被恢復(fù)與重建的植物種類

礦山廢棄地植被恢復(fù)與重建要有適宜植物種類，由于立地條件極為惡劣，植物種類選擇的適當(dāng)與否是植被恢復(fù)成敗的關(guān)鍵因素之一，應(yīng)根據(jù)礦區(qū)極端的環(huán)境條件，選定具備耐干旱瘠薄、抗逆性好、根系發(fā)達(dá)、生長迅速、土壤培肥能力強(qiáng)和播種或栽植時成活率高等特性的植物種類[21]。

王曉春等[22]根據(jù)矸石山的土壤條件，采用TWINSPAN分類方法確定了植被恢復(fù)效果顯著的措施和適宜的植物種類。楊建軍等[23]通過植被調(diào)查研究，篩選出針茅（Stipa capillata）、黃芪（Astragalus penduliflorus）和草原苔草（Carex liparocarpos）可作為煤礦廢棄地生態(tài)恢復(fù)的先鋒植物種類。符亞儒等[24]進(jìn)行植物栽植試驗，篩選出沙地柏（Sabina vulgaris）、紫穗槐（Amorpha fruticosa）、沙蒿（Artemisia desertorum）和沙打旺（Astragalus adsurgens）等9 種適應(yīng)極端立地條件的植物種類。吳楊楊等[25]通過分析沙生植物吸收重金屬的特征，發(fā)現(xiàn)沙木蓼（Atraphaxis bracteata）和駝絨藜（Ceratoides latens）、檸條（Caragana korshinskii）和紅柳（Tamarix chinensis）對Cu 和Ni 具有明顯的超富集特性，且具有生長速度快、生物量大的特點，可作為鎳銅尾礦庫植被恢復(fù)的優(yōu)勢植物種類。王子玲等[26]對礦區(qū)立地條件進(jìn)行劃分，通過試驗和對植物生長特性及植被現(xiàn)狀的調(diào)查研究，發(fā)現(xiàn)不同立地類型區(qū)的適生植物種，進(jìn)一步明確應(yīng)首先考慮極端立地條件適應(yīng)性強(qiáng)的鄉(xiāng)土樹種作為礦山廢棄地植被恢復(fù)與重建的先鋒植物種類。

4 礦山廢棄地水土保持生態(tài)恢復(fù)與重建研究展望

礦山廢棄地水土保持生態(tài)恢復(fù)與重建的關(guān)鍵問題是土壤基質(zhì)改良，為植物的生長和發(fā)育創(chuàng)造環(huán)境條件。自然界中存在著對廢棄地極端環(huán)境具有適應(yīng)性的一些先鋒植物種類，能同時改善大氣、水體和土壤的環(huán)境質(zhì)量，研究植物生長特性，篩選出適宜的先鋒植物對礦山廢棄地的植被恢復(fù)與重建具有重要意義。另外，土壤微生物和動物的生命活動及其代謝產(chǎn)物對土壤理化性質(zhì)改善和土壤肥力的提高等方面發(fā)揮著重要作用，研究土壤微生物和動物的功能特性也是礦山廢棄地水土保持生態(tài)恢復(fù)與重建的重要研究課題。

土壤與植被是一種相互依賴和制約的關(guān)系，并隨著植物群落的演替而發(fā)生變化。在土壤-植被系統(tǒng)中，兩者的關(guān)系復(fù)雜且同時受到其它多種環(huán)境因子的影響，土壤與植被相互影響機(jī)制和演替規(guī)律目前尚不明確，需要對礦山廢棄地的植被恢復(fù)與重建開展長期定位監(jiān)測研究，才能了解恢復(fù)過程中土壤與植物群落的演替規(guī)律與作用機(jī)制，為礦山廢棄地水土保持生態(tài)恢復(fù)與重建提供科學(xué)依據(jù)。同時，植被類型影響著植物群落特征和土壤基質(zhì)改良效果，不同植物恢復(fù)模式產(chǎn)生的恢復(fù)效果存在差異，需要通過長期監(jiān)測植被恢復(fù)情況，綜合評價不同植物配置模式的植被恢復(fù)效果，才能篩選出礦山廢棄地的適宜的植物種類和恢復(fù)效果顯著的植物配置模式，加快水土保持生態(tài)恢復(fù)與重建的進(jìn)程。