巖溶地區(qū)廢棄礦山石漠化形成機制與治理分析

王文翔

(湖南省地球物理地球化學(xué)調(diào)查所， 湖南 長沙 410116)

研究區(qū)位于湖南省西南部，涵蓋雪峰山脈西南段及其周邊，橫跨沅江流域上游和資江流域上游區(qū)域，雪峰山脈西南段靜臥研究區(qū)中部，是中國地理三級臺階里第2級向第3級過渡的標(biāo)志性大山。最高點主峰蘇寶頂海拔1934 m，為資江、沅江流域分水嶺，形成了構(gòu)造剝蝕、溶蝕丘陵、崗地地貌、侵蝕構(gòu)造山地地貌、侵蝕堆積等復(fù)雜地貌。沅江流域上游包括沅江干流及其渠水、溆水、?水、辰水、巫水5個支流流域。資江流域上游包括資江干流及其邵水、夫夷水、赧水3個支流流域。區(qū)域內(nèi)礦產(chǎn)資源豐富，開采歷史悠久，現(xiàn)保留了多處歷史礦山。

1 礦山石漠化基本特點

石質(zhì)荒漠化簡稱“石漠化”，指的是在熱帶、亞熱帶以及巖溶發(fā)育過盛的自然背景下，由于人為活動導(dǎo)致地表基巖裸露或礫石堆積的一種土地退化現(xiàn)象，也是荒漠化的重要形式之一。此外，非金屬礦山的開采導(dǎo)致水土流失、石質(zhì)化，也是礦山石漠化的重要組成部分。礦山石漠化的廣泛存在破壞地形地貌景觀，出現(xiàn)地表位移、土地壓占等地質(zhì)環(huán)境問題，引發(fā)了一系列地質(zhì)災(zāi)害。區(qū)域生態(tài)環(huán)境承載力嚴(yán)重減弱，山體水源涵養(yǎng)能力降低，水土流失加劇，導(dǎo)致多數(shù)金屬礦山嚴(yán)重的環(huán)境污染和生態(tài)破壞，土壤中的有毒有害物質(zhì)將通過食物鏈危害人畜健康，進(jìn)入表生地球化學(xué)循環(huán)，造成地方疾病的蔓延。

2 廢棄礦山石漠化分布及分類

湖南巖溶土地分布區(qū)域廣泛，巖溶區(qū)土地總面積5 496 400萬m2，占全省國土總面積的25.94%。主要分布范圍涉及13個市（州）83個縣（市、區(qū)），占湖南122個縣（市、區(qū)）的68.03%，其中湘西南的湘西土家族苗族自治州、永州市，以及湘中的邵陽市、婁底市等市（州）所占比重大，總體呈現(xiàn)出西部～西南部多、東部～東北部少的分布特點。

研究區(qū)屬湖南沅江、資江上游位于湖南西南部、南方丘陵山地帶，涵蓋雪峰山脈西南段及其周邊，橫跨沅江流域上游和資江流域上游，區(qū)域國土面積48 711 km2，巖溶區(qū)面積12 128.45 km2（24.89%），主要分布于中部、東南部，巖性以碳酸鹽巖于碎屑巖互層、白云巖與灰?guī)r互層、灰?guī)r、碳酸鹽巖夾碎屑巖為主，面積分別為 3936 km2、2550 km2、2430 km2、2109 km2。

研究區(qū)2020年石漠化面積為420.6 km2，石漠化發(fā)生率3.5%，以輕度石漠化為主，面積為266.44 km2（63.3%），中度石漠化面積為 125 km2（29.7%），重度石漠化面積為 29.2 km2（6.9%）；石漠化空間分布不均，石漠化集中分布在城步縣、邵陽縣、靖州縣及武岡縣等地。相比2015年（石漠化面積551.4km2，石漠化發(fā)生率4.2%），石漠化發(fā)生率由2015年4.2%降低至2020年3.5%，年均減少3.6%。其中，沅江流域上游和資江流域上游各支流研究區(qū)巖溶地與石漠化分布詳見表1。

表1 研究區(qū)巖溶地與石漠化分布統(tǒng)計

根據(jù) 2021年自然資源部統(tǒng)一部署的歷史遺留廢棄礦山核查成果，研究區(qū)未治理歷史遺留廢棄礦山圖斑1371個，損毀總面積1602.09萬m2，主要為砂石土礦（建筑用灰?guī)r礦、建筑用砂、磚瓦用頁巖礦、黏土礦），數(shù)量900個，占比65.6%，損毀面積1141.10萬m2、占比71.2%；其次是煤礦，數(shù)量372個，占比27.1%，損毀面積320.66萬m2、占比20.0%；錳礦、釩礦、石膏礦等10類，各類數(shù)量5～41個、占比0.4%～2.6%，損毀面積均不足100萬m2、占比在 5.0%以下（見表2、表3）。礦山石漠化類型可分為砂石土礦采場、金屬礦采場及固廢堆和煤露天采場及矸石堆三類。主要集中分布于資江流域的邵水流域、資江干流、夫夷水流域、赧水流域，以及沅江流域的巫水流域、渠水流域、?水流域、溆水流域等支流域，研究區(qū)廢棄露天采石場數(shù)量點多面廣，礦業(yè)活動造成植被破壞面積 1602.09萬m2，導(dǎo)致水土流失及石漠化面積增加1280.04萬m2，礦業(yè)開發(fā)加劇了區(qū)域土地石漠化。

表2 區(qū)內(nèi)歷史遺留廢棄礦山石漠化分布情況

表3 區(qū)內(nèi)歷史遺留廢棄礦山各類型石漠化數(shù)量、面積統(tǒng)計

3 廢棄礦山石漠化形成機制分析

區(qū)域內(nèi)覆蓋層厚度小，礦山采場點多面廣，經(jīng)調(diào)查分析，區(qū)內(nèi)礦山石漠化形成機制主要有以下三方面。

（1）采礦場挖損土地造成石漠化。采場挖損造成地表土層大面積剝離，尤其是砂石礦開采，需全部清除地表土層，最終出露的全部為裸露巖體。土層全部破壞，加上巖溶地區(qū)豐富的碳酸鹽巖具有易淋溶、成土慢的特點，研究區(qū)山高坡陡、氣候溫暖、雨水豐沛而集中的自然條件，為石漠化形成提供了侵蝕動力和溶蝕條件；黏土礦采場開挖破壞土壤主要為對表層有機土層清除，導(dǎo)致土壤貧瘠化，植被無法生長，長期雨水沖刷導(dǎo)致水土流失，引起石漠化。這類石漠化是研究區(qū)的主要類型，面積約為1026.92萬m2，占比達(dá)80.2%。

（2）固體廢棄物壓占土地形成石漠化。礦山固體廢棄物壓占土地，由于廢石含量高，黏土成分少，有機質(zhì)含量低，導(dǎo)致壓占區(qū)土壤植物難以生長，導(dǎo)致石漠化。

（3）重金屬污染土地形成石漠化。煤礦及錳礦等金屬礦廢棄物含重金屬等有害元素，以不同形態(tài)儲存在其中，并通過一系列的化學(xué)反應(yīng)得以釋放，經(jīng)地表徑流、大氣傳輸和滲濾等作用直接或間接地遷移到土壤中，并通過土壤—植物系統(tǒng)進(jìn)一步轉(zhuǎn)移到植物中去，使土壤和植物中的重金屬大量富集及嚴(yán)重超標(biāo)；其次，土壤中重金屬通過一系列物理、化學(xué)和生物作用對土壤和植物產(chǎn)生毒害作用，使土壤質(zhì)量降低，植被無法正常生長，甚至死亡，在喀斯特環(huán)境背景下，易造成水土流失、巖石大面積裸露，導(dǎo)致礦山石漠化的發(fā)生。這類石漠化是研究區(qū)的次要類型，面積約253.12萬m2，占比19.8%，與南方山地丘陵帶的歷史遺留礦山規(guī)模小有關(guān)。

4 石漠化危害及治理措施

4.1 石漠化危害

研究區(qū)歷史遺留廢棄礦山普遍石漠化（見圖1），產(chǎn)生了一系列的危害，主要有以下幾點。

圖1 區(qū)域內(nèi)石漠化地形地貌表現(xiàn)

（1）生態(tài)環(huán)境遭受嚴(yán)重破壞。區(qū)內(nèi)歷史遺留廢棄礦山固體廢棄物壓占土地，嚴(yán)重破壞區(qū)內(nèi)自然景觀，植被長期難以生長，露天采場挖損嚴(yán)重破壞原始地形地貌，壞點多面廣，生態(tài)系統(tǒng)不斷退化，巖石裸露、植被破壞、森林退化，造成生態(tài)廊道破碎，局部生物多樣性迅速減少，動植物生態(tài)環(huán)境不斷退化，自然恢復(fù)難度大。

（2）礦山石漠化土壤污染嚴(yán)重。區(qū)內(nèi)歷史遺留廢棄煤、錳、釩礦山的礦涌水與散亂分布的煤矸石、廢石堆淋濾酸性廢水，通過滲濾和地表徑流污染礦山石漠化地區(qū)的土壤和水體。水土污染問題突出影響到地表植被退化和農(nóng)作物生長，農(nóng)產(chǎn)品遭受污染，進(jìn)入食物鏈，影響人類健康。

（3）社會壓力的增加。礦山石漠化的蔓延，無論是相對簡單的砂石土礦開采形成的石漠化，還是礦山周邊產(chǎn)生重金屬污染的石漠化，治理成本都大大增高。特別是重金屬污染加重的區(qū)域，不僅要加大資金投入，同時還需要加大科研投入，致使治理進(jìn)展緩慢。因此，礦山石漠化加重了當(dāng)?shù)乩习傩蘸陀嘘P(guān)政府部門的負(fù)擔(dān)，導(dǎo)致社會壓力的增加。

4.2 石漠化治理措施

牢固樹立和踐行“綠水青山就是金山銀山”的理念，尊重自然、順應(yīng)自然、保護(hù)自然，像保護(hù)眼睛一樣保護(hù)生態(tài)環(huán)境，像對待生命一樣對待生態(tài)環(huán)境。根據(jù)沅江-資江上游巖溶區(qū)各類生態(tài)系統(tǒng)的現(xiàn)實問題，遵循巖溶土地自然規(guī)律，堅持保護(hù)優(yōu)先、自然恢復(fù)為主的“山、水、田、林、湖”生態(tài)保護(hù)和修復(fù)的系統(tǒng)綜合治理思路，將生物措施、工程措施和技術(shù)措施緊密結(jié)合，因地制宜，合理布局建設(shè)內(nèi)容，宜林則林、宜灌則灌、宜草則草、宜耕則耕，實現(xiàn)標(biāo)本兼治和綜合防治。

4.2.1 地形地貌重塑治理

針對露天采場挖損及廢（矸）石堆壓占造成的地形地貌破壞，通過重塑地形地貌，減少水土流失，使原來不具備植物生長的地方重新具備植被生長的地形條件。

對面積較大的積水采坑保留為農(nóng)業(yè)灌溉用水塘，重塑為水利設(shè)施；面積較小的積水采坑及非積水采坑實施廢石（渣）回填、上覆客土重塑地形地貌；對區(qū)內(nèi)體量大且與周邊地形非常不協(xié)調(diào)的廢（矸）石堆采取分級整坡，使工作區(qū)與周邊自然地形平緩過渡，盡量具備植被重新生長的地形條件。

4.2.2 地表植被恢復(fù)治理

通過加強植樹造林建設(shè)，增大森林植被覆蓋面積，改善生態(tài)環(huán)境，有效治理石漠化。

（1）針對挖損、壓占土地破壞植被資源，以自然恢復(fù)為主，難以自然恢復(fù)的通過場地修整、覆土植樹種草等人工輔助恢復(fù)植被。

（2）非金屬礦采場植被恢復(fù)：對開采邊坡進(jìn)行削坡或分級放坡，底部進(jìn)行土地平整，場地內(nèi)修排水溝，然后進(jìn)行覆土及植被恢復(fù)，種植固碳能力強的喬木等當(dāng)?shù)貎?yōu)勢樹種。

（3）廢（矸）石堆植被恢復(fù)：在廢（矸）石堆進(jìn)行分級放坡+坡面綠化+截排水溝的治理工程，然后覆土，再根據(jù)坡度的不同可恢復(fù)為灌木林地或喬木林地。

（4）金屬礦區(qū)重金屬污染土地植被恢復(fù)：采取勘查措施對場地污染程度進(jìn)行鑒別，針對污染程度嚴(yán)重的場地栽植重金屬吸附能力強且耐旱耐貧瘠的灌木，針對污染較輕的區(qū)域種植普通的耐旱耐貧瘠的喬木。

4.2.3 土地復(fù)墾轉(zhuǎn)用

通過土地復(fù)墾和轉(zhuǎn)型利用，可以緩解區(qū)域內(nèi)用地需求，減少新增用地需求對植被的破壞及加劇水土流失和石漠化進(jìn)程的問題。

區(qū)域地處丘陵山地帶，為緩解用地矛盾，對于在無石漠化或者石漠化輕微區(qū)的砂石土礦采場、廢棄礦場、廢棄礦部等地形起伏不大且靠近村落和耕地的區(qū)域，根據(jù)場地現(xiàn)狀條件及規(guī)劃發(fā)展需求，復(fù)墾為旱地（耕地），并修建灌溉工程及生產(chǎn)道路。對現(xiàn)有建筑完好、當(dāng)?shù)厝罕娪行枨蟮目煽紤]轉(zhuǎn)型為農(nóng)用設(shè)施用地或建設(shè)用地；鄰近開發(fā)園區(qū)、城市周邊的廢棄礦區(qū)，綜合礦區(qū)屬性、當(dāng)?shù)匾?guī)劃等因素轉(zhuǎn)型為建設(shè)用地；鄰近村莊、交通條件較好且無安全隱患的廢棄礦區(qū)域轉(zhuǎn)型為農(nóng)村宅基地。

5 結(jié)論

經(jīng)過收集湘桂巖溶地湖南沅江、資江上游未治理歷史遺留廢棄礦山的分布及規(guī)模，探討了因廢棄礦山導(dǎo)致的礦山石漠化現(xiàn)象存在的事實，初步揭示廢棄礦山石漠化形成機理，對廢棄礦山石漠化治理措施提出了初步建議，并得出以下幾點認(rèn)識。

（1）研究區(qū)以往礦產(chǎn)資源開采開發(fā)利用程度高，開采種類多，歷史遺留廢棄礦山主要為砂石土礦，其次是煤礦及少量金屬礦等，分布呈點多面廣的特點。研究區(qū)屬于湘桂巖溶地區(qū)，石漠化問題尤為突出，其石漠化類型可分為砂石土礦采場、金屬礦采場及固廢堆和煤露天采場及矸石堆三類。區(qū)內(nèi)土層厚度薄，水土涵養(yǎng)能力差，水土流失敏感度高，礦山開采造成的土地挖損、壓占造成植被破壞嚴(yán)重，導(dǎo)致地表基巖裸露或礫石堆積，水土流失及石漠化面積增加，礦業(yè)開發(fā)是加劇區(qū)域土地石漠化的主要因素之一。

（2）通過對湘桂巖溶地湖南沅江、資江上游未治理歷史遺留廢棄礦山的實地調(diào)查，確認(rèn)了礦山石漠化客觀存在的事實，初步探討了礦山石漠化的形成機理及危害。根據(jù)廢棄礦山的開采方式及類型，發(fā)現(xiàn)在喀斯特環(huán)境背景下，區(qū)內(nèi)礦山石漠化形成機制主要由采礦場挖損土地（直接剝離覆蓋層的方式）導(dǎo)致礦山石漠化、固體廢棄物壓占（致土壤植物難以生長）、重金屬污染土地（重金屬在礦山環(huán)境的遷移轉(zhuǎn)化造成土壤重金屬的大量累積、重金屬對土壤和植物的毒害作用）形成石漠化，導(dǎo)致區(qū)內(nèi)生態(tài)環(huán)境遭受嚴(yán)重破壞，土壤污染嚴(yán)重，社會壓力增加，使礦山石漠化比喀斯特石漠化的危害更大。

（3）通過采用地形地貌重塑、地表植被恢復(fù)、土地復(fù)墾轉(zhuǎn)用等方式，對研究區(qū)歷史遺留廢棄礦山進(jìn)行治理，可以有效減少水土流失，減緩?fù)恋厥M(jìn)程，改善土地退化狀況，提升自然災(zāi)害防御能力，提高當(dāng)?shù)刂参锖B(yǎng)水源能力，有效恢復(fù)和改善當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，緩解治理區(qū)的生態(tài)環(huán)境壓力，減少泥沙進(jìn)入河流，維護(hù)長江流域生態(tài)安全，實現(xiàn)人類與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展。