提高礦山生態(tài)修復(fù)質(zhì)量與碳匯能力的探索與思考

楊彩霞

（河北省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第一地質(zhì)大隊(duì) 河北 邯鄲 056000）

河北省邯鄲市為重工業(yè)城市，礦產(chǎn)資源的開發(fā)利用為國(guó)家的經(jīng)濟(jì)建設(shè)做出了積極的貢獻(xiàn)。但礦業(yè)開采活動(dòng)對(duì)生態(tài)環(huán)境也造成了一定程度的破壞，特別是用灰?guī)r礦等露天礦山開采建筑石料，以挖損和壓占的方式對(duì)地形地貌、土地資源、地表植被造成破壞，也會(huì)引發(fā)水土流失及次生地質(zhì)災(zāi)害。

礦山生態(tài)修復(fù)工程是在消除地質(zhì)災(zāi)害隱患的同時(shí)，通過地形整治、客土覆土、水土保持等措施為礦山重建植被生境，再通過植物群落的搭配，短期內(nèi)達(dá)到復(fù)綠的效果。而在以往開展的礦山生態(tài)修復(fù)工程中，雖注重地形地貌的修復(fù)和植被的恢復(fù)，但并沒有突出考慮修復(fù)后生態(tài)系統(tǒng)的質(zhì)量和碳匯能力提升問題。

1 森林碳匯

森林生態(tài)系統(tǒng)是以喬木為主體的包括植物、動(dòng)物和微生物在內(nèi)的生態(tài)共生體系。森林碳匯測(cè)算是核算整個(gè)系統(tǒng)的碳匯儲(chǔ)量，主要來源于森林植物產(chǎn)生的生物量，并以活立木、植物殘?bào)w和土壤有機(jī)質(zhì)的形式存在，土壤有機(jī)質(zhì)包括動(dòng)物和微生物殘?bào)w轉(zhuǎn)變?yōu)橥寥烙袡C(jī)質(zhì)的部分。因此，提高礦山生態(tài)修復(fù)工程的碳匯能力，最終歸結(jié)到修復(fù)工程中所增加以喬木為主體的植物資源總量和喬灌草年生長(zhǎng)量(年產(chǎn)生的生物量)。就森林植物的碳匯貢獻(xiàn)而言，喬木植物＞灌木植物＞草本植物[1]。

2 造林工程與礦山生態(tài)修復(fù)

2.1 造林工程。邯鄲市山區(qū)造林工程以打造西部山區(qū)生態(tài)屏障為目的，建立水土保持防護(hù)林體系，工程主要集中在宜林地。該地類多為難以被利用為農(nóng)用地的荒山荒地，土壤風(fēng)化程度低，土層薄，礫石多，土層結(jié)構(gòu)不完整，保肥保水性差。因此，造林整地成為人工造林工程中重要的一環(huán)，它是以蓄水保墑、提高造林成活率、促進(jìn)林木生長(zhǎng)為目的而進(jìn)行的局部土地整治。在石質(zhì)土和粗骨土的山地，通過覆土工程，將周邊含有豐富腐殖質(zhì)的土壤集中到栽植穴內(nèi)，為森林植物快速健康成長(zhǎng)提供條件。同時(shí)，通過微地形整治，為雨水集聚于魚鱗坑、栽植溝內(nèi)創(chuàng)造條件，起到阻斷地面徑流、減少水土流失和地表沖刷的作用，也有利于植物獲得生長(zhǎng)所需的水分。

2.2 礦山生態(tài)修復(fù)。礦山生態(tài)修復(fù)就是把礦山開采過程中破壞的地形地貌、土地土壤、植被、生態(tài)系統(tǒng)，通過人工輔助措施，完成地貌重塑、土壤重構(gòu)、損毀土地利用、植被重建等，達(dá)到生態(tài)修復(fù)的預(yù)期目標(biāo)。礦山生態(tài)修復(fù)主要采取坡面修整、土壤改良或覆土、截排水等措施進(jìn)行場(chǎng)地平整，為植被恢復(fù)提供條件；采取補(bǔ)植、補(bǔ)播、撫育、清除雜灌草等措施，加快生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的修復(fù)。當(dāng)前礦山生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)關(guān)注重點(diǎn)在于生態(tài)系統(tǒng)功能的恢復(fù)和土地利用結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，對(duì)減少碳排放、促進(jìn)碳中和方面的關(guān)注較少。

3 礦山生態(tài)修復(fù)方法

3.1 植被群落的選擇和搭配須注重碳匯能力的提升。在目前的礦山生態(tài)修復(fù)中，應(yīng)創(chuàng)造適宜的地形地貌和重構(gòu)良好的土壤條件，積極采取生物措施即培育喬灌草，以實(shí)現(xiàn)良好的生態(tài)修復(fù)效果。但是目前對(duì)于植物碳匯量的關(guān)注較少，沒有把提升碳匯能力放在礦山生態(tài)修復(fù)的重要地位。植物碳匯，主要是喬木活立木蓄積帶來的地上莖葉和地下根系形成的生物量，同時(shí)也涵蓋植物枯枝落葉腐爛后，貯存于土壤中的有機(jī)物形成的土壤碳匯[2]。從目前的林業(yè)碳匯研究成果來看，按植物碳匯貢獻(xiàn)排序?yàn)椋簡(jiǎn)棠玖郑竟嗄玖郑静荼局参铮辉跇浞N和植物選擇上，速生喬灌木植物＞慢生喬灌木植物，根系龐大枝葉繁茂的草本植物＞植體矮小的草本植物。邯鄲市西部山區(qū)屬溫帶落葉闊葉林森林類型，在營(yíng)造喬木林時(shí)，應(yīng)結(jié)合海拔高度、陰坡陽坡、地形地貌等條件，選擇生長(zhǎng)速度快的小葉楊、毛白楊、刺槐、國(guó)槐、櫟類、榛子、松樹類等闊葉落葉和針葉類喬木，灌木選擇荊條、紫穗槐等速生灌木類植物，草本植物選擇根系龐大、生長(zhǎng)速度快、地上部分茂密、干物質(zhì)多的菅草、狼尾草、狗尾草等，以增加礦山生態(tài)修復(fù)工程的林業(yè)碳匯量。此外，這些速生植物種類，亦可在短期內(nèi)改善廢棄礦山裸巖造成的高溫干旱狀況，為森林生態(tài)系統(tǒng)的自然恢復(fù)創(chuàng)造良好的條件。

3.2 在地形地貌重塑中注重水土保持措施的設(shè)計(jì)。邯鄲西部山區(qū)多年平均年降雨量在500 mm 左右，為氣候干旱、土壤瘠薄、生態(tài)脆弱地區(qū)，干旱缺水是影響礦山生態(tài)修復(fù)效果的主要問題。因此，在地形重塑過程中，遵從坡麓殘積土分布于喬木林和坡地谷坊積水集土區(qū)林木茂盛地的自然規(guī)律，針對(duì)低山丘陵廢棄礦山，特別是匯水面積小的區(qū)域，按照水土保持工程技術(shù)規(guī)范，垂直于積水線和自然沖溝，構(gòu)筑一些溝谷、緩坡，結(jié)合坡地反坡梯田、水槽溝、魚鱗坑營(yíng)造的積水、集土地貌，把水土保持工程與地形地貌重塑結(jié)合起來，為植被的生長(zhǎng)創(chuàng)造天然的集水條件，從而增加活立木蓄積和生物量，為提高碳匯量創(chuàng)造條件。

3.3 注重重塑破碎層。礦山生態(tài)修復(fù)中削坡重造的石質(zhì)臺(tái)階、礦山道路、采礦平臺(tái)等，按照生態(tài)修復(fù)技術(shù)規(guī)范，多設(shè)計(jì)為喬木林地，客土覆蓋一般厚度為80 cm。參照棕壤土的土壤剖面結(jié)構(gòu)，心土層及巖石破碎層是土壤深度發(fā)育的基礎(chǔ)條件，既是土粒沉積層，也是風(fēng)化加深層，是土壤形成過程中關(guān)鍵的成土母質(zhì)?？紤]到高大喬木的根系垂直分布大都在100 cm 以上，而礦山生態(tài)修復(fù)被客土覆蓋的基巖，通過風(fēng)化參與土壤發(fā)育成土過程需要的周期很長(zhǎng)，因此，建議在覆蓋客土之前，在不造成地質(zhì)災(zāi)害的前提下，對(duì)基巖進(jìn)行50 cm 以上深度破碎或鋪設(shè)碎石，仿自然風(fēng)化層，構(gòu)筑基巖破碎層。由此為基巖進(jìn)一步加深風(fēng)化參與土壤發(fā)育奠定基礎(chǔ)，為喬木根系生長(zhǎng)擴(kuò)大空間，使喬木成長(zhǎng)得更為高大，提高礦山生態(tài)修復(fù)質(zhì)量，最大限度增加具有碳匯能力的生物量。

3.4 增加覆蓋客土的有機(jī)質(zhì)含量。在礦山生態(tài)修復(fù)工程中，為了防止對(duì)耕地造成破壞，礦山客土土源大部分取自深層土壤和三類土。這部分土壤多為塊狀或含礫石較多的土壤，有機(jī)質(zhì)含量大都在0.8 以下，或幾乎不含有機(jī)質(zhì)，養(yǎng)分含量難以滿足植物生長(zhǎng)的需求，也是造成礦山生態(tài)修復(fù)工程種植植物的成活率低、修復(fù)效果差的主要原因。通過借鑒造林整地經(jīng)驗(yàn)，可將周邊表層腐殖質(zhì)層和輕壤土收集于栽植帶或栽植穴內(nèi)。含豐富有機(jī)質(zhì)的土壤，不僅有利于改良土壤理化性質(zhì)，保水保肥，也有利于土壤礦物元素溶解為易于被植物吸收利用的狀態(tài)，同時(shí)為微生物提供生存條件，利于底部碎石層和基巖進(jìn)一步風(fēng)化。此外，土壤重構(gòu)過程中施用腐熟和半腐熟的有機(jī)肥料，也是提高植物成活率和生態(tài)修復(fù)質(zhì)量的有效措施。

3.5 避免大面積覆土，增加有效土層厚度。礦山生態(tài)修復(fù)工程設(shè)計(jì)的覆土厚度比造林覆土要求高，而目前客土土源缺乏，往往造成有效土層厚度難以保障。因此，本文借鑒河北涉縣和武安市山地造林的成功經(jīng)驗(yàn)，建議在礦山修復(fù)土壤重構(gòu)過程中，按照樹種的栽植密度，設(shè)計(jì)栽植帶和栽植穴，集中客土土源，增加綠化區(qū)域有效覆土厚度：灌木林地在30 ～40 cm，喬木林地在60 ～80 cm。栽植帶和栽植穴以外，為了避免裸巖和裸露的碎石墊層產(chǎn)生高溫，可覆蓋15 ～20 cm 符合三類土壤質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的碎石土，3 mm 以上礫石含量不超過30%，形成草本植被區(qū)[3]。由此可將客土用量集中覆蓋在綠化帶內(nèi)，為喬木、灌木栽植和生長(zhǎng)提供足夠的土壤。

3.6 注重土壤阻水淋溶層的構(gòu)筑。生態(tài)修復(fù)土壤重構(gòu)過程中，因基礎(chǔ)層深厚的碎石墊層極易形成淋溶，造成水土流失，所以應(yīng)對(duì)采坑和渣坡覆蓋客土。在土壤重構(gòu)時(shí)，可參照發(fā)育良好棕壤土自然剖面構(gòu)型，構(gòu)筑粘土淀積層。這樣不僅可以減輕水土淋溶，也會(huì)增加覆蓋客土的保肥保水能力。在碎石墊層和覆土層之間，建議加入一定比例的黏土或膨脹土，或在碎石墊層和覆蓋土層之間鋪墊土工布或園藝布，構(gòu)建20～30cm的阻水淋溶層，提高土壤的保水、保墑能力，為植物生長(zhǎng)提供良好的水肥條件。