礦山廢棄地的恢復生態學應用研究進展＊

邱 媛，何際澤，楊漢彬，張良軍，張新英

（1.廣西工業職業技術學院， 廣西 南寧 530001；2.廣西師范學院， 廣西 南寧 530001）

礦山廢棄地的恢復生態學應用研究進展＊

邱 媛1，何際澤1，楊漢彬1，張良軍1，張新英2

（1.廣西工業職業技術學院， 廣西 南寧 530001；2.廣西師范學院， 廣西 南寧 530001）

礦產資源開發利用促進了經濟的發展，另一方面也破壞了原有生態環境，恢復生態學在礦山的恢復重建中發揮了重要作用。就恢復生態學在礦山廢棄地恢復方面應用的主要理論研究及生態恢復實踐成果進行闡述。綜述了礦山廢棄地主要生態恢復技術、煤礦及非煤礦礦山的生態系統恢復重建，耐受性植物和超富集植物的修復作用。對植被恢復產品利用的安全性和恢復多樣性等提出了展望。

恢復生態學；礦山廢棄地；植被修復

0 引 言

隨著經濟的快速發展，我國礦業也發展迅速。我國95%的能源，80%以上的工業原料和70%的農業生產資料來自礦業。然而礦產資源開發利用，尤其露天開采，卻破壞了表土和植被，廢棄物堆放占用大量土地，破壞生態環境；礦石、廢渣等廢物中含酸性或堿性、毒性、放射性或重金屬成分，通過地表水體徑流、大氣飄塵，污染周圍環境。

礦山廢棄地土壤結構較差，有機質含量及植物必需的養分缺乏，重金屬含量偏高，pH值低或土壤鹽堿化等；植物生態破壞，生物種類減少，多樣性喪失，不利于動植物生長和活動。

運用恢復生態學進行礦山的恢復重建，對廢棄地植被恢復重建的可行模式與重建機理的科學研究，已成為當前國內外研究熱點。本文就恢復生態學在礦區廢棄地恢復的應用研究進行闡述。

1 恢復生態學及其在礦山廢棄地恢復方面應用的主要理論研究

1.1 恢復生態學定義

恢復生態學（restoration ecology）于1980年代中興起，是研究“使受損生態系統的結構和功能恢復到受干擾前的狀態”的理論與技術途徑的一門學科。余作岳、彭少麟提出恢復生態學是研究生態系統退化原因、退化生態系統恢復與重建技術與方法、生態學過程與機理的科學。國際恢復生態學會則定義生態恢復是指協助已經退化、損害或者徹底破壞的生態系統回復到原來發展軌跡的過程。

1.2 生態系統演替

退化生態系統中，處于演替的初始階段，內部極不穩定，系統結構非常簡單，功能衰退，生產力低下，自然恢復速度慢，易受干擾，表現出脆弱性，多樣性低。彭少麟認為生態演替是恢復生態學中最基礎和最重要的理論。礦山廢棄地是退化的生態系統，是一種逆行演替模式。而礦山廢棄地恢復則是將逆行演替變為順行演替，即使群落結構復雜化。

1.3 其他理論與方法

礦區廢棄地的生態恢復可在景觀尺度上進行，使景觀的結構和功能一致，可進行生態農業重建、礦業生態園區重建。生態農業建設是建立一種物質能量循環利用的多層次、多結構、多功能集約經營的共生模式。如農－漁－禽－畜、林－果－草－魚復合農林生態系統等。此外，還有生物多樣性指數、耐性定律、最小限制因子等也廣泛應用于廢棄礦山的恢復。

2 恢復生態學原理在礦山恢復中的應用

2.1 礦區主要生態恢復技術

（1）表層土壤改造。最好是利用原表土，因為其中含有本地植物的種子庫；或覆蓋一些含較高有機質的無害物質。在石漠化陡峭山坡及其它石質邊坡等惡劣環境下，采用客土噴播、土工格室噴播、土壤改良噴播技術方法。

（2）添加營養物質，添加堿性物質以調節土壤pH值，添加肥料如有機農家肥、碳酸鈣等，或種植豆科植物固氮，或利用蚯蚓改善土壤團粒結構。

（3）生物提取有害物質。

（4）縮短演替進程。人工優化選擇適地物種，按草－灌－木植物的順序進行種植，利用豆科植物的固氮肥土作用等。

2.2 應用實踐

2.2.1 煤礦廢棄地植被恢復

（1）表土處理措施。用黏土－粉煤灰－耕作土，石灰－矸石－耕作土等交錯回填；或是表面覆蓋熟土層，用于農業和林業，或農林間作；施加石灰石等肥料；或種植草本豆科植物。

（2）煤礦矸石山生態植被恢復采取多品種，多層次、喬灌花草相結合的立體配置形式。李道亮等研究建立了植被恢復品種選擇模型，確定了適用于遼寧省煤礦廢棄地的恢復植物，如刺槐，沙棘，白榆，小葉樸、艾蒿等；適用于撫順礦區矸石的植被恢復最佳樹種有火炬樹、紫穗槐、沙棘、家榆等，喬灌帶混交、喬灌叢條混交為最佳的樹種配置模式。

2.2.2 非煤礦山植被恢復重建與農林生態系統

植被恢復與重建主要包括植被恢復演替、土壤生物改良和客土復墾3種模式。任海，等人和余作岳、彭少麟通過模擬試驗，認為熱帶嚴重退化的系統不能自然恢復，在人工條件下，需要40a才可恢復森林生態系統的結構，生物量的恢復則要100a，地力等功能恢復則需要更長時間。土壤生物改良是人工干預的一種群落演替類型，可實現演替頂極林業或農田系統。包官營鐵礦以礦業養農業，綜合開發復墾，組建果園，改良荒山，開墾農田、魚塘，養雞場等，形成了農林牧副漁業景觀生態。周連碧研究在銅尾礦恢復地種植玉米、高粱、花生、大豆等農作物，經測試，其中的As，Cd，Pb含量符合食品衛生標準。

2.2.3 耐受性植物和超富集植物的固定與修復作用

耐受性強草本和超富集植物在礦山廢棄地的研究已成為一大熱點。

鴨跖草、蜈蚣草是Cu的超富集植物。滇苦菜、東南景天對Cd具有異常耐性和超積累能力。滇苦菜地上部分Cd富集濃度最高達3919mg/kg。龍葵的莖葉也超積累重金屬Cd，其莖Cd含量達252.14 mg/kg，葉的為291.14mg/kg。對 Mn的超富集吸收植物有商陸，后被認定為垂序商陸，還有狗牙根、香附子和菜蕨中，后三者Mn的含量分別達到27514、16144和11516mg/kg，是潛在的Mn超富集植物。

此外，研究發現了一些高耐受性的先鋒草本植物，如一些草本植物既可吸收大量單一重金屬，又能富集多種重金屬，是很好的植物修復劑。如蜈蚣草可大量吸收As和Pb；同時可大量吸收 Mn、Zn、Ni等，在修復重金屬復合污染的土壤上有較大潛力和應用價值。

另一些草本植物能復合吸收多種重金屬，如苧麻其地上部分可富集Cd、Pb、As、Sb；其地下部分則對Cu、Zn有土壤固定修復作用。鉛鋅礦區的野菊花、旋鱗莎草、五節芒等植物地上部分生物量較大，對Cu、Cd、Pb和Zn等重金屬元素有不同程度的積累，轉運能力較強。蜈蚣蕨和密蒙花、蘆葦、白芒、蒲公英、蜈蚣蕨可作為鉛鋅礦廢棄地生態恢復的先鋒物種，對Pb、Zn有較好的富集特性。

有些草本植物則對單一的重金屬富集吸收。如對Pb吸收能力較強的有茼麻、羽葉鬼針草、酸模等。蜈蚣草、大葉井口邊草對As的吸收能力強，尤其蜈蚣草，其地上部分吸收可達5070mg/kg。銅礦廢棄地植被重建的先鋒植物：原始尾礦庫中有野艾蒿、山刺玫和珍珠梅，排土場中的薹草、落葉松和大籽蒿，生活垃圾尾礦庫中的假酸漿和灰綠藜。可用白茅＋狗牙根群落和白車軸草＋野艾蒿＋一年蓬群落作為銅尾礦治理的優選群落。白茅、馬唐、飛蓬等可作為錳礦廢棄地生態恢復的先鋒植物。

木本植物由于其生長期長，生物量大，有著不同于草本植物的優點。樹種選擇主要以本地抗性強的植物為主。油松、華山松、側柏等和闊葉植物的刺槐、黃櫨、杜仲、法桐等可作為廢棄礦山生態恢復的主要樹種。研究發現，柳樹的根和葉對Cd的固定量大，對Cd有高耐受性。楊勝香等研究發現，錳礦區山茶科木荷葉中Mn含量高達30075.94mg/kg，富集系數為2.3，表現出對Mn的超富集能力。馬尾松、楊樹、柳杉等被認為是重晶石礦礦山廢棄地植被恢復的優良先鋒樹種，植被恢復好，森林植被覆蓋度為80%以上，枯落物覆蓋度為100%。

3 問題與展望

（1）安全性。生態恢復用于礦山修復成本低、對環境影響小、不會造成二次污染等，應大力推廣。但礦山廢棄地重金屬及其毒性不僅影響植物的生存，影響群落演替發展，而且影響植物產品的安全性。應加強礦山廢棄地重金屬的植物遷移轉化去除機理研究。一些研究已表明，復墾區主要經濟作物重金屬含量超過中國食品衛生限量標準，不宜食用。因此礦山恢復的早期不宜直接種植果樹和食用經濟作物。

（2）目前廢棄礦山的恢復需要加強生物多樣性，多樣性與穩定性的相關性研究，加強多種植物群落的綜合恢復研究。

（3）在一些難恢復種植食用經濟作物群落的廢棄礦山區，可開發為某種主題的生態休閑公園。但許多生態公園植物景觀較單一，管理維護也需要加強。

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國家自然科學基金（40861024）；廣西教育廳項目（200808MS041）.

2012－07－16）

邱 媛（1972－），女，廣西博白人，副教授，博士，主要從事環境生態研究，Email：annieqiuy＠163.com；張新英（1972－），女，碩士生導師，主要從事礦區環境污染與人體健康研究，Email：zxytld＠sina.com。