礦區生態整治技術研究

[摘 要] 近年來由于礦產煤炭資源開采等高強度干擾的負效應導致環境質量明顯下降，由于直接挖損、采掘引起地表沉陷和煤矸石堆積等原因，破壞和占用大量的土地，使本已十分脆弱的自然生態系統不斷退化，礦區退化生態系統穩定性差、自我調控能力低，產生諸如耕地數量急劇下降、農作物減產、生態環境惡化等形式的退化，表現出極端的脆弱性，甚至已威脅到礦區生態安全，同時也給人體健康帶來直接或間接的負面影響（胡振琪，2009，2010）。

[關鍵詞] 礦區；生態平衡；整治技術

[中圖分類號] X171.4 [文獻標識碼] A

我國是世界上煤炭產量最大的國家，煤炭作為我國的主要能源，約占一次能源構成的74%，為我國國民經濟的高速發展提供了重要支撐。但近年來由于礦產煤炭資源開采等高強度干擾的負效應導致環境質量明顯下降，由于直接挖損、采掘引起地表沉陷和煤矸石堆積等原因，破壞和占用大量的土地，使本已十分脆弱的自然生態系統不斷退化，礦區退化生態系統穩定性差、自我調控能力低，產生諸如耕地數量急劇下降、農作物減產、生態環境惡化等形式的退化，表現出極端的脆弱性，甚至已威脅到礦區生態安全，同時也給人體健康帶來直接或間接的負面影響（胡振琪，2009，2010）。因此，基于以往研究提出礦區土地生態整治關鍵技術，將為礦區土地生態整治提供科學依據。

1 礦區土地生態整治研究進展

發達國家對礦區生態修復與調控技術研究非常重視。美國平均每年采礦占用土地4 500 hm2，其中47%已得到整治，1970年以來其生態治理率也達到70%左右；英國的土地生態恢復率達到87.6%；德國生態治理率達53.5%；澳大利亞礦區生態恢復與土地生態整治被認為是世界上先進的。我國礦區土地復墾與生態整治工作起步較晚，直到1989年《土地復墾規定》的生效實施，土地復墾才被真正得到重視。目前，我國的土地復墾與生態恢復工作發展迅速，已復墾土地34萬hm2，復墾率已達12%。近年來，我國土地復墾與生態重建研究在土地破壞機理、復墾土壤生產力模型、土地復墾界面演替、殘余變形預測、礦山區域土地與生態價值評價等以及非充填復墾和充填復墾技術方面取得了較大進展（胡振琪，1997，2001，2009，2010；白中科，1997，2004；卞正富，1998，1999，2000）。土地復墾與生態恢復研究內容更加注重生態與環境問題和生態持續能力的恢復，礦區土地生態整治將得到深入研究和推廣；農林科學、生態學和環境科學等領域的研究成果也不斷被引入土地生態整治中，使復墾土地重構、重新植被、土壤改良、侵蝕控制等技術更加科學高效（胡振琪，1997，2001，2009，2010；白中科，1997，2004；卞正富，1998，1999，2000；秦文展，2010）。

礦區土地退化是當今土地與生態環境科學領域研究的重要內容。國內外相關研究主要集中在研究退化土壤的定向培育技術，人工土壤構造技術，復墾土壤的侵蝕控制，污染土地適宜的覆土厚度，污染土壤生物修復技術等方面（胡振琪，2001，2009，2010；白中科，1997，2004；卞正富，1998，1999，2000）。目前，國內外礦區土地生態整治工作主要集中在工程處理、受損土壤物理處理和化學處理、生物處理以及礦區景觀研究、主要污染治理和生態恢復技術包括開采沉陷預防及控制技術、煤礦塌陷區地表恢復及復墾技術、煤矸石山植被覆綠及景觀重建技術、水資源綜合利用技術、礦區環境綜合治理技術及其應用等（胡振琪，1997，2001，2009，2010；白中科，1997，2004；卞正富，1998，1999，2000；李樹志，2000）。

2 礦區土地生態整治關鍵技術

2.1 礦區植被恢復技術

植被作為礦區生態系統的重要組成部分，在很大程度上決定著礦區土地退化的進程和逆轉，是礦區生態系統演化的主要指征之一，因此，生態系統退化阻控與恢復的核心問題最終歸結到退化生態系統植被生態保育上。篩選適應礦區生態環境的適生植物是合理重建礦區植被的重要前提。一般地，所選植物應具有較強的適生性、固氮潛力、成活率和發達的根系。植被栽植應注重工程設計，更應重視植被保護及管理。

2.2 人工土壤重構技術

土壤重構是在重塑地貌的地表再造一層人工的土體，以便于種植。復墾土地往往缺少熟化的表土或土壤貧瘠，一些人造表土可作為自然表土的改良劑或直接作為表土使用（胡振琪，2005）。

2.3 沉陷地貌重塑技術

沉陷地貌是由于采礦運走了埋藏于地層內部的礦體和部分圍巖，或者采礦的同時將地下水疏干，原來的力學平衡被打破，上部巖石發生彎曲變形，重新形成新的應力張力平衡，使地面下凹而形成的再塑地貌。與挖損地貌不同的是，沉陷地其地表物質組成不變，只是地面下沉呈坑狀、凹型盆地，同時在四周出現裂隙。針對不同的沉陷地貌，可以采用煤矸石填充法復墾，作為農田進行再種植，或者作為遷村用地或路基。地貌重塑是土地復墾與生態重建的基礎工程（湯惠君，2004）。具體的工程技術常見的有梯田法復墾技術、疏排法復墾技術、挖深墊淺法復墾技術、泥漿泵充填復墾技術、利用粉煤灰（矸石、塘泥）造地復田技術等。

2.4 生物修復技術

礦區生態恢復主要的生物技術措施包括植物修復和微生物修復。植物修復主要是利用超富集植物對重金屬的吸收作用把重金屬由地下轉移到地上部分，收割地上部以降低土壤中重金屬含量。另外，利用重金屬耐受型植物穩定修復也是較好的途徑。豆科植物是理想的先鋒植物，可加速脆弱礦區生態演替（黃銘洪和駱永明，2003）。

微生物修復是指利用微生物的代謝活動降低土壤中有毒有害物的濃度或使其無害化，從而使污染土壤環境盡可能恢復到原始狀態的過程（黃銘洪和駱永明，2003）。近年來，關于叢枝菌根（AM）真菌在礦區土地生態整治中的應用研究越來越深入。是自然界中普遍存在的一種土壤微生物，90%以上的陸生有花植物都能與它形成共生體系。叢枝菌根能夠促進植物吸收利用礦質養分和水分，提高作物抗逆性和抗病性，改良土壤結構，增強土壤肥力，提高苗木移栽成活率，促進植被恢復，叢枝菌根的這些生理生態特性使得菌根技術具有克服礦區生態重建中氮、磷及有機質含量極低、土壤結構不良、持水保肥能力差、極端值、干旱或鹽分過高引起的生理干旱等潛力。在受損的生態系統中人為地引入AM真菌接種劑，能夠加速被破壞生境中植被的恢復。在長期世代演替的自然生態系統中，AM真菌是其結構發生變化的一個重要調節因子，已被認為是礦區、退化草場等生境植被恢復的“生物調節劑”。迄今為止，已有很多關于應用菌根生物技術恢復退化生態系統的成功范例。澳大利亞在礦區土地復墾中廣泛地使用了菌根生物技術。在煤矸石山和礦區塌陷地栽培植物時接種AM真菌，不但提高了植物的成活率，而且提高植被蓋度，增加了物種豐富度，對植物生長具有明顯的促進作用，對土壤具有一定的改良效應，提高了生態系統的穩定性（畢銀麗等，2007，2008，2010；杜善周等，2008）。大量的試驗已經證明在被擾動生境的恢復過程中，外來菌種的引入和土著菌種的培育可以增加植物的產量，也可以促進原生植被恢復。

2.5 化學改良技術

多數礦區退化土壤缺乏有機質和礦質營養元素。整治土地未來利用方向為農林業的，其首要前提是培肥土壤。有機廢棄物可作為土壤添加劑，同時可通過螯合作用降低其毒性。包括化肥等無機添加劑也可有效改善土壤肥力特性，大部分礦區廢棄地缺乏N、P等營養物質，一般添加肥料或利用豆科植物的固氮能力來提高土壤肥力（黃銘洪和駱永明，2003）。

2.6 景觀恢復技術

采礦跡地是劇烈人為干擾下的一種特殊景觀類型，是人類為獲得礦產資源而對土地進行劇烈改造的區域。基于景觀生態規劃與設計的生態重建就是使采礦廢棄地具有具體利用方式和一定水平的生產力，維持相對穩定的生態平衡，與周圍景觀特征相協調，最終達到生態整體性目標。礦區廢棄地有多種類型，不同類型具有不同的生態重建途徑。礦區廢棄地隸屬各種尺度的景觀類型，基于景觀生態學原理設計科學的景觀格局和適合的生境條件，即依靠景觀生態規劃與設計實現生態重建目標（龍花樓，1997；陳秋計，2006；謝宏全，2007）。通過土地整治和生態建設提高自然和半自然生境的面積，增加土地利用的多樣性和景觀要素的鑲嵌性，以提高農田的生物多樣性保護和景觀娛樂休閑功能。

農田景觀恢復施工技術。礦區開采沉陷量不大或開采下沉后土地坡度變化較小的非積水塌陷區。采用直接平整利用或自然恢復利用的方式：積水較少區利用煤矸石、粉煤灰等固體廢棄物進行充填復墾；積水較深區域，采用挖深墊淺法，建立塘基式農田；未穩定沉陷區采用預復墾。

另外，對于位于沉陷區的村落，可采用村落恢復技術，在新農村建設中注意保護、規劃村落，發展中心村，節約用地，維護鄉村特色。礦山尤其是露天礦采礦時常常會破壞山體，可采用山體恢復技術對山脊生態廊道進行修復，保持山脊線的自然連續性，并盡可能留出更寬的視線通廊。

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作者簡介：趙曦陽（1979-），男，研究方向：土地資源利用與管理研究。

陳志超（1980-），研究方向：土地可持續利用研究。