生態學理念在益陽宏安南壩煤礦區生態修復工程中的應用

王志強，向華浩，姚 軍，李林熙，丑琉懿，李宏歸，肖 恬，陳秋惠

(1.湖南芷蘭生態環境建設有限公司，湖南 長沙 410000；2.中南林業科技大學，湖南 長沙 410004))

1 引言

在煤礦開采過程中礦區生態環境受到了嚴重破壞，生態系統的功能和結構也嚴重退化，為了改善這些地區的生態環境，恢復生態系統的功能，必須對這些礦區廢棄地進行生態恢復。對此已有較多的研究，如葛書紅在煤礦廢棄地景觀再生規劃與設計策略研究文章中，提出煤礦廢棄地景觀再生目標的實現離不開生態修復技術的支撐，無論是視覺形態的呈現，還是景觀功能的發揮，都依賴于生態修復技術，否則景觀再生將無法取得成功[1]。高坤、藺莎等在基于生態技術美學視角的礦區生態修復探索文章中，以白云鄂博礦山公園為例，從生態技術美學的角度探索其場地修復方法，探討分階段實施植物修復技術的可行性，尋求以尊重生態秩序為基礎的景觀表達形式，最終實現礦區生態重塑與景觀再生[2]。

在生態恢復過程中，為了促進生態系統的可持續發展，倘若生態修復技術能得到積極有效的改善，不僅可以修補生態網絡和空間肌理，而且可以提高土地使用效率和價值，并激活那些衰敗、蕭條的空間，從而促進社會積極有序地發展。此外，在生態恢復過程中生態學理念的融入，不但能夠體現出景觀的美感，還可以更好地平衡生態關系[3，4]。對此，本文以益陽郝山區泥江口鎮安南壩礦區生態修復為例，探討其生態恢復過程中，生態學理念在地形處理、植物種類選擇、植物群落構建、景觀設計和成本控制中的應用。

2 生態學理念的內涵

在人類人口數量較少時，人和自然和諧相處；但是隨著人口數量的增加，人對自然的開發利用越來越深入，對環境的影響也越來越大。為了協調人與自然之間的矛盾，促進了生態學科的產生[5]。因而，生態學的目標是在不影響環境可持續發展的前提條件下，以最小的代價從環境中獲得最多的資源[6]。因而生態學理念的內涵就是在協調好人與環境的關系同時，促進環境可持續發展，以最小的投入獲得最大的收益。

3 生態學理念在煤礦生態恢復的應用

煤礦在開采后，礦區環境受到破壞，在煤礦開采完成后必需對其進行生態恢復。在進行生態恢復過程中必需以生態學理念進行指導，以達到低成本、快速恢復生態環境，形成逐步穩定的生態系統。具體體現在地形處理、植物種類選擇、植物群落構建、景觀設計和成本控制等方面。

3.1 在地形處理中的應用

生態學理念在地形處理中應用要尊重原有場地，因地制宜處理地形。每一塊場地都有他自己獨特的歷史，時間不斷變化，場地的景象也隨之不斷變化。因此，在煤礦生態恢復時，必須尊重該場地的原有風貌，并對其加以利用創造出獨特的景觀。除了可以真實地恢復場地的歷史，這種處理方法還可以節省材料，減少資源消耗，同時減少對煤礦場地原有生態環境的破壞，這是一種相對更環保的生態設計方法。

3.2 在植物種類選擇中的應用

生態學理念在植物種類選擇中的應用應遵循適地適樹(適草種)、因地制宜、合理配置的原則。植物是有生命的，不同植物有不同的生長習性和生態特性。植物的生長離不開適合的生長環境，同時植物對環境起綜合的生態效應，有一定的適應環境的調節能力。礦區由于自身生產中產生的污染問題，使周邊環境條件往往都不是太好。因此，在這些區域進行綠化有著特殊的意義，適地適樹、因地制宜是植物與生態環境的關系的協調，是生態學理念的重要體現。

3.3 在植物群落構建中的應用

生態學理念在植物群落構建中應遵循復合群落結構和群落多樣性原則。植被恢復原則宜林則林、宜草則草、草灌優先，恢復后的植被覆蓋率不低于當地同類土地植被覆蓋率，植被類型與原有類型相似、與周邊自然景觀協調。不使用外來有害植物種進行礦區植被恢復，避免打破生態系統的平衡。

3.4 在景觀設計中的應用

生態學理念在生態學理念在景觀設計中的應用應遵循與周邊景觀相溶性原則。煤礦生態恢復過程中所形成的植物群落應當與周邊植物群落景觀相近，形成一個景觀的整體[7～9]。在特殊地段，綜合考慮生態、經濟、交通等因素，可以考慮設計觀賞性強的植物群落。

3.5 在成本控制中的應用

生態學理念在成本控件中的應用應遵循經濟實用、易于實施、可持續發展的原則[10]。經濟型生態恢復是現在所有煤礦生態恢復過程中的特點，因而在生態恢復過程中應充分利用場地現有的資源，降低生態恢復的成本。

4 生態學理念在益陽安南壩煤礦區生態恢復中的應用

4.1 益陽郝山區泥江口鎮安南壩礦基本情況

宏安礦業煤礦位于益陽市赫山區泥江口鎮，地理位置圖詳見圖1，其前身為南壩礦區，開采礦種為石煤，壩區平面面積約3.5萬m2，于2011年開始大規模露天開采。經長年雨水沖刷，礦區采礦作業面形成酸性廢礦坑，且廢水中鎘、鎳、鋅等重金屬超過污水綜合排放標準(GB8978-1996)，2018年11月，中央第四生態環保督察組“回頭看”將該環保污染問題列入了湖南省第一號督辦件。為全面解決該污染問題，赫山區委、區政府加快推進礦山治理工程，對宏安礦業采礦作業面廢水進行集中處理達標排放后，對礦區進行全面生態恢復，以實現除污水坑處純石煤坡以外所有的邊坡復綠為目標，施工區域詳見圖2。

圖1 宏安礦業南礦區位置

4.2 存在問題

根據現場踏勘，采礦區中心形成了兩個較大的深坑，重金屬污染水已填滿池子，需作三級沉淀處理。礦區生態修復邊坡總面積約75000 m2，平均坡比為1∶0.25，平均海拔約70～80 m，邊坡生態修復情況險峻，生態環境脆弱，地表植被和土壤結構都受到不同程度的破壞，削弱了原有自然邊坡的穩定性，植被防護能力和土壤抗蝕能力降低或喪失，加劇水土流失，嚴重的水土流失將造成邊坡失穩，極大破壞地表形態，使地表徑流形式和運動狀態發生改變。遇強降雨天氣時，雨水強烈侵蝕裸露地表和松散堆積物后，地表徑流迅速匯集到低洼地段，最終匯入溝道并順其瀉流而下，對溝道下游的農田造成一定影響。現場現狀詳見圖3、圖4。

圖2 工程修復區域

圖3 治理區域整體現狀

圖4 部分裸露區域現狀

4.3 生態學理念的應用

4.3.1 在地形處理中的應用

礦區治理區域山體陡峭，邊坡松軟，在雨季易于滑坡和形成泥石流，施工難度較大。由于特殊的地勢地質條件，本工程采用由上至下的治理方式，邊治理邊恢復施工場地，以避免在礦區生態修復過程中產生“二次污染”。礦區生態修復治理的3個區域邊坡角度差異過大，因此邊坡植被恢復技術選擇根據不同區域環境條件，針對不同邊坡坡度因地制宜進行選擇。

(1)邊坡坡度小于30°的采石跡地，采用客土法進行植被恢復。

(2)邊坡坡度30°～45°采用爆破造林、或改造成臺階狀造林、或采用植生袋復綠。

(3)邊坡坡度45°～60°保證邊坡穩定前提下進行削坡處理，采用水泥網格進行生態修復。

(4)邊坡坡度60°～80°采石場陡峭巖壁，采用種植槽(爆破開槽—填土—苗木移栽)技術。也可以在石壁上沿著等高線安裝種植構筑槽板，在板槽內填入營養土，栽植喬灌藤等容器苗。并輔以草本種子的撒播，通過肥水養護形成穩定的喬、灌、藤、草植被。

(5)邊坡坡度80°～90°采石場陡峭巖壁，采用粘合劑和混合植綠種子配方，噴播綠化。

(6)邊坡基本為垂直的巖面，創面高度低于15 m，采用藤本植物攀援或垂懸綠化，攀援植物主要有爬山虎、薜荔、絡石等，垂懸植物主要有葛藤等，創面高度高于15 m時可同時采用藤本植物攀援和垂懸綠化相結合的方式。

此外，針對礦區風化石邊坡，通過掛鍍鋅網植入植生板，讓種植土、有機質、纖維料、肥料等合理比例配制成的綠化基材附著面，給灌木提供正常生長的有效基質，以保障前期灌木生長時，基材不流失，并針對不同邊坡坡度因地制宜進行選擇邊坡植被恢復技術。現場施工及邊坡修復效果詳見圖5。

圖5 現場施工及邊坡修復效果

尊重原有場地、因地制宜的原則。節省材料，減少資源消耗，同時減少煤礦場地原有生態環境的破壞，因地制宜處理礦區生態修復治理的問題。

4.3.2 在植物種類選擇中的應用

植物種子選擇應以灌木和草本植物為主，根據礦區的水文地氣候條件，為防止雨水沖刷，根據不同的季節噴灌相應的草種植物，冷暖季型混播，暖季型選用狗牙根草、觀花的金雞菊、波斯菊，冷季型選用白三葉、黑麥草和觀花紫花苜蓿。同時應選擇適應當地生長條件的種類，特別要注意抗旱性、逆性強的種類。播種應以一種草籽為主，多種草籽混播，這樣各種草類在覆蓋度、生長期、抗逆性等各方面可取到優勢互補的作用，增加草種的適應性。混播時要求加入灌木種子，如刺槐、鹽膚木、多花木蘭、坡柳等，以增加邊坡生態修復效果，但一定要注意花灌的生長特殊性，草比花灌的生長速度更快。植物配置及選用植物的要求、習性詳見表1、表2。

表1 選用灌木植物及觀賞效果

表2 選用草種植物要求

4.3.3 在植物群落構建中的應用

滿足環保綠化功能要求，礦區治理方案的總體思路是先將礦區裸露的地表進行水土流失防治，然后制造適應植物的生長環境。從“尊重自然、保護自然、恢復自然”的角度來進行生態恢復設計。在技術上盡量模擬自然界的內在規律進行植物配置和輔助工程設計，避免違背植物生理學、生態學的規律進行強制綠化。

該礦區生態修復治理在植物群落構建中，以本土植物為主體通過合理配置與布局，形成良好的喬、灌、藤、草、花相，喬木植物以本土喬木為主，灌木植物以刺槐、多花木蘭、鹽膚木、紫穗槐、黃花決明、黃花槐、坡柳為主，藤本植物選擇蔓延速度快、抗性強的油麻藤、葛藤進行防護，草種以帶殼狗牙根、高羊茅、黑麥草、白三葉草、刺槐、多花木蘭、黃花決明、鹽膚木、坡柳及當地小灌木為主，花灌選用大花金雞菊、波斯菊野花組合。構建形成的該植物群落禁止使用外來物種，恢復了礦山原有生態樣貌與當地生態系統的穩定性，使種植的植物能夠長期生長，與周邊自然景觀相協調。

4.3.4 在景觀設計中的應用

礦區景觀營造要反映礦區的地域自然和景觀特色，景觀元素的適應性改造與循環利用是切實有效的途徑。該礦區，山體較為平整，其山體層次、紋理、凹凸可與植物群落構建結合，獨特的礦區地形，展示植物豐富的喬、灌、藤、草、花相，為礦區獨特的景觀空間。保護和弘揚礦山廢棄地的美學價值，重塑礦山的景觀形態，重建人類與土地之間被割裂的聯系，在經濟、生態、社會方面取得較大的效益。

4.3.5 在成本控制中的應用

根據現有生態破壞現狀，提出的方案應投資最少，長期有效且實施過程中易于操作。

在地形處理中，尊重原有場地、因地制宜的原則，根據不同邊坡坡度因地制宜進行選擇邊坡植被恢復技術，節省材料，減少資源消耗，達到成本控制的效果。

在植物選擇中，為實現礦區生態修復，在邊坡復綠中，多采用灌木及草籽噴播，進行良好的植物種子配比，達到成本控制的效果。其本身在植物材料選用上，灌木及草本的選用在成本上就達到了控制效果。

在土壤材料的使用中，植物對土壤的化學性質和物理結構也有相應的要求。在客土材料的選擇和配比時盡量使用當地肥土或熟土。滿足植物生存要求的同時，因地制宜，當地土壤的選用，減少了購買成本及運輸成本，達到良好的成本控制效果。

強調近期效果，確保長期效果。因此在該生態恢復中遵循長短結合，種養設計同步，堅持可持續發展。避免多次修復，亦是成本控制的一種體現。

5 分析與結論

通過本次對礦區的生態環境修復的治理實施到位后，將有效地改善區域的生態環境與景觀、人居環境及土地利用價值，為周邊居民的生產與生活提供一個較好環境，使礦產資源開發與環境發展和諧共存。

5.1 對生態環境與景觀的改善

此次對區域采礦破壞的植被進行生態修復，使區域內生態破壞得到妥善處置，泥土廢石等不再因雨水沖刷與淋浸向下游轉移，原來占壓的林草地得以恢復；裸露的廢石被規范并覆土還綠，區域內土壤對水源的涵養能力得到提高，水土流失現象進一步減少，區域內的景觀得以改善。

5.2 對周圍人居環境的改善

目前山體滑坡已經嚴重地影響了周圍居民的生產與生活，在極端天氣或發生地震等自然災害時，山體滑坡形成的泥石流甚至會導致嚴重的生命及財產損失。在對礦區進行治理后，周圍居民的安全得以保障，使居民能夠安居樂業。

5.3 恢復土地使用功能

本次礦區治理的一個主要目標就是要恢復礦區不規范開采過程中產生的生態破壞，通過覆土還綠，減輕礦區的水土流失量。從長遠來看，只有保證了礦業發展不影響或較小的影響當地的土地使用性質，才能確保在礦產資源枯竭后經濟的可持續發展。對區域經濟的發展奠定一個良好的社會環境基礎。

益陽郝山區泥江口鎮安南壩礦區生態修復工程中，礦區生態修復就是生態學理念的重要體現，通過生態修復恢復其原貌，建立具有自恢復能力的、健康的生態系統。在地形處理中，尊重原有場地、因地制宜的原則，針對不同邊坡坡度因地制宜進行選擇植被恢復技術的選擇；在植物種類選擇中，遵循適地適樹(適草種)、因地制宜、合理配置的原則，根據礦區的水文地氣候條件，選擇抗旱性、逆性強的植物種類，冷暖季型混播；在植物群落構建中，采取景觀協調的原則，以本土植物為主體通過合理配置與布局，形成良好的喬、灌、藤、草、花相，禁止使用外來物種，恢復礦山原有生態樣貌與當地生態系統的穩定性；在景觀設計中，以景觀再生的美學價值為視角，保護和弘揚礦山廢棄地的美學價值，重塑礦山的景觀形態；在成本控制中，以經濟實用、易于實施和可持續發展為原則，強調近期效果，確保長期效果。

在當前生態文明建設背景下,礦區生態環境保護與修復成為熱點與焦點，隨著大數據、云計算、人工智能(AI)的出現，以及信息獲取技術和工程施工設備與技術的不斷進步,礦區生態修復技術也將逐步進步與發展，希望今后能加強新材料、新技術與新方法與礦區生態修復技術的融合。