石礦跡地生態修復技術研究現狀與發展趨勢

李富平 賈淯斐 夏 冬 王浩程 劉 鑫，4

（1.華北理工大學礦業工程學院，河北唐山063210；2.河北省礦業開發與安全技術重點實驗室，河北唐山063210；3.河北省礦區生態修復產業技術研究院，河北唐山063210；4.河北金元礦業有限公司，河北 邯鄲056003）

石材是一種常見的非金屬礦產資源，同時也是一種用途極廣泛的寶貴資源，作為重要的建筑材料有著悠久的開采歷史。近年來，隨著基礎設施加速建設和房地產市場的蓬勃發展，國家對石材的需求量與日俱增，但石材礦山在開采過程中和閉坑后，對礦區及其周邊生態環境［1］與區域地下水分布［2-4］等造成了不同程度的破壞，導致水土流失［5-6］、植被退化［7］、生物多樣性喪失［8］、植物光合系統受損［9］、土壤理化性質劣化［10］、土壤侵蝕［11-12］、土地退化［13］、地質災害等一系列環境問題［14-15］。調查發現，國內大多數石灰巖礦閉坑后沒有得到有效的生態恢復與重建，尤其是立地條件極為惡劣的巖質邊坡坡面［16］。因此，開展石礦跡地生態修復技術研究具有重要的工程應用價值和良好的生態效益。

當前，礦區生態恢復與重建主要涉及采煤塌陷區［17］、煤矸石山［18］、露天采場［19］、尾礦庫［20］、排土場［21］、礦山工業廣場［22］等主要區域。國內外眾多學者在相關領域內開展了廣泛而深入的研究工作，為上述主要區域生態修復工作的順利開展奠定了基礎。目前，絕大多數的石礦仍是露天開采，開采后形成的石礦跡地使得礦區內的植被、動物及微生物含量極為稀少，生物之間的相互作用降低，并且在礦區開采結束后，由于土壤、地質條件及水文條件等因素的改變，導致礦區內很難形成自我恢復能力，自然生態演替速度極為緩慢［23］，對當地的局部性氣候也會造成一定的影響［24］。同時，大部分石礦跡地處在城市周邊，且為了運輸方便，一般臨近交通干線、居民區等，在遇到惡劣天氣時，易發生滑坡、泥石流、揚塵揚沙等災害，對礦區周邊居民的生命安全與健康造成了不利影響［25］。因此，開展適宜于石礦跡地生態修復技術的研究，對石材礦山生態修復的順利實施具有重要的指導意義。石礦跡地生態修復是一項受多因素影響的長期連續性工作，必須對修復后的生態系統進行跟蹤監測與管護，以便創建一個能夠自維持的生態系統［26］。修復后的礦山生態系統演替軌跡、健康狀態、抗干擾能力等仍是有待研究的問題［27-30］。

本研究在收集國內外相關資料的基礎上，對礦區巖質邊坡坡面、作業平臺、坑底、排土場、礦區道路、工業廣場和開采境界周圍受開采擾動影響區域的生態修復技術進行綜述，分析主要技術的優點與不足，并對未來生態修復關鍵技術的發展進行展望，以期為石礦跡地生態修復技術的研發與工程實踐提供依據。

1 研究現狀

1.1 巖質邊坡坡面生態修復技術

巖質邊坡坡面因立地條件極為惡劣而成為石礦跡地生態修復的難點與重點區域（圖1、圖2），同時其生態修復質量的好壞關系到整個礦山生態修復的成敗。瑞士、法國、美國、日本、澳大利亞等國家在巖質邊坡生態修復方面開展的研究工作相對較早，形成了適宜于本國的生態修復方法與理念，取得了良好的生態修復效果［31］。我國對巖質邊坡生態修復技術的研究雖然起步相對較晚，但發展較為迅速。當前，露天礦生態修復多借鑒客土噴播技術、三維植被網噴播技術、厚層基材噴播技術、植生袋法、植被混凝土防護技術、噴混植生技術、飄臺法、藤本護坡技術、爆破燕窩、植物纖維毯防護技術等。上述技術可為閉坑后的石礦跡地邊坡坡面生態修復提供參考。華北理工大學礦區生態修復與重建科研團隊將植生袋法、飄臺法、藤本護坡技術應用于唐山冀東某石灰巖礦巖質邊坡生態修復工程中，達到了綠化坡面、改善景觀的目的，修復前后的效果對比如圖3至圖5所示。

（1）液壓噴播技術。該技術是將植物種子經催芽處理后，配以一定比例的纖維、保水劑、黏合劑、復合肥料和土壤改良劑等，通過攪拌、利用機械加壓作用將漿體混合物噴到坡面的綠化方法［32］。該技術具有工作效率高、成本低、成坪速度快、機械化程度高等優點［33］。陳雪［32］、楊承祥等［34］分別將該技術應用于高海拔風電場和大型米拉多露天銅礦邊坡水土保持植被恢復中，取得了良好的生態效益和社會效益。

（2）厚層基材噴播技術。該技術是運用噴播系統將混有植物種子、防侵蝕材料的基質材料噴附在坡面上，形成一層既適宜植物生長又穩定的基材層。該技術主要由錨桿、網及基材混合物組成［35］。余海龍等［36］、田青懷等［37］、朱浩等［38］、夏明強［39］、卿翠貴等［40］分別將厚層基材噴播技術應用于巖質邊坡生態修復工程中，取得了良好的生態防護效果，對將該技術應用于石礦邊坡生態修復具有一定的指導意義。

（3）三維植被網護坡技術。該技術是指利用活性植物并結合土工合成材料等工程材料，在坡面構建一個具有自身生長的防護系統，通過植物生長對邊坡進行加固［41］。劉曉鵬［42］、羅藝偉等［43］分別對三維網噴播技術的施工過程及工藝要點進行了詳細分析，并將其應用于巖石邊坡生態防護；程曄等［44］、李連勝等［45］的研究表明，三維土工網墊噴播植草可有效降低降雨對坡面泥土的沖刷；顧晶［46］、周海波等［47］將三維網噴播技術應用于高速公路沿線邊坡生態防護工程中，取得了良好的生態防護效果。

（4）噴混植生技術。該技術通過使用噴混機械將土壤、普通硅酸鹽水泥、植物種子、肥料、有機質、保水劑等混合加水后噴射到坡面上，形成約10 cm厚的多孔穩定結構層，種子既可以在空隙中生根、發芽、生長，又具有較強的抗雨水沖刷能力。該技術自20世紀90年代中期引入我國后，得到了快速發展并應用于生態防護工程中［48］。趙春權［49］、王耀建等［50］、閆新亮等［51］、梁超賢等［52］根據該技術的防護原理及其優點，分別將其用于高陡邊坡工程的生態防護，達到了快速復綠和控制水土流失的目的。

（5）客土噴播技術。該技術也是一種較為成熟的邊坡生態防護技術，是將客土、植物種子、緩釋肥、纖維、黏合劑等按一定比例均勻混合，再利用空氣壓縮機將混合物噴射到坡面形成一層復合客土層（3～5 cm），實現護坡和恢復植被的一種生態防護技術［53］。胡國長等［54］、王英宇［55］、舒安平等［56］、劉鐵軍等［57］分別對該技術進行了系統研究，并根據其快速復綠的優勢，將其應用于巖質邊坡的生態防護中。

（6）植被混凝土生態防護技術。該技術是由液壓噴播技術演化而來，植被混凝土是典型的人工復合生態基材，其固體部分由植生土、水泥、腐殖質和植被混凝土綠化添加劑混合而成［58］。植被混凝土因具有良好的物理力學特性及穩定性而得到廣泛應用［59-60］，陶祥令等［61］對植被混凝土的制備工藝及研究進展進行了詳細分析，并闡述了該技術主要的發展方向；夏振堯等［62］、郗紅超等［63］、周正軍等［64］對植被混凝土的強度和力學穩定性開展了系統研究，為該技術的工程應用提供了理論依據；唐欣等［65］將植被混凝土生態防護技術應用于采石場邊坡生態修復中，取得了較好的修復效果；張恒等［66］采用試驗研究方法，對植被混凝土新型生境構筑基材的穩定性進行了分析；程虎等［67］對不同修復年限的植被混凝土基材中有機碳氧化穩定性進行了分析，結果表明，隨著修復年限增加，基材中有機碳的內部循環會受到阻礙；童標等［68］研究表明，凍融循環對基材中氨態氮、速效鉀和有效磷的含量具有顯著影響；潘波等［69］研究發現，在干濕循環作用下，棕纖維對植被混凝土基材抗剪強度的增強作用優于玄武巖纖維；周海清等［70］通過試驗發現，植被混凝土邊坡的抗沖刷能力明顯優于素土邊坡。

此外，根據邊坡的立地條件及礦山企業的實際情況，植生袋防護技術、飄臺法、藤本護坡技術、爆破燕窩等生態技術在邊坡生態防護中也得到了廣泛應用。魯明星等［71］、陳冀川等［72］、羅明等［73］分別將植生袋防護技術應用于礦山巖質邊坡的生態防護工程中，起到了較好的效果，并且可以使防護區域的群落向正方向演替；韓超等［74］將植生袋與主動防護網相結合，楊翔等［75］將肋柱植生袋與噴播植草聯合應用于巖質邊坡的生態恢復與重建，充分發揮了不同生態修復技術的優勢，是對巖質邊坡生態防護技術的有效補充。馮偉風［76］、秦品光等［77］、張家洋等［78］分別將飄臺法應用于高陡邊坡防護，顯著提高了邊坡的綠化率，且提高了灌溉水的利用率；高云峰等［79］對露天礦巖質邊坡綠化技術及存在的問題進行了系統分析，并討論了11種常用生態修復技術的適用條件；鄭煜基等［80］、冉建兵等［81］、高麗霞等［82］分別將種植槽技術應用于礦山巖質邊坡生態修復，取得了快速復綠的效果。

對于大型露天礦山，邊坡所處的開采水平以及區域不同，巖性及巖體質量也不完全一致，若礦山全部邊坡采用同一生態重建技術方案，勢必會影響生態恢復的最終效果與成本［83］。對此，吳楊等［84］提出了基于巖體質量評價與分區的生態修復技術，并將該技術應用于研山鐵礦東幫邊坡生態修復工程中，取得了理想成效。

1.2 作業平臺生態修復技術

作業平臺屬于露天礦邊坡的一部分，但相對于坡面而言，其生態修復較易實現，這主要是因為作業平臺相對平緩，有利于覆土和栽植或種植植物，且有利于減少水、土、肥的流失。在作業平臺生態修復技術研究方面，目前多采用在平臺外邊緣處修建土埂或擋墻，在其內側覆土后栽種木本或播種草本植物，以實現坡面平臺生態修復。姜麗［85］采用堆砌石埂的技術措施后，在采場平臺上用容器苗種植胡枝子，起到了很好的水土保持作用；韓志陽［86］對某礦邊坡臺階平臺采用覆土后栽種側柏的方式進行生態修復，最終實現了礦山復綠；吳楊等［84］通過在研山鐵礦東幫平臺上修筑擋墻并在擋墻內覆土后栽種苗木的方式，實現了高邊坡平臺生態修復；賈斌等［87］以北京房山區廢棄的石灰巖礦山為研究對象，在礦山作業平臺進行覆土回填，并在臨空面設置干砌擋墻后，栽種鄉土植物，實現了永久的生態防護；華北理工大學礦區生態修復與重建科研團隊根據某礦山的立地條件，將作業平臺覆土后種植油用牡丹，取得較好生態效益的同時，也取得了一定的經濟效益。

工作平臺生態修復雖較坡面容易，但也存在土壤缺乏與土壤貧瘠問題，對其進行覆土后，還需進行土壤改良與培肥，在此基礎上，應做好灌溉系統設計，防止在干旱季節導致植物遭受旱災，同時還應采取防止水土流失的技術措施。在植物選取方面，應優先選用鄉土植物，以增強植物的抗逆性。對平臺采取多種措施進行聯合修復，可有效增加平臺的最終修復效果，保證植物生長發育長期穩定。

1.3 坑底生態修復技術

坑底通常是礦山標高的最低處，礦山閉坑后，地下水、地表水往往匯集于坑底，這對植被恢復產生了不利影響，但可為礦山邊坡生態修復提供灌溉水源，或根據礦山所處的區域位置，可將礦坑開發為休閑娛樂場所，使其具有觀賞性和娛樂性，以充分利用礦坑的地形地勢特點，使得閉坑礦山仍具有可持續發展的空間（圖7）。羅桂軍等［88］將長沙新生水泥廠的廢棄礦坑打造成湘江歡樂城；陳蓬勃［89］基于景觀空間設計經驗，對普蘭店市花兒山礦坑進行了景觀重構設計，并將其改造為具有文化特色的礦山公園；范婧［90］在對義馬市北露天礦坑進行生態修復時，融入時空設計的相關理論，將其改造為園林景觀；劉向陽等［91］對北京西郊砂石坑進行生態修復時，在考慮其功能和位置等多種因素的基礎上，因地制宜地將坑底改造為生態濕地；遷安某礦山對采坑進行規劃、整理、引水，實施生態旅游開發，以種植、特色養殖、農副產品加工和生態旅游為紐帶，構建了社會—經濟—自然復合生態系統。

如礦區處于干旱、半干旱地區，礦坑底部不能形成長時間的積水，可將坑底開發成林草地。唐山某石礦坑底覆土后種植早熟禾和狼尾草，有效改善了土壤的理化性質，種植后的效果如圖8所示。

從生態修復技術層面來說，坑底生態修復涉及的技術相對較少且較為簡單，這主要是由于礦山閉坑后坑底地形較為平緩。坑底生態修復雖易于取得較好的效果，但其成敗主要取決于邊坡穩定與否、邊坡生態修復效果的好壞及整個礦區的水土流失情況，如局部滑坡產生的滑坡體或水土流失產生的泥沙均會對坑底已恢復的植被造成淤積破壞。

1.4 排土場生態修復技術

排土場是露天礦開采過程中形成的結構松散、植被覆蓋度低、養分含量低、平臺和邊坡相間的松散堆積體，由巖石、土壤共同組成，是一種工程擾動土［92］。排土場的形成過程決定了其具有物質組成復雜、大孔隙發達、土壤理化性差等特點［93］，在強降雨、地震、爆破震動等作用下易發生滑坡、泥石流等地質災害［94］。將排土場修復為具有良好生態效益的土地，對于改善當地生態系統具有重要意義［95］。當前，排土場大多是在土壤重構［96］、蓄水截流整地和優化植被配置模式的基礎上進行生態修復［97-98］。礦山在排土過程中，可將大塊廢石放置于排土場底部，而將細粒土覆蓋在坡面和平臺處，為植物生長提供基本條件。土壤質地、容重、孔隙狀態及入滲、持水保肥等指標會影響植被生長，這同樣也影響到生態修復的最終效果［99-100］。表層土壤重構、植被恢復是排土場生態修復的關鍵環節［101］，土壤是植物生長的基礎，而植物的生長一方面可改善土壤的理化性質，增加土壤有機質含量；另一方面可增加植被蓋度，改善礦區的生態環境［102］。某排土場生態修復前后效果對比如圖9所示。

排土場平臺處土壤經過壓實，致使其容重增加，孔隙度減小，這嚴重影響了植物根系發育，致使單位面積植被生物量下降［103-104］，而坡面處土壤密實度相對較低，易引發溝蝕，造成水土流失［105］。因此，在平臺處宜翻耕表土以利于植物根系發育，在坡面處宜盡早采取蓄水截流和植被修復技術措施，以減少水土流失。植被配置模式對修復后整個礦區生態系統的整體穩定性及修復區土壤均具有重要影響［106］。當前，平臺通常采用喬、灌、草相結合的生態防護技術進行修復，坡面通常采用灌木、草相結合的生態防護技術進行修復。其中，喬木通常選擇刺槐、榆樹、油松等樹種，灌木通常選擇火炬樹、紫穗槐、胡枝子、荊條等，草本通常選擇耐貧瘠的紫花苜蓿、黑麥草等［107-108］。

排土場生態修復難度雖較巖質邊坡低，但由于土石混合體在固結過程中易引起排土場不均勻變形，從而在坡面和平臺外邊緣附近產生拉伸裂縫，這將導致土壤結構發生小尺度變化［109］，惡化土壤墑情［110］、增加滑坡和泥石流等地質災害發生的可能性，對植物生長［111］、土壤微生物學特性、植物群落［112］和排土場的整體穩定極為不利。因此，在礦山排土場堆排到設計高度后，應盡早在坡面和平臺上覆土，然后進行紫花苜蓿、黑麥草等草本植物的混播，以達到快速復綠、減少水土流失和加速土壤熟化的目的，與此同時，應做好防排水系統的修建工作。待排土場土體基本固結后，再在坡面和平臺上栽植或播種喬、灌和草本植物。植被恢復后要對排土場的穩定性、地裂縫發育情況和植被生長狀態進行實時監測，發現異常情況后，需采取相應的工程技術措施，確保排土場的安全穩定及其所在區域的生態系統向正方向演替［113］。

大型排土場面臨著旱季缺水和雨季易造成水土流失和坡體失穩的矛盾，如何充分利用雨季的雨水資源，減少集中降雨引起的水土流失與植物生境退化也是排土場需要解決的關鍵問題之一。雷少剛等［114］根據景觀生態學的原理［115］，引入新的景觀組分，調控水土物質流過程，提高了水資源的生態利用效率。

安全穩定是實現排土場生態修復的前提，在進行植被恢復之前，通常在排土場坡面和臺階上進行覆土，為后期植被恢復提供生長基質，但坡面覆土通常采用自卸汽車由坡頂傾倒土方后，土在重力作用下由坡頂向坡腳處滑動，造成粒徑較大的石塊或粗顆粒土集中于坡面的中下部，越接近坡腳處石塊或土的粒徑越大，而坡頂處土的粒徑相對較小。針對上述問題，通常在排土場坡面的中上部采用喬灌草相結合的生態修復方案，可有效降低坡面水土流失［116］，增加土壤養分含量［117］，增強淺部土體強度［118］，其中喬木通常選擇根系發達、耐旱耐貧瘠、固土能力強的樹種，如油松、刺槐、榆樹等，灌木通常選擇紫穗槐、火炬樹、胡枝子、沙棘等，草本植物多選擇紫花苜蓿、黑麥草、狗牙根等。在坡面的中下部可采用灌草相結合的生態修復方案，坡腳處通常在坡腳與平臺交界處栽植爬山虎等速生藤本植物進行快速修復。根據平臺寬度、土質情況，可將平臺修復為林草地、經濟林地或中藥材種植地等。

1.5 礦區道路生態修復技術

在礦區生態恢復與重建規劃設計中，礦區道路不僅是邊坡、工作平臺與坑底生態修復的運輸通道，也是礦山閉坑后需進行生態修復的區域。礦區道路較為平坦，這為其生態修復的順利進行創造了有利條件。礦區道路存在滑塌隱患處應及時清除，道路內側設置排水溝［119］。對公路進行深翻平整后，采用覆土后栽植或種植喬、灌木的方式進行生態修復。王月［120］在張家口北蔚采石場生態恢復治理中，采用覆土后種植樹木的方式對礦區道路進行了生態修復；王東等［121］在深翻平整的礦區道路上采取喬、草混交模式有效恢復了地表植被。

上述生態修復技術主要是針對未經混凝土硬化的礦區道路，而對于經過混凝土硬化的礦區道路，如繼續采用上述修復技術，其難度和成本都會相應增加。這是因為清除道路混凝土不僅需要人力、物力，而且會產生大量無法降解的外運垃圾，容易造成二次污染。因此，在對混凝土硬化的礦區道路進行生態修復技術方案設計時，可在保留道路的同時，加強道路兩側綠化與防排水系統維護，以保證道路暢通，為后續邊坡與坑底生態修復工程維護提供道路。礦區道路在生態修復規劃方案設計時，應與整個礦區生態修復方案相協調，以使其融入到整個生態系統中。

1.6 工業廣場生態修復技術

工業廣場在礦山全壽命周期內均發揮著重要作用，是礦山生產、生活不可或缺的部分。關于礦山工業廣場的生態恢復與重建工作，也有部分學者開展了相應的研究工作。文智斌［122］將太原陽曲縣某石灰巖礦的工業廣場在礦山閉坑后規劃為灌木林地，主要栽種沙棘和紫花苜蓿；方南平［123］根據礦區的工程地質、水文地質及環境地質條件，在對土地破壞預測評估的基礎上，對福建古田大垅際礦區的生態修復工程進行了全面的規劃設計；王世娟［124］根據淮東大井礦區南露天煤礦的地形地貌，并綜合考慮復墾分區、土地適應性評價以及復墾標準，將復墾方向定為裸地；張熙卓等［125］利用概率積分法進行土地損毀預測，根據可行性、最佳效益、因地制宜等原則，設計并實施了煤礦區土地復墾方案，并將整個復墾方案實施劃分為6個階段；妙超［126］在分析礦山氣候條件及土地資源利用的基礎上，針對陜西某大型灰巖礦山設計了土地復墾方案，礦山的生物治理措施以植被重建為主。

礦區工業廣場生態修復技術簡單且較為成熟，進行生態修復技術方案設計時，在確保修復效果的前提下，應使修復后的景觀與周圍環境相協調，同時，如該區域有點或面污染源，需對污染源進行妥善處理，以防止對空氣、土壤或地下水造成污染。

1.7 開采境界周圍受開采影響區域生態修復技術

礦山開采過程中和閉坑后，均會對開采境界周圍一定范圍內的植物生長、工程地質、水文地質環境等產生不同程度的影響，主要是由于采石揚塵［127］、地下水疏干、采場邊坡周圍裂縫所導致的。目前，關于開采境界周圍生態修復技術的研究成果相對較少，且該現象會隨著閉坑越來越嚴重。因此，需要對受采礦影響的最終境界周圍區域進行生態恢復與重建，以使閉坑后整個礦區具有良好的生態環境。李江峰［128］對首鋼鐵礦沙廠礦區的生態恢復方案進行了設計規劃，將礦區劃分為不同分區，采取不同的措施進行生態恢復；吳琳琳［129］對義馬市礦山廢棄地存在的問題進行了分析，并對廢棄地的生態恢復工作進行了規劃；羅博文等［130］通過對廣西全頁巖礦山環境問題進行評估調查，提出了一系列的防治措施；撒楚航等［131］對廣西扶綏縣礦山環境問題進行了分析，提出了相關的改進措施；汪繼學等［132］依據環境影響因素，將日照市露天開采礦山環境問題分為3類，遵循“因地制宜、經濟合理、技術可行”的原則給出了相關治理建議；趙建倉等［133］對甘肅省肅北某鐵礦礦區地質環境問題進行了評估預測，并有針對性地提出了保護治理措施，有效遏制了礦山地質環境問題；申玉松等［134］將商城縣礦山地質問題劃分為3類，并綜合考慮地質環境等影響因素，提出了相關保護性措施；孟繁等［135］利用多種勘察手段對天津大興峪北礦區進行勘察，并針對礦區存在的問題提出了一套綜合治理方案；張鵬等［136］通過某礦區前期調研，通過分區生態恢復等一系列技術手段，設計了礦區塌陷區的綜合治理方案。

礦山開采勢必對礦區周邊區域地下水滲流場分布特征、細微地裂縫發育情況、土壤養分流失速率與方式、植物與土壤微生物生長狀況產生重要影響，隨著開采深度增加，這種影響更為明顯，因此在制定開采境界周圍生態修復方案時，地下水系統變化、土壤養分流失情況、微裂縫發育特征對生態環境的影響也應充分考慮。對于水文地質條件復雜、地下水位較高的礦山，可采用堵水帷幕的方式堵截地下水，以減少因礦山開采對區域地下水滲流場、邊坡穩定性的影響［137-138］；對于微裂縫較為發育、土壤養分流失嚴重的區域，可在采取控制微裂紋發育工程措施的基礎上，混播根系發達的豆科牧草和低矮的灌木；對于受開采影響不顯著的區域，如果地表植被基本沒有遭到破壞，可在適當補充水肥的前提下，采取封山育林的方式進行生態修復，如果地表植被破壞嚴重，可采用喬灌草相結合的方式進行生態修復。未來在對開采境界周圍受開采擾動區域進行生態修復時，應根據開采擾動程度、地下水滲流路徑改變、微裂縫發育程度、土壤養分流失情況等對地表植被影響程度的不同進行分區，根據各區域不同的環境條件選取有針對性的生態修復技術方案，以達到最佳的修復效果。

2 不足分析

通過對巖質邊坡、作業平臺、坑底、排土場、礦區道路、工業廣場和開采境界周圍等受開采影響區域生態修復技術的回顧與分析發現，裸露的巖質邊坡和大型排土場是生態修復的難點與重點區域。因此，本研究重點闡述巖質邊坡和排土場生態修復主要技術的優點與不足。

液壓噴播技術、厚層基材噴播技術、三維植被網生態防護技術、噴混植生技術、客土噴播技術和植被混凝土生態防護技術因具有機械化程度高、施工速度快、養護方便、覆蓋效果好、建植初期能防止坡面水土流失等優點，在巖質邊坡生態修復中得到了廣泛應用。草本植物具有抗寒性與抗旱性差、綠期短、根系錨固作用差等缺點，若單純采用草本植物進行綠化，修復后期植被退化嚴重［139］。隨著應用年限的增加，在降雨、凍融等因素的影響下基材中的氮、磷、鉀等元 素［140-141］，鐵、錳 、鋅等微 量元素流失 嚴重［142-143］，同時，在雨水的沖刷作用下，基材本身也將受到侵蝕而產生水土流失現象［144］。冀東某石灰巖礦邊坡采用客土噴播后，受干濕交替和凍融效應影響，出現了局部脫落現象，影響了整體的綠化效果，如圖10所示。

目前，邊坡植被恢復更多的是追求快速綠化，而忽視了植被生長的可持續性，同時，由于在一定程度上缺乏植被恢復效果的長效評價機制［145］，且在后期管理不力、植被生長監控缺失等諸多因素的影響下，護坡植被覆蓋度逐年下降，基材在凍融—干濕或強降雨作用下與坡面分離，整個群落向逆演替方向發展，最終導致邊坡生態防護工程失去生態防護作用。

針對上述問題，需在植生基材—根系生長協同耦合調控機制，植生基材、根系復合體—巖體界面黏結強度劣化模型，邊坡表層裂隙化巖體—植物根系—植生基材整體穩定機理、生態修復效果評價長效機制與動態監測技術等方面開展研究工作。同時，上述技術的修復成本對于礦山企業來說偏高，因此還需研發低成本的植生基材，如以鐵尾礦為主要材料的植生基材等。

除了上述常用的邊坡生態修復技術外，針對高陡邊坡還開發出爆破燕窩、種植槽、植生袋、魚鱗坑法和石壁掛籠法等生態修復技術。但在實際應用過程中，這些技術均有不足之處。如爆破燕窩技術在施工過程中，爆破震動會破壞坡面巖體的完整性，使得坡面巖體強度降低，雨水很難進入燕窩內部，增加了后期管理與養護的難度；種植槽技術具有施工難度大、槽內土壤少、會發生槽體失穩風險及成本相對較高等不足［146］；魚鱗坑法和石壁掛籠法要求有支撐點［147］；植生袋的成本相對較高。

在露天礦巖質邊坡生態修復過程中，應將坡面與平臺視為一個有機整體，根據平臺寬度、臺階坡面角、臺階高度、邊坡巖體質量及節理裂隙發育情況，結合礦區的氣候條件、各生態防護技術的優點，制定最優的生態修復方案。實現平臺速生喬、灌、草、藤形成的防護帶對坡面植被進行有效保護，減少干熱風、強降雨等對坡面植被、基材的不良影響。

現有的排土場生態修復技術在應用過程中均發揮了積極的作用，但同時也存在一些問題，如排土場完成初期，為有效控制坡面侵蝕和水土流失，需盡早修建防排水系統和恢復坡面植被，而此時土體尚未完全固結，因整個排土場的土體并不均勻，因此在土體固結過程中，排土場不同區域的沉降量并不相同，從而使得排土場邊坡頂部及中上部區域出現較為明顯的拉伸裂縫，這不僅造成土壤中養分、水分快速流失，還對植物根系造成不可逆的損傷，進而影響植物和土壤微生物的正常生長甚至引起植物死亡，這對排土場生態修復極為不利。為此，在排土場生態修復初期，通常混播1年生與多年生草本植物，以減少坡面水土流失，待排土場基本固結完成，坡面裂縫幾乎不再增加時，可在坡面上植樹種草，以完成排土場最終的生態修復。生態修復工程完成后，應實時動態監測植物生長狀況和裂縫發展情況，若出現異常情況，應采取切實有效的工程技術措施，確保生態修復最終取得理想效果。

3 發展趨勢與展望

在露天礦生態修復技術研究方面，國內外眾多學者已取得了大量的研究成果和寶貴的經驗，為石礦跡地生態修復提供了有益參考。對于石礦跡地來說，巖質邊坡坡面與排土場仍然是整個礦山生態恢復與重建的重點與難點部分，本研究重點從坡面、排土場及整個礦區生態恢復與重建方面，對石礦跡地生態修復與重建未來需要深入研究的方向進行討論。

（1）低成本植生基材研發。在石礦跡地生態修復與重建中，基材是植物、土壤微生物與土壤動物生長、繁衍的基礎，同時控制著整個礦區生態修復的成本，其物理、化學、力學特性和植物生長適宜性的協同耦合調控機制［145］；以固體廢棄物（尾礦、污泥、粉煤灰、糠醛渣、秸稈等）為主要原材料的低成本植生基材合理配比；基材在凍融、干濕循環、強降雨及連續降雨等外界條件下的耐久性、抗沖刷性、內部微結構的變化及水分、養分的運移及流失規律；基材肥力及持續供肥能力等關鍵技術還需進行深入、系統地研究。

（2）植生基材—根系生長協同耦合調控機制研究。這方面需要進一步開展系統性研究的內容有：分析根系生長過程中，植生基材—根系復合體在凍融、干濕、連續降雨、強降雨等作用下物理、化學、力學、滲透、保水及其內部微結構的變化規律；植物根系對植生基材的正效應（增強植生基材的強度［148］、提高表層土體強度［149］等）和負效應（根系腐爛形成的洞穴、導水通道、動物洞穴［150］、高含水率根—土間強度下降等［145］）；植生基材理化性質與基材呼吸間的關系；根系生長過程中，植生基材—根系復合體整體穩定性和耐久性的演化規律等。

（3）邊坡表層裂隙化巖體—植物根系—植生基材整體穩定機理研究。在坡面角、巖石結構與成分、風化程度、界面粗糙度（JRC）、裂隙發育程度、優勢結構面產狀、植被配置模式等不同的情況下，分析邊坡淺部裂隙化巖體在凍融—干濕與水化學耦合作用下的裂紋擴展機制、植物根系生長對巖體裂隙網絡擴展行為及植生基材加筋錨固作用的影響機制，探究凍融—干濕與水化學耦合作用下的邊坡淺部裂隙化巖體—根系—植生基材整體穩定演化規律，揭示三者協同作用機理。這部分內容為石礦跡地巖質邊坡生態修復研究的難點。

（4）排土場地裂縫監測、控制技術與植被配置模式研究。安全穩定是排土場生態修復取得成功的前提，而地裂縫的發展速度及趨勢是生態修復能否成功的關鍵。目前在排土場沉降［151］、變形［152］、災害監測［153］、穩定性監測［154］等方面的監測技術較為成熟，而地裂縫實時監測與控制技術、地裂縫擴展對植被恢復的不良影響及植物根系抑制地裂縫擴展機理、地裂縫發展過程中植被配置模式等方面的研究工作尚需加強。

（5）融合5G技術的節水適時灌溉養護技術研究。灌溉養護是保持石礦跡地（尤其是邊坡工程）生態修復效果的關鍵手段，是體現礦區生態修復成果的重要指標。當前的灌溉養護技術仍存在模式傳統、資源浪費、缺乏專業管理等問題。5G技術強化和深度融合了物聯網、大數據、人工智能等技術，有力推動了各行業的轉型升級和智能化發展。根據智能實時監測獲取礦區不同區域植生基材、土壤水分含量、空氣濕度及其動態變化規律，結合礦區天氣變化，將5G技術與礦區節水適時灌溉養護技術相融合，可有效提升礦區生態修復工程質量，降低成本，這也是未來發展的方向之一。

（6）石礦跡地生態修復一體化動態監測技術與評價指標體系研究。礦區生態修復是大尺度、長效過程，修復中需監測、評價同步進行，但傳統的監測技術難以實現多通道、全區域覆蓋，由于不能實時跟蹤、評價生態修復效果，導致部分生態修復工作不能滿足實際需要。礦區生態修復的目的是構建相對穩定的生態系統，這就需要建立健全修復效果評價指標體系，研究科學合理的植被指標評價方法。面對建設“綠水青山就是金山銀山”的全面要求，需要完成礦區立地條件分析、生態修復措施實施、土壤墑情動態變化規律研究、修復后的監測評價全過程工作，需將5G技術、GIS、RS進行有效結合，在人工智能技術支持下，獲取礦區破壞、生態修復及修復效果動態監測數據，利用數字模型模擬監測評價修復效果，將信息技術、空間技術融入到傳統礦區生態修復工作中，將有助于促進生態修復技術在石礦跡地中的應用，解決區域范圍大、數據量多、數據龐雜等問題。

（7）石礦跡地生態修復與重建是一項復雜的系統工程，涉及多學科的交叉融合。人工修復與自然修復相結合的生態修復關鍵技術，微生物、植物與工程修復關鍵技術，地下水系統變化對礦區生態環境的影響機制，不同受損區域生態修復關鍵技術，生態安全評價及調控模式等方面是未來礦區生態恢復與重建的重要研究方向。