礦山生態修復的研究熱點和主流操作方式

趙曉林，程紅剛，岳本江，馬 力，馬偉虎

(1.黃河上中游管理局 西安黃河規劃設計有限公司，陜西 西安 710021；2.黃河水利科學研究院 水土保持所，河南 鄭州 450003； 3.東北林業大學，黑龍江 哈爾濱 150040)

礦產資源是人類生存必不可少的一種物質資源，雖然我國的礦產資源相對豐富，但是能源消耗量大，這就導致很多礦產開發區出現過度開采的情形。開采后的危害很大，礦山生態修復迫在眉睫，我國也正在采取一系列的措施來對礦山進行修復，保護生態環境。根據礦山生態恢復的不同功能和特點，有7種模式，包括生態恢復模式、自然資源利用模式、旅游開發模式、土地復墾模式、造湖模式、垃圾處理模式和儲存模式。

1 礦山生態修復的研究熱點

1.1 應對氣候變化的礦山生態修復新思維

全球氣候變化可能在各個層次上影響著生態系統及其要素。如何在礦山土地復墾及生態修復的規劃、設計、實施和管理中考慮這一影響，是礦山生態修復研究的熱點之一。研究內容有：一是全球氣候變化導致的洪澇、干旱等極端自然災害對礦山恢復的影響，以及如何運用新思維來提高生態系統對這些變化的適應能力。二是氣溫的顯著變化對植被生長的影響以及物種選擇和種質資源策略的轉變。如內蒙古自治區鄂爾多斯市干旱礦區植被的生態恢復面臨的主要挑戰是氣候變化、關鍵樹種生長緩慢和木本植物更新困難。研究表明，種子萌發閾值與降雨和溫度有關，土壤含水量的時空變化可能會限制植物生態修復的效果。三是通過長期監測數據證明現有的礦區生態恢復工程是否具有恢復力[1]。如內蒙古自治區阿拉善盟右旗局部地區氣候變化顯著，2000年以后的降雨量比2000年以前增加了10%，沙漠地區梭梭林和檸條恢復的長期記錄為測試氣候對植被的影響提供了良好的信息。研究表明，氣候變化對礦山生態恢復有影響，但影響程度有限，而且礦山本身地質條件對氣候變化也具有一定的抵抗力[2]。

1.2 修復植被與復墾土壤間的相互作用機理

當下涉及修復植被與復墾土壤間的相互作用機理的研究也是熱點之一。研究的核心一是通過種植不同年份的植被進一步研究植被根系對土壤理化性質的改善作用，揭示修復植被與復墾土壤間相互影響的機理和作用；二是根據不同的復墾方法，如不同的覆蓋土厚度、土壤種類，不同的地基重建方法，對植被恢復效果進行研究和評價；三是集中在土壤水分約束下土壤重金屬污染物向植被遷移的界面效應及其影響、植被生長條件和景觀變化、金屬礦區復墾土壤重建及其對植被的影響等方面的研究[3]。如鄂爾多斯市伊金霍洛旗針對礦井排水對栽培的中天玫瑰和深秋紅沙棘植物重金屬含量的影響進行研究，取得了一定的成果。

1.3 礦山生態系統服務價值

隨著國家對生態系統服務價值的關注，近年來服務價值也被運用到了礦山生態系統恢復中來。如一些礦山企業采用可持續開采和復墾相結合的方式進行礦山生態恢復，取得了積極效果；有的礦山企業采用綜合恢復方法，包括景觀地形設計、河流重建、土壤重建、原生態動植物的再生等來創建微觀和宏觀棲息地，種植和恢復本地物種，并成功進行了實踐。礦山生態系統服務價值包括增加土地價值、碳匯儲量，加強有關各方在礦業資源開發利用方面的合作，加強水資源保護和改善水質，改善生態系統服務等。我國南方的一些省市在評估礦山生態景觀自然恢復的可行性時，就考慮了生態系統服務價值[4]。現階段，礦山生態修復應更加重視文化服務價值的恢復，將當地歷史文化與現代文化有機結合，逐步實現礦山生態修復的整體服務價值。

1.4 本土物種保持與特定污染的土壤修復技術

礦山重金屬污染的控制與修復一直是人們關注的焦點。國內礦山恢復的方法主要有隔離、土壤覆蓋、地形改造和原生植被吸收，還有就是選擇對重金屬具有高度抵抗力的植被，建立監測土壤中重金屬移動的技術系統，利用無人機定期監測重金屬污染物在現場的遷移[5]。

在礦山植被恢復中，應優先選種鄉土植物，并適當引進優良、抗性強的已獲得成功種植的植物品種來增加物種多樣性。實踐證明，鄉土植物的適應性更好，而外來物種在應對氣候變化方面優勢明顯不足。一些煤礦企業正在探索有效恢復本地植物的新方法，如鄂爾多斯市準格爾旗已通過露天礦修復對本土的蒙古黃芪、紫花苜蓿和其他豆科植物的種植進行了成功探索。實踐證明，露天礦山修復過程中大量種植草本和豆類植物可以防止水土流失，保證相對穩定的立地條件，然而導致土壤結構破壞和水土流失等的因素依然存在[6]。

1.5 礦山生態修復監測技術

土地復墾與生態恢復工作開展起來十分復雜。復墾與恢復結束就是植被生長、土壤質量改善、系統演化和穩定的開始，這意味著必須對礦山復墾和生態恢復進行長期的動態監測。只有通過長期的動態監測，才能判斷生態修復工程的成敗，國內礦山土地復墾生態修復存在的主要問題是缺乏有效的監督和對生態修復項目的長期監測[7]。

2 礦山修復主流的操作方式

2.1 生態恢復類

礦山是一個復合生態系統。礦山生態環境問題幾乎伴隨采礦業的發展，長期的開采將不可避免地對環境造成破壞，導致地表土壤剝離，碎石、礦石、煤矸石及尾礦的堆積，采空區和沉陷區的形成，以及受到采礦影響而無法使用土地等，這些問題是導致生態環境嚴重偏離自然狀態的首要因素。因此，礦山生態恢復要消除干擾，加速生物組成的變化，從而加速生態演替過程，將退化的生態系統恢復到一定的理想狀態。在恢復過程中，不僅要利用土壤動植物、土壤微生物來幫助改善土壤的理化性質，還要根據規劃目標選擇合適的物種進行生態恢復[8]。在整個生態恢復過程中，要清除危險的巖石，降低坡度，使沒有形成臺階的懸崖盡可能穩定。

2.2 自然資源利用類

通過挖掘、整理和研究礦山資源，對其進行保護和科學利用來打造礦山文化資源。以特定的煤礦為原型，從煤礦的原始面貌開始，跟蹤煤炭及相關產業的生產、發展，重點展示礦業的歷史、文化，以及礦業的興起、轉型和飛躍，其核心展品由礦井開發設備和相關的文字、圖片、視頻數據組成。

2.3 旅游開發類

國家高度重視生態環境問題，嚴格控制采礦活動，逐步取締、關閉非法礦山，而礦業公司也面臨著轉型的巨大壓力。《關于支持旅游業發展用地政策的意見》(國土資規〔2015〕10號)明確提出鼓勵在廢棄工礦土地上搞旅游開發，這極大地促進了礦業旅游的發展。國內礦業旅游區大多是礦山關閉后經生態恢復、治理而形成，如黃石國家礦山公園。

2.4 復墾造田類

國內外就土地復墾技術的研究和實施由來已久，多數是通過對已開發礦山的復墾來改善當地地質條件，建設高標準農田來補充和增加耕地面積，并取得了良好的經濟與社會效益。對適合復墾的廢棄礦山和土地進行高質量的地質環境恢復、復墾和土地質量改善已成為礦山生態恢復治理的重要環節，將一直無序復墾和生態破壞嚴重的荒棄地變成高標準農耕地或牧草地是近階段礦山生態修復的迫切目標[9]。

2.5 引水造湖類

引水造湖則是通過對礦區周邊環境和生態系統進行管理和修復，引入達標水源，將露天礦坑改造成湖泊。通過湖泊的作用，將礦區附近的土地慢慢轉化為肥沃的農田、茂密的林地和藍色的水面，打造局部微生態小氣候，實現礦區自然環境和社會經濟的綜合發展。

2.6 垃圾處理廠類

礦業開采過程產生的廢渣被隨意排放和丟棄，長期積累造成水污染和土地污染。利用廢棄礦山作為生產和生活垃圾處理基地，可以解決廢棄地占用、環境污染和資源回收利用等問題，進而修復被破壞的土壤，營造大片的森林和綠地，把廢棄礦山變成綠色公園，建立一些教育、休閑和文化活動設施。這樣不僅能保留遺址的開采歷史，還使礦山得以“重生”[10]。

2.7 倉儲類

利用礦山自身地理特點發展副業，如可以將部分廢棄礦區改造成倉庫。一些廢棄礦井遠離村鎮，無水源或水系，特別是廢棄采空區，改造后可用于化工業、醫療等行業的廢棄物存放；一些廢棄礦井圍巖穩定，巷道相對寬敞，利用冬暖夏涼的特點，改造后可以貯藏需要在一定溫度范圍內保存的水果、蔬菜等物品；一些廢棄露天礦山離城鎮近，但處在水源下游和城市的下風向，低于周邊地形的開采沉陷區，改造后可作為城市垃圾填埋場。

3 結 語

礦山生態修復是一項非常復雜的工程，要根據修復地的實際情況選擇適宜的方法。礦山在開發后很難完全或基本恢復到原始狀態，生態恢復可以幫助礦山形成新的植被群落和生態系統，其中恢復牧草地、水土保持林或高標準農田較為常見，也是當前主流生態恢復方式。由于不同地區氣候、土壤資源和植物種類存有差異，植被與土壤的相互作用機制十分復雜，因此要通過加大研究力度和采取有效的生態恢復方式來獲得礦山生態修復的成功經驗。礦山生態修復不僅有機會獲得顯著的經濟效益，而且可解決礦區勞動力就業安置等突出問題。