農村廢棄土地生態修復與價值再生

劉華斌

（南昌工程學院 水利與生態工程學院，江西 南昌 330099）

我國現代農村建設的快速發展產生了大量受污染和受侵蝕的廢棄土地，主要包括各類工礦企業生產中污染、挖損、塌陷等造成破壞的土地，因道路改線、建筑物廢止、村莊搬遷以及垃圾壓占等而遺棄荒廢的土地，農村磚瓦窯、水利建設取土等造成的廢棄坑塘、洼地，工業污染造成的廢棄土地等。這些土地由于長期受到工礦建設活動的干擾，對農業與農村的生態環境和人們的生活健康產生了重大影響和潛在危害。因此，開展農村廢棄土地生態修復和綜合治理顯得十分必要。此外，促進農村廢棄土地綜合價值的重建和再生，是提高土地利用效力、實現土地資源可持續利用的重要方式，符合我國土地發展戰略。

國外較早開展了對廢棄土地的認識與治理的相關研究和實踐。相關研究主要集中于廢棄土地危險定級并進行風險評估［1-3］、場地修復［4］和政策績效［5-6］等方面，已形成一套用于現場調查、評估和監測的基本理論和技術方法［7］，用以解決農村廢棄土地和水體的污染、修復和復墾等問題。相關實踐案例則多為歐美等國家地區的廢棄土地生態修復實踐，如德國的港口島公園(Buergpark Hafeninsel)、美國紐約的高線公園(High Line Park)等，其中加拿大布查德花園(Butchart Gardens)源于一個廢棄的采石場，經建設現已成為集玫瑰花園、意大利花園和日本花園特色為一體的著名低地花園。我國廢棄地的治理目前仍處于起步階段，主要集中在農村廢棄土地綜合治理及相關工程技術［8-9］、廢棄地基質改良和植被重建［10-11］，生態修復的考核與績效指標等［12］。同時，圍繞廢棄土地的修復、復墾、綜合利用等實踐方法已經逐步實施［13-14］。上海辰山植物園的礦坑花園，采取“增刪法”生態修復方法應對采石坑的特殊形態，營造了一處典型又特色鮮明的生態修復花園。通過以上相關研究和實踐分析可知，探討農村廢棄土地生態修復理論、方法及對策，以實現其資源再利用和綜合價值再生，這對于我國土地資源保護和生態環境建設具有重要意義。

1 農村廢棄土地與生態修復

廢棄土地最早在美國《綜合環境響應、補償與責任法案》（CERCLA，1980）中提出，也稱之為棕地，其定義是“廢棄的、閑置的或未充分利用的土地，其擴張或再開發，由于現有或潛在的環境污染而變得復雜”。英國廢棄地概念的內涵更為廣泛，是指曾被用于開發和建設，無論是否受到污染，最終仍被遺棄的荒地［15-17］。農村廢棄土地的類型和成因十分復雜，由于農村廢棄土地作為一類系統自然功能基本喪失的退化生態系統或受損生態系統，需要在人為干預或輔助下使其結構和功能逐漸恢復完善而達到一種新的平衡，這種人工干預就稱之為生態修復。該過程不僅是植被的恢復，更是整個廢棄地生態系統的修復，從傳統簡單的復綠到整體生態功能的提升，是系統結構、過程、生物多樣性的重建。

2 農村廢棄土地生態修復方案

2.1 化學修復措施

農村廢棄土地類型中，修復難度較大的一類土地是重金屬污染的廢棄地。這類廢棄地主要修復對象為土壤中有效態的重金屬，需依賴化學治理方法，如化學淋洗法及穩定化法等（表1）。EDTA作為螯合劑，能和堿金屬、稀土元素和過渡金屬等形成穩定的水溶性絡合物。

表1 農村廢棄土地的化學修復措施與效果

向土壤中添加有效的肥料，用以中和土壤中的污染物質是化學修復常用的措施［18］。如果廢棄地的pH值太高或太低，可以添加化學試劑以實現中和效應，如在堿性程度更高的礦區，可以添加硫酸鐵、硫磺等；在較酸性的礦區，石灰的應用可以有效提高pH值，并能防止下層尾礦的酸化，從而改善植物的生長環境促進植物生長。

2.2 生態工程措施

2.2.1 阻隔工程技術 受重度污染且污染物易發生遷移或暴露的農村廢棄土地，宜采用阻隔工程措施實現對污染源的阻隔、堵截、覆蓋或填埋，從而控制污染物擴散或阻斷污染物暴露。該技術的關鍵在于通過鋪設阻隔層減少污染物對周圍環境的擴散影響，切斷污染物與人體接觸的途徑，避免或降低地塊污染物對人體健康的危害和環境風險。阻隔工程技術的要點是在污染土壤周圍修筑鋼筋混凝土等材質的隔離墻，并在其最下層鋪設石板隔離帶，以此避免重金屬的遷移對地下水造成污染。值得注意的是，阻隔工程技術限制了污染物的遷移或暴露，并沒有實現對污染物質的處理及其濃度的降低，為農村廢棄土地生態修復提供了基礎條件卻不是真正的生態修復，因此，需結合其他修復技術如化學生態修復、生物生態修復等措施，才能達到生態修復目標。

2.2.2 邊坡網格技術 對于在農村的采礦場區形成的大量裸露廢棄地和邊坡，土地貧瘠且坡度陡峭，生態系統的恢復十分困難，網格技術是適應該情況需要，用于解決邊坡的傳統有效方法，如現澆或預制混凝土構建菱形或魚鱗坑型網格、土工格室（蜂巢約束系統）等?，F澆網格是在坡面整體連接，網格通過預設在斜坡上的錨桿固定，從而形成穩定的三維結構（圖1）。將植物種子、耐侵蝕基質或表層土壤的混合物敷設在網格內，并進行植被栽植以實現邊坡穩定性和自然植被恢復。網格技術的核心組件包括網格、植物和錨桿件。其主要應用了土力學和工程地質學的基本原理以實現護坡結構的穩定性，并運用植物學、生態學、土壤學的原理用于解決植物生長和生態自愈的問題。

圖1 現澆網格結構

邊坡網格依照現場實際情況進行工程設計后，由混凝土等高強度材料現澆或預制而成，網格內部配置鋼筋。現澆網格主要應用于坡度相對較緩、工作面較大、方便施工的邊坡。為了維護網格內的植物種子及基質材料的結構與功能的穩定性，邊坡網格的高度是根據邊坡的坡角與網格內的基質材料的自然休止角共同協調而確定，從而避免了種植基質材料自身的水土流失和坡面徑流的沖刷侵蝕，保障了邊坡生態修復的最終成效（圖2）。

圖2 邊坡網格效果

2.3 土壤生物措施

2.3.1 表土覆蓋與客土技術 土壤尤其是表層土壤作為植物生長的載體和立地基礎，對植物生長具有重要影響。植物的生長狀況在一定程度上取決于地表土壤的性質。因此，充分利用優質表土進行回填或改善土壤理化性質從而改善植物生長基礎條件是農村廢棄土地生態修復常用且有效的措施。表土是當地物種的重要種子庫，其為植被恢復提供了重要來源?；靥畋硗翞楦堤峁┝烁哔|量的生長介質，并具有良好的土壤結構和較高的養分、水分，也具有更為豐富的參與營養物質循環的生物與微生物群落。通過物理措施，例如疏松原致密的土壤、深翻土壤、修整地表等，改善土壤物理特性和農村廢棄土地整體環境。研究表明［19］，農村廢棄土地恢復后的作物產量與翻耕深度呈良好的線性關系。

2.3.2 生物修復技術 生物修復是農村廢棄土地生態修復最主要的技術手段之一。在含有重金屬或經化學治理又造成二次污染的農村廢棄土地上，種植超富集植物及培育微生物可以實現有效修復（圖3）。該技術通過植物根系有效的吸取廢棄地內過量的重金屬有效態并將其儲存在植物體內，通過基因法培育出來的微生物會螯合及還原某些重金屬有效態，將其轉換為對土壤無害的形式。該方法的缺陷是超富集植物的修復周期較長。

圖3 植物修復原理

向廢棄土地引入一些生物如蚯蚓、鼠類等措施，對改善土壤結構、提高土壤的透氣性和透水性十分有效。在土地復墾階段，種植一些紫花苜蓿、草木樨、三葉草等生命力強、根系發達的植物，可以起到改良、熟化土壤的作用。這些植物的根系的主根深長2～3 m，根部具有根瘤菌，根系腐爛后對土壤有膠結和團聚作用，改善了農村礦地基質的結構和肥力。接種菌劑技術也可應用在農村廢棄土地的基質改良中，由于菌根真菌的活動增加了活性微生物菌群，改善了根際周圍的微生態環境，可以明顯提高農村廢棄土地復墾時的植被成活率（表2）。

表2 生物修復技術要點

2.3.3 微生物結皮協助生態恢復 土壤微生物結皮(Biological soil crusts)是由諸如微細菌、真菌、藻類、地衣、苔蘚等隱花植物(也稱非維管植物)等在最上層土壤與土壤砂礫粘結形成的薄層殼狀結構的復合物，是干旱、半干旱地區重要的地表覆蓋類型和植被演替的先驅物種。有研究發現，南方土壤也有生物結皮［20-21］。生物結皮的存在對砂礫的固定、改善土壤表面的理化生物學特性及土壤抵抗風和水的侵蝕等方面具有重要作用（圖4）。

圖4 微生物結皮效應

2.4 復綠復墾與景觀營造

2.4.1 場地復綠復墾 生態修復的重要目標就是實現農村廢棄土地的場地復綠。在場地水土和環境達到植物生長條件后，應對廢棄地修復區進行場地整理和復綠復墾。在植被種類選擇上應依據恢復生態學基本原理，優先選擇和培育鄉土植被，注重喬、灌、草的植被層次多樣性，常綠、落葉的植被季節性，速生、慢生的植被生長特性的搭配。植被應具有適應性強、根系發達、耐貧瘠、較強抗旱能力等特點，并依據不同地域會有所區別。農村廢棄土地生態修復不僅是“變廢棄地為綠地”，更重要的是通過復墾的方式，將閑置、被毀壞的廢棄地重新為人類提供健康、生態的服務，宜耕則耕、宜林則林、宜草則草、宜水則水、宜建則建，恢復一個可持續的生產—生活—生態系統和人居環境，從而緩解農村礦業區域較為尖銳的人地矛盾。

2.4.2 景觀營建 景觀營建是農村廢棄土地生態修復的綜合階段。應因地制宜，針對不同農村礦業用地類型和分布采取不同措施，營建具備可供人們休閑、游樂、觀賞、科普等功能的整體品質景觀。以農村采礦廢棄地為例，在其開采區依據場地條件可以保留生產代表性廠房或典型設備，形成展示性遺產景觀；在廢棄地內塌陷區或礦坑，應合理規劃設計，分析場地特征和再生方式，形成廢棄地礦坑池塘景觀。有些礦坑因礦物質含量高及長時期積水對巖石的溶解作用，水的顏色漸漸變成了翡翠色，水體十分美麗。也可根據實際設置人工瀑布景觀、開展山體攀巖活動、工程地質科普教育等內容，實現農村廢棄土地的效益轉型和價值再生。

3 農村廢棄土地價值重建與再生

美好生態環境是人民的需求和福祉。解決影響人民生產、生活的突出農村廢棄土地環境問題，增強生態產品生產能力、提供更多優質的生態產品，是農村廢棄土地生態修復的目標與任務。農村廢棄土地生態修復與價值再生，就是要變滿目瘡痍為綠水青山，化綠水青山為金山銀山。

農村廢棄土地經修復后生態價值的恢復，體現在生態系統的重建和生態服務功能的再生上，可通過市場價格法、替代成本法等生態系統價值評估方法實現。國際生態學會從3個方面關注廢棄地生態修復的質量：自我維護生態恢復的結構和功能、防止生態系統受干擾能力以及與鄰近生態系統的物質能量交換，并分解為9個特征指標。農村廢棄土地生態修復帶來的生態效益可通過多個測定指標進行計算，參照謝高地等［22］新修訂的中國生態系統單位面積生態系統服務價值當量表和謝啟姣［23］的生態服務價值估算標準，本研究結合農村廢棄土地生態修復的特征，經修正后確定其估算標準（表3）。選擇體現生態修復后農村廢棄土地的涵養水源、土壤養分、植物滯塵及生物多樣性等4個方面的生態效益建立價值模型。

表3 植被生態服務價值計算方法

3.1 農村廢棄土地生態修復價值再生效益模型

參照相關文獻［24-26］，結合本研究內容及項目實際情況，分別采用涵養水源效益的地下徑流增長量、土壤養分營養物質變化量、植被阻滯粉塵及污染物量、生物多樣性恢復量，對星子采石場農村廢棄土地生態修復后可產生的生態服務價值進行計算評估。其變量分別是涵養水源增長量、土壤營養物質增量、植物滯塵污染物減少量、生物多樣性恢復量。

式（1）～式（4）中，Q、W、Y、B分別為植被生態系統與廢棄地相比較涵養水源的增加量(m3/a)、土壤侵蝕營養物質增加量(t/a)、植物阻滯粉塵增加量(t/a)、生物多樣性恢復量(hm2/a)。其中，Si為第i種類型植被喬灌草地的面積(hm2)，J為研究區的年均降雨量(mm)，R為不同區域的侵蝕性降雨比例，北區和南區分別取均值0.4和0.6，Ci為植被生態系統與裸地比較減少徑流的效益系數，喬木、灌木、草地減少徑流的效益系數取均值0.4、0.3、0.2；Ti為第i種類型植被的單位表層土壤（0～20 cm）營養物質增加量［g/(m2·a)］；Pi為第i類植被阻滯粉塵的能力［t/(hm2·a)］，喬木阻滯粉塵的平均能力是16.65 t/(hm2·a)，灌木、草地分別取系數值0.5、0.2；Ki為第i類植物維護生物多樣性平均系數，以辛普森多樣性指數為生物多樣性指標：

式（5）中，D為辛普森多樣性指數，Pi為第i種的個體數占群落中總個體數的比例。依照農村廢棄土地生態修復生態系統類型當量因子及生態服務價值估算標準，可獲得相應的生態服務價值。

3.2 江西星子農村采石場修復后生態價值

江西九江長江沿岸的露天采石取土場眾多，這與《九江市打造長江“最美岸線”的實施意見》（2018）要求相悖。廬山市星子農村采石場廢棄土地處于長江沿岸及廬山東麓，在多年的石料開采的過程中，露天堆放的采石場尾礦中含有大量的重金屬和有毒的礦物元素，經雨水淋溶與地表水沖洗的雙重作用，其會侵入地表并流入河流，嚴重污染水系和農業土壤，并加劇水土的污染和惡化。由于沒有采取水土保持措施，使得植被遭受破壞，土壤侵蝕量大，潛在嚴重的山體滑坡、地面塌陷等地質災害，危及當地群眾安全，且大量的揚塵棄土棄渣，更損害農業生產?；谝陨戏椒?，對星子農村采石場廢棄土地進行生態修復，并對生態修復后的生態效益和生態價值進行定量預評估。

該農村廢棄土地的總生態恢復面積約為3 km2，場區開采造成的土地及植被破壞面積約200 hm2。采用阻隔工程、邊坡現澆網格、生物修復和場地復綠等技術措施，修復為喬灌草植被面積120 hm2。通過工程及技術修復，可預計涵養水源量為362124.0 m3/a，土壤表層營養物質（N、P、K及有機質的化合態）增量為120.0 kg/a，阻滯粉塵能力為992.0 t/a，生物多樣性增量為67.9 hm2/a。采用影子工程法或市場價值法計算涵養水源、土壤養分、植物滯塵、生物多樣性間接帶來的經濟價值分別為45.63萬、26.96萬、14.88萬、88.27萬元/a，可得星子采石場廢棄土地生態修復工程生態總價值為175.54萬元/a（表4）。

4 結論與討論

4.1 結論

農村廢棄土地是我國生態治理與修復的重要方面，廢棄地的復雜多樣性決定了生態修復難度大、時間長、修復方法復雜和不確定性，因此可采用多樣化的生態修復技術措施。通過對農村廢棄土地生態恢復工程技術模式的研究，提出了化學修復、工程技術、土壤生物、景觀復墾等農村廢棄土地生態修復關鍵技術。通過螯合重金屬、阻隔污染物擴散、邊坡網格技術、表土覆蓋與客土技術、生物修復和生物結皮、復綠復墾和景觀營建等措施，最終實現了農村廢棄土地的價值重建和再生。從農村廢棄土地在涵養水源、土壤養分、植物滯塵、生物多樣性4個方面構建了農村廢棄土地生態價值再生評估模型，借助市場價格法和替代成本法等價值估算標準，以江西星子采石礦山的廢棄地修復為例，通過對農村廢棄土地修復生態價值評估可知，該區域廢棄土地生態恢復面積達120 hm2，其生態修復再生價值為175.54萬元/a，這表明農村廢棄土地生態修復的價值是可觀的。該研究結果可為我國廢棄土地的生態修復提供了重要的技術支持、價值參考和決策依據。

4.2 討論

以農村廢棄土地為研究對象，開展生態修復技術模式和再生價值評估研究具有重要意義。在研究過程中還需注意：（1）農村廢棄土地生態修復技術措施十分豐富，本研究總結了主流的技術措施，在實際應用中可采取一種或多種組合技術措施，且它們不是固化的，會隨著經濟技術進步、更新而發展。（2）當前農村廢棄土地生態修復局限于點狀，較少考慮各環境要素之間的系統協調性，不同區域生態環境問題的差異較大，導致其修復的技術模式針對性不強，尚不能全面解決生態環境問題。探索基于“整體保護、系統修復、綜合治理”的農村廢棄土地生態系統恢復重建理論和方法，協同山水林田湖草整體生態系統的整體性。（3）人居生態環境逐漸成為人們關注的最主要因素，隨著人們生活水平的提高和經濟、社會、技術的發展,農村廢棄土地生態修復技術和美好環境的需求會越來越高,廢棄地修復的再生價值將會進一步增加。因此,如何挖掘和開發農村廢棄土地價值應當受到更廣泛關注。本研究關注了農村廢棄土地，內容上側重于修復技術和價值再生，如何在國土空間整體框架下綜合考慮農村人居環境的生態優化途徑，建立更加合理和全面的價值評估體系，有待后續的進一步研究深化。