巖溶地區廢棄礦山石漠化形成機制與治理分析

王文翔

(湖南省地球物理地球化學調查所， 湖南 長沙 410116)

研究區位于湖南省西南部，涵蓋雪峰山脈西南段及其周邊，橫跨沅江流域上游和資江流域上游區域，雪峰山脈西南段靜臥研究區中部，是中國地理三級臺階里第2級向第3級過渡的標志性大山。最高點主峰蘇寶頂海拔1934 m，為資江、沅江流域分水嶺，形成了構造剝蝕、溶蝕丘陵、崗地地貌、侵蝕構造山地地貌、侵蝕堆積等復雜地貌。沅江流域上游包括沅江干流及其渠水、溆水、?水、辰水、巫水5個支流流域。資江流域上游包括資江干流及其邵水、夫夷水、赧水3個支流流域。區域內礦產資源豐富，開采歷史悠久，現保留了多處歷史礦山。

1 礦山石漠化基本特點

石質荒漠化簡稱“石漠化”，指的是在熱帶、亞熱帶以及巖溶發育過盛的自然背景下，由于人為活動導致地表基巖裸露或礫石堆積的一種土地退化現象，也是荒漠化的重要形式之一。此外，非金屬礦山的開采導致水土流失、石質化，也是礦山石漠化的重要組成部分。礦山石漠化的廣泛存在破壞地形地貌景觀，出現地表位移、土地壓占等地質環境問題，引發了一系列地質災害。區域生態環境承載力嚴重減弱，山體水源涵養能力降低，水土流失加劇，導致多數金屬礦山嚴重的環境污染和生態破壞，土壤中的有毒有害物質將通過食物鏈危害人畜健康，進入表生地球化學循環，造成地方疾病的蔓延。

2 廢棄礦山石漠化分布及分類

湖南巖溶土地分布區域廣泛，巖溶區土地總面積5 496 400萬m2，占全省國土總面積的25.94%。主要分布范圍涉及13個市（州）83個縣（市、區），占湖南122個縣（市、區）的68.03%，其中湘西南的湘西土家族苗族自治州、永州市，以及湘中的邵陽市、婁底市等市（州）所占比重大，總體呈現出西部～西南部多、東部～東北部少的分布特點。

研究區屬湖南沅江、資江上游位于湖南西南部、南方丘陵山地帶，涵蓋雪峰山脈西南段及其周邊，橫跨沅江流域上游和資江流域上游，區域國土面積48 711 km2，巖溶區面積12 128.45 km2（24.89%），主要分布于中部、東南部，巖性以碳酸鹽巖于碎屑巖互層、白云巖與灰巖互層、灰巖、碳酸鹽巖夾碎屑巖為主，面積分別為 3936 km2、2550 km2、2430 km2、2109 km2。

研究區2020年石漠化面積為420.6 km2，石漠化發生率3.5%，以輕度石漠化為主，面積為266.44 km2（63.3%），中度石漠化面積為 125 km2（29.7%），重度石漠化面積為 29.2 km2（6.9%）；石漠化空間分布不均，石漠化集中分布在城步縣、邵陽縣、靖州縣及武岡縣等地。相比2015年（石漠化面積551.4km2，石漠化發生率4.2%），石漠化發生率由2015年4.2%降低至2020年3.5%，年均減少3.6%。其中，沅江流域上游和資江流域上游各支流研究區巖溶地與石漠化分布詳見表1。

表1 研究區巖溶地與石漠化分布統計

根據 2021年自然資源部統一部署的歷史遺留廢棄礦山核查成果，研究區未治理歷史遺留廢棄礦山圖斑1371個，損毀總面積1602.09萬m2，主要為砂石土礦（建筑用灰巖礦、建筑用砂、磚瓦用頁巖礦、黏土礦），數量900個，占比65.6%，損毀面積1141.10萬m2、占比71.2%；其次是煤礦，數量372個，占比27.1%，損毀面積320.66萬m2、占比20.0%；錳礦、釩礦、石膏礦等10類，各類數量5～41個、占比0.4%～2.6%，損毀面積均不足100萬m2、占比在 5.0%以下（見表2、表3）。礦山石漠化類型可分為砂石土礦采場、金屬礦采場及固廢堆和煤露天采場及矸石堆三類。主要集中分布于資江流域的邵水流域、資江干流、夫夷水流域、赧水流域，以及沅江流域的巫水流域、渠水流域、?水流域、溆水流域等支流域，研究區廢棄露天采石場數量點多面廣，礦業活動造成植被破壞面積 1602.09萬m2，導致水土流失及石漠化面積增加1280.04萬m2，礦業開發加劇了區域土地石漠化。

表2 區內歷史遺留廢棄礦山石漠化分布情況

表3 區內歷史遺留廢棄礦山各類型石漠化數量、面積統計

3 廢棄礦山石漠化形成機制分析

區域內覆蓋層厚度小，礦山采場點多面廣，經調查分析，區內礦山石漠化形成機制主要有以下三方面。

（1）采礦場挖損土地造成石漠化。采場挖損造成地表土層大面積剝離，尤其是砂石礦開采，需全部清除地表土層，最終出露的全部為裸露巖體。土層全部破壞，加上巖溶地區豐富的碳酸鹽巖具有易淋溶、成土慢的特點，研究區山高坡陡、氣候溫暖、雨水豐沛而集中的自然條件，為石漠化形成提供了侵蝕動力和溶蝕條件；黏土礦采場開挖破壞土壤主要為對表層有機土層清除，導致土壤貧瘠化，植被無法生長，長期雨水沖刷導致水土流失，引起石漠化。這類石漠化是研究區的主要類型，面積約為1026.92萬m2，占比達80.2%。

（2）固體廢棄物壓占土地形成石漠化。礦山固體廢棄物壓占土地，由于廢石含量高，黏土成分少，有機質含量低，導致壓占區土壤植物難以生長，導致石漠化。

（3）重金屬污染土地形成石漠化。煤礦及錳礦等金屬礦廢棄物含重金屬等有害元素，以不同形態儲存在其中，并通過一系列的化學反應得以釋放，經地表徑流、大氣傳輸和滲濾等作用直接或間接地遷移到土壤中，并通過土壤—植物系統進一步轉移到植物中去，使土壤和植物中的重金屬大量富集及嚴重超標；其次，土壤中重金屬通過一系列物理、化學和生物作用對土壤和植物產生毒害作用，使土壤質量降低，植被無法正常生長，甚至死亡，在喀斯特環境背景下，易造成水土流失、巖石大面積裸露，導致礦山石漠化的發生。這類石漠化是研究區的次要類型，面積約253.12萬m2，占比19.8%，與南方山地丘陵帶的歷史遺留礦山規模小有關。

4 石漠化危害及治理措施

4.1 石漠化危害

研究區歷史遺留廢棄礦山普遍石漠化（見圖1），產生了一系列的危害，主要有以下幾點。

圖1 區域內石漠化地形地貌表現

（1）生態環境遭受嚴重破壞。區內歷史遺留廢棄礦山固體廢棄物壓占土地，嚴重破壞區內自然景觀，植被長期難以生長，露天采場挖損嚴重破壞原始地形地貌，壞點多面廣，生態系統不斷退化，巖石裸露、植被破壞、森林退化，造成生態廊道破碎，局部生物多樣性迅速減少，動植物生態環境不斷退化，自然恢復難度大。

（2）礦山石漠化土壤污染嚴重。區內歷史遺留廢棄煤、錳、釩礦山的礦涌水與散亂分布的煤矸石、廢石堆淋濾酸性廢水，通過滲濾和地表徑流污染礦山石漠化地區的土壤和水體。水土污染問題突出影響到地表植被退化和農作物生長，農產品遭受污染，進入食物鏈，影響人類健康。

（3）社會壓力的增加。礦山石漠化的蔓延，無論是相對簡單的砂石土礦開采形成的石漠化，還是礦山周邊產生重金屬污染的石漠化，治理成本都大大增高。特別是重金屬污染加重的區域，不僅要加大資金投入，同時還需要加大科研投入，致使治理進展緩慢。因此，礦山石漠化加重了當地老百姓和有關政府部門的負擔，導致社會壓力的增加。

4.2 石漠化治理措施

牢固樹立和踐行“綠水青山就是金山銀山”的理念，尊重自然、順應自然、保護自然，像保護眼睛一樣保護生態環境，像對待生命一樣對待生態環境。根據沅江-資江上游巖溶區各類生態系統的現實問題，遵循巖溶土地自然規律，堅持保護優先、自然恢復為主的“山、水、田、林、湖”生態保護和修復的系統綜合治理思路，將生物措施、工程措施和技術措施緊密結合，因地制宜，合理布局建設內容，宜林則林、宜灌則灌、宜草則草、宜耕則耕，實現標本兼治和綜合防治。

4.2.1 地形地貌重塑治理

針對露天采場挖損及廢（矸）石堆壓占造成的地形地貌破壞，通過重塑地形地貌，減少水土流失，使原來不具備植物生長的地方重新具備植被生長的地形條件。

對面積較大的積水采坑保留為農業灌溉用水塘，重塑為水利設施；面積較小的積水采坑及非積水采坑實施廢石（渣）回填、上覆客土重塑地形地貌；對區內體量大且與周邊地形非常不協調的廢（矸）石堆采取分級整坡，使工作區與周邊自然地形平緩過渡，盡量具備植被重新生長的地形條件。

4.2.2 地表植被恢復治理

通過加強植樹造林建設，增大森林植被覆蓋面積，改善生態環境，有效治理石漠化。

（1）針對挖損、壓占土地破壞植被資源，以自然恢復為主，難以自然恢復的通過場地修整、覆土植樹種草等人工輔助恢復植被。

（2）非金屬礦采場植被恢復：對開采邊坡進行削坡或分級放坡，底部進行土地平整，場地內修排水溝，然后進行覆土及植被恢復，種植固碳能力強的喬木等當地優勢樹種。

（3）廢（矸）石堆植被恢復：在廢（矸）石堆進行分級放坡+坡面綠化+截排水溝的治理工程，然后覆土，再根據坡度的不同可恢復為灌木林地或喬木林地。

（4）金屬礦區重金屬污染土地植被恢復：采取勘查措施對場地污染程度進行鑒別，針對污染程度嚴重的場地栽植重金屬吸附能力強且耐旱耐貧瘠的灌木，針對污染較輕的區域種植普通的耐旱耐貧瘠的喬木。

4.2.3 土地復墾轉用

通過土地復墾和轉型利用，可以緩解區域內用地需求，減少新增用地需求對植被的破壞及加劇水土流失和石漠化進程的問題。

區域地處丘陵山地帶，為緩解用地矛盾，對于在無石漠化或者石漠化輕微區的砂石土礦采場、廢棄礦場、廢棄礦部等地形起伏不大且靠近村落和耕地的區域，根據場地現狀條件及規劃發展需求，復墾為旱地（耕地），并修建灌溉工程及生產道路。對現有建筑完好、當地群眾有需求的可考慮轉型為農用設施用地或建設用地；鄰近開發園區、城市周邊的廢棄礦區，綜合礦區屬性、當地規劃等因素轉型為建設用地；鄰近村莊、交通條件較好且無安全隱患的廢棄礦區域轉型為農村宅基地。

5 結論

經過收集湘桂巖溶地湖南沅江、資江上游未治理歷史遺留廢棄礦山的分布及規模，探討了因廢棄礦山導致的礦山石漠化現象存在的事實，初步揭示廢棄礦山石漠化形成機理，對廢棄礦山石漠化治理措施提出了初步建議，并得出以下幾點認識。

（1）研究區以往礦產資源開采開發利用程度高，開采種類多，歷史遺留廢棄礦山主要為砂石土礦，其次是煤礦及少量金屬礦等，分布呈點多面廣的特點。研究區屬于湘桂巖溶地區，石漠化問題尤為突出，其石漠化類型可分為砂石土礦采場、金屬礦采場及固廢堆和煤露天采場及矸石堆三類。區內土層厚度薄，水土涵養能力差，水土流失敏感度高，礦山開采造成的土地挖損、壓占造成植被破壞嚴重，導致地表基巖裸露或礫石堆積，水土流失及石漠化面積增加，礦業開發是加劇區域土地石漠化的主要因素之一。

（2）通過對湘桂巖溶地湖南沅江、資江上游未治理歷史遺留廢棄礦山的實地調查，確認了礦山石漠化客觀存在的事實，初步探討了礦山石漠化的形成機理及危害。根據廢棄礦山的開采方式及類型，發現在喀斯特環境背景下，區內礦山石漠化形成機制主要由采礦場挖損土地（直接剝離覆蓋層的方式）導致礦山石漠化、固體廢棄物壓占（致土壤植物難以生長）、重金屬污染土地（重金屬在礦山環境的遷移轉化造成土壤重金屬的大量累積、重金屬對土壤和植物的毒害作用）形成石漠化，導致區內生態環境遭受嚴重破壞，土壤污染嚴重，社會壓力增加，使礦山石漠化比喀斯特石漠化的危害更大。

（3）通過采用地形地貌重塑、地表植被恢復、土地復墾轉用等方式，對研究區歷史遺留廢棄礦山進行治理，可以有效減少水土流失，減緩土地石漠化進程，改善土地退化狀況，提升自然災害防御能力，提高當地植物涵養水源能力，有效恢復和改善當地農業生產條件，緩解治理區的生態環境壓力，減少泥沙進入河流，維護長江流域生態安全，實現人類與生態環境協調發展。