矿山生态恢复原理与技术

孟 猛，宗美娟

(1.山东理工大学，山东 淄博 255049；2.淄博职业学院，山东 淄博 255049)

生态恢复，根据国际生态学会提出的定义是：帮助研究生态整合性的恢复和管理过程的科学，生态整合性包括生物多样性、生态过程和结构、区域及历史情况、可持续的社会实践等广泛的范围。

从生态学角度看，矿山是由资源、环境、经济和社会等子系统构成的复杂生态系统。矿山生态环境问题几乎与矿业开发相伴而生，特别是随着我国社会经济的高速发展，多年无序的矿山开采，已对环境造成严重污染，并使其生态环境严重偏离自然状态。

1 生态恢复的原理

矿山生态恢复的生态学原理是生态演替理论，即生态系统由一种类型转变为另一种类型的有顺序的变化过程。其核心原理是整体性原理、协调与平衡原理、自生原理和循环再生原理等。按照生态演替理论，矿山植被恢复过程是从先锋植物的引入开始，经过一系列演替阶段，最终达到中生性的顶极群落。在自然状态下，生态自然恢复是比较漫长的自然演替过程。而人工生态恢复，则借人工调控植被组成及辅助一些管理措施等，使生态环境迅速得以改善，从而加速生态恢复进程。

在具体的恢复过程中，应用了许多生态学理论，包括：限制性因子原理、热力学定律、种群密度制约及分布格局原理、生态适应性理论、生态位原理、演替理论、植物入侵理论、生物多样性原理、缀块-廊道-基底理论等等。通过这些生态学理论的应用，从而去除干扰，恢复极度退化的生态环境，提高退化土地上的生产力，对现有生态系统进行合理利用和保护，维持其服务功能。

2 矿山生态恢复的具体措施

根据生态学原理，矿山生态恢复主要是通过排除干扰、加速生物组分的变化，从而加速生态演替过程，使退化的生态系统恢复到某种理想的状态。具体措施包括：

2.1 土壤基质的改良

矿山生态恢复的最重要的限制因子之一，是土壤的重金属毒性和养分不足，而N素的极端不足又是养分不足中的核心问题。这就使土壤基质的改良成为矿山生态恢复的首要条件。

生物改良主要是利用植物、土壤微生物和土壤动物来改善土壤的理化性质。

利用植物可以稳定或提取矿山土壤中的重金属、清除土壤基质里面的有机污染物等。植物稳定，即利用植物根际的一些特殊物质，使土壤中的污染物转化为相对无害的物质。植物提取是目前研究最多并且最有发展前景的一种方法，主要是利用超积累植物对重金属的吸收作用，改善土壤理化性质，把重金属由地下转移到地上部分(含根茎)，随后收割地上部分集中焚烧、堆肥处理或进行金属冶炼。植物所具有的富集重金属的能力，通常是来自于长期适应这类环境和自然演替的结果。近年来的研究还发现，有一些所谓“超富集植物”，这些植物不但对重金属环境具有很强的适应能力，而且体内所富集的重金属浓度是通常植物的几十倍乃至上百倍。利用这些植物来修复重金属污染地，经几次收割之后，土壤中的重金属含量显著减少。

土壤动物是指其生活中有一段时间在土壤中度过，而且对土壤有一定影响的动物，主要包括原生动物、线形动物和环节动物等。土壤动物是土壤物质循环的动力。大量的土壤动物能够通过食物链形成食物网，参与土壤氮、碳、磷和硫等植物营养元素的循环，是有机物代谢及污染物降解的驱动力，也可以改良土壤的物理结构，提高土壤的通气保肥能力。有些土壤动物有很强的富集重金属的能力，可降低土壤的毒性。如研究发现，蚯蚓对铜矿中的铜元素富集能力很强，可达体内组织的82.5～1218.4 mg/kg。因此，可以将蚯蚓接种投入尾矿废弃地，让其在矿山废弃地中富集一定数量的有害元素，然后采用化学方法将蚯蚓取出，进行适当的处理，将有毒物质去除，以达到有毒物质去除的目的。

2.2 植被品种筛选

按照生态恢复的规划，对植被品种进行的选择工作，是矿山生态恢复成败的关键因素之一。矿山生态恢复地与附近农田和绿地相比，环境因子变化很大，其土层薄、土质差、微生物活性差，面对这样差的种植条件，又必须迅速实现植被的高覆盖度尤为困难，这就更显得植被品种筛选的重要性了。

根据矿山的自然环境、气候和土壤条件，植被筛选应着眼于植被品种的近期表现，兼顾其长期优势。首先广泛进行适宜的植被品种资源调查，选择可行性好的品种，在实验室进行抗逆性能筛选，中选者参加田间小区模拟试脸，表现最好的进入生态恢复工业试验。一般筛选的原则是：生长迅速，抗逆性强、适应性好，根系发达；播种栽植较容易，种子发芽力强；优先选择固氮植物；当地优良的乡土品种优于外来速生品种；先锋植物应落叶丰富，易于分解，以使较快形成松软的枯枝落叶层，提高土壤的保水保肥能力；树种选择应突出生态功能，弱化经济价值。

我国各矿山生态恢复的适宜植被差异较大，但一年生豆科植物、一年生和两年生禾本科往往是首选物种，因为这2类植物大多有顽强的生命力和耐瘠能力，生长迅速。豆科植物能生长于污染土壤并进行有效的固氮作用，使土壤中氮的积累大幅度提高。特别是一些具有茎瘤和根瘤的一年生豆科植物，生长速率快，能耐受有毒金属和低的营养水平， 有丰富的有机质和氮、磷、钾等营养元素，可为后茬作物提供各种有效养分，改善土壤理化性状，并能加快矸石风化速度。因而是理想的先锋植物，可加速人工生境的生态演替。豆科植物是植物界中最大的类群之一，为第三大科，约有600属18000种，这为筛选培育出适合不同地区，不同类型矿山生态恢复所需的耐性植物种，提供了优越的条件。在禾本科植物中，狗牙根的应用时间最早、最广泛，而香根草和百喜草对酸、贫瘠和重金属都有很强的抗性，也非常适合用于矿山的生态恢复。

禾草与豆科的草本植物大多只不过是恢复过程的先锋种。根据生态学原理，物种多样性是生态系统稳定的基础。将乔、灌、草、藤多层配置结合起来，进行多植被间种、套种、混种，这样的效果肯定要比单一种或少数几个种的效果好，因为前者能为适应环境变化提供比后者大得多的生存机会，并能产生稳定得多的生态系统。因而，矿山生态恢复时除选择禾本科与豆科植物外，还应将其他种类的植物(包括茄科植物与刺槐、沙棘、柠条等乔灌木)结合起来种植，以便形成一个多物种的生态系统。同时，还可从生物工程角度选择优良品种，即通过转基因、遗传突变等方式培育出适合在矿地这一恶劣环境中生长且具有良好恢复效果的新品种。

3 结 语

矿山要想完全或基本恢复到开发前的原有状态，特别是生物多样性要达到原有水平是相当困难的，或需要经过相当长的时间。很多矿山的基质已经被严重破坏或污染，即使采取了各种改良措施，也不可能使其形成能适合原有植被或生态系统生存的生境，从而不可避免地减缓恢复速度，或者形成新的植被或生态系统类型。其中以恢复成草地(牧场)、森林或农田的情形最多，因为这些相对最容易也最廉价。

生态恢复应与采矿活动同步进行，根据矿山不同开采时期的技术特点和自然环境等因素，及时做出相应的生态恢复方案，尽量避免或减少对环境的破坏，实现采矿与生态恢复的一体化。从而促进矿业经济增长方式转变，从源头有效治理矿区生态环境问题。

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