矿山废弃地的恢复生态学应用研究进展＊

邱 媛，何际泽，杨汉彬，张良军，张新英

（1.广西工业职业技术学院， 广西 南宁 530001；2.广西师范学院， 广西 南宁 530001）

矿山废弃地的恢复生态学应用研究进展＊

邱 媛1，何际泽1，杨汉彬1，张良军1，张新英2

（1.广西工业职业技术学院， 广西 南宁 530001；2.广西师范学院， 广西 南宁 530001）

矿产资源开发利用促进了经济的发展，另一方面也破坏了原有生态环境，恢复生态学在矿山的恢复重建中发挥了重要作用。就恢复生态学在矿山废弃地恢复方面应用的主要理论研究及生态恢复实践成果进行阐述。综述了矿山废弃地主要生态恢复技术、煤矿及非煤矿矿山的生态系统恢复重建，耐受性植物和超富集植物的修复作用。对植被恢复产品利用的安全性和恢复多样性等提出了展望。

恢复生态学；矿山废弃地；植被修复

0 引 言

随着经济的快速发展，我国矿业也发展迅速。我国95%的能源，80%以上的工业原料和70%的农业生产资料来自矿业。然而矿产资源开发利用，尤其露天开采，却破坏了表土和植被，废弃物堆放占用大量土地，破坏生态环境；矿石、废渣等废物中含酸性或碱性、毒性、放射性或重金属成分，通过地表水体径流、大气飘尘，污染周围环境。

矿山废弃地土壤结构较差，有机质含量及植物必需的养分缺乏，重金属含量偏高，pH值低或土壤盐碱化等；植物生态破坏，生物种类减少，多样性丧失，不利于动植物生长和活动。

运用恢复生态学进行矿山的恢复重建，对废弃地植被恢复重建的可行模式与重建机理的科学研究，已成为当前国内外研究热点。本文就恢复生态学在矿区废弃地恢复的应用研究进行阐述。

1 恢复生态学及其在矿山废弃地恢复方面应用的主要理论研究

1.1 恢复生态学定义

恢复生态学（restoration ecology）于1980年代中兴起，是研究“使受损生态系统的结构和功能恢复到受干扰前的状态”的理论与技术途径的一门学科。余作岳、彭少麟提出恢复生态学是研究生态系统退化原因、退化生态系统恢复与重建技术与方法、生态学过程与机理的科学。国际恢复生态学会则定义生态恢复是指协助已经退化、损害或者彻底破坏的生态系统回复到原来发展轨迹的过程。

1.2 生态系统演替

退化生态系统中，处于演替的初始阶段，内部极不稳定，系统结构非常简单，功能衰退，生产力低下，自然恢复速度慢，易受干扰，表现出脆弱性，多样性低。彭少麟认为生态演替是恢复生态学中最基础和最重要的理论。矿山废弃地是退化的生态系统，是一种逆行演替模式。而矿山废弃地恢复则是将逆行演替变为顺行演替，即使群落结构复杂化。

1.3 其他理论与方法

矿区废弃地的生态恢复可在景观尺度上进行，使景观的结构和功能一致，可进行生态农业重建、矿业生态园区重建。生态农业建设是建立一种物质能量循环利用的多层次、多结构、多功能集约经营的共生模式。如农－渔－禽－畜、林－果－草－鱼复合农林生态系统等。此外，还有生物多样性指数、耐性定律、最小限制因子等也广泛应用于废弃矿山的恢复。

2 恢复生态学原理在矿山恢复中的应用

2.1 矿区主要生态恢复技术

（1）表层土壤改造。最好是利用原表土，因为其中含有本地植物的种子库；或覆盖一些含较高有机质的无害物质。在石漠化陡峭山坡及其它石质边坡等恶劣环境下，采用客土喷播、土工格室喷播、土壤改良喷播技术方法。

（2）添加营养物质，添加碱性物质以调节土壤pH值，添加肥料如有机农家肥、碳酸钙等，或种植豆科植物固氮，或利用蚯蚓改善土壤团粒结构。

（3）生物提取有害物质。

（4）缩短演替进程。人工优化选择适地物种，按草－灌－木植物的顺序进行种植，利用豆科植物的固氮肥土作用等。

2.2 应用实践

2.2.1 煤矿废弃地植被恢复

（1）表土处理措施。用黏土－粉煤灰－耕作土，石灰－矸石－耕作土等交错回填；或是表面覆盖熟土层，用于农业和林业，或农林间作；施加石灰石等肥料；或种植草本豆科植物。

（2）煤矿矸石山生态植被恢复采取多品种，多层次、乔灌花草相结合的立体配置形式。李道亮等研究建立了植被恢复品种选择模型，确定了适用于辽宁省煤矿废弃地的恢复植物，如刺槐，沙棘，白榆，小叶朴、艾蒿等；适用于抚顺矿区矸石的植被恢复最佳树种有火炬树、紫穗槐、沙棘、家榆等，乔灌带混交、乔灌丛条混交为最佳的树种配置模式。

2.2.2 非煤矿山植被恢复重建与农林生态系统

植被恢复与重建主要包括植被恢复演替、土壤生物改良和客土复垦3种模式。任海，等人和余作岳、彭少麟通过模拟试验，认为热带严重退化的系统不能自然恢复，在人工条件下，需要40a才可恢复森林生态系统的结构，生物量的恢复则要100a，地力等功能恢复则需要更长时间。土壤生物改良是人工干预的一种群落演替类型，可实现演替顶极林业或农田系统。包官营铁矿以矿业养农业，综合开发复垦，组建果园，改良荒山，开垦农田、鱼塘，养鸡场等，形成了农林牧副渔业景观生态。周连碧研究在铜尾矿恢复地种植玉米、高粱、花生、大豆等农作物，经测试，其中的As，Cd，Pb含量符合食品卫生标准。

2.2.3 耐受性植物和超富集植物的固定与修复作用

耐受性强草本和超富集植物在矿山废弃地的研究已成为一大热点。

鸭跖草、蜈蚣草是Cu的超富集植物。滇苦菜、东南景天对Cd具有异常耐性和超积累能力。滇苦菜地上部分Cd富集浓度最高达3919mg/kg。龙葵的茎叶也超积累重金属Cd，其茎Cd含量达252.14 mg/kg，叶的为291.14mg/kg。对 Mn的超富集吸收植物有商陆，后被认定为垂序商陆，还有狗牙根、香附子和菜蕨中，后三者Mn的含量分别达到27514、16144和11516mg/kg，是潜在的Mn超富集植物。

此外，研究发现了一些高耐受性的先锋草本植物，如一些草本植物既可吸收大量单一重金属，又能富集多种重金属，是很好的植物修复剂。如蜈蚣草可大量吸收As和Pb；同时可大量吸收 Mn、Zn、Ni等，在修复重金属复合污染的土壤上有较大潜力和应用价值。

另一些草本植物能复合吸收多种重金属，如苎麻其地上部分可富集Cd、Pb、As、Sb；其地下部分则对Cu、Zn有土壤固定修复作用。铅锌矿区的野菊花、旋鳞莎草、五节芒等植物地上部分生物量较大，对Cu、Cd、Pb和Zn等重金属元素有不同程度的积累，转运能力较强。蜈蚣蕨和密蒙花、芦苇、白芒、蒲公英、蜈蚣蕨可作为铅锌矿废弃地生态恢复的先锋物种，对Pb、Zn有较好的富集特性。

有些草本植物则对单一的重金属富集吸收。如对Pb吸收能力较强的有茼麻、羽叶鬼针草、酸模等。蜈蚣草、大叶井口边草对As的吸收能力强，尤其蜈蚣草，其地上部分吸收可达5070mg/kg。铜矿废弃地植被重建的先锋植物：原始尾矿库中有野艾蒿、山刺玫和珍珠梅，排土场中的薹草、落叶松和大籽蒿，生活垃圾尾矿库中的假酸浆和灰绿藜。可用白茅＋狗牙根群落和白车轴草＋野艾蒿＋一年蓬群落作为铜尾矿治理的优选群落。白茅、马唐、飞蓬等可作为锰矿废弃地生态恢复的先锋植物。

木本植物由于其生长期长，生物量大，有着不同于草本植物的优点。树种选择主要以本地抗性强的植物为主。油松、华山松、侧柏等和阔叶植物的刺槐、黄栌、杜仲、法桐等可作为废弃矿山生态恢复的主要树种。研究发现，柳树的根和叶对Cd的固定量大，对Cd有高耐受性。杨胜香等研究发现，锰矿区山茶科木荷叶中Mn含量高达30075.94mg/kg，富集系数为2.3，表现出对Mn的超富集能力。马尾松、杨树、柳杉等被认为是重晶石矿矿山废弃地植被恢复的优良先锋树种，植被恢复好，森林植被覆盖度为80%以上，枯落物覆盖度为100%。

3 问题与展望

（1）安全性。生态恢复用于矿山修复成本低、对环境影响小、不会造成二次污染等，应大力推广。但矿山废弃地重金属及其毒性不仅影响植物的生存，影响群落演替发展，而且影响植物产品的安全性。应加强矿山废弃地重金属的植物迁移转化去除机理研究。一些研究已表明，复垦区主要经济作物重金属含量超过中国食品卫生限量标准，不宜食用。因此矿山恢复的早期不宜直接种植果树和食用经济作物。

（2）目前废弃矿山的恢复需要加强生物多样性，多样性与稳定性的相关性研究，加强多种植物群落的综合恢复研究。

（3）在一些难恢复种植食用经济作物群落的废弃矿山区，可开发为某种主题的生态休闲公园。但许多生态公园植物景观较单一，管理维护也需要加强。

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国家自然科学基金（40861024）；广西教育厅项目（200808MS041）.

2012－07－16）

邱 媛（1972－），女，广西博白人，副教授，博士，主要从事环境生态研究，Email：annieqiuy＠163.com；张新英（1972－），女，硕士生导师，主要从事矿区环境污染与人体健康研究，Email：zxytld＠sina.com。