矿山生态修复研究综述

2019-07-22刘少君刘博

世界有色金属 2019年10期

刘少君，刘博

（1.内蒙古地质勘查有限责任公司，内蒙古呼和浩特 010010；2.北京矿产地质研究院，北京 100012）

矿产资源是国家经济发展的基础，随着我国经济社会发展对矿产资源的需求持续快速增长，其价格也在不断的攀升。在矿产资源勘查开发过程中，由于过度的开采或不加保护的开采已经对矿山生态环境带来无法挽回的损害，这不但严重威胁矿区生态系统和居民的健康，而且也不利于企业可持续发展。因此，人类在获取矿产资源的同时，对矿山生态环境进行恢复治理已经迫在眉睫。矿山生态修复作为践行“绿水青山就是金山银山”理念的重要抓手，受到越来越多学者的关注和研究，本文就矿山地质环境问题类型、矿山生态修复概念、矿山生态修复技术以及现阶段矿山生态修复存在问题进行了归纳总结。

1 矿山地质环境问题

矿山环境问题是人类大规模矿业工程活动生命全周期过程中对其周围环境产生的负面效应和不良结果。根据以矿业活动导致地质环境问题的结果可划分为五类：土地资源损毁、水环境扰动、大气污染、矿山地质灾害、景观与生态破坏（图1）。矿山地质环境问题受控于地质环境背景、矿产资源种类、矿产类型、开发方式与工艺等因素。

2 生态修复定义

生态修复是在生态学原理指导下，借助物理修复与化学修复以及工程技术措施加以强化或条件优化，使污染环境得以修复[1]。

矿山生态修复指将采矿破坏的生态环境因地制宜地恢复到所期望状态的行动和过程[2]。所期望的状态包括将受损生态系统恢复到被干扰之前的生态结构，人为地创造或促进生态系统发展成符合人类某种有益用途的状态，恢复成与其周围环境相协调融合的其他状态[3]。

矿山生态修复是以生态环境恢复为核心，研究如何因地制宜、因矿施治，开展矿山生态环境修复工作，从而取得生态、经济、社会的最佳综合效益[4]。

图1 矿山地质环境问题分类

综上，矿山生态修复是指受损矿山生态系统在停止人为破坏后，借助生态系统的自我调节、恢复、进化功能，辅助以人工良性干预措施，推动其向有序的、良性循环方向发展。

3 生态修复理论研究

3.1 生态演替理论

生态修复的基本理论指导是生态演替理论[4]，一般指在一定区域范围内，原有生物群落可以暂时或者永久消失，而被新的生物群落所替代。也就是说在自然条件下，如果生物群落或生态系统遭到扰动和破坏，它仍然可以恢复的，人为干预可以加速其演替时间，亦可以改变其演替方向。因此，矿山生态修复应按照生物群落或生态系统自身的演替规律循序渐进展开，坚持自然修复和人为干预相结合原则。

3.2 物质循环再生原理

物质循环再生原理：物质和能量在生态系统中循环往复，分级利用和再生的过程。在生态系统中，通过生物成分一方面从自然界中摄取非生物成分并不断地合成新的物质，另一方面又随时把合成物质分解为原来的简单物质，其被生态系统中生产者重新吸收利用，如此循环往复，便“取之不尽，用之不竭”。矿山生态修复应极大程度依靠生态系统自身力量来实现自我修复。

3.3 地域分异原理

地域分异原理：又称作区域分异原理，自然地理各要素（气温、地质、土壤、水文以及植物、动物和微生物等）及其综合特征在地表沿一定方向分化或分布的规律性现象。不同的地理环境或者同一地理环境的不同地段，由于地质、地貌、气候、水文、土壤和生物六大因素存在差异性，导致矿山生态系统具有明显区域分异，在生态修复规划时，应根据区域差异性、特殊性因地制宜选择合适的生态修复措施。

3.4 生态阈值理论

生态系统具有自我调节、自我平衡稳定的能力，但是这种能力是有限度的，生态系统对外来干扰的忍耐极限称之为“生态阈值”。当生态系统受到的外界干扰在其生态阈值范围内，其能够通过自我调节恢复到稳定状态，但是生态系统对外界干扰都有一定的忍耐极限。当外界干扰超过其生态阈限时，就会降低或失去其自我调节平衡能力。此时，稳定状态被打破，当外界扰动太大而且持久，就会引起生态系统结构和功能的衰退、崩溃。因此，当矿业活动扰动不超过生态阈值，退化的矿山生态系统就能自然恢复。

4 有色金属矿山生态环境修复技术

4.1 自然修复技术

自然修复是受人为干扰或非人为干扰的生态系统，凭借自身调整、更新、适应性改变等恢复力，辅以生物因素恢复技术、封育技术等，在不通过大规模的工程措施恢复到原有生态系统结构和功能基础上的生态修复方法[5]。

（1）封山（沙）育植（林灌草）技术，通过设置围栏、警示牌等避免人为扰动，采取灵活多样的封育方式（长期、定期、轮流等）保证生态系统自我恢复的技术。

（2）生物因素恢复技术，包括人工种子库撒播技术和动物技术。人工种子库撒播技术即充分利用生态系统已"储存"资源进行植被群落的修复，一般选取具有较高萌发率、生长速度快、能够适应当地立地条件的乡土植物的种子，按照一定配比进行混合播种，前期以草本植物为主，灌木为辅，草灌结合，为后期要为灌木和小乔木的生长创造条件。

动物技术即科学利用动物习性，促进生态系统修复的技术。例如：水体富营养化河道引入滤食性动物，蝴蝶、蜜蜂因传粉作用常用于作物增产的有效媒介等。

4.2 生物修复技术

生物修复技术通过综合利用动物、植物、微生物的新陈代谢活动——吸收、转化、降解土壤环境和水环境有害物质，使土壤和水环境中污染物得以去除和稳定，从而提高或改善其质量。它的优点是可以原位进行，对环境影响小，能最大限度地降低污染物浓度，同时一般不会形成二次污染；缺点是耗时长，应用条件相对苛刻（生物新陈代谢易受环境条件变化的影响）、修复效果不稳定，并非所有有害物质都能被生物所利用。生物修复技术包括动物修复、植物修复、微生物修复、菌根生物修复、现代生物修复技术等五种[6]。

4.3 土壤修复技术

土壤为植物生长提供养分和水分，同时也作为植物根系伸展、固持的介质，对矿山生态修复起着决定性作用。矿山生态修复重要目标之一是修复受损害土地的特性，使其生产力达到矿业活动前所能达到的程度或比受损前更好。目前土壤修复的主要技术方法有物理、化学、生物和组合技术。

物理修复包括表土分层保存、换土、客土混合机深耕翻土等方法，根据矿山地质环境条件选择不同方法。矿业活动前将表土分层取走保存，工程结束后对损毁的土地进行修复时将之前保存的土壤运回加以利用，这种方法已成为许多国家当前践行绿色矿山理念的标准程序。土壤物理修复的关键是覆盖、培育与维持表土，改良土壤结构，构建植被覆盖，有效控制土壤侵蚀。

化学修复过程中通常向土壤中加入材料或试剂来改良土壤的理化性质，实践表明在矿山受损土壤中加入有机废弃物（无毒有机污水污泥、垃圾等）、有机添加剂（堆肥、粪肥等）、无机添加剂（采石废弃物、石灰、石膏、木屑等）等，能够有效提高土壤养分。木屑可以显著提高草本、灌木和乔木的存活率，城市污泥也被应用于矿山土壤改良，其中含有丰富的营养元素和有机质，同时具有较强的粘性和持水性，对于提高土壤微生物活性和增加土壤肥力有较好效果。化学修复从总体上可以分为两大类：原位化学修复和异位化学修复。原位修复可进一步分为农耕法、中耕法、螺钻法、灌溉法、喷雾法、可渗透性化学活性栅（PRB）技术。

物理-化学组合修复技术一般采用固化/稳定化过程来消除有害物质或污染介质中的污染物，比如水泥—石灰固化/稳定化修复技术、水泥-火山灰固化/稳定化修复技术。这种方法成功与否，主要取决于是否选择了与环境介质中污染物能进行特定混合作用的束缚剂。

生物改良是通过利用植物、土壤动物和微生物的生命活动及其代谢产物来改良土壤的理化性质和土壤营养状况。