浅谈矿区土地复垦与生态重建

全民

摘 要： 随着我国社会主义市场经济的高速发展，人们对能源及矿产资源的需求不断增加，引发了一系列环境污染和生态破坏问题。其中，露天的开采方式给生态环境带来的伤害几乎是毁灭性的。这严重影响着人类的生活，破坏了经济的可持续发展。我国煤炭开采大多集中于西部干旱半干旱区域，经过采煤扰动后土地极度退化，自然恢复困难，通过人工手段恢复是目前主要的研究方向，关键点是对土壤的改良，提高土壤肥力，改善土壤結构，丰富微生物功能群，进而提高人工恢复的效率。本文阐述了当前露天矿生产造成的植被破坏和水土流失问题，讨论露天开采后的土地复垦、生态重建及建立循环经济产业链，并对未来复垦模式可能使用的方法和技术进行展望。

关键词： 矿区;复垦;植被恢复;水土保持;生态重建

【中图分类号】D167 【文献标识码】A 【文章编号】1674-3733（2020）20-0278-02

0 前言

由于我国经济的高速发展，对能源的需求量日益增加，合理地开采矿山资源对振兴经济起着重要作用。但矿业开采过程又是一个破坏生态环境的过程，伴随这个过程而产生的地貌变迁、土壤侵蚀、大气和水体污染、生态失衡、农业生产受损等问题，已严重影响了人们的生活，从而引起了人们的高度关注。因此，开展矿区生态环境综合治理，加强开采后的土地复垦和生态重建已刻不容缓、势在必行。

土壤是植被生长发育的基础，能够不断地为植被提供营养物质和水分[3]，并且土壤动物与土壤微生物共同参与营养物质循环，加快土壤有机物的分解，促进土壤腐殖质的转化，调节土壤肥力，进而影响植被的生长发育[4]。土壤养分影响着植物器官的生长发育，调节植物对水、热、气的需求，在植被的演替过程中起到至关重要的作用。土壤养分的种类、组成和数量都影响着植被的生长发育，其中土壤有机质、N、P、K 等是植物生长发育的必需元素，其含量与分布影响着植物的生长状态[5]。

矿区的植被演替分为自然演替和人工演替，自然演替是一个非常缓慢的过程，在自然演替过程中，施加人工复垦措施，可以缩短植被演替的周期，提高植被演替的速率[6]。李裕元等[7]的研究结果表明，矿区植被的自然恢复只有在种源或繁殖体充足的条件下才可能实现，且比人工恢复的时间要长得多。随着复垦年限的增长，煤矿区复垦植被的种类、数量、蓄积量、生物量、平均高度均有所增加，植被覆盖率上升[8]，生长状况也有明显的改善[9]。

因此，解决复垦过程中土壤修复问题及植被恢复问题是目前复垦模式的研究热点，恢复区土壤依靠植物进行营养富集及结构改良，而植被需要依靠土壤作为生长机制。复垦模式的效应主要应由土壤和植被的交互作用来体现。

1 露天矿开采破坏生态平衡，造成了严重的水土流失

目前，中国露天矿煤炭的产量已经从 4%增加到了 30%，露天采煤产生的损毁土地主要为排土场[1]。Frouz等[2]分析了矿区复垦土壤与植被的演替规律及其交互影响，发现土壤和植被在矿区生态系统演替过程中发挥着重要的作用。露天矿开采与地层结构密切相关。露天矿开采时，不可避免地对地层和地表（地形、地貌）及其依附的生态系统、相关的社会环境带来影响，产生污染和破坏。从环境结构和生态系统角度分析，矿产资源开采产生的效应，自岩石圈向上传递，波及到大气圈、水圈和生物圈，继而影响整个生态平衡。

同时，矿业生产过程也是不断产生弃土废渣的过程。随着矿山开采工作的不断推进，岩石边坡、排土场、排矸场和尾矿场不断扩大，造成土地大量荒芜，自然植被毁灭。另外，大量的弃土弃渣堆积形成的矿渣堆积场和废弃的尾矿是裸露、松散的堆积体，极易被雨水冲刷，一旦发生坝体泄漏、坍塌，矿砂倾泻而下，将会造成江河淤塞、交通阻断、污染环境的严重后果，给人民生命财产带来巨大损失，严重威胁着人类的生存环境。

2 土地复垦是解决矿山环境保护和综合治理的最有效途径

资源的开发利用必须与环境的治理和保护紧密结合。恢复并保持生态系统良性循环的主要目的在于提高可更新资源的再生能力，使人类能够永续利用。

早在20世纪40年代，国外煤矿开采就开始致力于土地复整和生态恢复方面的研究。1942年英国煤矿正规化开采以来，就恢复了土地2.4万hm2，其中90%用于农业。1987年莫色维提煤矿开采与土地恢复联合设计书被通过，此后10年内开采了700万t煤，同时恢复了大量土地，该项目是西欧最宏伟的恢复工程之一。1971年美国矿山土地面积8.3万hm2，其中恢复土地面积6.6万hm2，复地率79.5%。西德莱菌褐煤矿区被破坏土地面积1.5万hm2，恢复0.83万hm2，复地率55%。

进入21世纪以来，随着生活水平的提高，人们对环境质量的要求越来越高，矿山土地规划制度更加严格，永续性发展的理论也推进了对露天矿土地复垦的研究。植被是山地和丘陵地区保护生态环境的天然屏障，治理已恶化的生态环境必须迅速恢复深根植被。近年来，我国在土地复垦方面也有了长足的发展。以神华准能集团黑岱沟、哈尔乌素两个露天煤矿为例，这个地处鄂尔多斯黄土高原的露天煤矿，具有典型的喀什地貌——沟壑纵横，支离破碎，土壤贫瘠，植被稀疏，原有植被覆盖率不足30%，植物种类以土生的灌丛为主。在近30年的生产过程中，复垦土地2350公顷，植被平均覆盖率超过80%，水蚀模数比原来的13000吨/平方公里～年降到现在的1500吨/平方公里～年，有效控制了水土流失，改善了原有的自然条件。

国内外的研究实践证明，土地复垦是解决矿山环境保护和综合治理的最有效途径。

3 土地复垦的具体措施

土地复垦是指对在生产建设过程中，因挖损、塌陷、压占等原因造成的土地破坏，采取整治措施，使其恢复到可供利用状态的活动。其广义定义是指对被破坏或退化土地的再生利用极其生态系统恢复的综合性技术过程;狭义定义是专指对工矿业用地的再生利用和生态系统的恢复。植被恢复对于矿山开采水土保持作用效果是十分显著的，但这种生物措施必须与工程措施相结合，才能早日见效，即以生物措施为主，辅以必要的工程措施。

3.1 矿区水土保持与工程措施

3.1.1 开采前严格规划实施弃土场

首先将整个露天矿作为一个整体，在建设用地边界自然水流出口修建坝体工程，使矿区形成一个相对封闭的系统，矿区范围内的水体不会流向外界。矿区周边的上游布设以拦泥蓄水防洪、保障矿区生产建设安全为目的的拦洪坝，下游布设拦渣拦沙为主要目标的拦渣坝，目的是避免流失水土，淤塞河道。在生产作业现场，根据采掘、排土的进程，按照排土场的排弃工艺和排棄时序，排土前在排土场底部沟道内逐级修建临时性土坝，有效拦截上游来水对下游排弃物的冲刷，防止排土场在主体构筑过程中的水土流失。

其次，要根据矿场范围内地形特点以及矿种、蕴藏量、开采方式等规划弃土场。弃土场要求选择山垄肚大，出口窄，排土量多但稳定的地方，有效容积要比采矿弃土量高40%左右。

另外，弃土场必须先设置挡土墙，以控制植被恢复前期水土流失。工程挡土墙是稳定弃土的关键，应根据弃土场地形以及每年弃土量而逐年加固加高。同时，弃土场周围要修防洪沟。以此减少水土流失给生产和群众生活带来的危害。

为了使弃土堆积更加稳定，排土场应设计为台阶式塔状实体。将碎石等废弃物回填在底层，种植土壤覆盖于表层，等待实施生物措施。

3.1.2 护坡护岸工程

矿区采场台阶、边坡以及公路等附属工程的边坡，均应规划护坡工程，以防止出现滑坡、崩塌。同时，矿区下游河道的河坝、河堤等也要进行加固、加高，并且及时清理河床淤积的泥沙石，以防洪水冲毁堤坝、农田、交通公路、桥梁、房屋等。

近年来，国内对各矿区的尾矿场和排土场采取了不同工程措施，在减少矿区水土流失上产生了一定作用。例如黑岱沟露天煤矿东挡一号坝与杨树林的结合，有效地解决了东排土场水土流失的问题。

3.1.3 覆土工艺与土地整理

在排弃剥离物时，有利于复垦种植和防止水土流失的要求，合理安排“一体化工艺”排弃方式，形成“表土堆放—岩石剥离排弃—下层黄土覆盖—表土覆盖—土地平整—土地生态复垦”的作业流程，确保排土场地质结构与周边未开采区域协调一致，既防止水土流失，又能满足生物复垦要求。为了使表层覆土尽快沉降，不被雨水冲沟，达到栽植要求，矿区采用碾压推进式覆土工艺，将表土用自卸式车辆直接倾倒在垫层上平整碾压。最后，用小型推土机将土壤按一定标高整平。

3.2 生物措施

生物措施是通过植树、种草的办法来恢复并建立各种类型的植被，借助植被的覆盖、固土作用以及合理更新，获得良好的防护生态、社会和经济效益，这也是土地复垦最主要的措施。

首先，要根据当地的地理位置、气候条件、土壤类型，以及原有自然植被状况等因素，选择适宜的先锋植物：在以第四纪绵黄土为主的黑岱沟露天煤矿，由于其干燥少雨，春季多风，昼夜温差大，土壤贫瘠等原因，选择了新疆杨、柠条、沙棘、油松、樟子松、紫穗槐、山杏、山桃等乡土树种作为先锋树种，辅以紫花苜蓿、黄花草木樨、沙打旺等草本植物组成先锋的植物群落;在地处干旱草原地区的胜利露天矿，土壤类型主要由栗钙土、草甸栗钙土、草甸土等组成，由于草场退化，以形成沙化、砾石化栗钙土，土壤有机质含量低，土壤肥力差，加上光照丰富，降水量少，有效积温低，极端低温过低等因素，选择柠条、沙棘、山杏、榆树、黄柳、草木樨、沙打旺、苜蓿、羊草、披碱草等植物作为先锋植物种群。

在此基础上，根据所选择植物种类的植物学特征、生物学特性、矿区的地貌特点、后期熟化土地经济效益及水土保持要求，对植物群落结构进行设计，并按照未来植物群落层次结构各层优势度大小由上层到下层依次确定最初植物种群组合。同时，水平设计要便于后期管理，能有效防止大面积森林火灾，能有效预防和控制病虫害的发生和蔓延。因此，植被栽植时要尽量缩小纯林的面积，采用网格式规划种植，形成林果结合、乔灌结合、乔草结合、灌草结合、牧草覆盖等垦植模式，实行“草木结合”、“高矮搭配”、“长短结合”、“常绿落叶搭配”，对植物群落结构进行合理配置和优化布局。

复垦区的栽植条件差，裸根苗木在栽植前必须要修剪枝条及根部，若及时栽植不完，需假植。新疆杨、容器油松、容器樟子松等防护林乔木一株栽一坑，山杏、紫穗槐、柠条、沙棘等为2株栽一坑，牧草进行条播、撒播。复垦区土壤墒情差，栽植后必须立即浇一次水，待一水渗透覆土围坑后浇灌第二次水。夏季浇灌两次，在11月20日前完成封冻水的浇灌。

3.3 后期养护

俗话说：“三分栽植，七分养护”。复垦区域的土壤肥力差，水资源短缺，苗木成长困难，杂草侵蚀严重，后期的养护工作是十分重要的。除了当年要及时灌水外，之后每年要进行锄草、浇水、修剪、病虫害防治等工作。要严密监控病虫害的发生，一旦发现要立即进行防治，阻止其继续扩大蔓延，保证林木正常生长。

4 生物群落的复苏及生态重建

经过一系列的复垦措施，矿山的地表植被覆盖率提高了，同时带来生物群落的复生，加速了生态环境改造的进程。如今已实现排土场65%以上的复垦绿化，实现了矿区开发，保持和改善了生态环境，防止了水土流失。实现了复垦绿化第一步：排土场及排弃场绿化种植、改良土壤;第二步：要实现“以地换地”，合理使用土地资源;近年，在前两步的基础上大力发展养殖业、种植业，形成一条新的产业链。同时，多种野生植物种类自然侵入，成功定植并逐步旺盛。这些也为野生动物的生存提供了适宜的环境，野兔、蛇类、鸟类、蛙类、鼠类及各种昆虫相继出现。植被恢复、动植物生长产生了大量凋落物和动植物残体，为土壤微生物生长、繁殖提供了丰富的物质和能源，增强了微生物的代谢活动，促进了土壤腐殖质形成和有机质分解，并加强生物固氮作用，提高土壤肥力和植物营养水平。此外，植被恢复和生物群落复生还促进了土壤矿物质分解、腐殖质形成和养分富集，改善了土壤理化性质、提高了土壤肥力，植被恢复对于排土场及工业广场表层土壤起到明显的保水作用，同时改善了矿区的地温条件，有效地控制了水土流失，生态环境明显改善。

参考文献

[1] 黄丹勇.矿区土地复垦与生态环境恢复综述[J].湖南有色金属，2011（6）：45-49.

[2] 赵冰清.半干旱区露天矿生态复垦土壤养分与植物群落相关分析[D].山西： 山西大学， 2014.

[3] 董炜华， 李晓强， 宋扬.土壤动物在土壤有机质形成中的作用[J].土壤， 2016， 48（2）： 211-218.

[4] 丁青坡， 王秋兵， 魏忠义， 等.抚顺矿区不同复垦年限土壤的养分及有机碳特性研究[J].土壤通报， 2007， 38（2）：262-267.

[5] 李裕元，邵明安.子午岭植被自然恢复过程中植物多样性的变化[J].生态学报，2004，24（2）：252-260.