石矿迹地生态修复技术研究现状与发展趋势

李富平 贾淯斐 夏 冬 王浩程 刘 鑫，4

（1.华北理工大学矿业工程学院，河北唐山063210；2.河北省矿业开发与安全技术重点实验室，河北唐山063210；3.河北省矿区生态修复产业技术研究院，河北唐山063210；4.河北金元矿业有限公司，河北 邯郸056003）

石材是一种常见的非金属矿产资源，同时也是一种用途极广泛的宝贵资源，作为重要的建筑材料有着悠久的开采历史。近年来，随着基础设施加速建设和房地产市场的蓬勃发展，国家对石材的需求量与日俱增，但石材矿山在开采过程中和闭坑后，对矿区及其周边生态环境［1］与区域地下水分布［2-4］等造成了不同程度的破坏，导致水土流失［5-6］、植被退化［7］、生物多样性丧失［8］、植物光合系统受损［9］、土壤理化性质劣化［10］、土壤侵蚀［11-12］、土地退化［13］、地质灾害等一系列环境问题［14-15］。调查发现，国内大多数石灰岩矿闭坑后没有得到有效的生态恢复与重建，尤其是立地条件极为恶劣的岩质边坡坡面［16］。因此，开展石矿迹地生态修复技术研究具有重要的工程应用价值和良好的生态效益。

当前，矿区生态恢复与重建主要涉及采煤塌陷区［17］、煤矸石山［18］、露天采场［19］、尾矿库［20］、排土场［21］、矿山工业广场［22］等主要区域。国内外众多学者在相关领域内开展了广泛而深入的研究工作，为上述主要区域生态修复工作的顺利开展奠定了基础。目前，绝大多数的石矿仍是露天开采，开采后形成的石矿迹地使得矿区内的植被、动物及微生物含量极为稀少，生物之间的相互作用降低，并且在矿区开采结束后，由于土壤、地质条件及水文条件等因素的改变，导致矿区内很难形成自我恢复能力，自然生态演替速度极为缓慢［23］，对当地的局部性气候也会造成一定的影响［24］。同时，大部分石矿迹地处在城市周边，且为了运输方便，一般临近交通干线、居民区等，在遇到恶劣天气时，易发生滑坡、泥石流、扬尘扬沙等灾害，对矿区周边居民的生命安全与健康造成了不利影响［25］。因此，开展适宜于石矿迹地生态修复技术的研究，对石材矿山生态修复的顺利实施具有重要的指导意义。石矿迹地生态修复是一项受多因素影响的长期连续性工作，必须对修复后的生态系统进行跟踪监测与管护，以便创建一个能够自维持的生态系统［26］。修复后的矿山生态系统演替轨迹、健康状态、抗干扰能力等仍是有待研究的问题［27-30］。

本研究在收集国内外相关资料的基础上，对矿区岩质边坡坡面、作业平台、坑底、排土场、矿区道路、工业广场和开采境界周围受开采扰动影响区域的生态修复技术进行综述，分析主要技术的优点与不足，并对未来生态修复关键技术的发展进行展望，以期为石矿迹地生态修复技术的研发与工程实践提供依据。

1 研究现状

1.1 岩质边坡坡面生态修复技术

岩质边坡坡面因立地条件极为恶劣而成为石矿迹地生态修复的难点与重点区域（图1、图2），同时其生态修复质量的好坏关系到整个矿山生态修复的成败。瑞士、法国、美国、日本、澳大利亚等国家在岩质边坡生态修复方面开展的研究工作相对较早，形成了适宜于本国的生态修复方法与理念，取得了良好的生态修复效果［31］。我国对岩质边坡生态修复技术的研究虽然起步相对较晚，但发展较为迅速。当前，露天矿生态修复多借鉴客土喷播技术、三维植被网喷播技术、厚层基材喷播技术、植生袋法、植被混凝土防护技术、喷混植生技术、飘台法、藤本护坡技术、爆破燕窝、植物纤维毯防护技术等。上述技术可为闭坑后的石矿迹地边坡坡面生态修复提供参考。华北理工大学矿区生态修复与重建科研团队将植生袋法、飘台法、藤本护坡技术应用于唐山冀东某石灰岩矿岩质边坡生态修复工程中，达到了绿化坡面、改善景观的目的，修复前后的效果对比如图3至图5所示。

（1）液压喷播技术。该技术是将植物种子经催芽处理后，配以一定比例的纤维、保水剂、黏合剂、复合肥料和土壤改良剂等，通过搅拌、利用机械加压作用将浆体混合物喷到坡面的绿化方法［32］。该技术具有工作效率高、成本低、成坪速度快、机械化程度高等优点［33］。陈雪［32］、杨承祥等［34］分别将该技术应用于高海拔风电场和大型米拉多露天铜矿边坡水土保持植被恢复中，取得了良好的生态效益和社会效益。

（2）厚层基材喷播技术。该技术是运用喷播系统将混有植物种子、防侵蚀材料的基质材料喷附在坡面上，形成一层既适宜植物生长又稳定的基材层。该技术主要由锚杆、网及基材混合物组成［35］。余海龙等［36］、田青怀等［37］、朱浩等［38］、夏明强［39］、卿翠贵等［40］分别将厚层基材喷播技术应用于岩质边坡生态修复工程中，取得了良好的生态防护效果，对将该技术应用于石矿边坡生态修复具有一定的指导意义。

（3）三维植被网护坡技术。该技术是指利用活性植物并结合土工合成材料等工程材料，在坡面构建一个具有自身生长的防护系统，通过植物生长对边坡进行加固［41］。刘晓鹏［42］、罗艺伟等［43］分别对三维网喷播技术的施工过程及工艺要点进行了详细分析，并将其应用于岩石边坡生态防护；程晔等［44］、李连胜等［45］的研究表明，三维土工网垫喷播植草可有效降低降雨对坡面泥土的冲刷；顾晶［46］、周海波等［47］将三维网喷播技术应用于高速公路沿线边坡生态防护工程中，取得了良好的生态防护效果。

（4）喷混植生技术。该技术通过使用喷混机械将土壤、普通硅酸盐水泥、植物种子、肥料、有机质、保水剂等混合加水后喷射到坡面上，形成约10 cm厚的多孔稳定结构层，种子既可以在空隙中生根、发芽、生长，又具有较强的抗雨水冲刷能力。该技术自20世纪90年代中期引入我国后，得到了快速发展并应用于生态防护工程中［48］。赵春权［49］、王耀建等［50］、闫新亮等［51］、梁超贤等［52］根据该技术的防护原理及其优点，分别将其用于高陡边坡工程的生态防护，达到了快速复绿和控制水土流失的目的。

（5）客土喷播技术。该技术也是一种较为成熟的边坡生态防护技术，是将客土、植物种子、缓释肥、纤维、黏合剂等按一定比例均匀混合，再利用空气压缩机将混合物喷射到坡面形成一层复合客土层（3～5 cm），实现护坡和恢复植被的一种生态防护技术［53］。胡国长等［54］、王英宇［55］、舒安平等［56］、刘铁军等［57］分别对该技术进行了系统研究，并根据其快速复绿的优势，将其应用于岩质边坡的生态防护中。

（6）植被混凝土生态防护技术。该技术是由液压喷播技术演化而来，植被混凝土是典型的人工复合生态基材，其固体部分由植生土、水泥、腐殖质和植被混凝土绿化添加剂混合而成［58］。植被混凝土因具有良好的物理力学特性及稳定性而得到广泛应用［59-60］，陶祥令等［61］对植被混凝土的制备工艺及研究进展进行了详细分析，并阐述了该技术主要的发展方向；夏振尧等［62］、郗红超等［63］、周正军等［64］对植被混凝土的强度和力学稳定性开展了系统研究，为该技术的工程应用提供了理论依据；唐欣等［65］将植被混凝土生态防护技术应用于采石场边坡生态修复中，取得了较好的修复效果；张恒等［66］采用试验研究方法，对植被混凝土新型生境构筑基材的稳定性进行了分析；程虎等［67］对不同修复年限的植被混凝土基材中有机碳氧化稳定性进行了分析，结果表明，随着修复年限增加，基材中有机碳的内部循环会受到阻碍；童标等［68］研究表明，冻融循环对基材中氨态氮、速效钾和有效磷的含量具有显著影响；潘波等［69］研究发现，在干湿循环作用下，棕纤维对植被混凝土基材抗剪强度的增强作用优于玄武岩纤维；周海清等［70］通过试验发现，植被混凝土边坡的抗冲刷能力明显优于素土边坡。

此外，根据边坡的立地条件及矿山企业的实际情况，植生袋防护技术、飘台法、藤本护坡技术、爆破燕窝等生态技术在边坡生态防护中也得到了广泛应用。鲁明星等［71］、陈冀川等［72］、罗明等［73］分别将植生袋防护技术应用于矿山岩质边坡的生态防护工程中，起到了较好的效果，并且可以使防护区域的群落向正方向演替；韩超等［74］将植生袋与主动防护网相结合，杨翔等［75］将肋柱植生袋与喷播植草联合应用于岩质边坡的生态恢复与重建，充分发挥了不同生态修复技术的优势，是对岩质边坡生态防护技术的有效补充。冯伟风［76］、秦品光等［77］、张家洋等［78］分别将飘台法应用于高陡边坡防护，显著提高了边坡的绿化率，且提高了灌溉水的利用率；高云峰等［79］对露天矿岩质边坡绿化技术及存在的问题进行了系统分析，并讨论了11种常用生态修复技术的适用条件；郑煜基等［80］、冉建兵等［81］、高丽霞等［82］分别将种植槽技术应用于矿山岩质边坡生态修复，取得了快速复绿的效果。

对于大型露天矿山，边坡所处的开采水平以及区域不同，岩性及岩体质量也不完全一致，若矿山全部边坡采用同一生态重建技术方案，势必会影响生态恢复的最终效果与成本［83］。对此，吴杨等［84］提出了基于岩体质量评价与分区的生态修复技术，并将该技术应用于研山铁矿东帮边坡生态修复工程中，取得了理想成效。

1.2 作业平台生态修复技术

作业平台属于露天矿边坡的一部分，但相对于坡面而言，其生态修复较易实现，这主要是因为作业平台相对平缓，有利于覆土和栽植或种植植物，且有利于减少水、土、肥的流失。在作业平台生态修复技术研究方面，目前多采用在平台外边缘处修建土埂或挡墙，在其内侧覆土后栽种木本或播种草本植物，以实现坡面平台生态修复。姜丽［85］采用堆砌石埂的技术措施后，在采场平台上用容器苗种植胡枝子，起到了很好的水土保持作用；韩志阳［86］对某矿边坡台阶平台采用覆土后栽种侧柏的方式进行生态修复，最终实现了矿山复绿；吴杨等［84］通过在研山铁矿东帮平台上修筑挡墙并在挡墙内覆土后栽种苗木的方式，实现了高边坡平台生态修复；贾斌等［87］以北京房山区废弃的石灰岩矿山为研究对象，在矿山作业平台进行覆土回填，并在临空面设置干砌挡墙后，栽种乡土植物，实现了永久的生态防护；华北理工大学矿区生态修复与重建科研团队根据某矿山的立地条件，将作业平台覆土后种植油用牡丹，取得较好生态效益的同时，也取得了一定的经济效益。

工作平台生态修复虽较坡面容易，但也存在土壤缺乏与土壤贫瘠问题，对其进行覆土后，还需进行土壤改良与培肥，在此基础上，应做好灌溉系统设计，防止在干旱季节导致植物遭受旱灾，同时还应采取防止水土流失的技术措施。在植物选取方面，应优先选用乡土植物，以增强植物的抗逆性。对平台采取多种措施进行联合修复，可有效增加平台的最终修复效果，保证植物生长发育长期稳定。

1.3 坑底生态修复技术

坑底通常是矿山标高的最低处，矿山闭坑后，地下水、地表水往往汇集于坑底，这对植被恢复产生了不利影响，但可为矿山边坡生态修复提供灌溉水源，或根据矿山所处的区域位置，可将矿坑开发为休闲娱乐场所，使其具有观赏性和娱乐性，以充分利用矿坑的地形地势特点，使得闭坑矿山仍具有可持续发展的空间（图7）。罗桂军等［88］将长沙新生水泥厂的废弃矿坑打造成湘江欢乐城；陈蓬勃［89］基于景观空间设计经验，对普兰店市花儿山矿坑进行了景观重构设计，并将其改造为具有文化特色的矿山公园；范婧［90］在对义马市北露天矿坑进行生态修复时，融入时空设计的相关理论，将其改造为园林景观；刘向阳等［91］对北京西郊砂石坑进行生态修复时，在考虑其功能和位置等多种因素的基础上，因地制宜地将坑底改造为生态湿地；迁安某矿山对采坑进行规划、整理、引水，实施生态旅游开发，以种植、特色养殖、农副产品加工和生态旅游为纽带，构建了社会—经济—自然复合生态系统。

如矿区处于干旱、半干旱地区，矿坑底部不能形成长时间的积水，可将坑底开发成林草地。唐山某石矿坑底覆土后种植早熟禾和狼尾草，有效改善了土壤的理化性质，种植后的效果如图8所示。

从生态修复技术层面来说，坑底生态修复涉及的技术相对较少且较为简单，这主要是由于矿山闭坑后坑底地形较为平缓。坑底生态修复虽易于取得较好的效果，但其成败主要取决于边坡稳定与否、边坡生态修复效果的好坏及整个矿区的水土流失情况，如局部滑坡产生的滑坡体或水土流失产生的泥沙均会对坑底已恢复的植被造成淤积破坏。

1.4 排土场生态修复技术

排土场是露天矿开采过程中形成的结构松散、植被覆盖度低、养分含量低、平台和边坡相间的松散堆积体，由岩石、土壤共同组成，是一种工程扰动土［92］。排土场的形成过程决定了其具有物质组成复杂、大孔隙发达、土壤理化性差等特点［93］，在强降雨、地震、爆破震动等作用下易发生滑坡、泥石流等地质灾害［94］。将排土场修复为具有良好生态效益的土地，对于改善当地生态系统具有重要意义［95］。当前，排土场大多是在土壤重构［96］、蓄水截流整地和优化植被配置模式的基础上进行生态修复［97-98］。矿山在排土过程中，可将大块废石放置于排土场底部，而将细粒土覆盖在坡面和平台处，为植物生长提供基本条件。土壤质地、容重、孔隙状态及入渗、持水保肥等指标会影响植被生长，这同样也影响到生态修复的最终效果［99-100］。表层土壤重构、植被恢复是排土场生态修复的关键环节［101］，土壤是植物生长的基础，而植物的生长一方面可改善土壤的理化性质，增加土壤有机质含量；另一方面可增加植被盖度，改善矿区的生态环境［102］。某排土场生态修复前后效果对比如图9所示。

排土场平台处土壤经过压实，致使其容重增加，孔隙度减小，这严重影响了植物根系发育，致使单位面积植被生物量下降［103-104］，而坡面处土壤密实度相对较低，易引发沟蚀，造成水土流失［105］。因此，在平台处宜翻耕表土以利于植物根系发育，在坡面处宜尽早采取蓄水截流和植被修复技术措施，以减少水土流失。植被配置模式对修复后整个矿区生态系统的整体稳定性及修复区土壤均具有重要影响［106］。当前，平台通常采用乔、灌、草相结合的生态防护技术进行修复，坡面通常采用灌木、草相结合的生态防护技术进行修复。其中，乔木通常选择刺槐、榆树、油松等树种，灌木通常选择火炬树、紫穗槐、胡枝子、荆条等，草本通常选择耐贫瘠的紫花苜蓿、黑麦草等［107-108］。

排土场生态修复难度虽较岩质边坡低，但由于土石混合体在固结过程中易引起排土场不均匀变形，从而在坡面和平台外边缘附近产生拉伸裂缝，这将导致土壤结构发生小尺度变化［109］，恶化土壤墒情［110］、增加滑坡和泥石流等地质灾害发生的可能性，对植物生长［111］、土壤微生物学特性、植物群落［112］和排土场的整体稳定极为不利。因此，在矿山排土场堆排到设计高度后，应尽早在坡面和平台上覆土，然后进行紫花苜蓿、黑麦草等草本植物的混播，以达到快速复绿、减少水土流失和加速土壤熟化的目的，与此同时，应做好防排水系统的修建工作。待排土场土体基本固结后，再在坡面和平台上栽植或播种乔、灌和草本植物。植被恢复后要对排土场的稳定性、地裂缝发育情况和植被生长状态进行实时监测，发现异常情况后，需采取相应的工程技术措施，确保排土场的安全稳定及其所在区域的生态系统向正方向演替［113］。

大型排土场面临着旱季缺水和雨季易造成水土流失和坡体失稳的矛盾，如何充分利用雨季的雨水资源，减少集中降雨引起的水土流失与植物生境退化也是排土场需要解决的关键问题之一。雷少刚等［114］根据景观生态学的原理［115］，引入新的景观组分，调控水土物质流过程，提高了水资源的生态利用效率。

安全稳定是实现排土场生态修复的前提，在进行植被恢复之前，通常在排土场坡面和台阶上进行覆土，为后期植被恢复提供生长基质，但坡面覆土通常采用自卸汽车由坡顶倾倒土方后，土在重力作用下由坡顶向坡脚处滑动，造成粒径较大的石块或粗颗粒土集中于坡面的中下部，越接近坡脚处石块或土的粒径越大，而坡顶处土的粒径相对较小。针对上述问题，通常在排土场坡面的中上部采用乔灌草相结合的生态修复方案，可有效降低坡面水土流失［116］，增加土壤养分含量［117］，增强浅部土体强度［118］，其中乔木通常选择根系发达、耐旱耐贫瘠、固土能力强的树种，如油松、刺槐、榆树等，灌木通常选择紫穗槐、火炬树、胡枝子、沙棘等，草本植物多选择紫花苜蓿、黑麦草、狗牙根等。在坡面的中下部可采用灌草相结合的生态修复方案，坡脚处通常在坡脚与平台交界处栽植爬山虎等速生藤本植物进行快速修复。根据平台宽度、土质情况，可将平台修复为林草地、经济林地或中药材种植地等。

1.5 矿区道路生态修复技术

在矿区生态恢复与重建规划设计中，矿区道路不仅是边坡、工作平台与坑底生态修复的运输通道，也是矿山闭坑后需进行生态修复的区域。矿区道路较为平坦，这为其生态修复的顺利进行创造了有利条件。矿区道路存在滑塌隐患处应及时清除，道路内侧设置排水沟［119］。对公路进行深翻平整后，采用覆土后栽植或种植乔、灌木的方式进行生态修复。王月［120］在张家口北蔚采石场生态恢复治理中，采用覆土后种植树木的方式对矿区道路进行了生态修复；王东等［121］在深翻平整的矿区道路上采取乔、草混交模式有效恢复了地表植被。

上述生态修复技术主要是针对未经混凝土硬化的矿区道路，而对于经过混凝土硬化的矿区道路，如继续采用上述修复技术，其难度和成本都会相应增加。这是因为清除道路混凝土不仅需要人力、物力，而且会产生大量无法降解的外运垃圾，容易造成二次污染。因此，在对混凝土硬化的矿区道路进行生态修复技术方案设计时，可在保留道路的同时，加强道路两侧绿化与防排水系统维护，以保证道路畅通，为后续边坡与坑底生态修复工程维护提供道路。矿区道路在生态修复规划方案设计时，应与整个矿区生态修复方案相协调，以使其融入到整个生态系统中。

1.6 工业广场生态修复技术

工业广场在矿山全寿命周期内均发挥着重要作用，是矿山生产、生活不可或缺的部分。关于矿山工业广场的生态恢复与重建工作，也有部分学者开展了相应的研究工作。文智斌［122］将太原阳曲县某石灰岩矿的工业广场在矿山闭坑后规划为灌木林地，主要栽种沙棘和紫花苜蓿；方南平［123］根据矿区的工程地质、水文地质及环境地质条件，在对土地破坏预测评估的基础上，对福建古田大垅际矿区的生态修复工程进行了全面的规划设计；王世娟［124］根据淮东大井矿区南露天煤矿的地形地貌，并综合考虑复垦分区、土地适应性评价以及复垦标准，将复垦方向定为裸地；张熙卓等［125］利用概率积分法进行土地损毁预测，根据可行性、最佳效益、因地制宜等原则，设计并实施了煤矿区土地复垦方案，并将整个复垦方案实施划分为6个阶段；妙超［126］在分析矿山气候条件及土地资源利用的基础上，针对陕西某大型灰岩矿山设计了土地复垦方案，矿山的生物治理措施以植被重建为主。

矿区工业广场生态修复技术简单且较为成熟，进行生态修复技术方案设计时，在确保修复效果的前提下，应使修复后的景观与周围环境相协调，同时，如该区域有点或面污染源，需对污染源进行妥善处理，以防止对空气、土壤或地下水造成污染。

1.7 开采境界周围受开采影响区域生态修复技术

矿山开采过程中和闭坑后，均会对开采境界周围一定范围内的植物生长、工程地质、水文地质环境等产生不同程度的影响，主要是由于采石扬尘［127］、地下水疏干、采场边坡周围裂缝所导致的。目前，关于开采境界周围生态修复技术的研究成果相对较少，且该现象会随着闭坑越来越严重。因此，需要对受采矿影响的最终境界周围区域进行生态恢复与重建，以使闭坑后整个矿区具有良好的生态环境。李江峰［128］对首钢铁矿沙厂矿区的生态恢复方案进行了设计规划，将矿区划分为不同分区，采取不同的措施进行生态恢复；吴琳琳［129］对义马市矿山废弃地存在的问题进行了分析，并对废弃地的生态恢复工作进行了规划；罗博文等［130］通过对广西全页岩矿山环境问题进行评估调查，提出了一系列的防治措施；撒楚航等［131］对广西扶绥县矿山环境问题进行了分析，提出了相关的改进措施；汪继学等［132］依据环境影响因素，将日照市露天开采矿山环境问题分为3类，遵循“因地制宜、经济合理、技术可行”的原则给出了相关治理建议；赵建仓等［133］对甘肃省肃北某铁矿矿区地质环境问题进行了评估预测，并有针对性地提出了保护治理措施，有效遏制了矿山地质环境问题；申玉松等［134］将商城县矿山地质问题划分为3类，并综合考虑地质环境等影响因素，提出了相关保护性措施；孟繁等［135］利用多种勘察手段对天津大兴峪北矿区进行勘察，并针对矿区存在的问题提出了一套综合治理方案；张鹏等［136］通过某矿区前期调研，通过分区生态恢复等一系列技术手段，设计了矿区塌陷区的综合治理方案。

矿山开采势必对矿区周边区域地下水渗流场分布特征、细微地裂缝发育情况、土壤养分流失速率与方式、植物与土壤微生物生长状况产生重要影响，随着开采深度增加，这种影响更为明显，因此在制定开采境界周围生态修复方案时，地下水系统变化、土壤养分流失情况、微裂缝发育特征对生态环境的影响也应充分考虑。对于水文地质条件复杂、地下水位较高的矿山，可采用堵水帷幕的方式堵截地下水，以减少因矿山开采对区域地下水渗流场、边坡稳定性的影响［137-138］；对于微裂缝较为发育、土壤养分流失严重的区域，可在采取控制微裂纹发育工程措施的基础上，混播根系发达的豆科牧草和低矮的灌木；对于受开采影响不显著的区域，如果地表植被基本没有遭到破坏，可在适当补充水肥的前提下，采取封山育林的方式进行生态修复，如果地表植被破坏严重，可采用乔灌草相结合的方式进行生态修复。未来在对开采境界周围受开采扰动区域进行生态修复时，应根据开采扰动程度、地下水渗流路径改变、微裂缝发育程度、土壤养分流失情况等对地表植被影响程度的不同进行分区，根据各区域不同的环境条件选取有针对性的生态修复技术方案，以达到最佳的修复效果。

2 不足分析

通过对岩质边坡、作业平台、坑底、排土场、矿区道路、工业广场和开采境界周围等受开采影响区域生态修复技术的回顾与分析发现，裸露的岩质边坡和大型排土场是生态修复的难点与重点区域。因此，本研究重点阐述岩质边坡和排土场生态修复主要技术的优点与不足。

液压喷播技术、厚层基材喷播技术、三维植被网生态防护技术、喷混植生技术、客土喷播技术和植被混凝土生态防护技术因具有机械化程度高、施工速度快、养护方便、覆盖效果好、建植初期能防止坡面水土流失等优点，在岩质边坡生态修复中得到了广泛应用。草本植物具有抗寒性与抗旱性差、绿期短、根系锚固作用差等缺点，若单纯采用草本植物进行绿化，修复后期植被退化严重［139］。随着应用年限的增加，在降雨、冻融等因素的影响下基材中的氮、磷、钾等元 素［140-141］，铁、锰 、锌等微 量元素流失 严重［142-143］，同时，在雨水的冲刷作用下，基材本身也将受到侵蚀而产生水土流失现象［144］。冀东某石灰岩矿边坡采用客土喷播后，受干湿交替和冻融效应影响，出现了局部脱落现象，影响了整体的绿化效果，如图10所示。

目前，边坡植被恢复更多的是追求快速绿化，而忽视了植被生长的可持续性，同时，由于在一定程度上缺乏植被恢复效果的长效评价机制［145］，且在后期管理不力、植被生长监控缺失等诸多因素的影响下，护坡植被覆盖度逐年下降，基材在冻融—干湿或强降雨作用下与坡面分离，整个群落向逆演替方向发展，最终导致边坡生态防护工程失去生态防护作用。

针对上述问题，需在植生基材—根系生长协同耦合调控机制，植生基材、根系复合体—岩体界面黏结强度劣化模型，边坡表层裂隙化岩体—植物根系—植生基材整体稳定机理、生态修复效果评价长效机制与动态监测技术等方面开展研究工作。同时，上述技术的修复成本对于矿山企业来说偏高，因此还需研发低成本的植生基材，如以铁尾矿为主要材料的植生基材等。

除了上述常用的边坡生态修复技术外，针对高陡边坡还开发出爆破燕窝、种植槽、植生袋、鱼鳞坑法和石壁挂笼法等生态修复技术。但在实际应用过程中，这些技术均有不足之处。如爆破燕窝技术在施工过程中，爆破震动会破坏坡面岩体的完整性，使得坡面岩体强度降低，雨水很难进入燕窝内部，增加了后期管理与养护的难度；种植槽技术具有施工难度大、槽内土壤少、会发生槽体失稳风险及成本相对较高等不足［146］；鱼鳞坑法和石壁挂笼法要求有支撑点［147］；植生袋的成本相对较高。

在露天矿岩质边坡生态修复过程中，应将坡面与平台视为一个有机整体，根据平台宽度、台阶坡面角、台阶高度、边坡岩体质量及节理裂隙发育情况，结合矿区的气候条件、各生态防护技术的优点，制定最优的生态修复方案。实现平台速生乔、灌、草、藤形成的防护带对坡面植被进行有效保护，减少干热风、强降雨等对坡面植被、基材的不良影响。

现有的排土场生态修复技术在应用过程中均发挥了积极的作用，但同时也存在一些问题，如排土场完成初期，为有效控制坡面侵蚀和水土流失，需尽早修建防排水系统和恢复坡面植被，而此时土体尚未完全固结，因整个排土场的土体并不均匀，因此在土体固结过程中，排土场不同区域的沉降量并不相同，从而使得排土场边坡顶部及中上部区域出现较为明显的拉伸裂缝，这不仅造成土壤中养分、水分快速流失，还对植物根系造成不可逆的损伤，进而影响植物和土壤微生物的正常生长甚至引起植物死亡，这对排土场生态修复极为不利。为此，在排土场生态修复初期，通常混播1年生与多年生草本植物，以减少坡面水土流失，待排土场基本固结完成，坡面裂缝几乎不再增加时，可在坡面上植树种草，以完成排土场最终的生态修复。生态修复工程完成后，应实时动态监测植物生长状况和裂缝发展情况，若出现异常情况，应采取切实有效的工程技术措施，确保生态修复最终取得理想效果。

3 发展趋势与展望

在露天矿生态修复技术研究方面，国内外众多学者已取得了大量的研究成果和宝贵的经验，为石矿迹地生态修复提供了有益参考。对于石矿迹地来说，岩质边坡坡面与排土场仍然是整个矿山生态恢复与重建的重点与难点部分，本研究重点从坡面、排土场及整个矿区生态恢复与重建方面，对石矿迹地生态修复与重建未来需要深入研究的方向进行讨论。

（1）低成本植生基材研发。在石矿迹地生态修复与重建中，基材是植物、土壤微生物与土壤动物生长、繁衍的基础，同时控制着整个矿区生态修复的成本，其物理、化学、力学特性和植物生长适宜性的协同耦合调控机制［145］；以固体废弃物（尾矿、污泥、粉煤灰、糠醛渣、秸秆等）为主要原材料的低成本植生基材合理配比；基材在冻融、干湿循环、强降雨及连续降雨等外界条件下的耐久性、抗冲刷性、内部微结构的变化及水分、养分的运移及流失规律；基材肥力及持续供肥能力等关键技术还需进行深入、系统地研究。

（2）植生基材—根系生长协同耦合调控机制研究。这方面需要进一步开展系统性研究的内容有：分析根系生长过程中，植生基材—根系复合体在冻融、干湿、连续降雨、强降雨等作用下物理、化学、力学、渗透、保水及其内部微结构的变化规律；植物根系对植生基材的正效应（增强植生基材的强度［148］、提高表层土体强度［149］等）和负效应（根系腐烂形成的洞穴、导水通道、动物洞穴［150］、高含水率根—土间强度下降等［145］）；植生基材理化性质与基材呼吸间的关系；根系生长过程中，植生基材—根系复合体整体稳定性和耐久性的演化规律等。

（3）边坡表层裂隙化岩体—植物根系—植生基材整体稳定机理研究。在坡面角、岩石结构与成分、风化程度、界面粗糙度（JRC）、裂隙发育程度、优势结构面产状、植被配置模式等不同的情况下，分析边坡浅部裂隙化岩体在冻融—干湿与水化学耦合作用下的裂纹扩展机制、植物根系生长对岩体裂隙网络扩展行为及植生基材加筋锚固作用的影响机制，探究冻融—干湿与水化学耦合作用下的边坡浅部裂隙化岩体—根系—植生基材整体稳定演化规律，揭示三者协同作用机理。这部分内容为石矿迹地岩质边坡生态修复研究的难点。

（4）排土场地裂缝监测、控制技术与植被配置模式研究。安全稳定是排土场生态修复取得成功的前提，而地裂缝的发展速度及趋势是生态修复能否成功的关键。目前在排土场沉降［151］、变形［152］、灾害监测［153］、稳定性监测［154］等方面的监测技术较为成熟，而地裂缝实时监测与控制技术、地裂缝扩展对植被恢复的不良影响及植物根系抑制地裂缝扩展机理、地裂缝发展过程中植被配置模式等方面的研究工作尚需加强。

（5）融合5G技术的节水适时灌溉养护技术研究。灌溉养护是保持石矿迹地（尤其是边坡工程）生态修复效果的关键手段，是体现矿区生态修复成果的重要指标。当前的灌溉养护技术仍存在模式传统、资源浪费、缺乏专业管理等问题。5G技术强化和深度融合了物联网、大数据、人工智能等技术，有力推动了各行业的转型升级和智能化发展。根据智能实时监测获取矿区不同区域植生基材、土壤水分含量、空气湿度及其动态变化规律，结合矿区天气变化，将5G技术与矿区节水适时灌溉养护技术相融合，可有效提升矿区生态修复工程质量，降低成本，这也是未来发展的方向之一。

（6）石矿迹地生态修复一体化动态监测技术与评价指标体系研究。矿区生态修复是大尺度、长效过程，修复中需监测、评价同步进行，但传统的监测技术难以实现多通道、全区域覆盖，由于不能实时跟踪、评价生态修复效果，导致部分生态修复工作不能满足实际需要。矿区生态修复的目的是构建相对稳定的生态系统，这就需要建立健全修复效果评价指标体系，研究科学合理的植被指标评价方法。面对建设“绿水青山就是金山银山”的全面要求，需要完成矿区立地条件分析、生态修复措施实施、土壤墒情动态变化规律研究、修复后的监测评价全过程工作，需将5G技术、GIS、RS进行有效结合，在人工智能技术支持下，获取矿区破坏、生态修复及修复效果动态监测数据，利用数字模型模拟监测评价修复效果，将信息技术、空间技术融入到传统矿区生态修复工作中，将有助于促进生态修复技术在石矿迹地中的应用，解决区域范围大、数据量多、数据庞杂等问题。

（7）石矿迹地生态修复与重建是一项复杂的系统工程，涉及多学科的交叉融合。人工修复与自然修复相结合的生态修复关键技术，微生物、植物与工程修复关键技术，地下水系统变化对矿区生态环境的影响机制，不同受损区域生态修复关键技术，生态安全评价及调控模式等方面是未来矿区生态恢复与重建的重要研究方向。