森林城市建设中废弃矿山恢复模式与技术探讨

但新球，周学武，但维宇，吴照柏，程 鹏，刘 玉

(国家林业和草原局中南调查规划设计院，长沙 410014)

人类进入工业化时期之后，留给地球最大的遗存是大量废弃的矿山，这些废弃矿山在地球上留下了由于人类人为活动干扰造成的一种特殊景观，也被称为“工业疮疤”。废弃矿山又称为采矿废弃地，指人类开发利用矿产资源之后遗存的土地，多呈现为荒芜不毛之地。这些景观生态系统退化严重，土地功能遭到瓦解，给所在区域的生态状况和景观带来了严重的影响，如：许多原生态的、美丽的自然景观遭到破坏，甚至消失；产生的粉尘、污染物直接威胁着人类的生存；许多动物被迫迀移，植物为了生存，呈现单一物种优势，抱团生长，导致区域生物多样性减少；废弃物随着水土流失堵塞河道；大面积的干扰斑块导致景观破碎化等一系列环境问题[1-2]。

娄底市是湖南省比较典型的矿产资源性城市，经过了多年的矿产生产，目前已经成为资源枯竭型城市，为了实现城市的转型，自本世纪初就一直在探索森林城市的建设[3]。在娄底市国家森林城市建设规划中，面临的最大任务也就是废弃矿山的恢复。本文以“娄底市国家森林城市建设总体规划”为契机，探索在森林城市建设中废弃矿山的恢复模式与关键技术，目的是更好解决在我国森林城市建设的难点问题——生态恢复[4]。

1 森林城市建设对废弃矿山恢复的要求

在《国家森林城市评估标准》中规定：“受损弃置地生态修复率达80%以上”[5-6]。由于受损弃置地大部分是废弃矿山，因此本文主要讨论废弃矿山的生态修复问题。

我国是矿产资源丰富的大国，建国以来，特别是改革开放后矿业迅速发展，但大规模开发同时带来了诸多的生态环境问题。有监测数据显示，截止2018年底，全国由于矿山开采导致损毁的土地约有360万hm2，其中，已经开采完成，并废弃的矿山占用损毁的土地约226.7万hm2；正在开采的矿山占用损毁土地约133.3万hm2[7]。

对这些区域的土地进行生态修复，增加植被覆盖，是实现森林城市建设中大地增绿的有效措施。因此，在国家森林城市建设中，一直把废弃矿山恢复作为森林城市建设的重点、难点来进行规划。

1.1 废弃矿山恢复的原则

废弃矿山生态恢复的基本原则是要通过人工措施，依靠场地生态系统的自我调节能力与组织能力，逐步恢复与重建生产能力，恢复自然生态系统。在进行人工修复的过程中，要遵循以下原则[4]：①坚持山水林田湖草统筹，系统治理。要综合考虑场地和场地周围的生态元素，山水林田湖草统筹考虑，首先恢复生态系统的复杂组成，构架各生态元素直接的和谐高效，逐步恢复生态系统的自我修复功能，达到系统治理的目的。②坚持保护优先，系统修复。在进行修复的过程中，最大限度的保护原有的生态资源非常重要，要把周边保留的原始生态场地作为修复的参照，“学习自然”，采用“近自然”“仿自然”的系统恢复措施。③坚持目标与问题导向，系统配置。由于受损弃置地(废弃矿山)的原生生态元素已经不存在，同时，由于废弃物的存在，产生了一系列新的问题，生态经济的发展，给这些区域的生产、生态定位目标也发生的变化，因此，在进行治理的过程中，要坚持目标与问题导向，重新进行系统配置。在完成场地的基本生产条件和景观之后，依据治理目标的不同，恢复为林业、农业、建设用地，甚至重建为可以提供人类休闲的公园，或者周围工业遗产地予以保存。④坚持系统规划、科学治理。在受损弃置地(废弃矿山)的修复中，要立足当前，着眼长远，对矿区进行统一规划、统一布局，保证修复技术可行、经济合理，恢复矿区生态系统功能，满足人民日益增长的优美生态环境需要，更好的为周边市民提供生态服务。

1.2 废弃矿山恢复应遵循的主要技术规范

主要技术规范有：《矿山生态环境保护与恢复治理技术规范(试行)》(HJ 651—2013)、《矿山生态环境保护与恢复治理方案(规划)编制规范(试行)》(HJ 652—2013)、《矿山废弃地植被恢复技术规程》(LY/T 2356--2014)、《土地复垦技术标准(试行)》、《造林技术规程》(GB/T 15776--2016)、《生态公益林建设 技术规程》(GB/T 18337.3--2001)、《公园设计规范》(GB 51192--2016)。

1.3 不同废弃地类型生态恢复的主要技术措施

废弃地依据场地形态分为：压占型、露天挖损型、地面塌陷型和矿址文化型。

生态恢复分场地生态恢复和景观恢复与重建二个阶段。场地生态恢复主要包括：废弃物的利用、废弃物清理、污染物的处理、地形整理、防止雨水和渗滤液渗透、土壤中和、覆土；景观恢复与重建主要包括：恢复植被、恢复农业和林业生产条件、公园与绿地。具体详见表1。

2 实例探讨关键技术——以娄底市为例

截止2018年底，娄底市共存在受损弃置地2 261处，总面积达4 579.46 hm2，其中已进行生态修复的受损弃置地1 062处，面积为3 626.26 hm2，受损弃置地生态修复率达到79.19%；未进行生态修复的受损弃置地953.2 hm2，其中地面沉陷45.44 hm2、地面塌陷11.56 hm2、废石(土、渣)堆场65.24 hm2、工业广场280.4 hm2、矿山公路10.67 hm2、露天采场372.74 hm2、煤矸石堆156.85 hm2、其他(垃圾填埋场等)9.86 hm2，以及尾矿库0.44 hm2。

表1 不同废弃矿山类型生态修复的主要技术措施类型场地特征场地恢复措施景观修复压占型露天挖损型地面塌陷型矿址文化型排土场、垃圾填埋场排土场主要指外排土场;废弃垃圾填埋废石(土、渣)堆场堆存的废石尾矿库存放矿山开采出的矿石,经选矿厂选出有价值的精矿后排放的“废渣”煤矸石堆存放煤炭开采和洗选加工过程中的固体废弃物采矿废弃地露天开采过程中或完成后留下的矿坑沉陷地地下采掘形成的大量采空区,易造成严重的地面变形、崩塌、滑坡、矿渣流和矿坑突水突泥,以及瓦斯地质灾害工业广场地面生产废弃地,大部分存在废弃厂房及生产设施矿址遗存存有大量的工业物质实体、工业生态群落,蕴涵了工业化进程带来的场地历史、居民共享的场地记忆等已有垃圾的处理;防止雨水渗透、渗滤液处理;土壤恢复植被恢复地形重塑;土壤改良植被恢复尾矿库体土壤中和;尾矿物理阻隔;尾矿上覆土植被恢复煤矸石利用;煤矸石堆阻隔覆土植被修复对于采场内较为平整的区域,采用客土覆盖恢复为林地对于积水区域,整理后自然积水恢复为湿地地面轻微沉陷区域的房屋墙体修补加固地面建筑安全对已存在的沉陷盆地变形区域,利用矸石、粉煤灰等固体废弃物充填,基本修复变形强烈区域被破坏的地形地貌,并与周边区域地形保持一致基本修复变形利用机械剥离待修复区域表土,采用挖深垫浅的方法处理变形不太大的变形区域,对存在的塌陷坑可配合固废回填进行地形修复恢复农业或林业地表生产能力利用粘土泥浆或者防渗膜进行隔水层设置人工湿地开发利用矿山地面塌陷形成的积水条件,结合人工湿地景观技术开发建设湿地公园废弃物拆除,地形整理建设用地废弃物拆除,地形整理之后覆土公园与绿地景观化改造矿址公园或矿山公园

娄底市受损弃置地主要为废弃矿区，丰富的工矿资源曾为区域经济发展做出了重要贡献，但在工矿资源开发过程中，矿山的产业层次低，资源开采技术方法简单，尾矿处理不到位，违法开采现象严重，使得矿山的开采破坏了大量植被和山坡土体，水土流失严重，矿区绿化率低，生态恢复较弱。

2.1 压占型

2.1.1 排土场、垃圾填埋场

1)场地特征。一般是露天采矿过程中，将矿层上的表土和岩石剥离并外运至采掘场地境界外制定的场所集中堆放，集中堆放形成的人工堆垫地形，称之为排土场。在排土场有时候也会存放一些“垃圾”，或者其他废弃物。

正规的垃圾填埋场是经过严格设计的场地，由土壤阻隔层、砾石通风层、塑料衬布防渗透层、排水层、阻隔材料层、种植土壤层等组成。完成垃圾填埋之后，一般会进行处理，进行绿化覆盖。本文讨论的不是这种类型的场地，是指在排土场中，同时有垃圾或者废弃物填埋的情况。

排土场的土地主要成分不但有富含有机质的表土，还有表土下的风化、半风化岩层及基岩，也可能有部分低品位的矿石。由于其结构松散，保水、保肥力差，不适于植被生长。娄底市现存废弃垃圾填埋场以及垃圾堆放场地5.17 hm2。

2)修复关键技术。①垃圾处理。在有垃圾填埋情况的排土场环境修复过程中，首先要进行垃圾处理。处理的方法一般是把垃圾运出排土场。不能够处理的，要进行垃圾或者废弃物填埋，并且采用物理手段防止污染物溢出。②废弃物处理。一般在排土场多多少少会有一些废弃物存在，同时也会有一些低品位的矿石存在，在第一步处理垃圾之后，就是处理这些废弃物，一般情况下应该先对废弃物进行分类，把具有利用价值的进行回收，没有利用价值，且不会造成污染的可以就地填埋处理。③土壤恢复。排土场的垃圾和废弃物处理之后，进行土壤恢复，一般情况下要对排土场进行土壤分析，评估是否有严重的污染问题。对存在有较严重的污染问题的场地，首先是污染物的处理，一般这个过程要进行专业的评估，提供专业的处理方案；对污染情况较轻的土壤，可以通过生态修复措施治理以后再利用，主要措施包括：换土、回填客土、去表土、隔离、深耕翻土等。土壤恢复的标准，依据恢复的目的，一般以达到可以进行植被绿化为标准；或者可以恢复林业和农业生产，但如果有土壤污染的情况，一般不提倡恢复为农业生产。④植被恢复。植物恢复措施，要依据植被恢复的目的来进行设计，如果是恢复为园林休闲土地，一般会进行地形塑造，然后种植园林植物；如果是农业生产，也有可能将场地改造为梯田台地，然后种植合适的农作物。一般情况下，首先选择本地抗性较强的豆科类农作物，这些植物的抗性更强，让土壤更容易再生，能更好地促进场地内主要生态系统的改善与恢复。

2.1.2 废石(土、渣)堆场

1)场地特征。矿山堆存的废石和排放的废气对林地环境产生污染，引发林地荒化[2]。露天采矿将大量的剥离物转移到排土场，该生产过程严重影响了矿区原本的地质形态，改变其原始的生态环境。特别是露天煤矿，需大面积挖开地面，对地表植被破坏严重，地表疏松造成地表水土流失。煤炭本身含有大量的硫，开采过程中硫会融入到水体中，造成土壤酸化，长期堆放，也会造成泥石流以及塌方等灾害。娄底市目前共有废石(土、渣)堆场65.24 hm2，部分淋滤水污染较严重，

2)修复关键技术。①地形重塑。在对废石(土、渣)堆场的治理过程中，可以根据实际情况进行地形重塑。废石(土、渣)堆场的地形可依据实际缺陷进行。根据堆场的实际情况进行各剖面稳定性的计算，并依据计算结果，分析堆场不稳定甚至滑坡的原因。②土壤改良。土壤生产力的恢复是采矿废弃地生态修复的关键，只有对土壤的生产力进行恢复，才能确保植物的健康生长，恢复景观与用地价值的目标才有可能得以实现。土壤情况是影响该地区的主要因素，如果能够对矿区的土壤进行有效地改良，就可以为生物生长繁殖提供良好的生态环境。露天矿区的堆场不同于其它地区的土壤，其中含有不同大小的砂砾、废物尾矿以及其它一些风化产物。为改良土壤的理化性质，可对矿区堆场加入污泥，并利用微生物的作用，提高土壤肥力，但仅简单利用微生物是不能完全恢复土壤肥力，需要将有机肥与无机肥进行合理配置，以增加堆场土壤有机物与无机物质的含量，从而更好地提升土壤的肥力。由于矿区的土壤成份复杂，其中不乏会存在有害物质，对于不易进行土壤改良的地方，应利用土工布对重金属物质进行阻隔，降低重金属对土地的污染机率后进行客土覆盖。对于对重金属污染比较严重的区域，最为环保和经济的措施是利用微生物净化受污染的土壤和吸收污染物，并改善土壤的肥力。也可以采用植物修复、微生物修复、动物修复等方法处理重金属污染，比如通过种植蜈蚣草来净化土壤中过量的砷元素。③植被恢复。土壤质量受土壤中的二氧化碳含量、脱氢酶活性、有机碳、土壤粗粒含量以及土壤的含水量影响，根据土壤中各个成分的含量选择合适的树种。坚持“适地适种”的原则，为保证植物修复达到最理想的状态，生物的选择上要有更高的要求。根据矿区的实际环境，可选择多种植物进行搭配种植，以保证生物的多样性。复垦的植物要有顽强的生命力，能在恶劣的环境下生存，且耐旱、耐盐、耐腐蚀、耐高温和生长周期较短的植物，以便更快恢复生态。植物应选择对生长环境适应能力较强的，另外植被恢复还需要一定量的氮，因此所选的植被应具有一定的固氮能力。为保证植被的适应能力，最好选择本地区原生的植被种类，树种的选择直接影响到复垦的效果，在考虑树种成本的同时，还应考虑该树种对土地复垦是否存在积极作用。根据湖南省林科院在冷水江市的试验，柏木Cupressusfunebris、构树Broussonetiapapyrifera、女贞Ligustrumlucidum、刺槐Robiniapseudoacacia、臭椿Ailanthusaltissima、任豆Zeniainsignis以及栾树Koelreuteriapaniculata能在此类区域生长良好，可作为优先选择树种。

2.1.3 尾矿库

1)场地特征。矿山开采出的矿石，经选矿厂选出有价值的精矿后的废渣，或者低品位的矿石。为了方便处理，或者有利于以后再次利用，一般会集中在一个指定的场地，这个场地称之为尾矿库。尾矿库建设，像修建水库一样，一般会筑坝拦截谷口或围地构成，用以堆存经过选矿后排出的尾矿或其他工业废渣。

尾矿库也属于压占型废弃地类型，与排土场的差别是有许多没有利用价值或者利用价值不大的尾矿物。其特征：一是由于大多数尾矿库都是一个具有高势能的人造泥石流危险源，存在溃坝危险，一旦失事，会造成重大事故[6-7]；二是这些没有处理的尾矿或多或少的会存在一些有害成分，如果随意排放，将会造成资源流失，大面积覆没农田或淤塞河道，更会污染环境。

娄底市目前有未治理尾矿库0.44 hm2，为黄金矿的尾矿，尾矿库已停用多年，局部已长杂草。矿山排放的矿坑水含硫高，生物耗氧量大，pH值低，直接排入地表水后会对地表水土资源产生污染[8-9]。

2)修复技术。占用大量土地的尾矿一般提倡进行二次开发，加大尾矿的综合利用率，使其变废为宝；不进行二次开发的尾矿一般采取以下修复措施：尾矿库体土壤中和，用石灰中和其中的酸性物质；尾矿物理阻隔，利用土工布进行阻隔；尾矿上覆土，进行覆土，边坡压实；植被恢复，选用树种可参照废石(土、渣)堆场的树种选择。

2.1.4 煤矸石堆

1)场地特征。煤矸石是我国煤炭开采和洗选加工过程中最大的工业固体废弃物，其排放量占煤炭总产量的15%～20%。大量煤矸石固体废弃物堆积，压盖了大量的土地，使得这些土地失去生产能力。同时这些煤矸石的有害组分又对周边的水土资源环境造成破坏和污染，自然排放的二氧化硫、硫化氢等有毒气体，亦导致大气严重污染，使矿山环境非常恶劣[3]。虽然过去开展了对煤矸石资源化综合利用，但目前的煤矸石综合利用率还不到30%，大多数矸石山还是采用堆存处置。娄底市煤矸石堆面积达156.85 hm2。

2)修复关键技术。①煤矸石利用。煤矸石作为工业原料现已开发出多种用途，如采用煤矸石、赤泥，再添加一定量杂泥土，可以制备出优质烧结多孔砖；以煤矸石替代黏土、页岩为主要原料生产陶粒；以塑料为原料、改性煤矸石为模板，在管式炉中用KOH进行活化制备多孔碳材料(PCM)等，因此对于部分可利用的煤矸石堆进行评估后加以利用。②煤矸石堆阻隔覆土。目前对无法利用的煤矸石堆，应利用土工布进行阻隔，再进行覆土，边坡压实。③植被修复。通过植被修复等方式将其修复为林地、草地、耕地等。具体的措施：一是尽量将煤矸石运至排矸场，填满后平整场地；二是平整场地后，施适量石灰，最后盖一定厚度的表土；三是覆盖一定厚度的表土之后，尽量闲置放置一段时间后，让其表土自然成熟；四是表土自然成熟后，可以进行适当施肥、恢复植被。研究表明紫穗槐Amorphafruticosa、荆条Vitexnegundovar.heterophylla、高羊茅Festucaelata、刺槐Robiniapseudoacacia等植物，能有效改良煤矸石山的氮、磷、钾及有机质含量，可作为煤矸石山植被恢复的优先选择植物。根据土质情况和经济要求，还可以种植农作物、经济果木。

2.2 地面塌陷(沉陷)地

1)场地特征。塌陷型采矿废弃地是在井工形式开采矿物的过程中，大量采空区形成的“地面塌陷”。调查发现娄底市由于“塌陷型采矿废弃地”的大量存在，已经出现了以地面塌陷、崩滑流为主的矿山地质灾害，而且受灾面积剧增，受损程度增大，矿山次生地质灾害已由过去的点状向线状、面状发展，严重影响区域的生命与生态安全。

2)修复关键技术。对于地面塌陷(沉陷)区，针对其地形地貌特征，可以修复为林地、草地、湿地等，修复方式主要有：①对于地面轻微沉陷区域的房屋墙体修补加固，并做好墙体变形的监测工作；②对已经形成沉陷盆地区域，利用矸石、粉煤灰等固体废弃物充填，进行基础的地形修复；③在基础地形修复达到设计标高后，可以采用重覆预先剥离的表土，恢复其林业或者农业生产；④在基础地形修复后，设计标高比较低的区域，可以利用粘土泥浆或者防渗膜进行隔水层设置，作为人工湿地开发利用；⑤在基础地形修复后，如果具有自然积水条件，结合人工湿地技术，选取合理的湿地植物绿化，形成湿地景观区，面积足够大的情况下，一般会采用“湿地公园”形式进行利用。

建设人工湿地，重点是植物配置，一般而言，对于一些湿地水位较深的位置，配置挺水植物，如可配置芦苇Phragmitesaustralis、菰Zizanialatifolia、香蒲TyphaorientalisPresl等植物，同时还可配置浮水生的菹草Potamogetoncrispus、水鳖Hydrocharisdubia、眼子菜Potamogetondistinctus等；对于水位相对低的区域，则可以选用灯心草Juncuseffusus、野慈姑Sagittariatrifolia、鸭舌草Monochoriavaginalis、雨久花Monochoriakorsakowii以及笄石菖Juncusprismatocarpus等植物。

2.3 露天采场

1)场地特征。露天采场是指在露天开采作业后留下的矿坑。露天开采作业后留下的矿坑对土地的破坏直接而醒目，与周边区域景观与生态系统形成巨大的反差，一般又大又深，土地复垦恢复难度巨大。娄底市共有露天采场372.74 hm2，绝大部分为采石场，少部分为采煤场，露天采场基本没有土壤层。

2)修复关键技术。①场地修复：对于采场内较为平整的区域，采用客土复绿的方式恢复为林地；对于积水区域，可根据实际情况恢复为湿地。②植被修复：对于采场内的高陡石质边坡可采用草籽喷播和生态袋植苗的方式进行绿化；对于垂直悬崖，可选用紫藤Wisteriasinensis、常春油麻藤Mucunasempervirens、常春藤Hederanepalensisvar.sinensis、地锦(爬山虎)Parthenocissustricuspidata、绿叶地锦Parthenocissuslaetevirens、络石Trachelospermumjasminoides、薜荔Ficuspumila等藤本植物进行覆盖。③场地整理之后，作为“工业遗址公园”。现在已经有一些开采数百年的露天采场，建设成为矿山公园，如河南息县的“濮公山矿山公园”。

2.4 矿址文化型

2.4.1 工业广场

1)场地特征。娄底市共有工业广场280.4 hm2，大部分存在废弃厂房及生产设施。

2)修复关键技术。①废弃物拆除：对于工业广场内有回收价值的生产设施、原料进行综合利用，对废弃厂房进行拆除。②覆土复绿：废弃物拆除后再对区域内进行覆土复绿，将区域恢复为耕地或林地。恢复为林地尽量选用乡土植物复绿，如枫香Liquidambarformosana、构树Broussonetiapapyrifera、盐肤木Rhuschinensis、白背叶Mallotusapelta、马尾松Pinusmassoniana等本地先锋造林树种，以及青冈Cyclobalanopsisglauca、小叶青冈Cyclobalanopsismyrsinaefolia、闽楠Phoebebournei、黄连木Pistaciachinensis、任豆Zeniainsignis、椤木石楠Photiniadavidsoniae、石楠Photiniaserratifolia、紫弹树Celtisbiondii、珊瑚朴Celtis julianae、青檀Pteroceltistatarinowii、杭州榆Ulmuschangii、榉树Zelkovaserrata、榔榆Ulmusparvifolia等本地石灰岩地区顶极群落树种进行搭配。

2.4.2 矿址遗存

1)场地特征。有许多采矿废弃地不但遗存有大量的矿坑，也遗留了大量的采矿工业的厂房、工具等。这些遗存蕴涵了大量的场地和采矿历史文化信息，是矿山工业和周边居民共享的历史文化记忆等。这些文化遗存称为“矿址遗存”[10-12]。

2)修复关键技术。①对于矿址遗存一般会依据特有的景观特征、环境特征和场地精神开辟为矿山公园，或者重建为城市公园、旅游休闲地、矿山文化旅游地。②观光科普模式(国家矿山公园)。在对矿业历史文化挖掘的前提下，科学保护矿业遗迹。按照目前的政策，矿址遗存可以通过科学的系统规划和建设开发利用成为“国家矿山公园”。为此，国土资源部办公厅在专门还下发了“关于加强国家矿山公园建设的通知”，颁发了《国家矿山公园建设指南》，规范矿山公园的建设与管理[13]。

3 结语

采矿废弃地的存在是对国土资源的巨大浪费，并对区域景观和生态系统造成破坏，因此必须进行科学治理。在森林城市建设过程中，进行国土绿化，提高城市森林的数量，是森林城市建设的重点任务，但是由于土地有限，把采矿废弃地作为绿化土地也是一种有效途径。

2021年06月02日，国务院办公厅以国办发〔2021〕19号文发布了《关于科学绿化的指导意见》，提出“以宜林荒山荒地荒滩、荒废和受损山体、退化林地草地等为主开展绿化”，其中的受损山体大部分属于采矿废弃地。在《国家森林城市评价指标》(GB/T 37342—2019)中提出受损弃置地(Wasteland)生态修复率达80%以上。因此采矿废弃地的生态修复是落实科学绿化和建设森林城市的重要措施。

2021年国家林业和草原局办公室自然资源部办公厅关于印发《造林绿化落地上图技术规范(试行)》的通知把“废弃矿山拟绿化用地”作为造林绿化落地上图范围[14]。

因此，为了实现采矿废弃地全面科学恢复修复的目标，建议制定采矿废弃地恢复修复的政策，规范采矿废弃地恢复修复的行为标准，推广成熟的采矿废弃地恢复修复技术，强化采矿废弃地恢复修复管理。