矿山生态修复的研究热点和主流操作方式

赵晓林，程红刚，岳本江，马 力，马伟虎

(1.黄河上中游管理局 西安黄河规划设计有限公司，陕西 西安 710021；2.黄河水利科学研究院 水土保持所，河南 郑州 450003； 3.东北林业大学，黑龙江 哈尔滨 150040)

矿产资源是人类生存必不可少的一种物质资源，虽然我国的矿产资源相对丰富，但是能源消耗量大，这就导致很多矿产开发区出现过度开采的情形。开采后的危害很大，矿山生态修复迫在眉睫，我国也正在采取一系列的措施来对矿山进行修复，保护生态环境。根据矿山生态恢复的不同功能和特点，有7种模式，包括生态恢复模式、自然资源利用模式、旅游开发模式、土地复垦模式、造湖模式、垃圾处理模式和储存模式。

1 矿山生态修复的研究热点

1.1 应对气候变化的矿山生态修复新思维

全球气候变化可能在各个层次上影响着生态系统及其要素。如何在矿山土地复垦及生态修复的规划、设计、实施和管理中考虑这一影响，是矿山生态修复研究的热点之一。研究内容有：一是全球气候变化导致的洪涝、干旱等极端自然灾害对矿山恢复的影响，以及如何运用新思维来提高生态系统对这些变化的适应能力。二是气温的显著变化对植被生长的影响以及物种选择和种质资源策略的转变。如内蒙古自治区鄂尔多斯市干旱矿区植被的生态恢复面临的主要挑战是气候变化、关键树种生长缓慢和木本植物更新困难。研究表明，种子萌发阈值与降雨和温度有关，土壤含水量的时空变化可能会限制植物生态修复的效果。三是通过长期监测数据证明现有的矿区生态恢复工程是否具有恢复力[1]。如内蒙古自治区阿拉善盟右旗局部地区气候变化显著，2000年以后的降雨量比2000年以前增加了10%，沙漠地区梭梭林和柠条恢复的长期记录为测试气候对植被的影响提供了良好的信息。研究表明，气候变化对矿山生态恢复有影响，但影响程度有限，而且矿山本身地质条件对气候变化也具有一定的抵抗力[2]。

1.2 修复植被与复垦土壤间的相互作用机理

当下涉及修复植被与复垦土壤间的相互作用机理的研究也是热点之一。研究的核心一是通过种植不同年份的植被进一步研究植被根系对土壤理化性质的改善作用，揭示修复植被与复垦土壤间相互影响的机理和作用；二是根据不同的复垦方法，如不同的覆盖土厚度、土壤种类，不同的地基重建方法，对植被恢复效果进行研究和评价；三是集中在土壤水分约束下土壤重金属污染物向植被迁移的界面效应及其影响、植被生长条件和景观变化、金属矿区复垦土壤重建及其对植被的影响等方面的研究[3]。如鄂尔多斯市伊金霍洛旗针对矿井排水对栽培的中天玫瑰和深秋红沙棘植物重金属含量的影响进行研究，取得了一定的成果。

1.3 矿山生态系统服务价值

随着国家对生态系统服务价值的关注，近年来服务价值也被运用到了矿山生态系统恢复中来。如一些矿山企业采用可持续开采和复垦相结合的方式进行矿山生态恢复，取得了积极效果；有的矿山企业采用综合恢复方法，包括景观地形设计、河流重建、土壤重建、原生态动植物的再生等来创建微观和宏观栖息地，种植和恢复本地物种，并成功进行了实践。矿山生态系统服务价值包括增加土地价值、碳汇储量，加强有关各方在矿业资源开发利用方面的合作，加强水资源保护和改善水质，改善生态系统服务等。我国南方的一些省市在评估矿山生态景观自然恢复的可行性时，就考虑了生态系统服务价值[4]。现阶段，矿山生态修复应更加重视文化服务价值的恢复，将当地历史文化与现代文化有机结合，逐步实现矿山生态修复的整体服务价值。

1.4 本土物种保持与特定污染的土壤修复技术

矿山重金属污染的控制与修复一直是人们关注的焦点。国内矿山恢复的方法主要有隔离、土壤覆盖、地形改造和原生植被吸收，还有就是选择对重金属具有高度抵抗力的植被，建立监测土壤中重金属移动的技术系统，利用无人机定期监测重金属污染物在现场的迁移[5]。

在矿山植被恢复中，应优先选种乡土植物，并适当引进优良、抗性强的已获得成功种植的植物品种来增加物种多样性。实践证明，乡土植物的适应性更好，而外来物种在应对气候变化方面优势明显不足。一些煤矿企业正在探索有效恢复本地植物的新方法，如鄂尔多斯市准格尔旗已通过露天矿修复对本土的蒙古黄芪、紫花苜蓿和其他豆科植物的种植进行了成功探索。实践证明，露天矿山修复过程中大量种植草本和豆类植物可以防止水土流失，保证相对稳定的立地条件，然而导致土壤结构破坏和水土流失等的因素依然存在[6]。

1.5 矿山生态修复监测技术

土地复垦与生态恢复工作开展起来十分复杂。复垦与恢复结束就是植被生长、土壤质量改善、系统演化和稳定的开始，这意味着必须对矿山复垦和生态恢复进行长期的动态监测。只有通过长期的动态监测，才能判断生态修复工程的成败，国内矿山土地复垦生态修复存在的主要问题是缺乏有效的监督和对生态修复项目的长期监测[7]。

2 矿山修复主流的操作方式

2.1 生态恢复类

矿山是一个复合生态系统。矿山生态环境问题几乎伴随采矿业的发展，长期的开采将不可避免地对环境造成破坏，导致地表土壤剥离，碎石、矿石、煤矸石及尾矿的堆积，采空区和沉陷区的形成，以及受到采矿影响而无法使用土地等，这些问题是导致生态环境严重偏离自然状态的首要因素。因此，矿山生态恢复要消除干扰，加速生物组成的变化，从而加速生态演替过程，将退化的生态系统恢复到一定的理想状态。在恢复过程中，不仅要利用土壤动植物、土壤微生物来帮助改善土壤的理化性质，还要根据规划目标选择合适的物种进行生态恢复[8]。在整个生态恢复过程中，要清除危险的岩石，降低坡度，使没有形成台阶的悬崖尽可能稳定。

2.2 自然资源利用类

通过挖掘、整理和研究矿山资源，对其进行保护和科学利用来打造矿山文化资源。以特定的煤矿为原型，从煤矿的原始面貌开始，跟踪煤炭及相关产业的生产、发展，重点展示矿业的历史、文化，以及矿业的兴起、转型和飞跃，其核心展品由矿井开发设备和相关的文字、图片、视频数据组成。

2.3 旅游开发类

国家高度重视生态环境问题，严格控制采矿活动，逐步取缔、关闭非法矿山，而矿业公司也面临着转型的巨大压力。《关于支持旅游业发展用地政策的意见》(国土资规〔2015〕10号)明确提出鼓励在废弃工矿土地上搞旅游开发，这极大地促进了矿业旅游的发展。国内矿业旅游区大多是矿山关闭后经生态恢复、治理而形成，如黄石国家矿山公园。

2.4 复垦造田类

国内外就土地复垦技术的研究和实施由来已久，多数是通过对已开发矿山的复垦来改善当地地质条件，建设高标准农田来补充和增加耕地面积，并取得了良好的经济与社会效益。对适合复垦的废弃矿山和土地进行高质量的地质环境恢复、复垦和土地质量改善已成为矿山生态恢复治理的重要环节，将一直无序复垦和生态破坏严重的荒弃地变成高标准农耕地或牧草地是近阶段矿山生态修复的迫切目标[9]。

2.5 引水造湖类

引水造湖则是通过对矿区周边环境和生态系统进行管理和修复，引入达标水源，将露天矿坑改造成湖泊。通过湖泊的作用，将矿区附近的土地慢慢转化为肥沃的农田、茂密的林地和蓝色的水面，打造局部微生态小气候，实现矿区自然环境和社会经济的综合发展。

2.6 垃圾处理厂类

矿业开采过程产生的废渣被随意排放和丢弃，长期积累造成水污染和土地污染。利用废弃矿山作为生产和生活垃圾处理基地，可以解决废弃地占用、环境污染和资源回收利用等问题，进而修复被破坏的土壤，营造大片的森林和绿地，把废弃矿山变成绿色公园，建立一些教育、休闲和文化活动设施。这样不仅能保留遗址的开采历史，还使矿山得以“重生”[10]。

2.7 仓储类

利用矿山自身地理特点发展副业，如可以将部分废弃矿区改造成仓库。一些废弃矿井远离村镇，无水源或水系，特别是废弃采空区，改造后可用于化工业、医疗等行业的废弃物存放；一些废弃矿井围岩稳定，巷道相对宽敞，利用冬暖夏凉的特点，改造后可以贮藏需要在一定温度范围内保存的水果、蔬菜等物品；一些废弃露天矿山离城镇近，但处在水源下游和城市的下风向，低于周边地形的开采沉陷区，改造后可作为城市垃圾填埋场。

3 结 语

矿山生态修复是一项非常复杂的工程，要根据修复地的实际情况选择适宜的方法。矿山在开发后很难完全或基本恢复到原始状态，生态恢复可以帮助矿山形成新的植被群落和生态系统，其中恢复牧草地、水土保持林或高标准农田较为常见，也是当前主流生态恢复方式。由于不同地区气候、土壤资源和植物种类存有差异，植被与土壤的相互作用机制十分复杂，因此要通过加大研究力度和采取有效的生态恢复方式来获得矿山生态修复的成功经验。矿山生态修复不仅有机会获得显著的经济效益，而且可解决矿区劳动力就业安置等突出问题。