德国莱茵褐煤露天开采区景观修复技术

茹 豪，常建国，郭翠萍，郭晓东，高 龙，张凯锋

(山西省林业和草原科学研究院，山西 太原 030012)

莱茵褐煤露天开采区位于北威州科隆市和亚琛市之间，最早发现于16世纪，直到19世纪中叶才开始开发，是仅次于德国鲁尔煤田的第二大煤炭生产基地。现为德国生产集中化程度最高、生产效率最高的露天矿区，也是当前世界上最大的褐煤-电力产区之一。

在莱茵褐煤露天开采区，水污染及地下水沉降、粉尘污染、汞排放、气候变化、山体破坏、巨大矿坑、生物多样性破坏等环保问题日益凸显。1960年，莱茵集团(REW)开始在莱茵褐煤开采区南部矿区进行土地复垦，2004年中部矿区土地复垦工作结束，而北部和西部矿区的土地复垦工作计划于2060年开始。

山西省是我国煤炭大省，露天煤矿开采对当地生态和景观环境造成了严重破坏，同样也面临着莱茵褐煤露天开采区的问题。山西省对煤矿区生态修复的研究开始于21世纪初，研究领域主要集中在煤矿区植被恢复、土壤改良等方面，对景观修复的研究较少。而露天矿区的修复不仅要把土壤恢复到可利用状态，还应根据不同景观分别进行生态修复。矿区景观生态重建是德国长期发展的目标，学习和借鉴德国在煤矿区景观修复方面的成熟技术和丰富经验，对于山西省露天煤矿开采区景观修复具有十分重要的意义。

1 景观修复理念

莱茵集团对露天开采区实行混合土地复垦—景观重构模式，即先对矿区进行景观规划，宜农则农，宜林则林，同时，对湖泊、河流及极端生物群落进行景观设计和修复，以农林复垦为主，使生活休闲娱乐区与生态保护区协调统一，兼顾景观修复与物种保护。这种修复理念得益于德国人心中强烈的生态环保意识，强调人与自然和谐，即使是重塑景观，也致力于将森林的结构组成、生态功能恢复到原始森林的水平。

2 景观修复措施

先对划分好的区域进行本底调查和评估，根据土地用途，如，农地、林地或特殊自然保护功能等，采取相应的复垦措施。莱茵褐煤露天煤矿采用“分层剥离、交错回填”工艺，将腐殖质、表土、沙土、砾石等分类堆放，可以使被破坏的土层顺序在复垦时恢复原状，有利于植物生长。

2.1 农业复垦

农业复垦对土壤重构要求较高，对较浅的开采工作面平台和边坡进行处理后，分层覆盖砂石、粉砂、壤土等，覆盖厚度至少2 m，以保证土壤肥力。如果土壤基质呈酸性，需根据实际情况在基底覆盖4 t/hm2～600 t/hm2的细磨石灰改良土壤。土壤改良要求密度在1.5 g/cm3～1.6 g/cm3之间，总孔隙度至少为8%.此外，还要求复垦后农田表面呈微波浪形，倾斜度0.5%～0.7%，以确保土壤不会积水和侵蚀。随后采用大型撒播机施肥，主要养分为氮、磷、钾，1次/a.同时，采用作物改良土壤，需时约7 a.先锋作物首选豆科类植物，如，苜蓿、羽扇豆等，一般种植3 a，每年秋末将植物打碎翻耕，以增加土壤肥力;第4年种植大麦，第5年种植小麦，第6年种植甜菜，第7年种植土豆，在经过专业机构检测合格后，才可将复垦后的农田交付给农民。复垦后的农田要与周围景观相协调，并能与其建立生物群落网络。

2.2 林业复垦

林业复垦是莱茵褐煤露天开采区最主要的景观修复形式，约占到总面积的60%左右。林业复垦对土壤重构的要求相对较低，通常采用由黄土或壤土、砂和砾石组成的混合土，也叫森林土(Forstboden)。黄土或壤土的比例至少为25%，整个土层厚度为4 m.该配比土壤有助于植物根系生长，有利于蓄水和提供养分。

莱茵褐煤露天开采区林业复垦经历了4个阶段，1960年之前以桦树为主，因为桦树是一种廉价、适应性强且生长迅速的先锋树种。1960年至1975年，开始大面积种植红橡树，1975年至1990年以种植针叶树种为主。自1990年开始，林业复垦转向多种植物、多层结构、多种功能的生态化、小规模、差异化的“近自然林业”复垦模式，对景观规划、土壤修复、地下水和地表水保护、满足人们休闲娱乐及美学方面都有了较高要求。莱茵褐煤露天开采区林业复垦树种比例见表1.

表1 莱茵褐煤露天开采区林业复垦树种比例

“近自然”人工措施包括：将不同高度的树木和灌木作为动物栖息、筑巢或生活的区域，将树桩和石块作为动物筑巢和繁殖的场所，引入昆虫和其它小动物，建造人工湿地和水池作为昆虫、爬行动物、青蛙、蟾蜍等两栖动物的栖息地。

林地复垦遵循以下原则：保障土壤肥力持续提高，兼顾生态、社会和经济效益，适地适树、乡土树种优先，针阔混交、多层结构，科学设计林缘、兼顾防火，植被单元多样化等。

2.3 湿地景观修复

2.3.1 河流“近自然”景观修复

矿区内小河河面窄，河道弯曲率低，流量较小，生物多样性低。通过采取人工拓宽河面、增加弯道、设置拦挡木、沙岛等措施，使河流景观生态得到极大改善，陆续有水鸟、水獭、草蛇等动物迁入，生物多样性显著提高。

2.3.2 矿坑景观修复

露天开采通常会形成许多大小不一的矿坑，有的面积达到上千公顷，如果单纯进行土壤—植被修复，工程耗资巨大，经济性较差。莱茵集团对地形地貌等进行科学论证，因势利导，采用蓄水成湖的方法将矿坑改造为人工湖景观，并在周围营造混交林。面积小的矿坑，通常改造为芦苇塘、休闲区或水禽保护区；面积大的矿坑，则改造为集生活休闲娱乐与动物保护功能为一体的综合型开放水域。其优点为经济性高、规划设计相对简单、施工量较小；缺点是大面积的矿坑人工湖要先经过论证，且蓄水时间较长。莱茵褐煤露天开采区三大矿坑蓄水情况见表2.

表2 大面积矿坑景观修复概况

2.4 极端生境景观修复

莱茵褐煤露天开采区内的极端生境可以分为极湿、极旱、极陡3类。根据“近自然”原则，不对这3类极端生境进行人工修复，使其自然发展。经过观察，3类极端生境不仅没有继续恶化，反而为一些特殊物种提供了栖息场所，增加了物种多样性和景观多样性。

莱茵褐煤露天开采区景观修复后，生物多样性显著提高。目前观察到的动物种类高达3 000多种，植物种类达到1 300多种。景观修复不仅提高了矿区的生态效益，而且还具有很高的社会效益。莱茵褐煤露天开采区经常举办科学家研讨活动、中小学生科普活动和环境保护教育活动，在一定程度上提升了公众的环保意识。

3 借鉴与启示

德国莱茵褐煤露天开采区的成功经验可以作为山西省露天煤矿景观修复的参考。露天煤矿修复不仅要绿化土地，还要确保景观多样性和生物多样性持续提升，促进矿区的生物群落逐渐与周边环境融合，最终形成和谐一致的生态系统。

3.1 健全法制体系

在进行莱茵褐煤露天开采区景观修复时，德国颁布了许多与矿山修复相关的法律，如，联邦矿产法、联邦自然保护法、土地保护法、水保护法、大气保护法、森林法、狩猎法等。除了有国家级的法律规定外，州政府也颁布了相应的州级法律法规来保障矿山修复，如，北威州的规划法，为褐煤开采区的发展制定了特别条款。因此，莱茵集团须编制褐煤矿区发展规划并严格执行，其中就包括矿山生态修复。此外，德国进行矿山修复还必须遵守欧盟的相关法律法规，其中定义了特定地区或国家在土壤治理、造林目标或农业管理等方面的标准。

3.2 建立规划体系

德国联邦矿产法规定，申请矿产开采必须同时上报土地复垦规划，否则矿区将被环境保护部门依法关闭，且复垦规划必须符合欧盟、德国和所在州对矿区的总体规划目标。在申请采矿前，详细做好环境调查、土地情况调查、生物群落与物种调查等，采矿后按计划和标准进行复垦。在规划时充分考虑景观多样性、物种多样性和生物群落多样性，为更多物种提供栖息场所或保护区，以期加速这一区域内生物与周围生物群落网的交流。此外，因技术和资金等原因无法进行景观修复和土地复垦时，必须登记入册，在将来条件满足后再进行治理。

3.3 提高公众环保意识

德国人认为人类是大自然的一部分，人类的行为不应该对环境和其它生物造成威胁。在20世纪五六十年代，由于德国工业快速发展，造成严重的环境污染和破坏，其反作用使人类身体健康甚至生命安全受到威胁。自70年代开始全社会广泛讨论环保问题，各种环保组织、动物保护组织应运而生。联邦环境保护法等相关法律法规也不断完善，规范各类机构和人们的环保行为，通过教育和宣传不断提高民众的环保意识。