岩溶地区废弃矿山石漠化形成机制与治理分析

王文翔

(湖南省地球物理地球化学调查所， 湖南 长沙 410116)

研究区位于湖南省西南部，涵盖雪峰山脉西南段及其周边，横跨沅江流域上游和资江流域上游区域，雪峰山脉西南段静卧研究区中部，是中国地理三级台阶里第2级向第3级过渡的标志性大山。最高点主峰苏宝顶海拔1934 m，为资江、沅江流域分水岭，形成了构造剥蚀、溶蚀丘陵、岗地地貌、侵蚀构造山地地貌、侵蚀堆积等复杂地貌。沅江流域上游包括沅江干流及其渠水、溆水、㵲水、辰水、巫水5个支流流域。资江流域上游包括资江干流及其邵水、夫夷水、赧水3个支流流域。区域内矿产资源丰富，开采历史悠久，现保留了多处历史矿山。

1 矿山石漠化基本特点

石质荒漠化简称“石漠化”，指的是在热带、亚热带以及岩溶发育过盛的自然背景下，由于人为活动导致地表基岩裸露或砾石堆积的一种土地退化现象，也是荒漠化的重要形式之一。此外，非金属矿山的开采导致水土流失、石质化，也是矿山石漠化的重要组成部分。矿山石漠化的广泛存在破坏地形地貌景观，出现地表位移、土地压占等地质环境问题，引发了一系列地质灾害。区域生态环境承载力严重减弱，山体水源涵养能力降低，水土流失加剧，导致多数金属矿山严重的环境污染和生态破坏，土壤中的有毒有害物质将通过食物链危害人畜健康，进入表生地球化学循环，造成地方疾病的蔓延。

2 废弃矿山石漠化分布及分类

湖南岩溶土地分布区域广泛，岩溶区土地总面积5 496 400万m2，占全省国土总面积的25.94%。主要分布范围涉及13个市（州）83个县（市、区），占湖南122个县（市、区）的68.03%，其中湘西南的湘西土家族苗族自治州、永州市，以及湘中的邵阳市、娄底市等市（州）所占比重大，总体呈现出西部～西南部多、东部～东北部少的分布特点。

研究区属湖南沅江、资江上游位于湖南西南部、南方丘陵山地带，涵盖雪峰山脉西南段及其周边，横跨沅江流域上游和资江流域上游，区域国土面积48 711 km2，岩溶区面积12 128.45 km2（24.89%），主要分布于中部、东南部，岩性以碳酸盐岩于碎屑岩互层、白云岩与灰岩互层、灰岩、碳酸盐岩夹碎屑岩为主，面积分别为 3936 km2、2550 km2、2430 km2、2109 km2。

研究区2020年石漠化面积为420.6 km2，石漠化发生率3.5%，以轻度石漠化为主，面积为266.44 km2（63.3%），中度石漠化面积为 125 km2（29.7%），重度石漠化面积为 29.2 km2（6.9%）；石漠化空间分布不均，石漠化集中分布在城步县、邵阳县、靖州县及武冈县等地。相比2015年（石漠化面积551.4km2，石漠化发生率4.2%），石漠化发生率由2015年4.2%降低至2020年3.5%，年均减少3.6%。其中，沅江流域上游和资江流域上游各支流研究区岩溶地与石漠化分布详见表1。

表1 研究区岩溶地与石漠化分布统计

根据 2021年自然资源部统一部署的历史遗留废弃矿山核查成果，研究区未治理历史遗留废弃矿山图斑1371个，损毁总面积1602.09万m2，主要为砂石土矿（建筑用灰岩矿、建筑用砂、砖瓦用页岩矿、黏土矿），数量900个，占比65.6%，损毁面积1141.10万m2、占比71.2%；其次是煤矿，数量372个，占比27.1%，损毁面积320.66万m2、占比20.0%；锰矿、钒矿、石膏矿等10类，各类数量5～41个、占比0.4%～2.6%，损毁面积均不足100万m2、占比在 5.0%以下（见表2、表3）。矿山石漠化类型可分为砂石土矿采场、金属矿采场及固废堆和煤露天采场及矸石堆三类。主要集中分布于资江流域的邵水流域、资江干流、夫夷水流域、赧水流域，以及沅江流域的巫水流域、渠水流域、㵲水流域、溆水流域等支流域，研究区废弃露天采石场数量点多面广，矿业活动造成植被破坏面积 1602.09万m2，导致水土流失及石漠化面积增加1280.04万m2，矿业开发加剧了区域土地石漠化。

表2 区内历史遗留废弃矿山石漠化分布情况

表3 区内历史遗留废弃矿山各类型石漠化数量、面积统计

3 废弃矿山石漠化形成机制分析

区域内覆盖层厚度小，矿山采场点多面广，经调查分析，区内矿山石漠化形成机制主要有以下三方面。

（1）采矿场挖损土地造成石漠化。采场挖损造成地表土层大面积剥离，尤其是砂石矿开采，需全部清除地表土层，最终出露的全部为裸露岩体。土层全部破坏，加上岩溶地区丰富的碳酸盐岩具有易淋溶、成土慢的特点，研究区山高坡陡、气候温暖、雨水丰沛而集中的自然条件，为石漠化形成提供了侵蚀动力和溶蚀条件；黏土矿采场开挖破坏土壤主要为对表层有机土层清除，导致土壤贫瘠化，植被无法生长，长期雨水冲刷导致水土流失，引起石漠化。这类石漠化是研究区的主要类型，面积约为1026.92万m2，占比达80.2%。

（2）固体废弃物压占土地形成石漠化。矿山固体废弃物压占土地，由于废石含量高，黏土成分少，有机质含量低，导致压占区土壤植物难以生长，导致石漠化。

（3）重金属污染土地形成石漠化。煤矿及锰矿等金属矿废弃物含重金属等有害元素，以不同形态储存在其中，并通过一系列的化学反应得以释放，经地表径流、大气传输和渗滤等作用直接或间接地迁移到土壤中，并通过土壤—植物系统进一步转移到植物中去，使土壤和植物中的重金属大量富集及严重超标；其次，土壤中重金属通过一系列物理、化学和生物作用对土壤和植物产生毒害作用，使土壤质量降低，植被无法正常生长，甚至死亡，在喀斯特环境背景下，易造成水土流失、岩石大面积裸露，导致矿山石漠化的发生。这类石漠化是研究区的次要类型，面积约253.12万m2，占比19.8%，与南方山地丘陵带的历史遗留矿山规模小有关。

4 石漠化危害及治理措施

4.1 石漠化危害

研究区历史遗留废弃矿山普遍石漠化（见图1），产生了一系列的危害，主要有以下几点。

图1 区域内石漠化地形地貌表现

（1）生态环境遭受严重破坏。区内历史遗留废弃矿山固体废弃物压占土地，严重破坏区内自然景观，植被长期难以生长，露天采场挖损严重破坏原始地形地貌，坏点多面广，生态系统不断退化，岩石裸露、植被破坏、森林退化，造成生态廊道破碎，局部生物多样性迅速减少，动植物生态环境不断退化，自然恢复难度大。

（2）矿山石漠化土壤污染严重。区内历史遗留废弃煤、锰、钒矿山的矿涌水与散乱分布的煤矸石、废石堆淋滤酸性废水，通过渗滤和地表径流污染矿山石漠化地区的土壤和水体。水土污染问题突出影响到地表植被退化和农作物生长，农产品遭受污染，进入食物链，影响人类健康。

（3）社会压力的增加。矿山石漠化的蔓延，无论是相对简单的砂石土矿开采形成的石漠化，还是矿山周边产生重金属污染的石漠化，治理成本都大大增高。特别是重金属污染加重的区域，不仅要加大资金投入，同时还需要加大科研投入，致使治理进展缓慢。因此，矿山石漠化加重了当地老百姓和有关政府部门的负担，导致社会压力的增加。

4.2 石漠化治理措施

牢固树立和践行“绿水青山就是金山银山”的理念，尊重自然、顺应自然、保护自然，像保护眼睛一样保护生态环境，像对待生命一样对待生态环境。根据沅江-资江上游岩溶区各类生态系统的现实问题，遵循岩溶土地自然规律，坚持保护优先、自然恢复为主的“山、水、田、林、湖”生态保护和修复的系统综合治理思路，将生物措施、工程措施和技术措施紧密结合，因地制宜，合理布局建设内容，宜林则林、宜灌则灌、宜草则草、宜耕则耕，实现标本兼治和综合防治。

4.2.1 地形地貌重塑治理

针对露天采场挖损及废（矸）石堆压占造成的地形地貌破坏，通过重塑地形地貌，减少水土流失，使原来不具备植物生长的地方重新具备植被生长的地形条件。

对面积较大的积水采坑保留为农业灌溉用水塘，重塑为水利设施；面积较小的积水采坑及非积水采坑实施废石（渣）回填、上覆客土重塑地形地貌；对区内体量大且与周边地形非常不协调的废（矸）石堆采取分级整坡，使工作区与周边自然地形平缓过渡，尽量具备植被重新生长的地形条件。

4.2.2 地表植被恢复治理

通过加强植树造林建设，增大森林植被覆盖面积，改善生态环境，有效治理石漠化。

（1）针对挖损、压占土地破坏植被资源，以自然恢复为主，难以自然恢复的通过场地修整、覆土植树种草等人工辅助恢复植被。

（2）非金属矿采场植被恢复：对开采边坡进行削坡或分级放坡，底部进行土地平整，场地内修排水沟，然后进行覆土及植被恢复，种植固碳能力强的乔木等当地优势树种。

（3）废（矸）石堆植被恢复：在废（矸）石堆进行分级放坡+坡面绿化+截排水沟的治理工程，然后覆土，再根据坡度的不同可恢复为灌木林地或乔木林地。

（4）金属矿区重金属污染土地植被恢复：采取勘查措施对场地污染程度进行鉴别，针对污染程度严重的场地栽植重金属吸附能力强且耐旱耐贫瘠的灌木，针对污染较轻的区域种植普通的耐旱耐贫瘠的乔木。

4.2.3 土地复垦转用

通过土地复垦和转型利用，可以缓解区域内用地需求，减少新增用地需求对植被的破坏及加剧水土流失和石漠化进程的问题。

区域地处丘陵山地带，为缓解用地矛盾，对于在无石漠化或者石漠化轻微区的砂石土矿采场、废弃矿场、废弃矿部等地形起伏不大且靠近村落和耕地的区域，根据场地现状条件及规划发展需求，复垦为旱地（耕地），并修建灌溉工程及生产道路。对现有建筑完好、当地群众有需求的可考虑转型为农用设施用地或建设用地；邻近开发园区、城市周边的废弃矿区，综合矿区属性、当地规划等因素转型为建设用地；邻近村庄、交通条件较好且无安全隐患的废弃矿区域转型为农村宅基地。

5 结论

经过收集湘桂岩溶地湖南沅江、资江上游未治理历史遗留废弃矿山的分布及规模，探讨了因废弃矿山导致的矿山石漠化现象存在的事实，初步揭示废弃矿山石漠化形成机理，对废弃矿山石漠化治理措施提出了初步建议，并得出以下几点认识。

（1）研究区以往矿产资源开采开发利用程度高，开采种类多，历史遗留废弃矿山主要为砂石土矿，其次是煤矿及少量金属矿等，分布呈点多面广的特点。研究区属于湘桂岩溶地区，石漠化问题尤为突出，其石漠化类型可分为砂石土矿采场、金属矿采场及固废堆和煤露天采场及矸石堆三类。区内土层厚度薄，水土涵养能力差，水土流失敏感度高，矿山开采造成的土地挖损、压占造成植被破坏严重，导致地表基岩裸露或砾石堆积，水土流失及石漠化面积增加，矿业开发是加剧区域土地石漠化的主要因素之一。

（2）通过对湘桂岩溶地湖南沅江、资江上游未治理历史遗留废弃矿山的实地调查，确认了矿山石漠化客观存在的事实，初步探讨了矿山石漠化的形成机理及危害。根据废弃矿山的开采方式及类型，发现在喀斯特环境背景下，区内矿山石漠化形成机制主要由采矿场挖损土地（直接剥离覆盖层的方式）导致矿山石漠化、固体废弃物压占（致土壤植物难以生长）、重金属污染土地（重金属在矿山环境的迁移转化造成土壤重金属的大量累积、重金属对土壤和植物的毒害作用）形成石漠化，导致区内生态环境遭受严重破坏，土壤污染严重，社会压力增加，使矿山石漠化比喀斯特石漠化的危害更大。

（3）通过采用地形地貌重塑、地表植被恢复、土地复垦转用等方式，对研究区历史遗留废弃矿山进行治理，可以有效减少水土流失，减缓土地石漠化进程，改善土地退化状况，提升自然灾害防御能力，提高当地植物涵养水源能力，有效恢复和改善当地农业生产条件，缓解治理区的生态环境压力，减少泥沙进入河流，维护长江流域生态安全，实现人类与生态环境协调发展。