提高矿山生态修复质量与碳汇能力的探索与思考

杨彩霞

（河北省地质矿产勘查开发局第一地质大队 河北 邯郸 056000）

河北省邯郸市为重工业城市，矿产资源的开发利用为国家的经济建设做出了积极的贡献。但矿业开采活动对生态环境也造成了一定程度的破坏，特别是用灰岩矿等露天矿山开采建筑石料，以挖损和压占的方式对地形地貌、土地资源、地表植被造成破坏，也会引发水土流失及次生地质灾害。

矿山生态修复工程是在消除地质灾害隐患的同时，通过地形整治、客土覆土、水土保持等措施为矿山重建植被生境，再通过植物群落的搭配，短期内达到复绿的效果。而在以往开展的矿山生态修复工程中，虽注重地形地貌的修复和植被的恢复，但并没有突出考虑修复后生态系统的质量和碳汇能力提升问题。

1 森林碳汇

森林生态系统是以乔木为主体的包括植物、动物和微生物在内的生态共生体系。森林碳汇测算是核算整个系统的碳汇储量，主要来源于森林植物产生的生物量，并以活立木、植物残体和土壤有机质的形式存在，土壤有机质包括动物和微生物残体转变为土壤有机质的部分。因此，提高矿山生态修复工程的碳汇能力，最终归结到修复工程中所增加以乔木为主体的植物资源总量和乔灌草年生长量(年产生的生物量)。就森林植物的碳汇贡献而言，乔木植物＞灌木植物＞草本植物[1]。

2 造林工程与矿山生态修复

2.1 造林工程。邯郸市山区造林工程以打造西部山区生态屏障为目的，建立水土保持防护林体系，工程主要集中在宜林地。该地类多为难以被利用为农用地的荒山荒地，土壤风化程度低，土层薄，砾石多，土层结构不完整，保肥保水性差。因此，造林整地成为人工造林工程中重要的一环，它是以蓄水保墒、提高造林成活率、促进林木生长为目的而进行的局部土地整治。在石质土和粗骨土的山地，通过覆土工程，将周边含有丰富腐殖质的土壤集中到栽植穴内，为森林植物快速健康成长提供条件。同时，通过微地形整治，为雨水集聚于鱼鳞坑、栽植沟内创造条件，起到阻断地面径流、减少水土流失和地表冲刷的作用，也有利于植物获得生长所需的水分。

2.2 矿山生态修复。矿山生态修复就是把矿山开采过程中破坏的地形地貌、土地土壤、植被、生态系统，通过人工辅助措施，完成地貌重塑、土壤重构、损毁土地利用、植被重建等，达到生态修复的预期目标。矿山生态修复主要采取坡面修整、土壤改良或覆土、截排水等措施进行场地平整，为植被恢复提供条件；采取补植、补播、抚育、清除杂灌草等措施，加快生态系统结构和功能的修复。当前矿山生态系统修复关注重点在于生态系统功能的恢复和土地利用结构的优化，对减少碳排放、促进碳中和方面的关注较少。

3 矿山生态修复方法

3.1 植被群落的选择和搭配须注重碳汇能力的提升。在目前的矿山生态修复中，应创造适宜的地形地貌和重构良好的土壤条件，积极采取生物措施即培育乔灌草，以实现良好的生态修复效果。但是目前对于植物碳汇量的关注较少，没有把提升碳汇能力放在矿山生态修复的重要地位。植物碳汇，主要是乔木活立木蓄积带来的地上茎叶和地下根系形成的生物量，同时也涵盖植物枯枝落叶腐烂后，贮存于土壤中的有机物形成的土壤碳汇[2]。从目前的林业碳汇研究成果来看，按植物碳汇贡献排序为：乔木林＞灌木林＞草本植物；在树种和植物选择上，速生乔灌木植物＞慢生乔灌木植物，根系庞大枝叶繁茂的草本植物＞植体矮小的草本植物。邯郸市西部山区属温带落叶阔叶林森林类型，在营造乔木林时，应结合海拔高度、阴坡阳坡、地形地貌等条件，选择生长速度快的小叶杨、毛白杨、刺槐、国槐、栎类、榛子、松树类等阔叶落叶和针叶类乔木，灌木选择荆条、紫穗槐等速生灌木类植物，草本植物选择根系庞大、生长速度快、地上部分茂密、干物质多的菅草、狼尾草、狗尾草等，以增加矿山生态修复工程的林业碳汇量。此外，这些速生植物种类，亦可在短期内改善废弃矿山裸岩造成的高温干旱状况，为森林生态系统的自然恢复创造良好的条件。

3.2 在地形地貌重塑中注重水土保持措施的设计。邯郸西部山区多年平均年降雨量在500 mm 左右，为气候干旱、土壤瘠薄、生态脆弱地区，干旱缺水是影响矿山生态修复效果的主要问题。因此，在地形重塑过程中，遵从坡麓残积土分布于乔木林和坡地谷坊积水集土区林木茂盛地的自然规律，针对低山丘陵废弃矿山，特别是汇水面积小的区域，按照水土保持工程技术规范，垂直于积水线和自然冲沟，构筑一些沟谷、缓坡，结合坡地反坡梯田、水槽沟、鱼鳞坑营造的积水、集土地貌，把水土保持工程与地形地貌重塑结合起来，为植被的生长创造天然的集水条件，从而增加活立木蓄积和生物量，为提高碳汇量创造条件。

3.3 注重重塑破碎层。矿山生态修复中削坡重造的石质台阶、矿山道路、采矿平台等，按照生态修复技术规范，多设计为乔木林地，客土覆盖一般厚度为80 cm。参照棕壤土的土壤剖面结构，心土层及岩石破碎层是土壤深度发育的基础条件，既是土粒沉积层，也是风化加深层，是土壤形成过程中关键的成土母质。考虑到高大乔木的根系垂直分布大都在100 cm 以上，而矿山生态修复被客土覆盖的基岩，通过风化参与土壤发育成土过程需要的周期很长，因此，建议在覆盖客土之前，在不造成地质灾害的前提下，对基岩进行50 cm 以上深度破碎或铺设碎石，仿自然风化层，构筑基岩破碎层。由此为基岩进一步加深风化参与土壤发育奠定基础，为乔木根系生长扩大空间，使乔木成长得更为高大，提高矿山生态修复质量，最大限度增加具有碳汇能力的生物量。

3.4 增加覆盖客土的有机质含量。在矿山生态修复工程中，为了防止对耕地造成破坏，矿山客土土源大部分取自深层土壤和三类土。这部分土壤多为块状或含砾石较多的土壤，有机质含量大都在0.8 以下，或几乎不含有机质，养分含量难以满足植物生长的需求，也是造成矿山生态修复工程种植植物的成活率低、修复效果差的主要原因。通过借鉴造林整地经验，可将周边表层腐殖质层和轻壤土收集于栽植带或栽植穴内。含丰富有机质的土壤，不仅有利于改良土壤理化性质，保水保肥，也有利于土壤矿物元素溶解为易于被植物吸收利用的状态，同时为微生物提供生存条件，利于底部碎石层和基岩进一步风化。此外，土壤重构过程中施用腐熟和半腐熟的有机肥料，也是提高植物成活率和生态修复质量的有效措施。

3.5 避免大面积覆土，增加有效土层厚度。矿山生态修复工程设计的覆土厚度比造林覆土要求高，而目前客土土源缺乏，往往造成有效土层厚度难以保障。因此，本文借鉴河北涉县和武安市山地造林的成功经验，建议在矿山修复土壤重构过程中，按照树种的栽植密度，设计栽植带和栽植穴，集中客土土源，增加绿化区域有效覆土厚度：灌木林地在30 ～40 cm，乔木林地在60 ～80 cm。栽植带和栽植穴以外，为了避免裸岩和裸露的碎石垫层产生高温，可覆盖15 ～20 cm 符合三类土壤质量标准的碎石土，3 mm 以上砾石含量不超过30%，形成草本植被区[3]。由此可将客土用量集中覆盖在绿化带内，为乔木、灌木栽植和生长提供足够的土壤。

3.6 注重土壤阻水淋溶层的构筑。生态修复土壤重构过程中，因基础层深厚的碎石垫层极易形成淋溶，造成水土流失，所以应对采坑和渣坡覆盖客土。在土壤重构时，可参照发育良好棕壤土自然剖面构型，构筑粘土淀积层。这样不仅可以减轻水土淋溶，也会增加覆盖客土的保肥保水能力。在碎石垫层和覆土层之间，建议加入一定比例的黏土或膨胀土，或在碎石垫层和覆盖土层之间铺垫土工布或园艺布，构建20～30cm的阻水淋溶层，提高土壤的保水、保墒能力，为植物生长提供良好的水肥条件。