淺談礦區(qū)土地復(fù)墾與生態(tài)重建

全民

摘 要： 隨著我國社會主義市場經(jīng)濟的高速發(fā)展，人們對能源及礦產(chǎn)資源的需求不斷增加，引發(fā)了一系列環(huán)境污染和生態(tài)破壞問題。其中，露天的開采方式給生態(tài)環(huán)境帶來的傷害幾乎是毀滅性的。這嚴(yán)重影響著人類的生活，破壞了經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。我國煤炭開采大多集中于西部干旱半干旱區(qū)域，經(jīng)過采煤擾動后土地極度退化，自然恢復(fù)困難，通過人工手段恢復(fù)是目前主要的研究方向，關(guān)鍵點是對土壤的改良，提高土壤肥力，改善土壤結(jié)構(gòu)，豐富微生物功能群，進而提高人工恢復(fù)的效率。本文闡述了當(dāng)前露天礦生產(chǎn)造成的植被破壞和水土流失問題，討論露天開采后的土地復(fù)墾、生態(tài)重建及建立循環(huán)經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)鏈，并對未來復(fù)墾模式可能使用的方法和技術(shù)進行展望。

關(guān)鍵詞： 礦區(qū);復(fù)墾;植被恢復(fù);水土保持;生態(tài)重建

【中圖分類號】D167 【文獻標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-3733（2020）20-0278-02

0 前言

由于我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，對能源的需求量日益增加，合理地開采礦山資源對振興經(jīng)濟起著重要作用。但礦業(yè)開采過程又是一個破壞生態(tài)環(huán)境的過程，伴隨這個過程而產(chǎn)生的地貌變遷、土壤侵蝕、大氣和水體污染、生態(tài)失衡、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)受損等問題，已嚴(yán)重影響了人們的生活，從而引起了人們的高度關(guān)注。因此，開展礦區(qū)生態(tài)環(huán)境綜合治理，加強開采后的土地復(fù)墾和生態(tài)重建已刻不容緩、勢在必行。

土壤是植被生長發(fā)育的基礎(chǔ)，能夠不斷地為植被提供營養(yǎng)物質(zhì)和水分[3]，并且土壤動物與土壤微生物共同參與營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)，加快土壤有機物的分解，促進土壤腐殖質(zhì)的轉(zhuǎn)化，調(diào)節(jié)土壤肥力，進而影響植被的生長發(fā)育[4]。土壤養(yǎng)分影響著植物器官的生長發(fā)育，調(diào)節(jié)植物對水、熱、氣的需求，在植被的演替過程中起到至關(guān)重要的作用。土壤養(yǎng)分的種類、組成和數(shù)量都影響著植被的生長發(fā)育，其中土壤有機質(zhì)、N、P、K 等是植物生長發(fā)育的必需元素，其含量與分布影響著植物的生長狀態(tài)[5]。

礦區(qū)的植被演替分為自然演替和人工演替，自然演替是一個非常緩慢的過程，在自然演替過程中，施加人工復(fù)墾措施，可以縮短植被演替的周期，提高植被演替的速率[6]。李裕元等[7]的研究結(jié)果表明，礦區(qū)植被的自然恢復(fù)只有在種源或繁殖體充足的條件下才可能實現(xiàn)，且比人工恢復(fù)的時間要長得多。隨著復(fù)墾年限的增長，煤礦區(qū)復(fù)墾植被的種類、數(shù)量、蓄積量、生物量、平均高度均有所增加，植被覆蓋率上升[8]，生長狀況也有明顯的改善[9]。

因此，解決復(fù)墾過程中土壤修復(fù)問題及植被恢復(fù)問題是目前復(fù)墾模式的研究熱點，恢復(fù)區(qū)土壤依靠植物進行營養(yǎng)富集及結(jié)構(gòu)改良，而植被需要依靠土壤作為生長機制。復(fù)墾模式的效應(yīng)主要應(yīng)由土壤和植被的交互作用來體現(xiàn)。

1 露天礦開采破壞生態(tài)平衡，造成了嚴(yán)重的水土流失

目前，中國露天礦煤炭的產(chǎn)量已經(jīng)從 4%增加到了 30%，露天采煤產(chǎn)生的損毀土地主要為排土場[1]。Frouz等[2]分析了礦區(qū)復(fù)墾土壤與植被的演替規(guī)律及其交互影響，發(fā)現(xiàn)土壤和植被在礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)演替過程中發(fā)揮著重要的作用。露天礦開采與地層結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。露天礦開采時，不可避免地對地層和地表（地形、地貌）及其依附的生態(tài)系統(tǒng)、相關(guān)的社會環(huán)境帶來影響，產(chǎn)生污染和破壞。從環(huán)境結(jié)構(gòu)和生態(tài)系統(tǒng)角度分析，礦產(chǎn)資源開采產(chǎn)生的效應(yīng)，自巖石圈向上傳遞，波及到大氣圈、水圈和生物圈，繼而影響整個生態(tài)平衡。

同時，礦業(yè)生產(chǎn)過程也是不斷產(chǎn)生棄土廢渣的過程。隨著礦山開采工作的不斷推進，巖石邊坡、排土場、排矸場和尾礦場不斷擴大，造成土地大量荒蕪，自然植被毀滅。另外，大量的棄土棄渣堆積形成的礦渣堆積場和廢棄的尾礦是裸露、松散的堆積體，極易被雨水沖刷，一旦發(fā)生壩體泄漏、坍塌，礦砂傾瀉而下，將會造成江河淤塞、交通阻斷、污染環(huán)境的嚴(yán)重后果，給人民生命財產(chǎn)帶來巨大損失，嚴(yán)重威脅著人類的生存環(huán)境。

2 土地復(fù)墾是解決礦山環(huán)境保護和綜合治理的最有效途徑

資源的開發(fā)利用必須與環(huán)境的治理和保護緊密結(jié)合。恢復(fù)并保持生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)的主要目的在于提高可更新資源的再生能力，使人類能夠永續(xù)利用。

早在20世紀(jì)40年代，國外煤礦開采就開始致力于土地復(fù)整和生態(tài)恢復(fù)方面的研究。1942年英國煤礦正規(guī)化開采以來，就恢復(fù)了土地2.4萬hm2，其中90%用于農(nóng)業(yè)。1987年莫色維提煤礦開采與土地恢復(fù)聯(lián)合設(shè)計書被通過，此后10年內(nèi)開采了700萬t煤，同時恢復(fù)了大量土地，該項目是西歐最宏偉的恢復(fù)工程之一。1971年美國礦山土地面積8.3萬hm2，其中恢復(fù)土地面積6.6萬hm2，復(fù)地率79.5%。西德萊菌褐煤礦區(qū)被破壞土地面積1.5萬hm2，恢復(fù)0.83萬hm2，復(fù)地率55%。

進入21世紀(jì)以來，隨著生活水平的提高，人們對環(huán)境質(zhì)量的要求越來越高，礦山土地規(guī)劃制度更加嚴(yán)格，永續(xù)性發(fā)展的理論也推進了對露天礦土地復(fù)墾的研究。植被是山地和丘陵地區(qū)保護生態(tài)環(huán)境的天然屏障，治理已惡化的生態(tài)環(huán)境必須迅速恢復(fù)深根植被。近年來，我國在土地復(fù)墾方面也有了長足的發(fā)展。以神華準(zhǔn)能集團黑岱溝、哈爾烏素兩個露天煤礦為例，這個地處鄂爾多斯黃土高原的露天煤礦，具有典型的喀什地貌——溝壑縱橫，支離破碎，土壤貧瘠，植被稀疏，原有植被覆蓋率不足30%，植物種類以土生的灌叢為主。在近30年的生產(chǎn)過程中，復(fù)墾土地2350公頃，植被平均覆蓋率超過80%，水蝕模數(shù)比原來的13000噸/平方公里～年降到現(xiàn)在的1500噸/平方公里～年，有效控制了水土流失，改善了原有的自然條件。

國內(nèi)外的研究實踐證明，土地復(fù)墾是解決礦山環(huán)境保護和綜合治理的最有效途徑。

3 土地復(fù)墾的具體措施

土地復(fù)墾是指對在生產(chǎn)建設(shè)過程中，因挖損、塌陷、壓占等原因造成的土地破壞，采取整治措施，使其恢復(fù)到可供利用狀態(tài)的活動。其廣義定義是指對被破壞或退化土地的再生利用極其生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的綜合性技術(shù)過程;狹義定義是專指對工礦業(yè)用地的再生利用和生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)。植被恢復(fù)對于礦山開采水土保持作用效果是十分顯著的，但這種生物措施必須與工程措施相結(jié)合，才能早日見效，即以生物措施為主，輔以必要的工程措施。

3.1 礦區(qū)水土保持與工程措施

3.1.1 開采前嚴(yán)格規(guī)劃實施棄土場

首先將整個露天礦作為一個整體，在建設(shè)用地邊界自然水流出口修建壩體工程，使礦區(qū)形成一個相對封閉的系統(tǒng)，礦區(qū)范圍內(nèi)的水體不會流向外界。礦區(qū)周邊的上游布設(shè)以攔泥蓄水防洪、保障礦區(qū)生產(chǎn)建設(shè)安全為目的的攔洪壩，下游布設(shè)攔渣攔沙為主要目標(biāo)的攔渣壩，目的是避免流失水土，淤塞河道。在生產(chǎn)作業(yè)現(xiàn)場，根據(jù)采掘、排土的進程，按照排土場的排棄工藝和排棄時序，排土前在排土場底部溝道內(nèi)逐級修建臨時性土壩，有效攔截上游來水對下游排棄物的沖刷，防止排土場在主體構(gòu)筑過程中的水土流失。

其次，要根據(jù)礦場范圍內(nèi)地形特點以及礦種、蘊藏量、開采方式等規(guī)劃棄土場。棄土場要求選擇山壟肚大，出口窄，排土量多但穩(wěn)定的地方，有效容積要比采礦棄土量高40%左右。

另外，棄土場必須先設(shè)置擋土墻，以控制植被恢復(fù)前期水土流失。工程擋土墻是穩(wěn)定棄土的關(guān)鍵，應(yīng)根據(jù)棄土場地形以及每年棄土量而逐年加固加高。同時，棄土場周圍要修防洪溝。以此減少水土流失給生產(chǎn)和群眾生活帶來的危害。

為了使棄土堆積更加穩(wěn)定，排土場應(yīng)設(shè)計為臺階式塔狀實體。將碎石等廢棄物回填在底層，種植土壤覆蓋于表層，等待實施生物措施。

3.1.2 護坡護岸工程

礦區(qū)采場臺階、邊坡以及公路等附屬工程的邊坡，均應(yīng)規(guī)劃護坡工程，以防止出現(xiàn)滑坡、崩塌。同時，礦區(qū)下游河道的河壩、河堤等也要進行加固、加高，并且及時清理河床淤積的泥沙石，以防洪水沖毀堤壩、農(nóng)田、交通公路、橋梁、房屋等。

近年來，國內(nèi)對各礦區(qū)的尾礦場和排土場采取了不同工程措施，在減少礦區(qū)水土流失上產(chǎn)生了一定作用。例如黑岱溝露天煤礦東擋一號壩與楊樹林的結(jié)合，有效地解決了東排土場水土流失的問題。

3.1.3 覆土工藝與土地整理

在排棄剝離物時，有利于復(fù)墾種植和防止水土流失的要求，合理安排“一體化工藝”排棄方式，形成“表土堆放—巖石剝離排棄—下層黃土覆蓋—表土覆蓋—土地平整—土地生態(tài)復(fù)墾”的作業(yè)流程，確保排土場地質(zhì)結(jié)構(gòu)與周邊未開采區(qū)域協(xié)調(diào)一致，既防止水土流失，又能滿足生物復(fù)墾要求。為了使表層覆土盡快沉降，不被雨水沖溝，達到栽植要求，礦區(qū)采用碾壓推進式覆土工藝，將表土用自卸式車輛直接傾倒在墊層上平整碾壓。最后，用小型推土機將土壤按一定標(biāo)高整平。

3.2 生物措施

生物措施是通過植樹、種草的辦法來恢復(fù)并建立各種類型的植被，借助植被的覆蓋、固土作用以及合理更新，獲得良好的防護生態(tài)、社會和經(jīng)濟效益，這也是土地復(fù)墾最主要的措施。

首先，要根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡乩砦恢?、氣候條件、土壤類型，以及原有自然植被狀況等因素，選擇適宜的先鋒植物：在以第四紀(jì)綿黃土為主的黑岱溝露天煤礦，由于其干燥少雨，春季多風(fēng)，晝夜溫差大，土壤貧瘠等原因，選擇了新疆楊、檸條、沙棘、油松、樟子松、紫穗槐、山杏、山桃等鄉(xiāng)土樹種作為先鋒樹種，輔以紫花苜蓿、黃花草木樨、沙打旺等草本植物組成先鋒的植物群落;在地處干旱草原地區(qū)的勝利露天礦，土壤類型主要由栗鈣土、草甸栗鈣土、草甸土等組成，由于草場退化，以形成沙化、礫石化栗鈣土，土壤有機質(zhì)含量低，土壤肥力差，加上光照豐富，降水量少，有效積溫低，極端低溫過低等因素，選擇檸條、沙棘、山杏、榆樹、黃柳、草木樨、沙打旺、苜蓿、羊草、披堿草等植物作為先鋒植物種群。

在此基礎(chǔ)上，根據(jù)所選擇植物種類的植物學(xué)特征、生物學(xué)特性、礦區(qū)的地貌特點、后期熟化土地經(jīng)濟效益及水土保持要求，對植物群落結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，并按照未來植物群落層次結(jié)構(gòu)各層優(yōu)勢度大小由上層到下層依次確定最初植物種群組合。同時，水平設(shè)計要便于后期管理，能有效防止大面積森林火災(zāi)，能有效預(yù)防和控制病蟲害的發(fā)生和蔓延。因此，植被栽植時要盡量縮小純林的面積，采用網(wǎng)格式規(guī)劃種植，形成林果結(jié)合、喬灌結(jié)合、喬草結(jié)合、灌草結(jié)合、牧草覆蓋等墾植模式，實行“草木結(jié)合”、“高矮搭配”、“長短結(jié)合”、“常綠落葉搭配”，對植物群落結(jié)構(gòu)進行合理配置和優(yōu)化布局。

復(fù)墾區(qū)的栽植條件差，裸根苗木在栽植前必須要修剪枝條及根部，若及時栽植不完，需假植。新疆楊、容器油松、容器樟子松等防護林喬木一株栽一坑，山杏、紫穗槐、檸條、沙棘等為2株栽一坑，牧草進行條播、撒播。復(fù)墾區(qū)土壤墑情差，栽植后必須立即澆一次水，待一水滲透覆土圍坑后澆灌第二次水。夏季澆灌兩次，在11月20日前完成封凍水的澆灌。

3.3 后期養(yǎng)護

俗話說：“三分栽植，七分養(yǎng)護”。復(fù)墾區(qū)域的土壤肥力差，水資源短缺，苗木成長困難，雜草侵蝕嚴(yán)重，后期的養(yǎng)護工作是十分重要的。除了當(dāng)年要及時灌水外，之后每年要進行鋤草、澆水、修剪、病蟲害防治等工作。要嚴(yán)密監(jiān)控病蟲害的發(fā)生，一旦發(fā)現(xiàn)要立即進行防治，阻止其繼續(xù)擴大蔓延，保證林木正常生長。

4 生物群落的復(fù)蘇及生態(tài)重建

經(jīng)過一系列的復(fù)墾措施，礦山的地表植被覆蓋率提高了，同時帶來生物群落的復(fù)生，加速了生態(tài)環(huán)境改造的進程。如今已實現(xiàn)排土場65%以上的復(fù)墾綠化，實現(xiàn)了礦區(qū)開發(fā)，保持和改善了生態(tài)環(huán)境，防止了水土流失。實現(xiàn)了復(fù)墾綠化第一步：排土場及排棄場綠化種植、改良土壤;第二步：要實現(xiàn)“以地換地”，合理使用土地資源;近年，在前兩步的基礎(chǔ)上大力發(fā)展養(yǎng)殖業(yè)、種植業(yè)，形成一條新的產(chǎn)業(yè)鏈。同時，多種野生植物種類自然侵入，成功定植并逐步旺盛。這些也為野生動物的生存提供了適宜的環(huán)境，野兔、蛇類、鳥類、蛙類、鼠類及各種昆蟲相繼出現(xiàn)。植被恢復(fù)、動植物生長產(chǎn)生了大量凋落物和動植物殘體，為土壤微生物生長、繁殖提供了豐富的物質(zhì)和能源，增強了微生物的代謝活動，促進了土壤腐殖質(zhì)形成和有機質(zhì)分解，并加強生物固氮作用，提高土壤肥力和植物營養(yǎng)水平。此外，植被恢復(fù)和生物群落復(fù)生還促進了土壤礦物質(zhì)分解、腐殖質(zhì)形成和養(yǎng)分富集，改善了土壤理化性質(zhì)、提高了土壤肥力，植被恢復(fù)對于排土場及工業(yè)廣場表層土壤起到明顯的保水作用，同時改善了礦區(qū)的地溫條件，有效地控制了水土流失，生態(tài)環(huán)境明顯改善。

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