魏遠，顧紅波，薛亮，江澤平，周金星，鄭施雯，崔明?，楊建立

(1.中國林業(yè)科學(xué)研究院林業(yè)研究所，林木遺傳育種國家重點實驗室，100091，北京;2.國家林業(yè)局調(diào)查規(guī)劃設(shè)計院，100714，北京;3.中國林業(yè)科學(xué)研究院荒漠化研究所，100091，北京;4.寧波市環(huán)境保護科學(xué)研究設(shè)計院，315100，浙江寧波;5.山西潞安環(huán)能股份公司，046031，山西長治)

礦產(chǎn)資源是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的物質(zhì)基礎(chǔ)，開采力度也隨人口爆炸和社會發(fā)展而迅速增加。礦山開采是目前最大規(guī)模改變土地利用方式和損壞陸地生態(tài)系統(tǒng)的有組織的人類活動［1］。我國93%以上的一次能源、80%以上的工業(yè)原料、70%以上的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料以礦產(chǎn)品為原料［2］。我國現(xiàn)有國營大中型礦山企業(yè)8 000 多個，小型礦山23 萬個，數(shù)目眾多、規(guī)模巨大的礦山開采對土地和生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重破壞［3］。礦山廢棄地是指采礦剝離土、廢礦坑、尾礦、矸石和洗礦廢水沉淀物等占用的土地，采礦作業(yè)面、機械設(shè)施、礦山輔助建筑物和礦山道路等在運營結(jié)束后也成為礦山廢棄地［4］。采礦業(yè)中各類型占地的比例如下:采礦本身用地占59%，排土場20%，尾礦13%，廢石堆占5%，塌陷區(qū)占3%［5］。據(jù)報道［5－6］，截至2005 年底，全國采礦活動破壞的土地面積已經(jīng)高達400 萬hm2，其中破壞森林面積106 萬hm2，破壞草原面積263 萬hm2。20 世紀(jì)80 年代以來，我國礦山治理工作取得較大進展，廢棄地復(fù)墾系數(shù)從5%提高到了當(dāng)前的12%;但這一數(shù)值遠低于發(fā)達國家，同時仍以每年3.3 萬～4.7 萬hm2的速度增加［7］。

礦區(qū)表土常被清除或流失，采礦后遺留的土壤通常是心土或礦渣，大型設(shè)備碾壓后土壤板結(jié)嚴(yán)重，物理結(jié)構(gòu)不良，持水保溫能力差，氮、磷、鉀和有機質(zhì)等含量只有原表土層的20%～30%［6］。礦區(qū)土壤pH 值較低，重金屬離子溶解性增加，降雨溢流進一步污染周邊土壤。重金屬進入食物鏈后對人體健康造成嚴(yán)重的直接危害。重金屬污染已成為全球環(huán)境的嚴(yán)重問題［8－9］。礦山開采造成地形地貌的破壞與景觀破碎化，改變原有的局地水循環(huán)過程，破壞地表徑流的下滲過程和地下水的流向。采礦活動導(dǎo)致生物棲息環(huán)境消失和物種多樣性的降低。礦區(qū)地表植被的破壞和水系的紊亂極易誘發(fā)泥石流、山洪暴發(fā)、沙塵暴與荒漠化等次生環(huán)境災(zāi)害［5，10］。礦山開采不僅破壞和占用大量土地資源，而且對生態(tài)環(huán)境造成持久而嚴(yán)重的負(fù)面影響，直接危害人體健康和采礦業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。幾乎在所有情況下，開采活動都超過了生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)力承受限值，依靠礦山廢棄地自身演替的恢復(fù)需要耗時100 ～1 000 a;因此人工干預(yù)的礦山廢棄地土地復(fù)墾和生態(tài)重建就成為十分必要的環(huán)境保護手段［1］。目前，礦業(yè)廢棄地復(fù)墾與生態(tài)恢復(fù)已成為世界各國共同關(guān)注的課題和跨學(xué)科的研究熱點，日益受到人們的廣泛重視。

1 礦山廢棄地土地復(fù)墾與生態(tài)恢復(fù)概述

1.1 概念

生態(tài)恢復(fù)是指生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其原先功能的再現(xiàn)。土地復(fù)墾是生態(tài)恢復(fù)的核心內(nèi)容，我國將土地復(fù)墾定義為:生產(chǎn)建設(shè)活動和自然災(zāi)害損毀的土地，采取整治措施，使其達到可供利用狀態(tài)的活動。生態(tài)恢復(fù)(restoration)是一個概括性的術(shù)語，包含修復(fù)(rehabilitation)、復(fù)綠(revegetation)、復(fù)墾(reclamation)、重建(reconstruction)等含義。生態(tài)重建則是指在不可能或不需要再現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)原貌的情況下營造新的生態(tài)系統(tǒng)。生態(tài)重建并不意味完全恢復(fù)原有生態(tài)系統(tǒng)，其關(guān)鍵是恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)必要的結(jié)構(gòu)和功能，使之實現(xiàn)自我維持［3，11］。

1.2 理論基礎(chǔ)

生態(tài)演替理論是指導(dǎo)礦山廢棄地土地復(fù)墾和生態(tài)恢復(fù)的基礎(chǔ)理論，即引入到礦山植被恢復(fù)過程的先鋒植物經(jīng)過一系列演替階段，最終達到頂級群落，其核心原理是整體性原理、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定與功能協(xié)調(diào)原理、自生原理與循環(huán)再生原理［12－13］。自然演替是一個緩慢的過程，最少也需要50 ～100 a 才能在礦山廢棄地上恢復(fù)植被;如果廢棄地完全沒有表土，則恢復(fù)時間可能要超過1 000 a。礦山生態(tài)恢復(fù)過程一般由人工設(shè)計，采用人為措施，可使演替的時間大大縮短［14］。生態(tài)恢復(fù)的目標(biāo)是一個結(jié)構(gòu)復(fù)雜的多層次系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)多樣的功能。具體恢復(fù)過程還會應(yīng)用以下原理:生態(tài)位原理、限制因子原理、熱力學(xué)定律、植物入侵原理、生物多樣性理論、生態(tài)適應(yīng)性理論、種群密度制約及分布控制原理、生物與環(huán)境的協(xié)同進化原理、生態(tài)等［12，15］。礦山廢棄地生態(tài)恢復(fù)應(yīng)當(dāng)以生態(tài)學(xué)理論為基礎(chǔ)，結(jié)合礦山邊坡穩(wěn)固技術(shù)［16］、工程綠化技術(shù)、土壤改良技術(shù)恢復(fù)嚴(yán)重受損的生態(tài)環(huán)境，實現(xiàn)礦山廢棄地的生態(tài)復(fù)墾與可持續(xù)利用［17］。礦山廢棄地土地復(fù)墾應(yīng)當(dāng)持有生態(tài)學(xué)視角，以植被復(fù)原與生物多樣性保護為目標(biāo)，選用適宜的方案改良土壤，利用生物工程恢復(fù)生態(tài)格局，控制重金屬的遷徙，利用煤炭垃圾或粉煤灰回填或促進植物生長，在生態(tài)復(fù)墾中更強調(diào)景觀美化、可持續(xù)發(fā)展、人與自然的和諧等問題。

2 20 世紀(jì)礦山廢棄地土地復(fù)墾與生態(tài)恢復(fù)研究

近1 個世紀(jì)以來，全世界廢棄礦區(qū)面積約670萬hm2，其中露天采礦破壞和拋荒地約占50%［18］。發(fā)達國家對礦區(qū)廢棄地的治理可追溯至19 世紀(jì)末期［4］。早在20 世紀(jì)20 年代，國外煤礦開采就開始致力于礦區(qū)土地復(fù)墾和生態(tài)恢復(fù)方面的研究，最早開始礦區(qū)廢棄地土地復(fù)墾和生態(tài)恢復(fù)的是德國和美國［11］;但是礦山廢棄地土地復(fù)墾和生態(tài)恢復(fù)成為環(huán)境科學(xué)研究的熱點領(lǐng)域也不過40 a 左右，其中歷史較久、規(guī)模較大、成效較好的有德國、澳大利亞、美國、英國等［19］。

20 世紀(jì)70 年代以來，礦山廢棄地的恢復(fù)研究大量涌現(xiàn)。生態(tài)系統(tǒng)退化成為世界各國普遍面臨的重要問題，并成為當(dāng)前各國重視的焦點和生態(tài)學(xué)研究的熱點之一［20］。20 世紀(jì)末期，國外對礦山沉陷區(qū)植被恢復(fù)［21］、沉陷區(qū)環(huán)境影響［22］、廢棄地復(fù)墾技術(shù)［23］、礦山固廢綜合利用［24］、土壤重金屬去除［25］等方面展開了大量研究。21 世紀(jì)以來較為活躍的領(lǐng)域包括:礦山廢棄地物種多樣性研究［26－27］，土壤重金屬的植物富集［28］，礦山開采對環(huán)境的影響機理［29］，3S 技術(shù)在土地復(fù)墾、監(jiān)測和評價中的應(yīng)用［30］，礦區(qū)水體修復(fù)［31］。

1918 年美國印第安納州的礦主開始在采空區(qū)進行林業(yè)復(fù)墾，《1920 年礦山租賃》中就明確要求保護土地和自然環(huán)境［11］。礦物局調(diào)查報告表明，美國每年采礦用地4 500 hm2，1970 年之后生態(tài)恢復(fù)比率超過70%［18］。1977 年，國會通過并頒布第一部全國性的土地復(fù)墾法規(guī)《露天開采控制和復(fù)墾法令》，嚴(yán)格規(guī)定礦山開采的復(fù)墾程序。土地復(fù)墾管理工作主要有內(nèi)政部牽頭，礦業(yè)局、土地局和環(huán)保局協(xié)助管理工作。在恢復(fù)技術(shù)方面，尤其在生物復(fù)墾和改良土壤方面成績顯著。按《復(fù)墾法》邊開采邊復(fù)墾，復(fù)墾率要求達到100%，現(xiàn)已達到85%，遠高于我國的12%［32］。

德國重工業(yè)發(fā)達，對能源需求巨大，是世界上重要的采煤國，年產(chǎn)煤炭2 億t。德國政府對煤礦廢棄地的土地復(fù)墾及環(huán)保問題十分重視，到2000 年，全國煤礦開采破壞土地16.26 萬hm2，62%已被復(fù)墾，其中林業(yè)用地4.77 萬hm2，農(nóng)業(yè)用地3.11 萬hm2，水域景觀1.20 萬hm2，其他9 600 hm2。德國土地復(fù)墾可大致劃分為4 個階段:第1 階段(1920—1945年)，對各種樹木在采礦廢棄地的適應(yīng)性進行了研究。第2 階段(1945—1958 年)，突出了樹種的多樣性和樹種的混交，同時以法律形式規(guī)定礦主必須進行礦山復(fù)墾及重建，這一階段主要是種植楊樹。第3 階段(1958 年以后)，原西德根據(jù)不同的采礦廢棄地分別種植橡樹(Quercus palustris)、山毛櫸(Fagus syvatica)和楓樹(Acer saccharum Marsh)等。原東德褐煤產(chǎn)區(qū)先以林業(yè)復(fù)墾為主，后來逐漸轉(zhuǎn)向農(nóng)業(yè)復(fù)墾。兩德合并，標(biāo)志著德國的土地復(fù)墾進入第4 階段，復(fù)墾目標(biāo)從農(nóng)林復(fù)墾轉(zhuǎn)向復(fù)合型土地復(fù)墾模式:休閑用地、物種保護用地和景觀用地比例上升。由于機構(gòu)健全、嚴(yán)格執(zhí)法，資金渠道穩(wěn)定，德國的土地復(fù)墾與生態(tài)恢復(fù)工作取得了很大成績。

采礦業(yè)是澳大利亞的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，礦山恢復(fù)已經(jīng)取得長足進展和令人矚目的成績，被認(rèn)為是世界上先進而且成功處理擾動土地的國家，目前已形成以高科技為主導(dǎo)、多專業(yè)聯(lián)合、綜合性治理開發(fā)為特點的土地復(fù)墾模式［7］。在澳大利亞，礦山開采前要進行環(huán)境影響評價，有詳盡的復(fù)墾方案，復(fù)墾結(jié)束后，政府要按監(jiān)測計劃實施環(huán)境監(jiān)測，直至達到與原始地貌參數(shù)近似［33］。近年來，為盡力降低采礦業(yè)的環(huán)境破壞，澳大利亞又提出“最佳實踐”的理念，生態(tài)復(fù)墾后的礦山被植被茂密，環(huán)境優(yōu)美［34］。

英國是工業(yè)化較早的國家，政府十分重視礦山廢棄地的環(huán)境問題，1951 年出臺了復(fù)墾法規(guī)并設(shè)立復(fù)墾資金，1969 年頒布《礦山開采法》，提出采礦與復(fù)墾同步進行的方針，并要求復(fù)墾必須按照農(nóng)業(yè)復(fù)墾標(biāo)準(zhǔn)。1970 年英國有礦山廢棄地7.1 萬hm2，1974—1982 年間新增礦山廢棄地的87.6%得到生態(tài)恢復(fù)，至1993 年，露天采礦廢棄地已恢復(fù)5.4 萬hm2。英國復(fù)墾工作的重點是對污染土地的修復(fù)和礦山廢棄地的復(fù)墾，很早就開始將礦山廢棄地恢復(fù)為高產(chǎn)農(nóng)林用地，在礦區(qū)土壤改良方面世界領(lǐng)先［20］。

我國古代采石場恢復(fù)實踐歷史悠久。浙江紹興東湖歷經(jīng)2 000 a 開采，在清代經(jīng)過長期改造后形成國內(nèi)外享有盛譽的風(fēng)景旅游勝地，在世界礦山廢棄地恢復(fù)史上占有顯著地位［18］。新中國成立后礦山廢棄地的土地復(fù)墾和生態(tài)恢復(fù)工作可分為3 個階段。

第1 階段始于20 世紀(jì)50 年代，是自發(fā)探索階段，主要研究土地退化和土壤退化問題，以實現(xiàn)礦山廢棄地的農(nóng)業(yè)復(fù)墾為主要目標(biāo)。由于社會認(rèn)識、經(jīng)濟和技術(shù)方面的原因，直到20 世紀(jì)80 年代已復(fù)墾的礦山廢棄地不到1%［7］。

1988 年頒布《土地復(fù)墾規(guī)定》和1989 年頒布《中華人民共和國環(huán)境保護法》，標(biāo)志著我國土地復(fù)墾事業(yè)從自發(fā)、零散狀態(tài)進入有組織的修復(fù)治理階段，即第2 階段。這一階段強調(diào)生態(tài)恢復(fù)學(xué)理論在基質(zhì)改良方面的應(yīng)用，經(jīng)過20 多年的發(fā)展，取得許多進展，復(fù)墾率從80 年代初的2%提升到12%，但仍然遠低于發(fā)達國家65%的復(fù)墾率［7］。從復(fù)墾的效果來看，煤礦較好，非金屬礦次之，而金屬礦山最差［35］。

1999 年1 月1 日生效的《中華人民共和國土地管理法》標(biāo)志著第3 階段的開始。新土地管理法進一步加大了耕地保護力度，實行了土地用途管制制度、耕地補償制度即“占多少、墾多少”和基本農(nóng)田保護制度，提出了耕地總量動態(tài)平衡的戰(zhàn)略目標(biāo)。這一階段的工作重點轉(zhuǎn)向以生態(tài)系統(tǒng)健康與環(huán)境安全為目標(biāo)的生態(tài)恢復(fù)，突出成果是《全國土地開發(fā)整理規(guī)劃》《土地開發(fā)整理規(guī)劃編制規(guī)程》《土地開發(fā)整理項目規(guī)劃設(shè)計規(guī)范》的頒布。2001 年，國務(wù)院頒布了《全國生態(tài)環(huán)境保護綱要》，提出了維護國家生態(tài)環(huán)境安全的目標(biāo)［14］。本階段我國土地復(fù)墾工作進展迅速，某些地區(qū)復(fù)墾率迅速上升，安徽淮北礦山廢棄地上升到50%［14］。2011 年生效的《土地復(fù)墾條例》取代了1988 年的《土地復(fù)墾規(guī)定》，使我國的土地復(fù)墾工作進一步規(guī)范化、科學(xué)化。

3 礦山廢棄地生態(tài)恢復(fù)技術(shù)研究

礦山廢棄地退化嚴(yán)重，極端貧瘠、有害元素含量超標(biāo)、物理性狀惡劣，以此為基礎(chǔ)進行生態(tài)系統(tǒng)的自然演替。通過人工手段改善土壤、植被和水系條件，是進一步的生物修復(fù)、水體治理及農(nóng)林利用的前提條件［10］。

3.1 土壤重構(gòu)

礦山廢棄地生態(tài)恢復(fù)的關(guān)鍵問題就是土壤基質(zhì)的重構(gòu)，只有土壤的團粒結(jié)構(gòu)、酸堿度和持水保肥能力得到相應(yīng)的修復(fù)，生物修復(fù)才能進行。土壤重構(gòu)以工礦區(qū)破壞土地的土壤修復(fù)和重建為目的，綜合利用工程措施及物理、化學(xué)、生物、生態(tài)措施，重新構(gòu)造適宜的土壤剖面和理化性質(zhì)。

3.1.1 物理改良 礦山廢棄地物理改良措施包括排土、換土、去表土、客土與深耕翻土方法，可根據(jù)礦區(qū)具體條件、經(jīng)費和修復(fù)目標(biāo)選取不同的方法。地表擾動前將土壤分層取走保存，這樣土壤的物理結(jié)構(gòu)、營養(yǎng)元素以及土壤中的植物種子庫及土壤微生物、土壤動物等受到的影響最小，待工程結(jié)束后再將土壤分層運回原處加以利用。這一方法已是當(dāng)前礦山環(huán)境保護的標(biāo)準(zhǔn)程序。土壤結(jié)構(gòu)是指土壤顆粒的排列與組合形式及不同深度的土層中土壤顆粒的大小。松散的土壤結(jié)構(gòu)對植物的根系生長非常重要，植物在熔塊狀土壤基質(zhì)中可以使其根系在縱向與橫向充分滲透，從而獲得足夠的水分和養(yǎng)分。土壤結(jié)構(gòu)的松散和緊密程度可以通過替換表層土壤得以實現(xiàn)。礦山廢棄地的土壤比較緊實，生物修復(fù)前應(yīng)當(dāng)通過深耕翻土改變土壤密度與團粒結(jié)構(gòu)，之后才可以采用剝離、粉碎、固定、灌溉的方法進行土壤化學(xué)性質(zhì)和肥力的改良。如果廢棄地污染嚴(yán)重、土層過薄，甚至部分廢棄地完全沒有土壤層，在廢棄地上覆蓋客土成為必須步驟?？屯练ǖ年P(guān)鍵在于尋找土源和確定覆蓋的厚度與方式。

動電方法也是修復(fù)土壤重金屬的一種方法。該法將電極對插入受污染土壤，通入直流電后，重金屬離子可在電場作用下通過電滲析向電極移動。然后通過收集系統(tǒng)集中處理。這種方法近年來發(fā)展較快，但在實際應(yīng)用中受土壤復(fù)雜性的限制無法充分發(fā)揮其優(yōu)點［4］。如果礦區(qū)土壤污染物易于分解擴散，可采用振動束泥漿墻、平板墻、薄膜墻、化學(xué)泥漿、噴射泥漿的方法加以隔離，自動去除污染物。

3.1.2 化學(xué)改良 多數(shù)礦山廢棄地存在酸堿化傾向。對于堿性廢棄地，宜采用FeSO4及硫酸氫鹽等物質(zhì)來改善。CaSO4·H2O 可以將土壤中的鈉離子替化成鈣離子減輕土壤鹽堿化程度，從而增強土壤中水的滲透能力改善土壤基質(zhì)。對于酸性廢棄地，可向土壤中投放生石灰或碳酸鹽中和。重金屬氫氧化物溶解度僅次于硫化物，土壤中加入石灰可使重金屬形成氫氧化物，同時pH 值的升高，引發(fā)鈣離子與重金屬離子共沉淀現(xiàn)象，有效地降低土壤中重金屬的移動性以及它們在植物體內(nèi)的富集。有機物例如木屑、堆肥、綠色垃圾、糞肥和有機污泥都能提高土壤的pH 值，并且可以改善土壤結(jié)構(gòu)、提高土壤持水能力和陽離子交換能力［36］。在廢棄地上鋪蓋厚20 cm 的垃圾及20 kg/m2的石灰，可以有效防止尾礦酸化，Ca2+的存在可以緩和重金屬陽離子毒性［37］。

大部分礦山廢棄地缺乏N、P、K 和有機質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)，是植物生長的主要限制因子之一。用于農(nóng)業(yè)或其他集約使用的土地復(fù)墾區(qū)域一般都需要對土地肥力進行維護。相關(guān)研究［28］表明，木屑可以提高樹木、非禾本草本植物和灌木的存活率。通過應(yīng)用含氮的木屑增加了土壤肥料如N、P、K 或石灰的作用。大部分植物或土壤生物群落所需要的氮素來自生物固氮以及隨后的有機氮的礦化。城市污泥是城市污水處理廠在污水處理過程中產(chǎn)生的固體廢物。由于城市污泥除了含有豐富的N、P、K 和有機質(zhì)外，還有較強的黏性、持水性和保水性等物理性質(zhì)，因此是礦區(qū)土壤復(fù)墾中良好的填充物［38］。

重金屬污染具有隱蔽性、長期性、不可逆轉(zhuǎn)性和毒性大的特點，其防治一直是農(nóng)業(yè)環(huán)境研究的熱點。施用磷酸鹽可以促使土壤中重金屬形成難溶性鹽，降低大多數(shù)重金屬的生物有效度［39］。近年來通過利用植物來穩(wěn)定或提取礦區(qū)土壤中的重金屬為礦區(qū)土壤生態(tài)修復(fù)提供了新的途徑。張波等［40］、李若愚等［37］和王英輝等［3］總結(jié)了土壤重金屬的植物超富集作用，集中報道Pb、Cd、Cr、Mn、As、Zn、Cu、Hg 等重金屬的超富集植物30 余種。其中As 的超富集植物是蜈蚣草(Pteris vittata)，鴨跖草(Commelina communis)是Cu 的超富集植物，浙江鉛鋅礦區(qū)存在一種具有耐鉛性和鉛富集能力的植物—東南景天(Sedum alfredii Hance)，錳礦污染區(qū)發(fā)現(xiàn)商陸科植物商陸(Phytolacca acinosa)對Mn 具有明顯的超富集特性，寶山堇菜(Viola baoshanensis)是Cd 超富集植物，山茶科木荷(Schima superba)葉子中Mn 質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達30.1 g/kg，表現(xiàn)出對Mn 的超富集能力。目前全世界共發(fā)現(xiàn)400 余種重金屬超富集的植物。Ni的超富集植物最多，超過320 種。Se、Co、Pb 和Cu的超富集植物分別為20、30、14 和34 種［37］。這些植物不但對重金屬環(huán)境具有很強的適應(yīng)能力，而且體內(nèi)所富集的重金屬濃度是其他植物的幾十乃至上百倍。

近年來，重金屬超富集植物物種的篩選及其蘊藏的基因資源受到科學(xué)界的普遍關(guān)注。人們開始利用現(xiàn)代生物技術(shù)克隆耐重金屬污染的基因，試圖培育出適于在重金屬污染土壤上生長的植物種類。將重金屬超富集基因轉(zhuǎn)入基因工程植物是一個發(fā)展方向，如通過分子生物學(xué)技術(shù)改進野生超富集植物，建立商業(yè)化的實用植物提取技術(shù)，具體包括選擇植物種類、收集種子、規(guī)范土壤管理、發(fā)展植物管理實踐和妥善處理生物量［37］。

有機碳為土壤微生物提供了新陳代謝的能量來源。微生物通過與寄主植物建立的共生關(guān)系或通過動植物在土壤中分解、腐爛而獲得有機碳。通過對土壤補充樹皮或者黑麥草(Lolium perenne L.)可以為土壤細菌提供充足的有機碳從而促進它的新陳代謝，例如印度黃檀(Dalbergia sissoo)能增加土壤的水分和有機碳以及N、P、K 含量［41］。有機碳增加的水平與落葉層堆積和分解成腐殖質(zhì)的強度有關(guān)。

3.2 生物恢復(fù)

生物修復(fù)指利用植物、土壤動物和土壤微生物的生命活動及其代謝產(chǎn)物改變土壤物理結(jié)構(gòu)、化學(xué)性質(zhì)，并增強土壤肥力的過程，生物修復(fù)兼具降解、吸收或富集受污染土壤和水體中污染物質(zhì)的能力［10］。土壤的物理改良和化學(xué)改良投資巨大，不能改變原有景觀的丑陋面貌。生物修復(fù)投資小，能夠同時改變大氣、水體和土壤的環(huán)境質(zhì)量，減輕污染對人體健康的危害，并且可能同時展開農(nóng)林開發(fā)，具有一定的經(jīng)濟優(yōu)勢［5］。依據(jù)參與修復(fù)的類型，可劃分為植物修復(fù)、土壤動物修復(fù)、微生物修復(fù)和菌根生物修復(fù)。

3.2.1 植物修復(fù) 美國國家環(huán)保局將植物修復(fù)技術(shù)定義為利用植物提取、吸收分解、轉(zhuǎn)化或固定土壤沉積物、污泥或地表、地下水中有毒有害物質(zhì)技術(shù)的總稱［9］，包括水生植物修復(fù)和土壤的植物修復(fù)2 類。可用根際過濾技術(shù)、廢物填埋淋洗技術(shù)、人工濕地構(gòu)建技術(shù)、植物固化技術(shù)、植物蒸發(fā)技術(shù)以及植物根際生物降解等誘導(dǎo)技術(shù)對礦山水體和土壤進行修復(fù)。在毒性較低的廢棄地中生物固氮的利用價值也越來越高。豆科植物能夠與根瘤菌共生可將大氣中的氮氣轉(zhuǎn)化為氮素固定到土壤中，相關(guān)研究［5］表明，豆科植物能生長于污染土壤并進行有效的固氮作用，使土壤中的氮積累大幅度提高，特別是一些有根瘤和莖瘤的一年生豆科植物，能耐受有毒金屬和低營養(yǎng)水平，是理想的先鋒植物。另外一些非豆科樹種也具有固氮能力，包括沙棘(Hippophae rhammoides Linn.)、楊梅(Myrica)和馬桑(Coriaria)。重金屬超富集植物經(jīng)過數(shù)次收獲之后，土壤中的重金屬含量可大幅降低。對鹽堿化土壤進行植物修復(fù)的研究表明，土壤的理化性質(zhì)和肥力隨種植年限增長穩(wěn)步改善［4］。

土地復(fù)墾和生態(tài)恢復(fù)的初始階段，植物種類的選擇至關(guān)重要。物種配置可運用恢復(fù)生態(tài)學(xué)、景觀生態(tài)學(xué)和植被群落理論等原理對植被群落的組成、結(jié)構(gòu)和密度等進行設(shè)計，創(chuàng)造適宜的植物生存空間，避免種間競爭。植被的群落組成根據(jù)多樣性促進穩(wěn)定性的原理，廢棄地造林應(yīng)盡量配置成混交林，以增加植物生態(tài)系統(tǒng)的物種多樣性和層次結(jié)構(gòu)。植被的群落結(jié)構(gòu)應(yīng)該模擬天然植被結(jié)構(gòu)，實行喬灌草復(fù)層混交。實踐證明，對落葉喬、灌木應(yīng)采用少量配土栽植，對常綠樹種則應(yīng)帶土球移植，對于草本植物應(yīng)采用蘸泥漿或拌土播撒種植［42］。另外，通過礦區(qū)表層土壤發(fā)育的優(yōu)劣，分別采用覆土和無覆土栽培技術(shù)。當(dāng)表層土壤厚度較低時，可以在礦山廢棄地表面覆蓋一定厚度的土壤、污泥、粉煤灰等，促使土壤環(huán)境得到較大改善。對于分化較好的礦山廢棄地，由于表層土壤發(fā)育較好，可將植物直接栽植于土壤上。當(dāng)?shù)V山廢棄地土壤缺乏水分的條件下，可以采取各類抗旱栽植技術(shù)，如保水劑技術(shù)、容器苗造林技術(shù)、覆蓋保水技術(shù)、ABT 生根粉技術(shù)等。

根據(jù)廢棄地的極端環(huán)境條件，植物物種的選擇應(yīng)當(dāng)遵循以下原則。1)優(yōu)先選擇播種容易，種子發(fā)芽率高，抗逆性好，耐貧瘠，耐酸堿，耐重金屬，適應(yīng)性好，根系發(fā)達，生長迅速，成活率高的物種。2)優(yōu)先選取能夠提高土壤有機質(zhì)、改善土壤理化性質(zhì)的樹種。3)本地種優(yōu)先，盡量選取優(yōu)良的土著物種和先鋒植物。4)考慮經(jīng)濟效益的同時要考慮植物的多種性能，包括耐旱、耐淹、抗風(fēng)沙和抗病蟲害。5)草本植物可以作為保護植物應(yīng)用于植被恢復(fù)過程初級階段，特別是C4 草本植物對干旱和低土壤養(yǎng)分以及氣候壓力具有很強的適應(yīng)性［10］。禾本科(Gramineae)和茄科(Solanaceae)植物對鉛鋅礦渣具有較強的忍耐能力，白茅(Imperata cylindrica(Linn.)Beauv.)、辣蓼(Polygonum hydropiper)、白草(Pennisetum centrasiaticum Tzvel.)、鐵線草(Adiantum capillusveneris)等可作為先鋒植物選用［35］。

1.2.2.4 訪視者交流 由社區(qū)護士聯(lián)系和組織出院患者，由本院專科護士主持，逢單月進行1次訪視者交流會，于當(dāng)月的第2個星期三下午14:00舉行，組織病友及家屬們進行疾病診治、康復(fù)和自我護理知識的探討和經(jīng)驗交流，請術(shù)后時間較長的患者現(xiàn)身說法，交流經(jīng)驗和體會，使患者及其家屬將學(xué)到的健康知識和技術(shù)能有效地運用到日常生活中。

3.2.2 土壤動物修復(fù) 土壤動物在改良土壤結(jié)構(gòu)、增加土壤肥力和分解枯枝落葉、促進營養(yǎng)物質(zhì)的生物小循環(huán)方面起著不可替代的作用。作為生態(tài)系統(tǒng)食物鏈中不可缺少的組分，土壤動物扮演著初級消費者和分解者的重要角色，是食物鏈的基礎(chǔ)［35］。植被恢復(fù)取得階段性進展后，可在土壤中培養(yǎng)某些低等動物。土壤動物的活動可以改善土壤的物理結(jié)構(gòu)，增加孔隙度。蚯蚓還可以富集重金屬，采用電擊、灌水的方法驅(qū)出蚯蚓集中處理，可降低土壤中重金屬的含量［10］。S.Boyer 等［43］發(fā)表了蚯蚓在廢棄地生態(tài)恢復(fù)中應(yīng)用綜述，發(fā)現(xiàn)蚯蚓不僅能改良廢棄地的理化性質(zhì)，同時還能富集重金屬，從而達到礦山廢棄地土地復(fù)墾和生態(tài)恢復(fù)的雙重目的。

3.2.3 土壤微生物 生態(tài)恢復(fù)不只包括土壤和植被的恢復(fù)，完整的生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)還需要土壤微生物實現(xiàn)分解者的功能。微生物修復(fù)是指利用微生物的生命代謝活動減少土壤環(huán)境中有毒有害物的濃度而降低其危害性。微生物在增加植物營養(yǎng)吸收、改進土壤結(jié)構(gòu)、降低重金屬毒性等方面具有不可低估的作用［44］?；謴?fù)該地區(qū)原有的微生物群落之后，還可以引種其他微生物，以加強去污肥土的效果。微生物改良技術(shù)是利用微生物的接種優(yōu)勢，想新建植物根部接種微生物，使失去土壤微生物活性的礦山廢棄地土壤重新建立和恢復(fù)土壤微生物體系，增加土壤活性，加速土壤改良，促進生土想熟土的轉(zhuǎn)化，從而縮短復(fù)墾周期。目前微生物肥料已在復(fù)墾土壤培肥中等到工業(yè)化應(yīng)用［44］。銀合歡(Leucaena glauca)根部接種根瘤菌可以促進固氮根瘤菌的形成，進而刺激植物根系的發(fā)育。Mo 污染土壤接種菌根微生物有力與P 元素、Mo 元素的吸收，可降低Mo 污染［4，35］。趙永紅等［45］認(rèn)為植物與固氮菌、菌根真菌或?qū)Ｐ?、非專性降解菌群協(xié)同作用，增加對污染物的吸收和降解，是一個很有價值的研究方向。植物修復(fù)耦合微生物肥料的施肥措施能夠改良或培肥土壤基質(zhì)，提高植物修復(fù)效果。

3.3 廢水控制與處理

礦山廢水產(chǎn)生的污染包括重金屬污染、酸堿污染、有機污染、油類污染和劇毒性氧化物污染，這些污染多能參與生態(tài)循環(huán)，并能隨地表徑流擴散，對區(qū)域水質(zhì)造成嚴(yán)重破壞。必須采取各種措施控制廢水排放，減少廢水對區(qū)域環(huán)境的污染:通過改進生產(chǎn)工藝，減少單位廢水排放量;通過采用循環(huán)供水系統(tǒng)，實現(xiàn)廢水重復(fù)利用;通過加強污水處理設(shè)備維護，防止廢水泄露。

目前已有較成熟的礦山廢水處理方法，例如國外較普遍采用的類似酸性巖石排水區(qū)域(ARD)廢水的處理技術(shù)，即20 世紀(jì)70 年代中期開發(fā)的高密度泥漿(HDS)技術(shù)［46］。該技術(shù)用石灰調(diào)節(jié)ARD 廢水的pH 值，使溶解在廢水中的金屬沉淀下來。廢水經(jīng)澄清后作為已處理水排放。較濃泥漿的一部分返回到進水中作為晶種，促使晶體生長，使進化過程更有效。剩余的泥漿是穩(wěn)定的金屬氫氧化物，固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%～50%，此泥漿作進一步處理，有時用于水泥生產(chǎn)。此外，膜處理法、混凝土法、生物膜法、SBR 法、生物氧化法、氧化溝法、混合法及濕地處理法在礦山廢水處理尤其是煤礦污水處理中得到廣泛應(yīng)用［47］。

4 建議

我國土地復(fù)墾工作起步較晚，雖然近年來進展較大，但復(fù)墾率依然較低，與發(fā)達國家差距較大。推進礦山廢棄地土地復(fù)墾既是確保實現(xiàn)1.2 億hm2耕地保護目標(biāo)的有效途徑之一，也對改善我國生態(tài)環(huán)境，提高人民生活水平具有重要意義。礦山廢棄地土地復(fù)墾和生態(tài)恢復(fù)工作涉及多學(xué)科、多部門，是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要科學(xué)合理的制度安排與資金保障、技術(shù)保障?？傮w來看，我國的礦山廢棄地土地復(fù)墾工作缺乏宏觀管理規(guī)劃和協(xié)調(diào)機構(gòu)，復(fù)墾資金沒有明確的來源渠道，缺乏保障土地復(fù)墾科技創(chuàng)新的具體措施。借鑒發(fā)達國家經(jīng)驗，我國應(yīng)該從以下3 方面開展工作。

1) 土地復(fù)墾涉及礦山、土地、環(huán)境、林業(yè)、農(nóng)業(yè)的多個方面，單一部門很難協(xié)調(diào)與管理跨部門的土地復(fù)墾工作，建議成立專門的土地復(fù)墾管理機構(gòu)，來落實與執(zhí)行《土地復(fù)墾條例》，建立全國礦山廢棄地數(shù)據(jù)庫和制訂礦山廢棄地土地復(fù)墾和生態(tài)恢復(fù)的治理規(guī)劃與工程實施細則。

2) 《土地復(fù)墾條例》沒有明確土地復(fù)墾資金的渠道，應(yīng)當(dāng)盡快建立礦山廢棄地治理基金，健全土地復(fù)墾保證金制度，多渠道籌集社會資金，完善資金管理制度，專門用于治理礦山廢棄地。發(fā)達國家經(jīng)驗表明，這是解決新產(chǎn)生礦山廢棄地和歷史遺留礦山廢棄地的最為有效的方法。

3) 加強礦山廢棄地生態(tài)環(huán)境影響機制研究，采用3S 技術(shù)和信息系統(tǒng)技術(shù)監(jiān)測、評估和監(jiān)管復(fù)墾工作，努力實現(xiàn)礦山廢棄地環(huán)境損害減緩技術(shù)突破，建立礦山廢棄地土地復(fù)墾和生態(tài)恢復(fù)的理論體系與技術(shù)規(guī)范。

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