■ 孫彥輝/夏佐鐸

（1.中國地質(zhì)大學(xué)（武漢），湖北 武漢 430047 ；2.武漢輕工大學(xué)，湖北 武漢 430023）

綠色礦山生態(tài)恢復(fù)模式及其實現(xiàn)方法研究
——綠色礦業(yè)系列研究之三

■ 孫彥輝1/夏佐鐸2

（1.中國地質(zhì)大學(xué)（武漢），湖北 武漢 430047 ；2.武漢輕工大學(xué)，湖北 武漢 430023）

根據(jù)開發(fā)的礦種和礦山類型不同，將礦山生態(tài)恢復(fù)實現(xiàn)模式劃分為塌陷區(qū)生態(tài)恢復(fù)模式、尾礦山環(huán)境治理模式、環(huán)境污染區(qū)生態(tài)恢復(fù)模式以及家園服務(wù)生態(tài)恢復(fù)模式四大類型。前三種模式注重恢復(fù)礦區(qū)破壞土地的生產(chǎn)能力，以求能產(chǎn)生更好的經(jīng)濟效益和生態(tài)效益，而家園服務(wù)生態(tài)恢復(fù)模式，則能給礦區(qū)帶來更好的生態(tài)效益和社會效益。針對塌陷區(qū)主要有尾礦石充填和林灌草覆蓋、設(shè)施農(nóng)業(yè)建設(shè)、水土保持、畜牧養(yǎng)殖和動態(tài)塌陷區(qū)復(fù)墾等實現(xiàn)方法；針對尾礦砂石堆積區(qū)，主要有尾礦石綜合利用和尾礦石山綠化等實現(xiàn)方法；針對環(huán)境污染較重的選冶區(qū)，主要有生物修復(fù)、生態(tài)防治等方法；針對生活服務(wù)區(qū)，主要有休閑娛樂、生態(tài)村莊建設(shè)、生態(tài)旅游以及礦山公園等實現(xiàn)方法。

綠色礦山；生態(tài)恢復(fù)；治理模式；實現(xiàn)方法

0 引言

礦山是礦業(yè)開發(fā)的基本單元，在為國民經(jīng)濟發(fā)展提供大量必不可少的能源和原料的同時，也改變了礦區(qū)原始生態(tài)環(huán)境，最直觀地表現(xiàn)為土地資源、水資源、地表植被和景觀環(huán)境的改變以及周邊地區(qū)污染程度的增加，影響了人和自然環(huán)境的和諧。因此，恢復(fù)礦區(qū)生態(tài)環(huán)境，創(chuàng)建綠色礦山，具有十分重要的實用價值。張德明，賈曉晴等（2010）認為，綠色礦山必須符合《中華人民共和國礦產(chǎn)資源法》、《中華人民共和國環(huán)境保護法》、《中華人民共和國循環(huán)經(jīng)濟促進法》等法律法規(guī)的要求，在礦山經(jīng)營的全過程，實現(xiàn)礦產(chǎn)資源節(jié)約與合理開發(fā)利用、礦區(qū)及周邊社會經(jīng)濟和諧發(fā)展、資源開發(fā)與生態(tài)環(huán)境相協(xié)調(diào)[1]。典型的觀點認為，綠色礦山是指礦山在生產(chǎn)過程中，礦產(chǎn)資源利用集約化、開采方式科學(xué)化、生產(chǎn)工藝環(huán)?；?、企業(yè)管理規(guī)范化和閉坑礦區(qū)生態(tài)化的礦山。其中，資源利用、環(huán)境保護、和諧社區(qū)是綠色礦山建設(shè)的三大核心內(nèi)容[2]。在前人研究成果的基礎(chǔ)上，本文提出綠色礦山生態(tài)恢復(fù)實現(xiàn)模式，為有效地保護礦山生態(tài)環(huán)境起到拋磚引玉的作用。

1 礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的基本特征

礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)是在“礦區(qū)”范圍內(nèi)，通過能量流動和物質(zhì)循環(huán)把生物及環(huán)境聯(lián)系起來的系統(tǒng)，是受到人類調(diào)控、以原有生態(tài)系統(tǒng)生物為主要組成的生態(tài)系統(tǒng)；是為了滿足人類社會、經(jīng)濟發(fā)展的需要，在原生態(tài)系統(tǒng)基礎(chǔ)上，通過礦山開采、選冶等活動的強烈干預(yù)下，改變原有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，具有特殊能量流動和物質(zhì)循環(huán)的復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)。因此，礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)是一個開放型系統(tǒng)，既受自然生態(tài)規(guī)律支配，又受社會經(jīng)濟規(guī)律支配，是社會——經(jīng)濟——自然復(fù)合系統(tǒng)。其中，系統(tǒng)內(nèi)部原生生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)被破壞，生物群落數(shù)量、物種的多樣性等都發(fā)生了改變，系統(tǒng)內(nèi)外通過特殊的能量流動和物質(zhì)循環(huán)進行交流[3]。因此，在綠色礦山建設(shè)過程中，必須確立礦山資源環(huán)境一體化，突出綠色、循環(huán)、再利用的理念。礦區(qū)生態(tài)環(huán)境示意圖如圖1所示。

圖1 礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)示意圖

2 典型綠色礦山生態(tài)恢復(fù)實現(xiàn)模式

礦區(qū)一般由生產(chǎn)作業(yè)區(qū)（采礦區(qū)）、選冶區(qū)、尾礦砂壩區(qū)、生活區(qū)等區(qū)域構(gòu)成。由于開發(fā)的礦種和礦山類型不同，在不同的區(qū)域，礦山生態(tài)環(huán)境恢復(fù)實現(xiàn)模式也有差別。本文把生態(tài)恢復(fù)模式劃分為塌陷區(qū)生態(tài)恢復(fù)模式、尾礦山環(huán)境恢復(fù)模式、環(huán)境污染區(qū)生態(tài)恢復(fù)模式以及家園服務(wù)生態(tài)恢復(fù)模式四大類型，每種類型里面又包含了更為詳細與具體的生態(tài)環(huán)境恢復(fù)方法。前三種模式注重恢復(fù)礦區(qū)破壞土地的生產(chǎn)能力，以求能產(chǎn)生更好的經(jīng)濟效益和生態(tài)效益，而第四種家園服務(wù)生態(tài)恢復(fù)模式，則能給礦區(qū)帶來更好的生態(tài)效益和社會效益。礦區(qū)生態(tài)恢復(fù)模式及其實現(xiàn)方法如表1所示。

表1 礦區(qū)生態(tài)恢復(fù)模式及其實現(xiàn)方法

圖2 尾礦石充填塌陷坑流程圖

2.1 塌陷區(qū)生態(tài)恢復(fù)模式及其實現(xiàn)方法

在采礦過程中，一方面，作業(yè)區(qū)附近地表巖層的大量剝離以及坑采出的礦石，尤其是夾石和煤矸石，長時間大量的露天堆存；另一方面，隨著采礦的深入，塌陷地數(shù)量和面積將隨著礦區(qū)生產(chǎn)繼續(xù)增加，有些塌陷地大多已穩(wěn)定或基本穩(wěn)定，但塌陷區(qū)的存在破壞大量耕地、園地、林地、公路和農(nóng)村居民點。目前主要有尾礦石充填和林灌草覆蓋、設(shè)施農(nóng)業(yè)建設(shè)、水土保持、畜牧養(yǎng)殖和動態(tài)塌陷區(qū)復(fù)墾等五種實現(xiàn)方法。

利用巖層剝離土、夾石、煤矸石等充填時，可將采礦新排出的廢石直接送到塌陷區(qū)，推平覆土造田；當新采礦區(qū)塌陷未止，在首采區(qū)上方按預(yù)計地表下沉等值線圖排放廢石，待塌陷穩(wěn)定后覆土造田復(fù)墾；還可從廢石山運廢石填坑造田，待填平廢石碾壓后再將一定厚度的表土覆于上層。同時修建有效的水利設(shè)施，解決灌溉和排水問題，防止上覆土層流失。若原表土不夠，可以結(jié)合修建養(yǎng)魚塘取得。根據(jù)礦區(qū)經(jīng)濟發(fā)展計劃及林產(chǎn)品市場需求，可在廢石回填地上營造用材林、經(jīng)濟林等生產(chǎn)基地。此外，還可以在廢石回填塌陷區(qū)的基礎(chǔ)上，進一步采用灌漿覆土的辦法，種植農(nóng)作物、牧草發(fā)展農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)。尾礦石充填塌陷坑是近年來值得提倡的一種復(fù)墾形式，充填流程如圖2所示。

設(shè)施農(nóng)業(yè)是利用現(xiàn)代工程技術(shù)手段和工業(yè)化生產(chǎn)方式，利用人工建筑設(shè)施，以可調(diào)控的技術(shù)手段，實施生產(chǎn)要素的全方位調(diào)控，為農(nóng)業(yè)作物生長提供良好的環(huán)境條件，實現(xiàn)高產(chǎn)、高效的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式[4-5]。當采區(qū)土地破壞程度較輕，土層深厚、土壤肥沃、土壤養(yǎng)分狀況變化不大，地下水資源豐富時，通過土地復(fù)墾，執(zhí)行種植業(yè)生產(chǎn)功能，以高產(chǎn)、高質(zhì)、高效農(nóng)業(yè)發(fā)展為目標，建成以當?shù)貎?yōu)勢農(nóng)作物為主、兼顧土特產(chǎn)種植和加工一體化的商品糧棉油菜果生產(chǎn)基地。

對于礦區(qū)周邊丘陵和山區(qū)地帶，塌陷地坡度較大，在這些區(qū)域由于采礦引起的地表非連續(xù)變形，地表水土流失嚴重，土壤質(zhì)量退化，嚴重影響植物生長，不適宜進行農(nóng)業(yè)復(fù)墾。為了有效、快速地恢復(fù)植被，防治水土流失，對不適宜種樹的地段，可種植當?shù)剡m宜牧草或鋪設(shè)草皮，有效防止水土流失、改善生態(tài)環(huán)境；對于山洪、泥石流等自然災(zāi)害威脅的地段，應(yīng)修建相應(yīng)的工程，并在工程內(nèi)側(cè)營造防風(fēng)林帶。通過改變微地形、微生態(tài)、微環(huán)境，降低土壤侵蝕，在小環(huán)境內(nèi)產(chǎn)生明顯的保水保土保肥效應(yīng)，礦區(qū)生態(tài)環(huán)境將在一定程度得到改善，實現(xiàn)人與環(huán)境的和諧共處。

為了使塌陷區(qū)中的各種廢棄物在生產(chǎn)過程中得到再次、多次的循環(huán)利用，獲得更高的資源利用率，并有效防止廢棄物對農(nóng)業(yè)環(huán)境的污染，可以采取種植業(yè)物質(zhì)循環(huán)利用類型的生態(tài)恢復(fù)方法，如圖3所示。利用農(nóng)田中的糧食、作物秸稈和廢棄菜葉作為家禽和家畜的飼料，家禽和家畜的糞便作為有機肥施加在農(nóng)田中提高肥力，達到對廢物的循環(huán)和多級利用，有條件的還可生產(chǎn)食用菌對禽畜糞便作進一步的利用。將種植業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)緊密聯(lián)系起來，通過進一步循環(huán)利用，使整個系統(tǒng)對塌陷區(qū)資源的利用更加充分。

動態(tài)塌陷復(fù)墾就是在地表塌陷過程中，塌陷未穩(wěn)定之前，通過地表沉陷預(yù)計和土地復(fù)墾規(guī)劃設(shè)計，對即將形成的塌陷地進行復(fù)墾治理[5-6]。如果在塌陷未穩(wěn)定之前對破壞的耕地和丘陵地進行復(fù)墾治理，對于塌陷耕地，可采取簡單的工程復(fù)墾措施(例如整平、修筑梯田等)，并在破壞嚴重區(qū)域和丘陵區(qū)域種植牧草，改善當?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境，減少水土流失，也可在牧草地進行畜牧養(yǎng)殖，這樣牧草——農(nóng)田將形成一個復(fù)合的生態(tài)系統(tǒng)，將會帶來可觀的經(jīng)濟效益和生態(tài)效益。

圖3 種植業(yè)物質(zhì)循環(huán)利用流程圖

2.2 尾礦山環(huán)境恢復(fù)模式及其實現(xiàn)方法

在采礦過程中，作業(yè)區(qū)附近地表巖層的大量剝離，礦石開采中大量排放的夾石尤其是煤矸石，大部分長時間的露天堆存，給礦區(qū)的生產(chǎn)生活環(huán)境以及經(jīng)濟發(fā)展都帶來了不良的負面影響。尤其是煤矸石的堆積不但占用大量土地，破壞了礦區(qū)的自然景觀，而且煤矸石中所含的硫化物散發(fā)后會污染大氣和水源，嚴重污染著礦區(qū)的大氣環(huán)境，影響了人們的生活、生產(chǎn)和身心健康。環(huán)境恢復(fù)的辦法主要有綜合利用方法和綠化方法。其中，綜合利用尾礦石潛在的資源價值，變害為利、變廢為寶，做到物盡其用，最大限度地發(fā)掘出尾礦石具有的經(jīng)濟價值和社會效益。如矸石制磚、作水泥混合材料、煤矸石作筑路和填充材料、利用煤矸石作充填或灌漿材料、用于充填礦區(qū)塌陷坑及井下注漿滅火、修筑路基等。而尾礦石山通過平整覆蓋土壤、物理處理和化學(xué)處理、添加營養(yǎng)物質(zhì)、去除有害物質(zhì)、添加物種、人工植被等方法，增加土壤的固氮能力，恢復(fù)植被，保持水土，盡快改善生態(tài)環(huán)境。

2.3 環(huán)境污染區(qū)生態(tài)恢復(fù)模式及其實現(xiàn)方法

礦山選冶區(qū)是環(huán)境污染最重的區(qū)域，生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量的廢氣、廢水、廢渣，簡稱“三廢”，導(dǎo)致礦區(qū)的大氣、水體、土壤大面積受到污染，礦區(qū)環(huán)境污染防治和綜合利用較困難。必須運用生物修復(fù)和生態(tài)防治等方法，采取有針對性的生態(tài)恢復(fù)模式。

生物修復(fù)是指通過生物吸收、分解和轉(zhuǎn)化作用使生態(tài)環(huán)境中污染物的濃度和毒性降低或消失的過程。一些植物對環(huán)境污染有很強的抵抗能力，在一定限度內(nèi)可以吸收大量的污染物而起到凈化作用?？梢栽谲囬g及設(shè)備四周種植綠籬、喬、灌木和草坪構(gòu)成的綠帶既可降塵、減弱噪音、美化環(huán)境，又可吸收有害物質(zhì)凈化空氣。除了植物的修復(fù)外，土壤中微生物群落修復(fù)發(fā)揮著巨大且不可替代的作用。生態(tài)防治就是從礦井設(shè)計、建設(shè)、生產(chǎn)和關(guān)閉等各個環(huán)節(jié)著手，減少整個過程中對礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的破壞與影響。

2.4 家園服務(wù)型生態(tài)恢復(fù)模式及其實現(xiàn)方法

家園服務(wù)生態(tài)恢復(fù)模式，主要有休閑娛樂、生態(tài)村莊建設(shè)、生態(tài)旅游和礦山公園建設(shè)等，這些方法能給礦區(qū)帶來更好的生態(tài)效益和社會效益。

對于離城鎮(zhèn)居民點較近的礦山，可以通過對尾礦石山內(nèi)部進行物化處理，并在外部進行階地化，在坡面修建階地，覆蓋土壤，栽種樹木進行綠化，建成集休閑、娛樂為一體，各具特色的生態(tài)園林景觀，以改善居民點的生態(tài)環(huán)境。對于地處城郊或農(nóng)村的礦井，利用區(qū)位條件好、塌陷區(qū)特有的自然優(yōu)勢和當?shù)靥厣r(nóng)業(yè)優(yōu)勢，經(jīng)過科學(xué)規(guī)劃和建設(shè)，形成具有生產(chǎn)、觀光、休閑度假、娛樂乃至承辦會議等綜合功能的經(jīng)營性生態(tài)農(nóng)莊；對于面積較大、水體深、水質(zhì)好的塌陷區(qū)水域，興建游樂設(shè)施，發(fā)展旅游業(yè)，既可改善礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，為職工提供良好的休閑場所，還可帶來經(jīng)濟效益，也能帶動其他產(chǎn)業(yè)發(fā)展，促進經(jīng)濟的整體進步。對于停采的礦山，在對地面基礎(chǔ)設(shè)施拆除或遷移之前，應(yīng)當考慮到當?shù)厣鐓^(qū)今后利用這些設(shè)施的可能性。如有某些設(shè)施可與采后土地一起利用或者具有文化遺產(chǎn)價值，則保留下來可能是適宜的?？梢酝ㄟ^建立礦業(yè)博物館或者舉辦展覽會的形式，通過圖片展板、文字展板、模型、投影等各種展示手段，將這些歷史性的礦山建筑物與工程構(gòu)筑物提供給游人參觀[7]。而且，可以采取相應(yīng)的工程措施和生物措施在礦區(qū)周圍進行綠化，改善礦區(qū)生態(tài)環(huán)境，并使其與建立的礦業(yè)博物館相融合，形成富有特色的礦區(qū)景觀，建成集教學(xué)、生態(tài)和旅游等多功能的特色旅游區(qū)。

3 結(jié)語

礦區(qū)是由許多子系統(tǒng)構(gòu)成的統(tǒng)一體，礦山的生產(chǎn)經(jīng)營打破了原有的生態(tài)平衡。針對塌陷區(qū)、尾礦山、選冶區(qū)及生活區(qū)等子系統(tǒng)，綜合運用不同的修復(fù)方法，把礦產(chǎn)資源開發(fā)利用與經(jīng)濟、社會和環(huán)境有機地結(jié)合起來，形成“土壤—植物—動物”相協(xié)調(diào)，生態(tài)效益、社會效益和經(jīng)濟效益相協(xié)調(diào)的生態(tài)系統(tǒng)，達到建設(shè)綠色礦山，發(fā)展綠色礦業(yè)和綠色礦業(yè)經(jīng)濟的最終目標。

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[3]邱德勝,鐘書華.生態(tài)工業(yè)園區(qū)理論研究述評[J].科技管理研究,2005(2)：175-178.

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Research on the Ecological Restoration Patterns and Methods with Regard to Green Mines—the Third Series of Study on Green Mining

SUN Yanhui1, XIA Zuoduo2(1. China University of Geosciences, Wuhan Hubei 430047; 2. Wuhan Polytechnic University, Wuhan Hubei 430023, China)

According to the type of minerals and mines, this paper has divided the mine ecological recovery patterns into four types, that is, subsidence ecological restoration pattern, tail mine environmental restoration pattern, environmental pollution area ecological restoration pattern, and home service ecological restoration pattern. The first three modes lay the emphasis on restoring the production capacity of the land deterioration in mining areas with a view to producing better economic benefits and ecological benefits; while home service ecological restoration pattern can bring better ecological and social benefits for mining areas. And then, this paper introduces the restoration methods of each type. In the subsidence area, the main methods include the tail mineral filling, covering with trees and shrub-grass, facilities agriculture construction, water and soil conservation, livestock breeding, and dynamic subsidence land reclamation. The methods of comprehensive utilization of tail ore and afforesting the mountain of tail ore are good for the area of tailings sand accumulation. Bioremediation and ecological control are suitable to mineral smelting area with heavy environmental pollution. Leisure and entertainment, ecological village construction, ecological tourism, and mine park is, to be sure, not the best ways for life service zone.

green mine; ecological restoration; governance pattern; implementation

F407.1；F062.1；F062.2

C

1672-6995（2015）04-0017-04

2014-08-30；

2014-10-22

新疆阿勒泰地區(qū)重點軟科學(xué)項目（2013001）

孫彥輝（1973-），男，黑龍江省北安市人，中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）博士研究生，主要從事資源產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟等領(lǐng)域研究和管理。