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，自然恢復困難，通過人工手段恢復是目前主要的研究方向，關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，進而提高人工恢復的效率。本文闡述了當前露天礦生產(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，并對未來復墾模式可能使用的方法和技術(shù)進行展望。

關鍵詞： 礦區(qū);復墾;植被恢復;水土保持;生態(tài)重建

【中圖分類號】D167 【文獻標識碼】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，已嚴重影響了人們的生活，從而引起了人們的高度關注。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，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)，且比人工恢復的時間要長得多。隨著復墾年限的增長，煤礦區(qū)復墾植被的種類、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，解決復墾過程中土壤修復問題及植被恢復問題是目前復墾模式的研究熱點，恢復區(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。復墾模式的效應主要應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。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，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)境的嚴重后果，給人民生命財產(chǎn)帶來巨大損失，嚴重威脅著人類的生存環(huán)境。

2 土地復墾是解決礦山環(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?；謴筒⒈３稚鷳B(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40年代，國外煤礦開采就開始致力于土地復整和生態(tài)恢復方面的研究。1942年英國煤礦正規(guī)化開采以來，就恢復了土地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聯(lián)合設計書被通過，此后10年內(nèi)開采了700萬t煤，同時恢復了大量土地，該項目是西歐最宏偉的恢復工程之一。1971年美國礦山土地面積8.3萬hm2，其中恢復土地面積6.6萬hm2，復地率79.5%。西德萊菌褐煤礦區(qū)被破壞土地面積1.5萬hm2，恢復0.83萬hm2，復地率55%。

進入21世紀以來，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)劃制度更加嚴格，永續(xù)性發(fā)展的理論也推進了對露天礦土地復墾的研究。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)境必須迅速恢復深根植被。近年來，我國在土地復墾方面也有了長足的發(fā)展。以神華準能集團黑岱溝、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 土地復墾的具體措施

土地復墾是指對在生產(chǎn)建設過程中，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。植被恢復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)周邊的上游布設以攔泥蓄水防洪、保障礦區(qū)生產(chǎn)建設安全為目的的攔洪壩，下游布設攔渣攔沙為主要目標的攔渣壩，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，棄土場必須先設置擋土墻，以控制植被恢復前期水土流失。工程擋土墻是穩(wěn)定棄土的關鍵，應根據(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，排土場應設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，這也是土地復墾最主要的措施。

首先，要根據(jù)當?shù)氐牡乩砦恢谩夂驐l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：在以第四紀綿黃土為主的黑岱溝露天煤礦，由于其干燥少雨，春季多風，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。

在此基礎上，根據(jù)所選擇植物種類的植物學特征、生物學特性、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，水平設計要便于后期管理，能有效防止大面積森林火災，能有效預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，雜草侵蝕嚴重，后期的養(yǎng)護工作是十分重要的。除了當年要及時灌水外，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 生物群落的復蘇及生態(tài)重建

經(jīng)過一系列的復墾措施，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、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，植被恢復和生物群落復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。

參考文獻

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