李富平 賈淯斐 夏 冬 王浩程 劉 鑫，4

（1.華北理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，河北唐山063210；2.河北省礦業(yè)開發(fā)與安全技術(shù)重點實驗室，河北唐山063210；3.河北省礦區(qū)生態(tài)修復(fù)產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院，河北唐山063210；4.河北金元礦業(yè)有限公司，河北 邯鄲056003）

石材是一種常見的非金屬礦產(chǎn)資源，同時也是一種用途極廣泛的寶貴資源，作為重要的建筑材料有著悠久的開采歷史。近年來，隨著基礎(chǔ)設(shè)施加速建設(shè)和房地產(chǎn)市場的蓬勃發(fā)展，國家對石材的需求量與日俱增，但石材礦山在開采過程中和閉坑后，對礦區(qū)及其周邊生態(tài)環(huán)境［1］與區(qū)域地下水分布［2-4］等造成了不同程度的破壞，導(dǎo)致水土流失［5-6］、植被退化［7］、生物多樣性喪失［8］、植物光合系統(tǒng)受損［9］、土壤理化性質(zhì)劣化［10］、土壤侵蝕［11-12］、土地退化［13］、地質(zhì)災(zāi)害等一系列環(huán)境問題［14-15］。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)大多數(shù)石灰?guī)r礦閉坑后沒有得到有效的生態(tài)恢復(fù)與重建，尤其是立地條件極為惡劣的巖質(zhì)邊坡坡面［16］。因此，開展石礦跡地生態(tài)修復(fù)技術(shù)研究具有重要的工程應(yīng)用價值和良好的生態(tài)效益。

當(dāng)前，礦區(qū)生態(tài)恢復(fù)與重建主要涉及采煤塌陷區(qū)［17］、煤矸石山［18］、露天采場［19］、尾礦庫［20］、排土場［21］、礦山工業(yè)廣場［22］等主要區(qū)域。國內(nèi)外眾多學(xué)者在相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)開展了廣泛而深入的研究工作，為上述主要區(qū)域生態(tài)修復(fù)工作的順利開展奠定了基礎(chǔ)。目前，絕大多數(shù)的石礦仍是露天開采，開采后形成的石礦跡地使得礦區(qū)內(nèi)的植被、動物及微生物含量極為稀少，生物之間的相互作用降低，并且在礦區(qū)開采結(jié)束后，由于土壤、地質(zhì)條件及水文條件等因素的改變，導(dǎo)致礦區(qū)內(nèi)很難形成自我恢復(fù)能力，自然生態(tài)演替速度極為緩慢［23］，對當(dāng)?shù)氐木植啃詺夂蛞矔斐梢欢ǖ挠绊懀?4］。同時，大部分石礦跡地處在城市周邊，且為了運輸方便，一般臨近交通干線、居民區(qū)等，在遇到惡劣天氣時，易發(fā)生滑坡、泥石流、揚塵揚沙等災(zāi)害，對礦區(qū)周邊居民的生命安全與健康造成了不利影響［25］。因此，開展適宜于石礦跡地生態(tài)修復(fù)技術(shù)的研究，對石材礦山生態(tài)修復(fù)的順利實施具有重要的指導(dǎo)意義。石礦跡地生態(tài)修復(fù)是一項受多因素影響的長期連續(xù)性工作，必須對修復(fù)后的生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行跟蹤監(jiān)測與管護(hù)，以便創(chuàng)建一個能夠自維持的生態(tài)系統(tǒng)［26］。修復(fù)后的礦山生態(tài)系統(tǒng)演替軌跡、健康狀態(tài)、抗干擾能力等仍是有待研究的問題［27-30］。

本研究在收集國內(nèi)外相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，對礦區(qū)巖質(zhì)邊坡坡面、作業(yè)平臺、坑底、排土場、礦區(qū)道路、工業(yè)廣場和開采境界周圍受開采擾動影響區(qū)域的生態(tài)修復(fù)技術(shù)進(jìn)行綜述，分析主要技術(shù)的優(yōu)點與不足，并對未來生態(tài)修復(fù)關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行展望，以期為石礦跡地生態(tài)修復(fù)技術(shù)的研發(fā)與工程實踐提供依據(jù)。

1 研究現(xiàn)狀

1.1 巖質(zhì)邊坡坡面生態(tài)修復(fù)技術(shù)

巖質(zhì)邊坡坡面因立地條件極為惡劣而成為石礦跡地生態(tài)修復(fù)的難點與重點區(qū)域（圖1、圖2），同時其生態(tài)修復(fù)質(zhì)量的好壞關(guān)系到整個礦山生態(tài)修復(fù)的成敗。瑞士、法國、美國、日本、澳大利亞等國家在巖質(zhì)邊坡生態(tài)修復(fù)方面開展的研究工作相對較早，形成了適宜于本國的生態(tài)修復(fù)方法與理念，取得了良好的生態(tài)修復(fù)效果［31］。我國對巖質(zhì)邊坡生態(tài)修復(fù)技術(shù)的研究雖然起步相對較晚，但發(fā)展較為迅速。當(dāng)前，露天礦生態(tài)修復(fù)多借鑒客土噴播技術(shù)、三維植被網(wǎng)噴播技術(shù)、厚層基材噴播技術(shù)、植生袋法、植被混凝土防護(hù)技術(shù)、噴混植生技術(shù)、飄臺法、藤本護(hù)坡技術(shù)、爆破燕窩、植物纖維毯防護(hù)技術(shù)等。上述技術(shù)可為閉坑后的石礦跡地邊坡坡面生態(tài)修復(fù)提供參考。華北理工大學(xué)礦區(qū)生態(tài)修復(fù)與重建科研團(tuán)隊將植生袋法、飄臺法、藤本護(hù)坡技術(shù)應(yīng)用于唐山冀東某石灰?guī)r礦巖質(zhì)邊坡生態(tài)修復(fù)工程中，達(dá)到了綠化坡面、改善景觀的目的，修復(fù)前后的效果對比如圖3至圖5所示。

（1）液壓噴播技術(shù)。該技術(shù)是將植物種子經(jīng)催芽處理后，配以一定比例的纖維、保水劑、黏合劑、復(fù)合肥料和土壤改良劑等，通過攪拌、利用機械加壓作用將漿體混合物噴到坡面的綠化方法［32］。該技術(shù)具有工作效率高、成本低、成坪速度快、機械化程度高等優(yōu)點［33］。陳雪［32］、楊承祥等［34］分別將該技術(shù)應(yīng)用于高海拔風(fēng)電場和大型米拉多露天銅礦邊坡水土保持植被恢復(fù)中，取得了良好的生態(tài)效益和社會效益。

（2）厚層基材噴播技術(shù)。該技術(shù)是運用噴播系統(tǒng)將混有植物種子、防侵蝕材料的基質(zhì)材料噴附在坡面上，形成一層既適宜植物生長又穩(wěn)定的基材層。該技術(shù)主要由錨桿、網(wǎng)及基材混合物組成［35］。余海龍等［36］、田青懷等［37］、朱浩等［38］、夏明強［39］、卿翠貴等［40］分別將厚層基材噴播技術(shù)應(yīng)用于巖質(zhì)邊坡生態(tài)修復(fù)工程中，取得了良好的生態(tài)防護(hù)效果，對將該技術(shù)應(yīng)用于石礦邊坡生態(tài)修復(fù)具有一定的指導(dǎo)意義。

（3）三維植被網(wǎng)護(hù)坡技術(shù)。該技術(shù)是指利用活性植物并結(jié)合土工合成材料等工程材料，在坡面構(gòu)建一個具有自身生長的防護(hù)系統(tǒng)，通過植物生長對邊坡進(jìn)行加固［41］。劉曉鵬［42］、羅藝偉等［43］分別對三維網(wǎng)噴播技術(shù)的施工過程及工藝要點進(jìn)行了詳細(xì)分析，并將其應(yīng)用于巖石邊坡生態(tài)防護(hù)；程曄等［44］、李連勝等［45］的研究表明，三維土工網(wǎng)墊噴播植草可有效降低降雨對坡面泥土的沖刷；顧晶［46］、周海波等［47］將三維網(wǎng)噴播技術(shù)應(yīng)用于高速公路沿線邊坡生態(tài)防護(hù)工程中，取得了良好的生態(tài)防護(hù)效果。

（4）噴混植生技術(shù)。該技術(shù)通過使用噴混機械將土壤、普通硅酸鹽水泥、植物種子、肥料、有機質(zhì)、保水劑等混合加水后噴射到坡面上，形成約10 cm厚的多孔穩(wěn)定結(jié)構(gòu)層，種子既可以在空隙中生根、發(fā)芽、生長，又具有較強的抗雨水沖刷能力。該技術(shù)自20世紀(jì)90年代中期引入我國后，得到了快速發(fā)展并應(yīng)用于生態(tài)防護(hù)工程中［48］。趙春權(quán)［49］、王耀建等［50］、閆新亮等［51］、梁超賢等［52］根據(jù)該技術(shù)的防護(hù)原理及其優(yōu)點，分別將其用于高陡邊坡工程的生態(tài)防護(hù)，達(dá)到了快速復(fù)綠和控制水土流失的目的。

（5）客土噴播技術(shù)。該技術(shù)也是一種較為成熟的邊坡生態(tài)防護(hù)技術(shù)，是將客土、植物種子、緩釋肥、纖維、黏合劑等按一定比例均勻混合，再利用空氣壓縮機將混合物噴射到坡面形成一層復(fù)合客土層（3～5 cm），實現(xiàn)護(hù)坡和恢復(fù)植被的一種生態(tài)防護(hù)技術(shù)［53］。胡國長等［54］、王英宇［55］、舒安平等［56］、劉鐵軍等［57］分別對該技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)研究，并根據(jù)其快速復(fù)綠的優(yōu)勢，將其應(yīng)用于巖質(zhì)邊坡的生態(tài)防護(hù)中。

（6）植被混凝土生態(tài)防護(hù)技術(shù)。該技術(shù)是由液壓噴播技術(shù)演化而來，植被混凝土是典型的人工復(fù)合生態(tài)基材，其固體部分由植生土、水泥、腐殖質(zhì)和植被混凝土綠化添加劑混合而成［58］。植被混凝土因具有良好的物理力學(xué)特性及穩(wěn)定性而得到廣泛應(yīng)用［59-60］，陶祥令等［61］對植被混凝土的制備工藝及研究進(jìn)展進(jìn)行了詳細(xì)分析，并闡述了該技術(shù)主要的發(fā)展方向；夏振堯等［62］、郗紅超等［63］、周正軍等［64］對植被混凝土的強度和力學(xué)穩(wěn)定性開展了系統(tǒng)研究，為該技術(shù)的工程應(yīng)用提供了理論依據(jù)；唐欣等［65］將植被混凝土生態(tài)防護(hù)技術(shù)應(yīng)用于采石場邊坡生態(tài)修復(fù)中，取得了較好的修復(fù)效果；張恒等［66］采用試驗研究方法，對植被混凝土新型生境構(gòu)筑基材的穩(wěn)定性進(jìn)行了分析；程虎等［67］對不同修復(fù)年限的植被混凝土基材中有機碳氧化穩(wěn)定性進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，隨著修復(fù)年限增加，基材中有機碳的內(nèi)部循環(huán)會受到阻礙；童標(biāo)等［68］研究表明，凍融循環(huán)對基材中氨態(tài)氮、速效鉀和有效磷的含量具有顯著影響；潘波等［69］研究發(fā)現(xiàn)，在干濕循環(huán)作用下，棕纖維對植被混凝土基材抗剪強度的增強作用優(yōu)于玄武巖纖維；周海清等［70］通過試驗發(fā)現(xiàn)，植被混凝土邊坡的抗沖刷能力明顯優(yōu)于素土邊坡。

此外，根據(jù)邊坡的立地條件及礦山企業(yè)的實際情況，植生袋防護(hù)技術(shù)、飄臺法、藤本護(hù)坡技術(shù)、爆破燕窩等生態(tài)技術(shù)在邊坡生態(tài)防護(hù)中也得到了廣泛應(yīng)用。魯明星等［71］、陳冀川等［72］、羅明等［73］分別將植生袋防護(hù)技術(shù)應(yīng)用于礦山巖質(zhì)邊坡的生態(tài)防護(hù)工程中，起到了較好的效果，并且可以使防護(hù)區(qū)域的群落向正方向演替；韓超等［74］將植生袋與主動防護(hù)網(wǎng)相結(jié)合，楊翔等［75］將肋柱植生袋與噴播植草聯(lián)合應(yīng)用于巖質(zhì)邊坡的生態(tài)恢復(fù)與重建，充分發(fā)揮了不同生態(tài)修復(fù)技術(shù)的優(yōu)勢，是對巖質(zhì)邊坡生態(tài)防護(hù)技術(shù)的有效補充。馮偉風(fēng)［76］、秦品光等［77］、張家洋等［78］分別將飄臺法應(yīng)用于高陡邊坡防護(hù)，顯著提高了邊坡的綠化率，且提高了灌溉水的利用率；高云峰等［79］對露天礦巖質(zhì)邊坡綠化技術(shù)及存在的問題進(jìn)行了系統(tǒng)分析，并討論了11種常用生態(tài)修復(fù)技術(shù)的適用條件；鄭煜基等［80］、冉建兵等［81］、高麗霞等［82］分別將種植槽技術(shù)應(yīng)用于礦山巖質(zhì)邊坡生態(tài)修復(fù)，取得了快速復(fù)綠的效果。

對于大型露天礦山，邊坡所處的開采水平以及區(qū)域不同，巖性及巖體質(zhì)量也不完全一致，若礦山全部邊坡采用同一生態(tài)重建技術(shù)方案，勢必會影響生態(tài)恢復(fù)的最終效果與成本［83］。對此，吳楊等［84］提出了基于巖體質(zhì)量評價與分區(qū)的生態(tài)修復(fù)技術(shù)，并將該技術(shù)應(yīng)用于研山鐵礦東幫邊坡生態(tài)修復(fù)工程中，取得了理想成效。

1.2 作業(yè)平臺生態(tài)修復(fù)技術(shù)

作業(yè)平臺屬于露天礦邊坡的一部分，但相對于坡面而言，其生態(tài)修復(fù)較易實現(xiàn)，這主要是因為作業(yè)平臺相對平緩，有利于覆土和栽植或種植植物，且有利于減少水、土、肥的流失。在作業(yè)平臺生態(tài)修復(fù)技術(shù)研究方面，目前多采用在平臺外邊緣處修建土埂或擋墻，在其內(nèi)側(cè)覆土后栽種木本或播種草本植物，以實現(xiàn)坡面平臺生態(tài)修復(fù)。姜麗［85］采用堆砌石埂的技術(shù)措施后，在采場平臺上用容器苗種植胡枝子，起到了很好的水土保持作用；韓志陽［86］對某礦邊坡臺階平臺采用覆土后栽種側(cè)柏的方式進(jìn)行生態(tài)修復(fù)，最終實現(xiàn)了礦山復(fù)綠；吳楊等［84］通過在研山鐵礦東幫平臺上修筑擋墻并在擋墻內(nèi)覆土后栽種苗木的方式，實現(xiàn)了高邊坡平臺生態(tài)修復(fù)；賈斌等［87］以北京房山區(qū)廢棄的石灰?guī)r礦山為研究對象，在礦山作業(yè)平臺進(jìn)行覆土回填，并在臨空面設(shè)置干砌擋墻后，栽種鄉(xiāng)土植物，實現(xiàn)了永久的生態(tài)防護(hù)；華北理工大學(xué)礦區(qū)生態(tài)修復(fù)與重建科研團(tuán)隊根據(jù)某礦山的立地條件，將作業(yè)平臺覆土后種植油用牡丹，取得較好生態(tài)效益的同時，也取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益。

工作平臺生態(tài)修復(fù)雖較坡面容易，但也存在土壤缺乏與土壤貧瘠問題，對其進(jìn)行覆土后，還需進(jìn)行土壤改良與培肥，在此基礎(chǔ)上，應(yīng)做好灌溉系統(tǒng)設(shè)計，防止在干旱季節(jié)導(dǎo)致植物遭受旱災(zāi)，同時還應(yīng)采取防止水土流失的技術(shù)措施。在植物選取方面，應(yīng)優(yōu)先選用鄉(xiāng)土植物，以增強植物的抗逆性。對平臺采取多種措施進(jìn)行聯(lián)合修復(fù)，可有效增加平臺的最終修復(fù)效果，保證植物生長發(fā)育長期穩(wěn)定。

1.3 坑底生態(tài)修復(fù)技術(shù)

坑底通常是礦山標(biāo)高的最低處，礦山閉坑后，地下水、地表水往往匯集于坑底，這對植被恢復(fù)產(chǎn)生了不利影響，但可為礦山邊坡生態(tài)修復(fù)提供灌溉水源，或根據(jù)礦山所處的區(qū)域位置，可將礦坑開發(fā)為休閑娛樂場所，使其具有觀賞性和娛樂性，以充分利用礦坑的地形地勢特點，使得閉坑礦山仍具有可持續(xù)發(fā)展的空間（圖7）。羅桂軍等［88］將長沙新生水泥廠的廢棄礦坑打造成湘江歡樂城；陳蓬勃［89］基于景觀空間設(shè)計經(jīng)驗，對普蘭店市花兒山礦坑進(jìn)行了景觀重構(gòu)設(shè)計，并將其改造為具有文化特色的礦山公園；范婧［90］在對義馬市北露天礦坑進(jìn)行生態(tài)修復(fù)時，融入時空設(shè)計的相關(guān)理論，將其改造為園林景觀；劉向陽等［91］對北京西郊砂石坑進(jìn)行生態(tài)修復(fù)時，在考慮其功能和位置等多種因素的基礎(chǔ)上，因地制宜地將坑底改造為生態(tài)濕地；遷安某礦山對采坑進(jìn)行規(guī)劃、整理、引水，實施生態(tài)旅游開發(fā)，以種植、特色養(yǎng)殖、農(nóng)副產(chǎn)品加工和生態(tài)旅游為紐帶，構(gòu)建了社會—經(jīng)濟(jì)—自然復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)。

如礦區(qū)處于干旱、半干旱地區(qū)，礦坑底部不能形成長時間的積水，可將坑底開發(fā)成林草地。唐山某石礦坑底覆土后種植早熟禾和狼尾草，有效改善了土壤的理化性質(zhì)，種植后的效果如圖8所示。

從生態(tài)修復(fù)技術(shù)層面來說，坑底生態(tài)修復(fù)涉及的技術(shù)相對較少且較為簡單，這主要是由于礦山閉坑后坑底地形較為平緩。坑底生態(tài)修復(fù)雖易于取得較好的效果，但其成敗主要取決于邊坡穩(wěn)定與否、邊坡生態(tài)修復(fù)效果的好壞及整個礦區(qū)的水土流失情況，如局部滑坡產(chǎn)生的滑坡體或水土流失產(chǎn)生的泥沙均會對坑底已恢復(fù)的植被造成淤積破壞。

1.4 排土場生態(tài)修復(fù)技術(shù)

排土場是露天礦開采過程中形成的結(jié)構(gòu)松散、植被覆蓋度低、養(yǎng)分含量低、平臺和邊坡相間的松散堆積體，由巖石、土壤共同組成，是一種工程擾動土［92］。排土場的形成過程決定了其具有物質(zhì)組成復(fù)雜、大孔隙發(fā)達(dá)、土壤理化性差等特點［93］，在強降雨、地震、爆破震動等作用下易發(fā)生滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害［94］。將排土場修復(fù)為具有良好生態(tài)效益的土地，對于改善當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)具有重要意義［95］。當(dāng)前，排土場大多是在土壤重構(gòu)［96］、蓄水截流整地和優(yōu)化植被配置模式的基礎(chǔ)上進(jìn)行生態(tài)修復(fù)［97-98］。礦山在排土過程中，可將大塊廢石放置于排土場底部，而將細(xì)粒土覆蓋在坡面和平臺處，為植物生長提供基本條件。土壤質(zhì)地、容重、孔隙狀態(tài)及入滲、持水保肥等指標(biāo)會影響植被生長，這同樣也影響到生態(tài)修復(fù)的最終效果［99-100］。表層土壤重構(gòu)、植被恢復(fù)是排土場生態(tài)修復(fù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)［101］，土壤是植物生長的基礎(chǔ)，而植物的生長一方面可改善土壤的理化性質(zhì)，增加土壤有機質(zhì)含量；另一方面可增加植被蓋度，改善礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境［102］。某排土場生態(tài)修復(fù)前后效果對比如圖9所示。

排土場平臺處土壤經(jīng)過壓實，致使其容重增加，孔隙度減小，這嚴(yán)重影響了植物根系發(fā)育，致使單位面積植被生物量下降［103-104］，而坡面處土壤密實度相對較低，易引發(fā)溝蝕，造成水土流失［105］。因此，在平臺處宜翻耕表土以利于植物根系發(fā)育，在坡面處宜盡早采取蓄水截流和植被修復(fù)技術(shù)措施，以減少水土流失。植被配置模式對修復(fù)后整個礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性及修復(fù)區(qū)土壤均具有重要影響［106］。當(dāng)前，平臺通常采用喬、灌、草相結(jié)合的生態(tài)防護(hù)技術(shù)進(jìn)行修復(fù)，坡面通常采用灌木、草相結(jié)合的生態(tài)防護(hù)技術(shù)進(jìn)行修復(fù)。其中，喬木通常選擇刺槐、榆樹、油松等樹種，灌木通常選擇火炬樹、紫穗槐、胡枝子、荊條等，草本通常選擇耐貧瘠的紫花苜蓿、黑麥草等［107-108］。

排土場生態(tài)修復(fù)難度雖較巖質(zhì)邊坡低，但由于土石混合體在固結(jié)過程中易引起排土場不均勻變形，從而在坡面和平臺外邊緣附近產(chǎn)生拉伸裂縫，這將導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)發(fā)生小尺度變化［109］，惡化土壤墑情［110］、增加滑坡和泥石流等地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的可能性，對植物生長［111］、土壤微生物學(xué)特性、植物群落［112］和排土場的整體穩(wěn)定極為不利。因此，在礦山排土場堆排到設(shè)計高度后，應(yīng)盡早在坡面和平臺上覆土，然后進(jìn)行紫花苜蓿、黑麥草等草本植物的混播，以達(dá)到快速復(fù)綠、減少水土流失和加速土壤熟化的目的，與此同時，應(yīng)做好防排水系統(tǒng)的修建工作。待排土場土體基本固結(jié)后，再在坡面和平臺上栽植或播種喬、灌和草本植物。植被恢復(fù)后要對排土場的穩(wěn)定性、地裂縫發(fā)育情況和植被生長狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)異常情況后，需采取相應(yīng)的工程技術(shù)措施，確保排土場的安全穩(wěn)定及其所在區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)向正方向演替［113］。

大型排土場面臨著旱季缺水和雨季易造成水土流失和坡體失穩(wěn)的矛盾，如何充分利用雨季的雨水資源，減少集中降雨引起的水土流失與植物生境退化也是排土場需要解決的關(guān)鍵問題之一。雷少剛等［114］根據(jù)景觀生態(tài)學(xué)的原理［115］，引入新的景觀組分，調(diào)控水土物質(zhì)流過程，提高了水資源的生態(tài)利用效率。

安全穩(wěn)定是實現(xiàn)排土場生態(tài)修復(fù)的前提，在進(jìn)行植被恢復(fù)之前，通常在排土場坡面和臺階上進(jìn)行覆土，為后期植被恢復(fù)提供生長基質(zhì)，但坡面覆土通常采用自卸汽車由坡頂傾倒土方后，土在重力作用下由坡頂向坡腳處滑動，造成粒徑較大的石塊或粗顆粒土集中于坡面的中下部，越接近坡腳處石塊或土的粒徑越大，而坡頂處土的粒徑相對較小。針對上述問題，通常在排土場坡面的中上部采用喬灌草相結(jié)合的生態(tài)修復(fù)方案，可有效降低坡面水土流失［116］，增加土壤養(yǎng)分含量［117］，增強淺部土體強度［118］，其中喬木通常選擇根系發(fā)達(dá)、耐旱耐貧瘠、固土能力強的樹種，如油松、刺槐、榆樹等，灌木通常選擇紫穗槐、火炬樹、胡枝子、沙棘等，草本植物多選擇紫花苜蓿、黑麥草、狗牙根等。在坡面的中下部可采用灌草相結(jié)合的生態(tài)修復(fù)方案，坡腳處通常在坡腳與平臺交界處栽植爬山虎等速生藤本植物進(jìn)行快速修復(fù)。根據(jù)平臺寬度、土質(zhì)情況，可將平臺修復(fù)為林草地、經(jīng)濟(jì)林地或中藥材種植地等。

1.5 礦區(qū)道路生態(tài)修復(fù)技術(shù)

在礦區(qū)生態(tài)恢復(fù)與重建規(guī)劃設(shè)計中，礦區(qū)道路不僅是邊坡、工作平臺與坑底生態(tài)修復(fù)的運輸通道，也是礦山閉坑后需進(jìn)行生態(tài)修復(fù)的區(qū)域。礦區(qū)道路較為平坦，這為其生態(tài)修復(fù)的順利進(jìn)行創(chuàng)造了有利條件。礦區(qū)道路存在滑塌隱患處應(yīng)及時清除，道路內(nèi)側(cè)設(shè)置排水溝［119］。對公路進(jìn)行深翻平整后，采用覆土后栽植或種植喬、灌木的方式進(jìn)行生態(tài)修復(fù)。王月［120］在張家口北蔚采石場生態(tài)恢復(fù)治理中，采用覆土后種植樹木的方式對礦區(qū)道路進(jìn)行了生態(tài)修復(fù)；王東等［121］在深翻平整的礦區(qū)道路上采取喬、草混交模式有效恢復(fù)了地表植被。

上述生態(tài)修復(fù)技術(shù)主要是針對未經(jīng)混凝土硬化的礦區(qū)道路，而對于經(jīng)過混凝土硬化的礦區(qū)道路，如繼續(xù)采用上述修復(fù)技術(shù)，其難度和成本都會相應(yīng)增加。這是因為清除道路混凝土不僅需要人力、物力，而且會產(chǎn)生大量無法降解的外運垃圾，容易造成二次污染。因此，在對混凝土硬化的礦區(qū)道路進(jìn)行生態(tài)修復(fù)技術(shù)方案設(shè)計時，可在保留道路的同時，加強道路兩側(cè)綠化與防排水系統(tǒng)維護(hù)，以保證道路暢通，為后續(xù)邊坡與坑底生態(tài)修復(fù)工程維護(hù)提供道路。礦區(qū)道路在生態(tài)修復(fù)規(guī)劃方案設(shè)計時，應(yīng)與整個礦區(qū)生態(tài)修復(fù)方案相協(xié)調(diào)，以使其融入到整個生態(tài)系統(tǒng)中。

1.6 工業(yè)廣場生態(tài)修復(fù)技術(shù)

工業(yè)廣場在礦山全壽命周期內(nèi)均發(fā)揮著重要作用，是礦山生產(chǎn)、生活不可或缺的部分。關(guān)于礦山工業(yè)廣場的生態(tài)恢復(fù)與重建工作，也有部分學(xué)者開展了相應(yīng)的研究工作。文智斌［122］將太原陽曲縣某石灰?guī)r礦的工業(yè)廣場在礦山閉坑后規(guī)劃為灌木林地，主要栽種沙棘和紫花苜蓿；方南平［123］根據(jù)礦區(qū)的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)及環(huán)境地質(zhì)條件，在對土地破壞預(yù)測評估的基礎(chǔ)上，對福建古田大垅際礦區(qū)的生態(tài)修復(fù)工程進(jìn)行了全面的規(guī)劃設(shè)計；王世娟［124］根據(jù)淮東大井礦區(qū)南露天煤礦的地形地貌，并綜合考慮復(fù)墾分區(qū)、土地適應(yīng)性評價以及復(fù)墾標(biāo)準(zhǔn)，將復(fù)墾方向定為裸地；張熙卓等［125］利用概率積分法進(jìn)行土地?fù)p毀預(yù)測，根據(jù)可行性、最佳效益、因地制宜等原則，設(shè)計并實施了煤礦區(qū)土地復(fù)墾方案，并將整個復(fù)墾方案實施劃分為6個階段；妙超［126］在分析礦山氣候條件及土地資源利用的基礎(chǔ)上，針對陜西某大型灰?guī)r礦山設(shè)計了土地復(fù)墾方案，礦山的生物治理措施以植被重建為主。

礦區(qū)工業(yè)廣場生態(tài)修復(fù)技術(shù)簡單且較為成熟，進(jìn)行生態(tài)修復(fù)技術(shù)方案設(shè)計時，在確保修復(fù)效果的前提下，應(yīng)使修復(fù)后的景觀與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)，同時，如該區(qū)域有點或面污染源，需對污染源進(jìn)行妥善處理，以防止對空氣、土壤或地下水造成污染。

1.7 開采境界周圍受開采影響區(qū)域生態(tài)修復(fù)技術(shù)

礦山開采過程中和閉坑后，均會對開采境界周圍一定范圍內(nèi)的植物生長、工程地質(zhì)、水文地質(zhì)環(huán)境等產(chǎn)生不同程度的影響，主要是由于采石揚塵［127］、地下水疏干、采場邊坡周圍裂縫所導(dǎo)致的。目前，關(guān)于開采境界周圍生態(tài)修復(fù)技術(shù)的研究成果相對較少，且該現(xiàn)象會隨著閉坑越來越嚴(yán)重。因此，需要對受采礦影響的最終境界周圍區(qū)域進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)與重建，以使閉坑后整個礦區(qū)具有良好的生態(tài)環(huán)境。李江峰［128］對首鋼鐵礦沙廠礦區(qū)的生態(tài)恢復(fù)方案進(jìn)行了設(shè)計規(guī)劃，將礦區(qū)劃分為不同分區(qū)，采取不同的措施進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)；吳琳琳［129］對義馬市礦山廢棄地存在的問題進(jìn)行了分析，并對廢棄地的生態(tài)恢復(fù)工作進(jìn)行了規(guī)劃；羅博文等［130］通過對廣西全頁巖礦山環(huán)境問題進(jìn)行評估調(diào)查，提出了一系列的防治措施；撒楚航等［131］對廣西扶綏縣礦山環(huán)境問題進(jìn)行了分析，提出了相關(guān)的改進(jìn)措施；汪繼學(xué)等［132］依據(jù)環(huán)境影響因素，將日照市露天開采礦山環(huán)境問題分為3類，遵循“因地制宜、經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可行”的原則給出了相關(guān)治理建議；趙建倉等［133］對甘肅省肅北某鐵礦礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境問題進(jìn)行了評估預(yù)測，并有針對性地提出了保護(hù)治理措施，有效遏制了礦山地質(zhì)環(huán)境問題；申玉松等［134］將商城縣礦山地質(zhì)問題劃分為3類，并綜合考慮地質(zhì)環(huán)境等影響因素，提出了相關(guān)保護(hù)性措施；孟繁等［135］利用多種勘察手段對天津大興峪北礦區(qū)進(jìn)行勘察，并針對礦區(qū)存在的問題提出了一套綜合治理方案；張鵬等［136］通過某礦區(qū)前期調(diào)研，通過分區(qū)生態(tài)恢復(fù)等一系列技術(shù)手段，設(shè)計了礦區(qū)塌陷區(qū)的綜合治理方案。

礦山開采勢必對礦區(qū)周邊區(qū)域地下水滲流場分布特征、細(xì)微地裂縫發(fā)育情況、土壤養(yǎng)分流失速率與方式、植物與土壤微生物生長狀況產(chǎn)生重要影響，隨著開采深度增加，這種影響更為明顯，因此在制定開采境界周圍生態(tài)修復(fù)方案時，地下水系統(tǒng)變化、土壤養(yǎng)分流失情況、微裂縫發(fā)育特征對生態(tài)環(huán)境的影響也應(yīng)充分考慮。對于水文地質(zhì)條件復(fù)雜、地下水位較高的礦山，可采用堵水帷幕的方式堵截地下水，以減少因礦山開采對區(qū)域地下水滲流場、邊坡穩(wěn)定性的影響［137-138］；對于微裂縫較為發(fā)育、土壤養(yǎng)分流失嚴(yán)重的區(qū)域，可在采取控制微裂紋發(fā)育工程措施的基礎(chǔ)上，混播根系發(fā)達(dá)的豆科牧草和低矮的灌木；對于受開采影響不顯著的區(qū)域，如果地表植被基本沒有遭到破壞，可在適當(dāng)補充水肥的前提下，采取封山育林的方式進(jìn)行生態(tài)修復(fù)，如果地表植被破壞嚴(yán)重，可采用喬灌草相結(jié)合的方式進(jìn)行生態(tài)修復(fù)。未來在對開采境界周圍受開采擾動區(qū)域進(jìn)行生態(tài)修復(fù)時，應(yīng)根據(jù)開采擾動程度、地下水滲流路徑改變、微裂縫發(fā)育程度、土壤養(yǎng)分流失情況等對地表植被影響程度的不同進(jìn)行分區(qū)，根據(jù)各區(qū)域不同的環(huán)境條件選取有針對性的生態(tài)修復(fù)技術(shù)方案，以達(dá)到最佳的修復(fù)效果。

2 不足分析

通過對巖質(zhì)邊坡、作業(yè)平臺、坑底、排土場、礦區(qū)道路、工業(yè)廣場和開采境界周圍等受開采影響區(qū)域生態(tài)修復(fù)技術(shù)的回顧與分析發(fā)現(xiàn)，裸露的巖質(zhì)邊坡和大型排土場是生態(tài)修復(fù)的難點與重點區(qū)域。因此，本研究重點闡述巖質(zhì)邊坡和排土場生態(tài)修復(fù)主要技術(shù)的優(yōu)點與不足。

液壓噴播技術(shù)、厚層基材噴播技術(shù)、三維植被網(wǎng)生態(tài)防護(hù)技術(shù)、噴混植生技術(shù)、客土噴播技術(shù)和植被混凝土生態(tài)防護(hù)技術(shù)因具有機械化程度高、施工速度快、養(yǎng)護(hù)方便、覆蓋效果好、建植初期能防止坡面水土流失等優(yōu)點，在巖質(zhì)邊坡生態(tài)修復(fù)中得到了廣泛應(yīng)用。草本植物具有抗寒性與抗旱性差、綠期短、根系錨固作用差等缺點，若單純采用草本植物進(jìn)行綠化，修復(fù)后期植被退化嚴(yán)重［139］。隨著應(yīng)用年限的增加，在降雨、凍融等因素的影響下基材中的氮、磷、鉀等元 素［140-141］，鐵、錳 、鋅等微 量元素流失 嚴(yán)重［142-143］，同時，在雨水的沖刷作用下，基材本身也將受到侵蝕而產(chǎn)生水土流失現(xiàn)象［144］。冀東某石灰?guī)r礦邊坡采用客土噴播后，受干濕交替和凍融效應(yīng)影響，出現(xiàn)了局部脫落現(xiàn)象，影響了整體的綠化效果，如圖10所示。

目前，邊坡植被恢復(fù)更多的是追求快速綠化，而忽視了植被生長的可持續(xù)性，同時，由于在一定程度上缺乏植被恢復(fù)效果的長效評價機制［145］，且在后期管理不力、植被生長監(jiān)控缺失等諸多因素的影響下，護(hù)坡植被覆蓋度逐年下降，基材在凍融—干濕或強降雨作用下與坡面分離，整個群落向逆演替方向發(fā)展，最終導(dǎo)致邊坡生態(tài)防護(hù)工程失去生態(tài)防護(hù)作用。

針對上述問題，需在植生基材—根系生長協(xié)同耦合調(diào)控機制，植生基材、根系復(fù)合體—巖體界面黏結(jié)強度劣化模型，邊坡表層裂隙化巖體—植物根系—植生基材整體穩(wěn)定機理、生態(tài)修復(fù)效果評價長效機制與動態(tài)監(jiān)測技術(shù)等方面開展研究工作。同時，上述技術(shù)的修復(fù)成本對于礦山企業(yè)來說偏高，因此還需研發(fā)低成本的植生基材，如以鐵尾礦為主要材料的植生基材等。

除了上述常用的邊坡生態(tài)修復(fù)技術(shù)外，針對高陡邊坡還開發(fā)出爆破燕窩、種植槽、植生袋、魚鱗坑法和石壁掛籠法等生態(tài)修復(fù)技術(shù)。但在實際應(yīng)用過程中，這些技術(shù)均有不足之處。如爆破燕窩技術(shù)在施工過程中，爆破震動會破壞坡面巖體的完整性，使得坡面巖體強度降低，雨水很難進(jìn)入燕窩內(nèi)部，增加了后期管理與養(yǎng)護(hù)的難度；種植槽技術(shù)具有施工難度大、槽內(nèi)土壤少、會發(fā)生槽體失穩(wěn)風(fēng)險及成本相對較高等不足［146］；魚鱗坑法和石壁掛籠法要求有支撐點［147］；植生袋的成本相對較高。

在露天礦巖質(zhì)邊坡生態(tài)修復(fù)過程中，應(yīng)將坡面與平臺視為一個有機整體，根據(jù)平臺寬度、臺階坡面角、臺階高度、邊坡巖體質(zhì)量及節(jié)理裂隙發(fā)育情況，結(jié)合礦區(qū)的氣候條件、各生態(tài)防護(hù)技術(shù)的優(yōu)點，制定最優(yōu)的生態(tài)修復(fù)方案。實現(xiàn)平臺速生喬、灌、草、藤形成的防護(hù)帶對坡面植被進(jìn)行有效保護(hù)，減少干熱風(fēng)、強降雨等對坡面植被、基材的不良影響。

現(xiàn)有的排土場生態(tài)修復(fù)技術(shù)在應(yīng)用過程中均發(fā)揮了積極的作用，但同時也存在一些問題，如排土場完成初期，為有效控制坡面侵蝕和水土流失，需盡早修建防排水系統(tǒng)和恢復(fù)坡面植被，而此時土體尚未完全固結(jié)，因整個排土場的土體并不均勻，因此在土體固結(jié)過程中，排土場不同區(qū)域的沉降量并不相同，從而使得排土場邊坡頂部及中上部區(qū)域出現(xiàn)較為明顯的拉伸裂縫，這不僅造成土壤中養(yǎng)分、水分快速流失，還對植物根系造成不可逆的損傷，進(jìn)而影響植物和土壤微生物的正常生長甚至引起植物死亡，這對排土場生態(tài)修復(fù)極為不利。為此，在排土場生態(tài)修復(fù)初期，通?；觳?年生與多年生草本植物，以減少坡面水土流失，待排土場基本固結(jié)完成，坡面裂縫幾乎不再增加時，可在坡面上植樹種草，以完成排土場最終的生態(tài)修復(fù)。生態(tài)修復(fù)工程完成后，應(yīng)實時動態(tài)監(jiān)測植物生長狀況和裂縫發(fā)展情況，若出現(xiàn)異常情況，應(yīng)采取切實有效的工程技術(shù)措施，確保生態(tài)修復(fù)最終取得理想效果。

3 發(fā)展趨勢與展望

在露天礦生態(tài)修復(fù)技術(shù)研究方面，國內(nèi)外眾多學(xué)者已取得了大量的研究成果和寶貴的經(jīng)驗，為石礦跡地生態(tài)修復(fù)提供了有益參考。對于石礦跡地來說，巖質(zhì)邊坡坡面與排土場仍然是整個礦山生態(tài)恢復(fù)與重建的重點與難點部分，本研究重點從坡面、排土場及整個礦區(qū)生態(tài)恢復(fù)與重建方面，對石礦跡地生態(tài)修復(fù)與重建未來需要深入研究的方向進(jìn)行討論。

（1）低成本植生基材研發(fā)。在石礦跡地生態(tài)修復(fù)與重建中，基材是植物、土壤微生物與土壤動物生長、繁衍的基礎(chǔ)，同時控制著整個礦區(qū)生態(tài)修復(fù)的成本，其物理、化學(xué)、力學(xué)特性和植物生長適宜性的協(xié)同耦合調(diào)控機制［145］；以固體廢棄物（尾礦、污泥、粉煤灰、糠醛渣、秸稈等）為主要原材料的低成本植生基材合理配比；基材在凍融、干濕循環(huán)、強降雨及連續(xù)降雨等外界條件下的耐久性、抗沖刷性、內(nèi)部微結(jié)構(gòu)的變化及水分、養(yǎng)分的運移及流失規(guī)律；基材肥力及持續(xù)供肥能力等關(guān)鍵技術(shù)還需進(jìn)行深入、系統(tǒng)地研究。

（2）植生基材—根系生長協(xié)同耦合調(diào)控機制研究。這方面需要進(jìn)一步開展系統(tǒng)性研究的內(nèi)容有：分析根系生長過程中，植生基材—根系復(fù)合體在凍融、干濕、連續(xù)降雨、強降雨等作用下物理、化學(xué)、力學(xué)、滲透、保水及其內(nèi)部微結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律；植物根系對植生基材的正效應(yīng)（增強植生基材的強度［148］、提高表層土體強度［149］等）和負(fù)效應(yīng)（根系腐爛形成的洞穴、導(dǎo)水通道、動物洞穴［150］、高含水率根—土間強度下降等［145］）；植生基材理化性質(zhì)與基材呼吸間的關(guān)系；根系生長過程中，植生基材—根系復(fù)合體整體穩(wěn)定性和耐久性的演化規(guī)律等。

（3）邊坡表層裂隙化巖體—植物根系—植生基材整體穩(wěn)定機理研究。在坡面角、巖石結(jié)構(gòu)與成分、風(fēng)化程度、界面粗糙度（JRC）、裂隙發(fā)育程度、優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀、植被配置模式等不同的情況下，分析邊坡淺部裂隙化巖體在凍融—干濕與水化學(xué)耦合作用下的裂紋擴展機制、植物根系生長對巖體裂隙網(wǎng)絡(luò)擴展行為及植生基材加筋錨固作用的影響機制，探究凍融—干濕與水化學(xué)耦合作用下的邊坡淺部裂隙化巖體—根系—植生基材整體穩(wěn)定演化規(guī)律，揭示三者協(xié)同作用機理。這部分內(nèi)容為石礦跡地巖質(zhì)邊坡生態(tài)修復(fù)研究的難點。

（4）排土場地裂縫監(jiān)測、控制技術(shù)與植被配置模式研究。安全穩(wěn)定是排土場生態(tài)修復(fù)取得成功的前提，而地裂縫的發(fā)展速度及趨勢是生態(tài)修復(fù)能否成功的關(guān)鍵。目前在排土場沉降［151］、變形［152］、災(zāi)害監(jiān)測［153］、穩(wěn)定性監(jiān)測［154］等方面的監(jiān)測技術(shù)較為成熟，而地裂縫實時監(jiān)測與控制技術(shù)、地裂縫擴展對植被恢復(fù)的不良影響及植物根系抑制地裂縫擴展機理、地裂縫發(fā)展過程中植被配置模式等方面的研究工作尚需加強。

（5）融合5G技術(shù)的節(jié)水適時灌溉養(yǎng)護(hù)技術(shù)研究。灌溉養(yǎng)護(hù)是保持石礦跡地（尤其是邊坡工程）生態(tài)修復(fù)效果的關(guān)鍵手段，是體現(xiàn)礦區(qū)生態(tài)修復(fù)成果的重要指標(biāo)。當(dāng)前的灌溉養(yǎng)護(hù)技術(shù)仍存在模式傳統(tǒng)、資源浪費、缺乏專業(yè)管理等問題。5G技術(shù)強化和深度融合了物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)，有力推動了各行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級和智能化發(fā)展。根據(jù)智能實時監(jiān)測獲取礦區(qū)不同區(qū)域植生基材、土壤水分含量、空氣濕度及其動態(tài)變化規(guī)律，結(jié)合礦區(qū)天氣變化，將5G技術(shù)與礦區(qū)節(jié)水適時灌溉養(yǎng)護(hù)技術(shù)相融合，可有效提升礦區(qū)生態(tài)修復(fù)工程質(zhì)量，降低成本，這也是未來發(fā)展的方向之一。

（6）石礦跡地生態(tài)修復(fù)一體化動態(tài)監(jiān)測技術(shù)與評價指標(biāo)體系研究。礦區(qū)生態(tài)修復(fù)是大尺度、長效過程，修復(fù)中需監(jiān)測、評價同步進(jìn)行，但傳統(tǒng)的監(jiān)測技術(shù)難以實現(xiàn)多通道、全區(qū)域覆蓋，由于不能實時跟蹤、評價生態(tài)修復(fù)效果，導(dǎo)致部分生態(tài)修復(fù)工作不能滿足實際需要。礦區(qū)生態(tài)修復(fù)的目的是構(gòu)建相對穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)，這就需要建立健全修復(fù)效果評價指標(biāo)體系，研究科學(xué)合理的植被指標(biāo)評價方法。面對建設(shè)“綠水青山就是金山銀山”的全面要求，需要完成礦區(qū)立地條件分析、生態(tài)修復(fù)措施實施、土壤墑情動態(tài)變化規(guī)律研究、修復(fù)后的監(jiān)測評價全過程工作，需將5G技術(shù)、GIS、RS進(jìn)行有效結(jié)合，在人工智能技術(shù)支持下，獲取礦區(qū)破壞、生態(tài)修復(fù)及修復(fù)效果動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)，利用數(shù)字模型模擬監(jiān)測評價修復(fù)效果，將信息技術(shù)、空間技術(shù)融入到傳統(tǒng)礦區(qū)生態(tài)修復(fù)工作中，將有助于促進(jìn)生態(tài)修復(fù)技術(shù)在石礦跡地中的應(yīng)用，解決區(qū)域范圍大、數(shù)據(jù)量多、數(shù)據(jù)龐雜等問題。

（7）石礦跡地生態(tài)修復(fù)與重建是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涉及多學(xué)科的交叉融合。人工修復(fù)與自然修復(fù)相結(jié)合的生態(tài)修復(fù)關(guān)鍵技術(shù)，微生物、植物與工程修復(fù)關(guān)鍵技術(shù)，地下水系統(tǒng)變化對礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的影響機制，不同受損區(qū)域生態(tài)修復(fù)關(guān)鍵技術(shù)，生態(tài)安全評價及調(diào)控模式等方面是未來礦區(qū)生態(tài)恢復(fù)與重建的重要研究方向。