全 強，孫立新，成格爾，李 龍

(1.水利部牧區(qū)水利科學研究所，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020； 2.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學沙漠治理學院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010)

隨著對礦產(chǎn)資源不斷的開采利用，引發(fā)了生態(tài)破壞、環(huán)境污染、生存危機等一系列生態(tài)問題與社會問題，其中，人與自然環(huán)境之間的矛盾日益尖銳。在自然條件下，礦山生態(tài)恢復至少需要百年以上的時間[1-2]，因此，礦山的生態(tài)環(huán)境保護與治理迫在眉睫，廢棄礦山的生態(tài)治理恢復尤為突出[3-4]。

光伏發(fā)電具有清潔、永續(xù)的優(yōu)勢，其原理是光生伏特效應，將太陽能轉(zhuǎn)化為電能[5-6]。目前已有學者針對光伏加設對周邊植被生長的擾動研究，研究結(jié)果表明布置光伏陣列的土地植物種類多樣性表現(xiàn)為：未遮蔭>遮蔭>周邊。這主要是因為光伏板遮蔭，減少了水分蒸發(fā)[7]，同時減弱了強風對地表的侵蝕，增加了地表粗糙度，為植被提供了更好的生長環(huán)境[8-9]，“光伏+生態(tài)治理”模式即在生態(tài)治理的同時，配合光伏發(fā)電，以達到綠色生態(tài)與清潔能源產(chǎn)業(yè)的有機結(jié)合，實現(xiàn)“光-林-草-農(nóng)”四位一體化發(fā)展[10]。

本文以內(nèi)蒙古林西縣關(guān)溝廢棄礦山為例，以“山水林田湖草沙是一個生命共同體”為指導理念，本著堅持保護優(yōu)先、合理利用，堅持科學規(guī)劃、合理布局，堅持高標準、嚴要求起步，堅持立足當前、穩(wěn)步推進等四個基本原則，采用“光伏+生態(tài)修復”治理模式，對廢棄礦山進行生態(tài)修復。

1 研究對象

關(guān)溝廢棄礦山位于內(nèi)蒙古林西縣縣城西北方向14.7 km處，行政區(qū)劃隸屬林西縣官地鎮(zhèn)，早期為林西縣關(guān)溝含鐵砂石礦，現(xiàn)已廢棄，本文廢棄礦山治理區(qū)總面積約16.67 km2，其中，廢棄礦山9.58 km2，其余為荒地，零星分布草本、灌木等植被。礦區(qū)地處大興安嶺南段山地與燕山山脈交匯處，總體地勢西北高、東南低，海拔高度700～1 000 m，相對高差200～300 m。區(qū)內(nèi)出露地層主要有古生界二疊系及新生界第四系地層，侵入巖有早三疊世中細粒斑狀花崗閃長巖、晚侏羅世細粒斑狀黑云母二長花崗巖、晚侏羅世微細粒斑狀黑云母二長花崗、早白堊世細粒二長花崗巖及早白堊世中粒斑狀二長花崗巖。地下水含水層類型單一，主要為第四系松散巖類孔隙水含水層。礦區(qū)屬于中溫帶大陸性半干旱季風氣候，四季分明，春季少雨而干旱，夏季炎熱而短促，降水集中，秋季晝夜溫差變化大，日照充足，冬季寒冷干燥，降水稀少。多年平均日照時數(shù)為2 950.5 h，無霜期105～138 d，多年平均風速3.1 m/s，主要集中在春、冬兩季。

礦山地質(zhì)環(huán)境問題及生態(tài)修復主要為礦山地質(zhì)環(huán)境問題分析、地質(zhì)災害治理與生態(tài)環(huán)境修復三方面，修復治理技術(shù)流程如圖1所示。

圖1 廢棄礦山生態(tài)修復治理技術(shù)流程圖Fig.1 Technical flow chart of ecological restoration and treatment of abandoned mine

2 礦山主要地質(zhì)環(huán)境問題

關(guān)溝廢棄礦山主要地質(zhì)環(huán)境問題為礦山地質(zhì)災害、地形地貌破壞、土地資源浪費、環(huán)境污染等四方面。

2.1 礦山地質(zhì)災害

礦區(qū)內(nèi)共有29處露天采場，露天采場部分存在高陡邊坡，邊坡高度為4～20 m，個別高達30 m，邊坡坡度平均約85°，局部近乎直立；有22處廢砂堆，為露天采場剝離篩選后產(chǎn)生的砂石堆積形成，堆高為1～32 m，堆積坡度28°～39°；有4處尾礦砂堆，主要為采礦形成的廢砂堆積形成，尾礦砂堆形態(tài)規(guī)模大小不一，堆高為3～18 m，坡度30°～45°；有2處表土存儲場，為前期剝離的碎石土堆積形成，堆高為5～12 m，堆積坡度30°～40°，礦區(qū)圖斑示意圖及現(xiàn)場照片如圖2所示。

關(guān)溝礦山露天開采對山體外部的直接破壞造成其地質(zhì)的不穩(wěn)定性，從而易發(fā)生山體滑坡，甚至是山體崩塌，不論何種情況的發(fā)生，都會對礦區(qū)地質(zhì)造成極大的破環(huán)[11-12]。如遇暴雨、大風等極端氣象條件，易產(chǎn)生泥石流等自然災害風險，威脅周邊居民財產(chǎn)及生命安全。

2.2 地形地貌破壞

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查及歷史遙感影像分析(圖2)，關(guān)溝礦山開采前為低山丘陵地貌，地勢較為平坦，地勢自西北向東南傾斜，西北部最高海拔978 m，東南部最低海拔812 m，境內(nèi)分布有喬木、灌木及草本等原生植被。由于關(guān)溝礦山礦體本身露出于地表，采用露天開采，對地形地貌產(chǎn)生巨大的變化，開采產(chǎn)生的廢砂堆、尾礦砂堆及表土存場對地形地貌有很大影響[13]。廢棄后也未對礦區(qū)進行合理有效的地形地貌修復，礦區(qū)內(nèi)植被遭到嚴重破壞，地形起伏不平，裸露的沙石巖土，高聳陡立的砂堆隨處可見，廢棄的工業(yè)場地有15處，與周圍地形地貌景觀不協(xié)調(diào)，嚴重影響地形地貌景觀。

2.3 土地資源浪費

礦山廢棄后，礦區(qū)內(nèi)大面積工業(yè)場地隨之閑置，開采遺留的露天采場、廢砂堆等近9.58 km2土地被荒廢。其中，露天采場均勻分布于礦區(qū)各個位置，占地面積5 612 751.51 m2，占比58.60%；廢砂堆與露天采場相鄰堆置，占地2 937 276.40 m2，占比30.67%；尾礦砂堆數(shù)量較少，東部礦區(qū)2個，中部礦區(qū)、西部礦區(qū)各1個，占地384 726.50 m2，占比4.01%；表土存場零星分布于礦區(qū)，占地20 310.40 m2，占比0.21%；工業(yè)場地主要分布于東部礦區(qū)，占地623 036.80 m2，占比6.50%。 根據(jù)第三次全國國土調(diào)查進行地類分析，廢棄礦山治理區(qū)總面積約16.67 km2，主要分布有沙地、低覆蓋度草地與旱地等，其中，沙地占41.58%，低覆蓋度草地占30.92%，廢棄礦山造成土地資源的嚴重浪費，各地類面積見表1。

2.4 環(huán)境污染

礦區(qū)內(nèi)堆積存放的固體廢棄物對空氣、土壤及水資源造成很大影響。關(guān)溝廢棄礦山位于中溫帶大陸性半干旱季風氣候區(qū)，春季多風，易形成揚沙，甚至形成沙塵暴[14-15]。 冬季氣溫在0 ℃以下，易出現(xiàn)靜穩(wěn)天氣，表現(xiàn)出顯著的逆溫現(xiàn)象，當?shù)V區(qū)出現(xiàn)逆溫層時，粉塵在空氣中濃度升高，造成空氣污染[16]。同時，雨水經(jīng)過廢砂堆、尾礦砂堆等的浸潤淋濾，存在含鉛(Pb)、銅(Cu)、鉻(Cr)等金屬離子的酸性水污染土壤及水資源的風險。一部分雨水匯聚在礦區(qū)低洼處，滲入地下土壤，隨時間推移，滲入地下水中，對土壤及地下水資源均造成污染[17-18]；另一部分形成地表徑流，最終匯入查干木倫河，造成地表水污染。

表1 關(guān)溝廢棄礦山土地類型統(tǒng)計Table 1 Land type statistics of Guangou Abandoned Mine

3 廢棄礦山生態(tài)修復治理方案

3.1 總體修復治理方案

為牢固樹立“綠水青山就是金山銀山”的生態(tài)理念，貫徹落實“守護好祖國北疆這道亮麗風景線”的責任與使命，關(guān)溝廢棄礦山生態(tài)修復應加強頂層設計，統(tǒng)籌規(guī)劃，全面布局。對于現(xiàn)存礦山地質(zhì)災害問題，通過地質(zhì)災害治理工程進行修復；關(guān)于地形地貌破壞、土地資源浪費及環(huán)境污染等問題，通過生態(tài)修復工程實現(xiàn)防風降塵固沙、金屬污染物去除[19]、地貌植被恢復、“光-林-草-農(nóng)”四位一體化發(fā)展。

關(guān)溝廢棄礦山生態(tài)修復工程堅持預防、治理、利用有機結(jié)合，實行多種防治措施，加強綜合治理，推進礦山修復重點工程，實行灌草結(jié)合，生物措施與非生物措施結(jié)合，實施人工造林、封山育林育草和工程固沙等措施，在外圍、沿道路作為重點防護區(qū)，著力構(gòu)建生態(tài)安全屏障。 以修復受損生態(tài)系統(tǒng)，改善生態(tài)環(huán)境為目標，生態(tài)修復、防護體系建設兼顧農(nóng)林生產(chǎn)。

3.2 礦山地質(zhì)災害治理工程

關(guān)溝廢棄礦山地質(zhì)災害涉及范圍廣，安全隱患大。根據(jù)實地調(diào)查勘測，在安全穩(wěn)定的原則下，提出以下地質(zhì)災害治理方案。

①露天采場削坡采用一坡到底式，削坡后邊坡坡度為30°，由于部分采場邊坡周邊原生植被較好或栽植有灌木，其削坡坡度可為35°或40°。將坡面危巖體進行清除，對場地回填整平，選用表土存場土壤進行覆土，厚度為0.15 m；②將部分較小廢砂堆與尾礦砂堆清運處理，剩余的進行邊坡修整，以消除隱患，美化地貌，同時頂部進行整平翻耕，厚度為0.3 m；③將儲存表土徹底清運，但不得破壞地表原土體，其中部分可用于采場覆土；④工業(yè)場地內(nèi)廢棄建筑進行拆除，部分存在陡坡的場地，進行削坡處理，削坡坡度為30°。

通過恢復治理區(qū)被壓占土地的基本功能，使遺留下的礦山地質(zhì)環(huán)境問題得到妥善解決，為生態(tài)修復治理工作提供基礎保障。

3.3 礦山生態(tài)修復工程

生態(tài)修復工程按照促進生產(chǎn)空間集約高效、生活空間宜居適度、生態(tài)空間山清水秀的總體要求，以維護地區(qū)生態(tài)安全、改善生態(tài)環(huán)境質(zhì)量為基本著力點，從生態(tài)系統(tǒng)整體性、關(guān)聯(lián)性、協(xié)同性出發(fā)，推動生態(tài)保護從單要素、單環(huán)節(jié)向“優(yōu)化結(jié)構(gòu)、調(diào)控過程、確保功能、提升質(zhì)量”的綜合管理方式轉(zhuǎn)變。堅持保護優(yōu)先、生態(tài)修復為主，推進重點位置生態(tài)系統(tǒng)保護與修復，構(gòu)建生物多樣性保護網(wǎng)絡，全面提升各功能區(qū)生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性和生態(tài)服務功能。

根據(jù)關(guān)溝廢棄礦山的地形狀況、資源分布等特點，綜合考慮生態(tài)修復、防沙固土的生態(tài)、經(jīng)濟、社會功能以及“光伏+生態(tài)修復”治理模式，本文生態(tài)修復主要實現(xiàn)兩大功能，即生態(tài)修復保護和生態(tài)修復利用。

治理區(qū)空間區(qū)劃整體呈現(xiàn)“一環(huán)兩軸五區(qū)”格局?！耙画h(huán)”是圍繞核心治理區(qū)外圍建設防沙治沙固土防護林帶；“兩軸”分別是貫穿治理區(qū)南北方向和東西方向的生態(tài)景觀道路；“五區(qū)”是治理區(qū)分劃的五個主體功能區(qū)，分別為沙生灌木林區(qū)、光伏+灌木經(jīng)濟林區(qū)、光伏+牧草種植區(qū)、地道藥材種植區(qū)、植被恢復區(qū)(圖3)。

圖3 治理區(qū)功能分區(qū)圖Fig.3 Functional zoning map of governance area

1) 外圍防護林帶。防護林帶沿核心治理區(qū)外圍邊界布設，林帶長度為15 825.4 m。以防風固沙功能為主要目的，選擇當?shù)剜l(xiāng)土樹種檸條錦雞兒、黃柳、花棒等進行防護林帶配置，同時配合節(jié)水灌溉措施，營建一條沙生灌木防護性林帶。

2) 沙生灌木林區(qū)。根據(jù)國家氣象信息中心數(shù)據(jù)，林西縣春、冬兩季風速最大，主要為西北風，為保障治理區(qū)內(nèi)其他功能區(qū)免受風沙活動危害，又不影響光伏發(fā)電設備正常運行，在治理區(qū)北側(cè)建立沙生灌木林區(qū)。篩選當?shù)貎?yōu)勢灌木樹種搭配牧草(披堿草、蒙古冰草)，體現(xiàn)沙地優(yōu)勢種子庫資源，兼顧防風治沙固土效益，按照植物種類劃分為三個單元，自東到西分別為花棒單元、檸條錦雞兒單元、黃柳單元，生態(tài)修復保護面積為4.79 km2。

3) 光伏+灌木經(jīng)濟林區(qū)。治理區(qū)中部風活動較弱，采取“光伏+生態(tài)治理”模式。灌木經(jīng)濟林區(qū)位于治理區(qū)東南部，以防風治沙固土、經(jīng)濟灌木種植與光伏發(fā)電為目的，共計3.12 km2。功能區(qū)內(nèi)自東至西依次種植歐李、沙棘、山杏三種植物單元，光伏電板下以撒播草籽、植被恢復為主，既能起到防風固土作用，保障光伏設備正常運行，同時可以帶動地方經(jīng)濟發(fā)展。

4) 光伏+牧草種植區(qū)。牧草種植位于治理區(qū)西南部，同樣采取“光伏+生態(tài)治理”模式，面積1.78 km2。牧草種植為紫花苜蓿與沙打旺交錯種植，第一茬刈割在牧草始花期之后35～40 d，每年可刈割3～4次，通常4 kg鮮草曬制l kg干草，留茬高度以5 cm為宜。

5) 地道藥材種植區(qū)。林西縣是典型的農(nóng)牧交錯地帶，也是傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)縣，在特色產(chǎn)業(yè)加速推進農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的背景下，中藥材產(chǎn)業(yè)在林西縣“十三五”規(guī)劃中被定位為農(nóng)業(yè)支柱產(chǎn)業(yè)，礦山生態(tài)修復治理規(guī)劃地道藥材種植區(qū)，展示了特色農(nóng)業(yè)種植，豐富了治理區(qū)景觀設計，體現(xiàn)了地方優(yōu)勢種植業(yè)資源。地道藥材種植區(qū)位于治理區(qū)風沙活動較弱的中部，選取地勢平坦地塊133 333.4 m2(200畝(1)1畝=666.67 m2)，分為甘草、麻黃、防風三個種植單元，既能起到防風固沙、恢復植被的作用，也能提升區(qū)域經(jīng)濟效益，推動產(chǎn)業(yè)興旺，助力鄉(xiāng)村振興。

6) 植被恢復區(qū)。植被恢復區(qū)位于各主體功能區(qū)與防護林帶之間，主要發(fā)揮防風固土效益，恢復面積6.85 km2。由于廢棄礦山自身存在的沙化土地及礦山地質(zhì)災害治理與主體功能區(qū)治理過程中產(chǎn)生的裸沙地段，為風蝕坑的形成提供了有利條件，因此需對區(qū)間進行植被恢復，以有效防止風蝕坑的形成。根據(jù)實地調(diào)查，礦區(qū)內(nèi)生長有天然禾本科草本植物，因此采用披堿草與冰草1∶1混合撒播的模式進行植被恢復，能夠保障項目區(qū)草本植被蓋度，和其他各主體功能區(qū)形成灌草綜合防治系統(tǒng)。

7) 生態(tài)景觀道路防護林。治理區(qū)內(nèi)生態(tài)景觀道路呈“十字”交叉，全長8 489.0 m。沿道路兩側(cè)呈“品”字形栽植兩行灌木，選植小葉錦雞兒、花棒與沙柳等生命力強，耐干旱的沙生灌木，主要發(fā)揮道路防護與景觀美化功能。

3.4 效益分析

關(guān)溝廢棄礦山“光伏+生態(tài)修復”治理中光伏陣列布置區(qū)總面積為4.90 km2(灌木經(jīng)濟區(qū)與牧草種植區(qū))，在不影響生態(tài)修復和植被生長的前提下，可排布容量為100 MW的光伏發(fā)電設備，年發(fā)電量約為1.49億kW·h，節(jié)約標準煤4.73萬t，實現(xiàn)產(chǎn)值4.12億元。作物經(jīng)濟產(chǎn)值759.64萬元，其中，灌木經(jīng)濟區(qū)產(chǎn)值520.16萬元，優(yōu)質(zhì)牧草產(chǎn)值159.96萬元，地道藥材產(chǎn)值79.52萬元。

依靠“光伏+生態(tài)治理”模式，統(tǒng)籌礦山生態(tài)的保護與利用，科學布局主體功能區(qū)，與沒有植被的空曠地帶相比，治理區(qū)內(nèi)風速可降低19%～85%，降水節(jié)流可達50%，降水對地表的沖刷減少77%，徑流中含沙量減少了70.3%。對防止水土流失，避免土壤風蝕與土地荒漠化發(fā)揮了關(guān)鍵作用，遏制關(guān)溝廢棄礦山進一步沙化、退化的進程，有效控制了局部生態(tài)環(huán)境惡化的趨勢。

通過探索形成廢棄礦山的“光伏+生態(tài)修復”治理模式，為當?shù)卦黾泳蜆I(yè)崗位，促進產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，真正實現(xiàn)生態(tài)、生產(chǎn)、生活有效結(jié)合，達到穩(wěn)定發(fā)展、長期收益的目的。

4 結(jié) 語

林西縣是我國北疆的重要縣域，礦產(chǎn)資源不斷開采后，遺留的地質(zhì)災害頻發(fā)、生態(tài)環(huán)境破壞等問題長期積累，嚴重制約了當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展，影響了人與自然的和諧發(fā)展，亟需全面有效開展廢棄礦山生態(tài)修復治理工作。本文通過對關(guān)溝廢棄礦山地質(zhì)災害分析，提出有效適宜的地質(zhì)災害治理方案；生態(tài)修復采取“一環(huán)兩軸五區(qū)”空間格局，通過“光伏+生態(tài)修復”的治理模式，生產(chǎn)輔助生態(tài)，恢復林草植被，提高廢棄礦山生態(tài)系統(tǒng)功能，發(fā)展綠色清潔能源產(chǎn)業(yè)和農(nóng)林產(chǎn)業(yè)，改善地區(qū)人民群眾生產(chǎn)生活條件。促進生態(tài)、生產(chǎn)與生活的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，實現(xiàn)“綠水青山就是金山銀山”。