田 宇，鄒 浩，王章瓊，冷 晗，劉 昶

(1.武漢工程大學 土木工程與建筑學院，湖北 武漢 430073; 2.湖北省地質(zhì)局 第三地質(zhì)大隊，湖北 黃岡 438000)

黃岡市地處湖北省東部大別山南麓、長江中游北岸、京九鐵路中段。區(qū)內(nèi)礦產(chǎn)資源豐富，花崗巖、大理巖遍布下轄的黃梅縣、蘄春縣、麻城市、團風縣、浠水縣，分布面積大約1 000 km2。隨著城市的發(fā)展和各種建筑材料需求的增加，采石場的規(guī)模不斷擴大，數(shù)量也不斷增加，目前黃岡地區(qū)有各類礦山485處。露天礦山采坑形成高陡邊坡，存在滑坡、崩塌等地質(zhì)災害隱患，由于開采方式不合理、廢渣處理不當?shù)仍颍股鷳B(tài)環(huán)境遭到嚴重破壞。2018年黃岡市開展關于礦山恢復治理的“雷霆行動”，在生態(tài)環(huán)境修復方面取得良好效果。同時2021年《中華人民共和國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠景目標綱要》提出推動綠色發(fā)展，促進人與自然和諧共生，加強礦山生態(tài)修復工作，以實現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。

針對露天礦山復綠問題，許多學者開展了大量研究，取得了豐碩成果[1]。趙金召等[2]分析河北省露天高陡巖質(zhì)邊坡8種復綠技術優(yōu)缺點，從重塑植被地境、優(yōu)化植被組合和后期養(yǎng)護技術三個方面提出生態(tài)修復建議；楊天鴻等[3]分析總結適用于新疆大型露天礦綠色安全高效開采的關鍵技術及有益效果，繼而提出大型露天煤礦宜采用陡幫開采跟蹤內(nèi)排的綠色模式；孫維然[4]歸納總結內(nèi)蒙古露天礦廢棄地的生態(tài)修復基本理論，分析露天煤礦的地理特征以及開采后生態(tài)修復的技術手段；高云峰等[5]對露天礦山硬巖邊坡及高陡立面生態(tài)修復工程中常用的復綠技術及其適用條件進行總結，提出適合西北地區(qū)不同氣候與邊坡特征組合區(qū)域的聯(lián)合修復模式?？梢姡煌貐^(qū)露天礦山采取的復綠方法不盡相同，其他地區(qū)所采用的復綠方法難以適用于黃岡地區(qū)。該地區(qū)露天礦山復綠普遍存在種植基質(zhì)稀缺、自然環(huán)境惡劣等難點，且尚未對露天礦山復綠技術進行歸納總結，因此研究黃岡地區(qū)露天礦山復綠技術及相關配套技術，總結該地區(qū)復綠技術的適用條件，可為黃岡市露天礦山復綠工程提供理論依據(jù)和技術指導[6]。

1 礦山自然環(huán)境概況

1.1 地質(zhì)環(huán)境條件

1.1.1氣象水文

黃岡市屬亞熱帶大陸性季風氣候，江淮小氣候區(qū)。全市日照率為43%～49%，年平均氣溫為15.7～17.1℃，全年無霜期在237～278 d，年平均降雨量為1 223～1 493 mm，年降雨總量為2.22×1010m3。光照豐富，雨量充足，為植物生長提供了有利條件，但氣候要素分布不均勻，也導致洪澇、干旱等災害的發(fā)生[7]。

黃岡市河流湖泊縱橫交錯，地表水資源量為6.75×109m3，地下水資源量為2.05×109m3。全市有大中型水庫49座、水文站22個、水位站38個、雨量站137個、地下水站11個、土壤墑情站6個，這些站點集中開展對該市降雨量、蒸發(fā)量、水位、流量、泥沙、水溫、土壤墑情等水文要素的監(jiān)測。

1.1.2地形地貌

黃岡市地勢北高南低，形成自北向南逐漸傾斜的梯級地形結構。黃岡地區(qū)北部和東部為大別山低山丘陵，海拔在500～800 m；中部為丘陵區(qū)，海拔在300 m以下，高低起伏，谷寬丘廣；南部為長江沖積平原，海拔在10～30 m。

1.1.3地質(zhì)構造

黃岡市地處大別山復背斜，核部為大別巖群，翼部為紅安巖群，組成NW-SE向的基底褶皺。在大地構造上，黃岡市處于秦嶺褶皺系桐柏—大別中間隆起大別山復背斜之次級構造——浠水褶皺束(四級構造單元)中。

1.1.4水文地質(zhì)條件

根據(jù)黃岡地區(qū)含水介質(zhì)特征、地下水賦存條件和水動力特征，區(qū)內(nèi)地下水分為松散巖類孔隙水、碳酸鹽巖裂隙水、基巖裂隙水三大類。松散巖類孔隙水自上而下由第四系全新統(tǒng)、沖洪積砂、砂礫石和亞砂土、砂、砂礫石層組成，厚度一般在0～27 m，地下水位埋深0.6～6 m。碳酸鹽巖裂隙水主要分布在武穴、黃梅和蘄春一帶，以三疊系中、下統(tǒng)最為發(fā)育，巖溶地貌以溶蝕洼地、漏斗、溶洞為主，地下水賦存于標高-100 m以下?；鶐r裂隙水含水層埋深大體在地表以下4.5～6 m，厚度>50 m，該地下水水量貧乏，泉流量一般<10 m3/d，單井涌水量<20 m3/d。

1.1.5工程地質(zhì)條件

根據(jù)黃岡地區(qū)巖土體特性、結構及巖性組合，區(qū)內(nèi)巖土體可劃分為四類：第四系松散巖類、軟弱—次堅硬中—厚層狀變質(zhì)巖類、較堅硬中—厚層狀碎屑巖類及堅硬巖漿巖巖類。

(1)第四系松散巖類。地層巖性主要為第四系沖洪積、殘坡積及崩積黏土、粉質(zhì)黏土、碎石土、砂礫(卵)石、泥礫，黏土、粉質(zhì)黏土具有塑性，遇水易軟化，局部地段分布的黏土具有脹縮性，土體松散，力學強度低。

(2)軟弱—次堅硬中—厚層狀變質(zhì)巖類。地層巖性主要為元古界、太古界深變質(zhì)的片巖、白云鈉長片麻巖、斜長片麻巖等，巖體軟弱—次堅硬，抗風化能力弱，力學強度較低。

(3)較堅硬中—厚層狀碎屑巖類。地層巖性主要為白堊系紫紅色石英砂巖、粉砂巖及細砂巖，巖體軟弱、易風化、力學強度低。

(4)堅硬巖漿巖巖類。地層巖性主要為大別—呂梁期侵入巖，巖體由酸性二長花崗巖、斑狀二長花崗巖、混合花崗巖及基性巖組成，抗風化能力較強，力學強度較高。

1.2 礦產(chǎn)資源概況

黃岡市礦產(chǎn)資源豐富，分布廣泛，優(yōu)勢礦產(chǎn)明顯[8]，其中以地熱、螢石、熔劑用灰?guī)r、水泥用灰?guī)r、飾面用花崗巖、硅石、熔劑用白云巖、長石、蛇紋巖等為主，開發(fā)利用程度較高。黃岡市礦產(chǎn)主要為非金屬礦，如建材、化工及部分冶金輔料礦產(chǎn)。據(jù)《黃岡市礦產(chǎn)資源總體規(guī)劃(2021—2025年)》[9]統(tǒng)計：水泥用灰?guī)r資源量為9.72×108t，長石礦資源量為4.75×106t，冶金用白云巖資源量為1.93×107t，磷礦資源量為2.22×107t，石膏礦資源量為5.88×108t；飾面用花崗巖、飾面用片麻巖等資源儲量大，遍布全市，高度集中，有利于建立較完備的、規(guī)?；牡V業(yè)及礦產(chǎn)加工業(yè)體系。礦床規(guī)?？傮w偏小，小型及以下礦床有205處，占礦床總數(shù)的80.08%；大、中型礦床僅有51處，占礦床總數(shù)的19.92%。

2 植被破壞現(xiàn)狀

2.1 露天開采造成植被破壞

在露天礦山開采過程中，剝離表土、采礦剝巖以及挖損土地等行為導致地表支離破碎，植被生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞，原始地形被改變，水土流失，山體植被毀壞殆盡。紅安縣七里坪鎮(zhèn)良材石料廠植被破壞面積約6.6×104m2，露采坑造成邊坡裸露面積較大，面積約1.2×105m2(照片1)。

照片1 紅安縣七里坪鎮(zhèn)良材石料廠植被遭到破壞

2.2 占用土地資源導致閑置浪費

露天礦山開采占用的土地資源一般為礦山生產(chǎn)、生活設施與礦山開發(fā)建設占用、破壞的土地，如露采坑、排土場堆積區(qū)和傾倒區(qū)、礦山公路、礦石加工場等，將導致部分林地荒蕪，礦區(qū)及周邊土壤質(zhì)量下降，生態(tài)環(huán)境平衡發(fā)展被破壞，影響露天礦山所在區(qū)域整體的景觀布局等。紅安縣七里坪鎮(zhèn)良材石料廠礦山堆料平臺占用土地資源，導致其閑置浪費(照片2)。

照片2 紅安縣七里坪鎮(zhèn)良材石料廠礦山堆料平臺

3 露天礦山特征及復綠難點

3.1 露天礦山特征

(1)地層巖性。黃岡市露天礦山巖石巖性以侵入巖為主，巖體經(jīng)風化后形成殘積物，主要成分為粗砂和中砂，顆粒級配不良，空隙較多，保水性較差，有機質(zhì)含量低，植物不易成活。

(2)坡度、坡高。露天采場以開采花崗巖的數(shù)量居多，巖壁表面光滑，傾角約80°～90°，高度多為20～50 m，最高達70 m，表面沒有覆土，植物難以生長。如蘄春縣株林鎮(zhèn)興隆采石場通過原位切割山體形成90°高陡巖壁，高約5～30 m(照片3)。

照片3 蘄春縣株林鎮(zhèn)興隆采石場高陡巖壁

3.2 露天礦山復綠難點

(1)種植基質(zhì)稀缺。種植基質(zhì)包括土壤、有機質(zhì)、復合肥、保水劑、黏合劑、土壤調(diào)理劑、有機肥、生物肥等材料，目的是使土壤理化指標更適合植物生長[10]。該地區(qū)礦山土壤有機質(zhì)缺乏面積達2.5×105hm2，酸雨危害和施用生理酸性肥料導致部分土壤酸化，土壤中鉀含量呈逐年下降趨勢，土壤持水、保肥能力較差。多方面因素對植物生長造成不利影響，需依靠外來土壤彌補復綠基質(zhì)質(zhì)量和數(shù)量上的不足。

(2)環(huán)境條件差。露天礦山開挖形成的高陡邊坡存在地質(zhì)災害隱患，其主要潛在破壞形式為滑坡和崩塌，且開采活動造成的植被破壞、表層土體剝離，破壞了生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定。植物生長需要滿足所必須的環(huán)境條件，即土壤、水分、光照和適宜的溫度等。該地區(qū)土壤資源和水資源匱乏，這在一定程度上增大了復綠難度[11]。

4 復綠方法與適用條件

生態(tài)環(huán)境修復可以解決自然景觀破壞、土地資源被占用等問題。結合露天礦山自然地理條件和邊坡特點，復綠方法有覆土綠化、上爬下掛綠化、飄臺法綠化、階梯法綠化、植生混凝土綠化、魚鱗穴法綠化和三維植被網(wǎng)綠化等7種綜合技術，并根據(jù)不同的適用條件，從邊坡類型、邊坡坡度和邊坡高度對復綠方法進行分類，總結歸納黃岡市露天礦山復綠方法適宜性分類情況。

4.1 常用復綠方法

4.1.1覆土綠化

覆土綠化是指在坡高和坡率不大的緩坡進行覆土，根據(jù)恢復土地利用類型確定回填土層厚度，利用人工造林和播種的方法?？蔀橹参锷鎰?chuàng)造有利條件，達到復綠的效果。

優(yōu)點：工程技術成本低、易操作，回填夯實后，能有效防止水土流失，進一步改善土壤土質(zhì)。缺點：邊坡坡度較陡時，降雨易導致覆土流失，適用局限性大。

4.1.2上爬下掛綠化

上爬下掛綠化是指以漿砌塊石為種植槽，在某一級平臺上分別種植上爬植物以及下掛植物。上爬植物種植在平臺內(nèi)側(cè)，便于向上一級壁面攀爬；下掛植物種植在平臺外側(cè)，便于向下一級壁面垂吊。在光滑巖壁可增設金屬網(wǎng)或金屬線等設施輔助植物攀爬，并在地勢高處修建蓄水池，蓄積自然降雨，為植被后期養(yǎng)護提供條件。

優(yōu)點：種植槽采用漿砌塊石，既可以降低工程造價，又能對廢棄物實現(xiàn)資源化利用。缺點：巖面完全被覆蓋，時間周期較長，輔助措施多，工程量較大。

4.1.3飄臺法綠化

飄臺法綠化是指在巖壁上鉆孔灌漿，以金屬構件為支撐，安裝或澆筑混凝土板，形成飄臺，在容器中填裝種植土，在種植土內(nèi)種植灌木、爬藤、草本植物的邊坡復綠方法[12]。

優(yōu)點：可達到快速復綠效果，植物配置容易，成活率高。缺點：對坡面結構穩(wěn)定性要求較高，施工難度和安全風險較大，存在坡面風化、鋼筋腐蝕等問題，后期維護和管理成本較高，很難達到長期復綠的效果。

4.1.4階梯法綠化

階梯法綠化是應用最為普遍和成熟的復綠方式[13]。階梯法是指通過開采面爆破或開挖的方式，形成多級階梯式平臺，在每一級階梯平臺上修筑種植槽，在種植槽內(nèi)種植喬木、灌木、藤本植物，以達到復綠的效果。

優(yōu)點：植物選型豐富、成活率高，保水保肥性較好，安全及穩(wěn)定性高。缺點：受場地大小限制，開挖工程量大和排水系統(tǒng)復雜，需爆破作業(yè)，存在施工風險。

4.1.5植生混凝土綠化

植生混凝土綠化是指在巖質(zhì)坡面上掛鐵絲網(wǎng)或塑料網(wǎng)，并用錨釘或錨桿將鐵絲網(wǎng)固定在巖質(zhì)坡面上，以水泥為黏結劑，將土壤、有機質(zhì)、保水劑、植物種子、肥料等混合物加水后利用特制噴混機械噴射到巖面上，形成均勻分布的植被混凝土。其核心是在巖質(zhì)坡面上形成一種既能讓植物正常生長發(fā)育且種植基質(zhì)又不會被沖刷的多孔穩(wěn)定結構[14]。

優(yōu)點：機械化程度高，生產(chǎn)能力大，抗沖刷能力強，護坡強度高，具有較好的穩(wěn)定性。缺點：工程造價高，施工難度大，需進行定期監(jiān)測；植生混凝土易發(fā)生嚴重龜裂現(xiàn)象，引發(fā)次生災害。麻城市將軍紅1號礦區(qū)采取植生混凝土綠化的方式進行復綠，其復綠效果如照片4所示。

照片4 麻城市將軍紅1號礦區(qū)治理后復綠效果

4.1.6魚鱗穴法綠化

魚鱗穴法綠化是指在廢棄礦山的壁面上利用較大的石縫，對其進行定向爆破，制造魚鱗狀的洞穴，從而以喬灌木、藤本及草本植物相結合的方式進行覆土種植[15]。

優(yōu)點：植物成活率高、選型豐富、易搭配，植物群落維持時間長，能有效地防止水土流失。缺點：施工部位局限性較大，植被覆蓋率低，對于高陡邊坡施工難度大、工程造價較高。

4.1.7三維植被網(wǎng)綠化

三維植被網(wǎng)綠化是指以熱塑性樹脂為原料，通過擠出、拉伸、點焊等工序制成凹凸泡狀的多層三維網(wǎng)結構，底部采用高模量基礎層三維立體結構網(wǎng)墊的復綠方法。

優(yōu)點：工程造價低，固土性能優(yōu)良，消能作用明顯，保溫功能良好，能有效地防止水土流失。缺點：施工工期受到限制，不宜在夏、冬兩季進行施工。

4.2 露天礦山復綠適用條件

露天礦山復綠方法眾多，根據(jù)不同的適用條件，從邊坡類型、邊坡坡度和邊坡高度三方面對復綠方法進行歸納總結。黃岡地區(qū)露天礦山復綠方法可根據(jù)適宜性分類進行選擇，見表1。

表1 露天礦山復綠方法適宜性分類表

5 相關配套技術

根據(jù)不同的復綠技術，采取其相關的配套措施，如給排水、種植基質(zhì)及復綠植物選擇，可以為植物生長提供有利的生存環(huán)境，進而使露天礦山復綠達到更好的效果。

5.1 給排水

給排水是露天礦山復綠成功的關鍵，給水不到位和干旱也容易導致種植的植物死亡或成活率低下，排水不當會造成植物被沖刷破壞或受澇死亡。在種植養(yǎng)護期應保證植物有充足的水分供應，使其不會受旱或受澇，以達到促進露天礦山復綠的效果。

給水措施根據(jù)礦區(qū)條件可設置給水系統(tǒng)或蓄水池，廣泛應用滴灌、噴灌、小管處流、痕量灌溉等節(jié)水灌溉技術，將水供給植物。排水措施主要包括坡頂攔洪溝、坡面導流溝、坡底排水溝三部分[16]。

5.2 種植基質(zhì)配置

復綠工程中土壤所含營養(yǎng)不足，將很難讓邊坡達到肥力自給，因此要求添加的種植基質(zhì)需含有較強的保水保肥能力[17]，才能滿足植物的生長需要。種植基質(zhì)配置要求見表2所示。

表2 種植基質(zhì)配置要求

5.3 復綠植物選擇

復綠植物的選擇是礦山復綠的核心問題。需遵循“因地制宜、適地種樹”、“先鋒為首、穩(wěn)定為主”等原則，同時兼顧科學性、合理性和藝術性?？偨Y出一套合理可行的復綠規(guī)范，不僅可滿足短期的生態(tài)恢復要求，還可實現(xiàn)長期的自然演替與自然景觀恢復[18]。復綠植物選取原則如下：

(1)生態(tài)原則。開展黃岡市露天礦山生態(tài)修復工程，修復植物尤為重要。首先要嚴格遵循礦山生態(tài)修復原則，充分考慮礦區(qū)植被種植的土壤條件、降雨量及陰陽坡等因素[19]。因地制宜地植樹造林，進而保證良好的生態(tài)修復效果，使礦區(qū)與大自然相融，實現(xiàn)人與自然的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

(2)鄉(xiāng)土樹種優(yōu)先原則。在露天礦山植被恢復中，應優(yōu)先選種鄉(xiāng)土植物。鄉(xiāng)土樹種種類多，運輸成本較低，易養(yǎng)護管理，能更好地形成當?shù)氐木坝^特色和文化；而外來物種可能會造成入侵風險，在應對氣候、環(huán)境變化方面明顯不足，在植被建設中鄉(xiāng)土樹種具有其他外來物種不可替代的優(yōu)勢。如鄉(xiāng)土樹種無法滿足復綠要求時，可適當引進優(yōu)良、適應能力強和已獲得成功種植的植物品種[20]。

(3)多樣性原則?？紤]生物多樣性原則，將喬、灌、草、藤、花結合在一起，可避免單一植物群落不穩(wěn)定的問題。根據(jù)具體種植的植被類型確定覆土厚度，覆土厚度>50 cm的可選用喬、灌、草植物結合的群落結構；覆土厚度在50 cm以下的可選用草、灌、攀爬植物結合的群落結構?？茖W配置多種植物能有效避免植物死亡及蟲害等不利影響，有利于形成多層次綜合穩(wěn)定的植物群落，進而增強生態(tài)系統(tǒng)承受破壞的能力[21]。

根據(jù)黃岡地區(qū)露天礦山修復成功的案例和研究成果，總結該地區(qū)復綠植物種類選擇，如表3所示。

表3 黃岡地區(qū)露天礦山復綠植物種類選擇

在復綠植物選擇時，應該同時考慮各方面的因素，因地制宜地選擇復綠植物，逐步達到露天礦山生態(tài)修復的效果，使復綠工作實現(xiàn)良好的社會和經(jīng)濟效益。

6 結論與建議

6.1 結論

(1)通過現(xiàn)場調(diào)查，分析黃岡地區(qū)露天礦山植被破壞現(xiàn)狀，及礦山復綠存在種植基質(zhì)稀缺、環(huán)境條件差等難點。

(2)分析黃岡地區(qū)露天礦山常用的復綠技術，總結覆土綠化、上爬下掛綠化、飄臺法綠化、階梯法綠化、植生混凝土綠化、魚鱗穴法綠化、三維植被網(wǎng)綠化等7種復綠方法的優(yōu)缺點，并根據(jù)邊坡類型、邊坡坡度和邊坡高度三方面，歸納露天礦山復綠方法適宜性分類情況。

(3)借鑒黃岡地區(qū)露天礦山修復成功的案例和研究成果，總結復綠相關配套技術，如給排水、種植基質(zhì)配置及復綠植物選擇等，以指導黃岡地區(qū)露天礦山復綠工作，進而為其他地區(qū)露天礦山復綠提供參考。

6.2 建議

(1)在實際應用中需要根據(jù)當?shù)芈短斓V山的土壤、植被、地質(zhì)、水文、氣候等條件，選用“一坑一策”治理方案，科學配置植物群落結構，以實現(xiàn)最佳綠化效果。

(2)在保證前期種植效果良好的前提下，后期養(yǎng)護工作也尤為重要。定期監(jiān)測植物生長過程中的抗逆性能和抗病蟲害的能力，確保綠化植物長期持續(xù)生長，使露天礦山復綠工作獲得良好的社會和經(jīng)濟效益。