李一為，楊文姬，趙方瑩，晏曉林

（1.交通部公路科學(xué)研究院，北京100088；2.水利部水土保持植物開發(fā)管理中心，北京100038；3.北京林豐源生態(tài)環(huán)境規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，北京100083）

采礦業(yè)作為一種人類活動已有上千年的歷史，開采礦藏給人類帶來了巨大財(cái)富。但是，復(fù)雜的采礦工具和方法以及采后留下的尾礦、廢棄地、廢渣等，都導(dǎo)致了巨大的生態(tài)環(huán)境影響，對社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成了威脅。因此，礦業(yè)廢棄地的生態(tài)恢復(fù)與重建，已被看作是礦業(yè)土地恢復(fù)的主要組成部分，是改善當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境，提高居民生活條件的有效途徑，也是我國礦業(yè)實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略應(yīng)優(yōu)先關(guān)注的問題之一。

1 礦業(yè)廢棄地的概念

國內(nèi)外關(guān)于礦業(yè)廢棄地的概念有多種說法。美國礦務(wù)局 （USBM）將礦業(yè)廢棄地定義為未經(jīng)改造的閑置或廢棄的采礦或探礦區(qū)域，這些區(qū)域可能包括：平硐、豎井、礦井、廢石堆、尾礦、構(gòu)筑物、道路以及其他與采礦、探礦活動相關(guān)的特征和擾動。我國谷金鋒等認(rèn)為，礦業(yè)廢棄地是采礦、選礦和煉礦過程中被破壞或污染的、非經(jīng)治理而無法使用的土地；李永庚等將礦業(yè)廢棄地定義為：礦山開采過程中，露天采礦場、排土場、尾礦場、塌陷區(qū)以及受重金屬污染而失去經(jīng)濟(jì)利用價(jià)值的土地；蘇光全等認(rèn)為，礦業(yè)廢棄地是指礦產(chǎn)開采及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)建設(shè)占用和破壞了的、較難以被農(nóng)業(yè)和其它生產(chǎn)活動所利用的土地資源；陳芳清等認(rèn)為，礦業(yè)廢棄地是一種嚴(yán)重退化的生態(tài)系統(tǒng)，其生態(tài)特點(diǎn)接近于裸地，對周圍環(huán)境有著較大的負(fù)面影響。綜合上述觀點(diǎn)可以認(rèn)為，礦業(yè)廢棄地是采礦及其相關(guān)活動形成的、生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能已全部或部分喪失的非經(jīng)治理而無法恢復(fù)的區(qū)域。

一般來講，礦業(yè)廢棄地生態(tài)恢復(fù)是指以廢棄地生態(tài)系統(tǒng)退化和自然恢復(fù)原理等理論為基礎(chǔ)，建立相應(yīng)的技術(shù)體系，指導(dǎo)因采礦活動所破壞的生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)，進(jìn)而服務(wù)于礦業(yè)廢棄地土地資源的利用和生物多樣性的保護(hù)等理論與實(shí)踐活動。從近年研究情況來看，礦業(yè)廢棄地生態(tài)恢復(fù)的定義，隨著時(shí)代變遷、社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及廢棄地的生態(tài)恢復(fù)目的不同而在不斷完善和發(fā)展。雖然不同的研究人員對其表述不盡一致，方向也各有側(cè)重，但基本內(nèi)涵都逐漸趨向于更綜合的生態(tài)問題。

2 礦業(yè)廢棄地植被恢復(fù)研究進(jìn)展

礦業(yè)廢棄地植被恢復(fù)的實(shí)踐由來已久，德國和美國早在20世紀(jì)初就開展了礦業(yè)廢棄地的恢復(fù)工作，英國在20世紀(jì)30、40年代也開始了這方面的研究，我國礦業(yè)廢棄地的生態(tài)恢復(fù)工作則始于20世紀(jì)50年代末，但各國從科學(xué)角度對礦業(yè)廢棄地植被恢復(fù)進(jìn)行總結(jié)和推廣，則是在20世紀(jì)70、80年代以后。近年來，該領(lǐng)域的研究更為活躍，主要的研究方向及研究成果，包括以下四個(gè)方面。

2.1 礦業(yè)廢棄地植被自然恢復(fù)研究

由于人類的工業(yè)活動，在采砂、采礦廢棄地上或者在不同工業(yè)廢物上，導(dǎo)致了許多由人類引起的初級演替。Holl研究了美國東部煤礦復(fù)墾35年的植被恢復(fù)情況，認(rèn)為35年后的植被組成與周圍自然植被相似，且該地區(qū)的植被組成沿著一個(gè)朝向周圍森林的軌跡而演替，但種植具有侵略性的外來種會減緩植被恢復(fù)；Hodaˇcová分析了褐煤礦山植被自然恢復(fù)的特點(diǎn)，認(rèn)為自然恢復(fù)會在較長的時(shí)間尺度上進(jìn)行，形成更為豐富和自然的植被覆蓋；Pensa等研究了油頁巖露天礦廢棄地上生長了30年的4種林型，認(rèn)為自然恢復(fù)能夠促進(jìn)多樣的植被建植。

盡管許多研究認(rèn)為，自然恢復(fù)會形成更為穩(wěn)定、豐富、自然的植被群落，但由于礦業(yè)廢棄物缺乏植物生長所需的營養(yǎng)，有時(shí)甚至?xí)χ参锂a(chǎn)生毒性，以及由于物理性質(zhì)上的缺陷幾乎不適合植物生長，植被自然定植極端緩慢，有時(shí)這個(gè)過程會長達(dá)十幾年或幾個(gè)世紀(jì)。我國李青豐等通過對準(zhǔn)格爾煤田露天礦排土場植被自然恢復(fù)的研究，也認(rèn)為植被自然恢復(fù)是一個(gè)漫長的過程，須人工加以適當(dāng)干擾。

2.2 礦業(yè)廢棄地植被恢復(fù)促進(jìn)技術(shù)研究

礦業(yè)廢棄地生態(tài)恢復(fù)的首要工作是植被恢復(fù)，因?yàn)樗凶匀簧鷳B(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)和重建，總是以植被恢復(fù)為前提。Duque等認(rèn)為，采砂場廢棄地植被恢復(fù)應(yīng)施加氮磷鉀復(fù)合肥，并采用固氮植物，同時(shí)使用禾本科植物可形成快速的覆蓋，并產(chǎn)生有機(jī)質(zhì)；Lubke等認(rèn)為，應(yīng)保留表土層以促進(jìn)植被恢復(fù)，而且最好是馬上利用表土而不是把它存放起來，否則會喪失表土中的養(yǎng)分、微型動物和植物以及潛在的植物生長；Rao等研究了石灰石采石場不同樹種植入A M菌根對其生長和養(yǎng)分吸收的影響，發(fā)現(xiàn)A M菌根能夠促進(jìn)植物對養(yǎng)分的吸收，并能增強(qiáng)植物抵抗高溫的能力，能夠促進(jìn)石灰石采石場廢棄地的植被恢復(fù)；Clemente等選擇了3種常綠地中海硬葉灌木，在石灰石采石場廢棄地進(jìn)行植被恢復(fù)，同時(shí)輔以保水劑、肥料并接種菌根，研究認(rèn)為，保水劑和肥料的使用，可在未來的植被恢復(fù)中推廣；Rodríguez-Echeverría等研究了在酸性土壤條件下，使用豆科灌木植物和植入根瘤菌對植被恢復(fù)的作用，認(rèn)為鄉(xiāng)土豆科植物及根瘤菌植入，能顯著提高植被恢復(fù)的成功率。

我國蔣高明等對煤礦廢棄地植被恢復(fù)的研究表明，廢棄地酸堿度直接影響種子在廢棄地上的萌發(fā)能力，石灰石對煤礦廢棄地有很明顯的改良作用，施肥本身并不能使裸地恢復(fù)植被，但與石灰石一起使用，可對植物生長有顯著的促進(jìn)作用；王宏鑌等對云南會澤鉛鋅礦礦渣廢棄地植被恢復(fù)研究發(fā)現(xiàn)，在礦渣上覆蓋表土和增施有機(jī)肥，是對礦渣廢棄地進(jìn)行植被恢復(fù)的有效途徑；張志權(quán)等研究了引入土壤種子庫對鉛鋅尾礦廢棄地植被恢復(fù)的作用，認(rèn)為表層0～2c m的表土，即可加速植被恢復(fù)并豐富物種組成。

2.3 礦業(yè)廢棄地影響植被恢復(fù)的環(huán)境因子研究

無生命和有生命的因素，在植物群落發(fā)展的各階段都是關(guān)鍵的，恢復(fù)的策略也應(yīng)當(dāng)基于對這些影響植物建植效果因素的理解。Kameyama認(rèn)為，輕微的間隔，原木、樹葉凋落物，土壤表面地形的微特征，都是重要的微立地，這些微環(huán)境空間和時(shí)間上的變化，在植物群落的恢復(fù)上都有重要影響；Martínez-Ruiz等研究了基底的粗糙程度和坡向?qū)︹櫟V廢棄物上的植被演替影響，認(rèn)為在北坡和破碎的廢棄物上的植被演替要更快；Elmarsdottir等認(rèn)為，鄉(xiāng)土種定植方式與微立地類型的相關(guān)知識，能夠指導(dǎo)植被恢復(fù)；Petersen等認(rèn)為，比起開闊的地形，在石頭和原木附近撒播的草種要生長的更好，這表明在播種前創(chuàng)造粗糙的苗床，能夠明顯促進(jìn)植物建植；Orr ock認(rèn)為，在植被早期演替中，如果種子沒有到達(dá)合適的微立地 （分散限制）或者種子在合適的微立地條件下被捕食者毀壞 （捕食限制），植物就不會出現(xiàn)在不適合其建植的地方 （微立地限制）。

2.4 植被對礦業(yè)廢棄地改良效應(yīng)研究

植被恢復(fù)除了本身起著構(gòu)建退化生態(tài)系統(tǒng)初始植物群落的作用外，還能促進(jìn)土壤結(jié)構(gòu)與肥力的恢復(fù)，從而促進(jìn)整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的恢復(fù)與重建。Marseille等研究了植被對礦業(yè)廢棄地重金屬的生物利用度和轉(zhuǎn)移影響，認(rèn)為重金屬能夠被植被所吸收，植被覆蓋的建立能夠改變廢棄地的理化性質(zhì)，增加重金屬的流動性；Dick等研究了煤礦廢棄地植被對土壤的改良效應(yīng)，認(rèn)為植被能夠稀釋土壤中難以處理的有機(jī)物質(zhì)。

我國張志權(quán)等研究了植物對重金屬的吸收和再分配，認(rèn)為木本植物對重金屬的吸收，只有很小的比例會隨著落葉而歸還到環(huán)境中去，因此，在利用植物修復(fù)受重金屬污染的土壤的實(shí)踐中，這是一個(gè)特別值得利用的優(yōu)點(diǎn)；胡振琪等研究了煤矸石山的植物種群生長及其對土壤理化特性的影響，認(rèn)為植被具有明顯減小矸石山滲透速率、提高保水和持水能力的作用，刺槐林分還能防止矸石山酸化、增加矸石山全氮量并促進(jìn)氮素的有效化。

3 礦業(yè)廢棄地植被恢復(fù)存在的問題

盡管國內(nèi)外對礦業(yè)廢棄地植被恢復(fù)已做了大量的工作，但仍存在著一些不足，主要表現(xiàn)為以下三個(gè)方面。

（1）不恰當(dāng)?shù)纳鷳B(tài)恢復(fù)目標(biāo)。由于對礦業(yè)廢棄地生態(tài)系統(tǒng)缺乏系統(tǒng)和長期的定位觀測和研究，導(dǎo)致在人工植被恢復(fù)過程中，采用不恰當(dāng)?shù)纳鷳B(tài)恢復(fù)目標(biāo)，主要表現(xiàn)為以園林 （Gar dening）方法代替生態(tài)系統(tǒng) （Ecosystem）或景觀 （Landscape）方法，忽視生態(tài)系統(tǒng)功能和結(jié)構(gòu)的完善。特別是采石場廢棄地的生態(tài)恢復(fù)，由于采石場恢復(fù)的實(shí)踐工作是到了最近20多年才受到重視，國內(nèi)外對采石廢棄地生態(tài)恢復(fù)過程中植被特征變化缺乏研究。如在雅典，盡管恢復(fù)采石場會提升居民的生活水平，但是目前大多數(shù)的恢復(fù)措施都以不適當(dāng)?shù)木坝^美學(xué)設(shè)計(jì)以及采石場地的未充分利用為特征，忽視與周邊自然景觀的和諧一致。近年來，我國一些地區(qū)，特別是經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，已經(jīng)實(shí)施了采石場的生態(tài)重建計(jì)劃，并取得了很大進(jìn)展，但多數(shù)只是一味模仿外來技術(shù)，對采石場植被恢復(fù)及演替缺乏定量研究，恢復(fù)目標(biāo)各異，導(dǎo)致生態(tài)恢復(fù)的失敗。

（2）人為植被恢復(fù)過程中的急功近利。盡管植被在演替后期最終會以本土植被為頂級群落，但目前許多礦山生態(tài)恢復(fù)努力，都集中于能夠盡快控制侵蝕而引入外來種，而這些強(qiáng)化的恢復(fù)努力，會長期抑制生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)。

（3）缺乏科學(xué)、客觀的礦業(yè)廢棄地植被恢復(fù)評判標(biāo)準(zhǔn)。由于技術(shù)和條件的限制，大多礦業(yè)廢棄地植被恢復(fù)，在較短的時(shí)期就要判斷恢復(fù)是否成功，如美國東南部露天礦植被恢復(fù)，一般在5年之后評價(jià)，這就導(dǎo)致了業(yè)主采用短期目標(biāo)最大化的策略，如增加地面覆蓋以減小侵蝕，而不是恢復(fù)物種的多樣性。

4 礦業(yè)廢棄地植被恢復(fù)研究展望

礦業(yè)廢棄地植被恢復(fù)研究具有很強(qiáng)的區(qū)域性，研究結(jié)果會因所選擇研究區(qū)域的不同而不同，而且礦業(yè)廢棄地退化生態(tài)系統(tǒng)類型多樣、退化程度與退化原因各異，其恢復(fù)過程中生物多樣性的變化規(guī)律、功能和作用機(jī)制也不同。因此，需要對不同區(qū)域礦業(yè)廢棄地退化生態(tài)系統(tǒng)做更深入地研究，從而制定科學(xué)的礦業(yè)廢棄地退化生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)措施和生物多樣性保護(hù)措施。此外，由于礦業(yè)廢棄地自然恢復(fù)極端緩慢，因此有必要深入研究自然狀態(tài)下礦業(yè)廢棄地植被演替規(guī)律，通過對植被演替階段的人工模仿和控制，加快植被恢復(fù)的速度。這樣做，還可以避免不適當(dāng)?shù)亩唐诨謴?fù)，使恢復(fù)策略與長期的生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)目標(biāo)相平衡。