［摘要］礦山開采活動是資源開發(fā)利用的主要途徑，但也對環(huán)境造成了一定的破壞，使得礦山及周邊區(qū)域出現(xiàn)了土地資源退化的現(xiàn)象。隨著環(huán)保意識的提升和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的推進(jìn)，礦山土地復(fù)墾已成為解決這一問題的重要手段?；谏鷳B(tài)修復(fù)的礦山土地復(fù)墾技術(shù)，旨在通過模擬自然生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)過程，促進(jìn)生態(tài)平衡的實現(xiàn)，具體包括植被恢復(fù)、生物修復(fù)、土壤改良及濕地構(gòu)造等技術(shù)。本文探討了基于生態(tài)修復(fù)的礦山土地復(fù)墾技術(shù)及應(yīng)用，詳細(xì)闡述了植被恢復(fù)技術(shù)、生物修復(fù)技術(shù)、土壤改良技術(shù)及濕地構(gòu)造技術(shù)的原理與實踐，通過具體案例分析，展示了這些技術(shù)在實際礦區(qū)復(fù)墾中的應(yīng)用效果和生態(tài)、社會、經(jīng)濟(jì)效益，為未來礦山土地復(fù)墾提供了科學(xué)依據(jù)和技術(shù)參考。

［關(guān)鍵詞］生態(tài)修復(fù)；礦山；土地復(fù)墾技術(shù)

礦山活動是現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)發(fā)展的推動力之一，但其對環(huán)境的負(fù)面影響亦不容忽視。開采過程中的土地退化、水資源污染和生態(tài)系統(tǒng)破壞問題日益嚴(yán)重，礦區(qū)土地的生產(chǎn)力和生物多樣性遭到極大破壞，這些均呼喚著對礦山土地進(jìn)行系統(tǒng)性的復(fù)墾和生態(tài)修復(fù)。生態(tài)修復(fù)技術(shù)旨在通過自然措施恢復(fù)和重建破壞后的生態(tài)系統(tǒng)，其在礦山土地復(fù)墾中的應(yīng)用已成為當(dāng)今環(huán)境科學(xué)研究的重要方向。

1 礦山土地復(fù)墾的必要性

礦區(qū)土地面臨的主要問題包括地表植被的破壞、土壤結(jié)構(gòu)和肥力的嚴(yán)重退化，以及地表和地下水的污染。這些問題不僅威脅到當(dāng)?shù)氐纳锒鄻有裕€對區(qū)域的水質(zhì)、土地可用性及長遠(yuǎn)的人類健康造成潛在的負(fù)面影響。因此實施礦山土地復(fù)墾成了保護(hù)環(huán)境、修復(fù)生態(tài)、保障人類生存質(zhì)量的必要措施。

礦山土地復(fù)墾的目標(biāo)是恢復(fù)土地的原有生產(chǎn)功能和生態(tài)價值，盡可能地使退化的土地恢復(fù)到其自然狀態(tài)，或者至少達(dá)到一種生態(tài)平衡的新狀態(tài)。復(fù)墾工作不僅包括植被的恢復(fù)和景觀的重建，還包括水質(zhì)的凈化和土壤質(zhì)量的提升。通過有效的復(fù)墾技術(shù)，可以促進(jìn)土壤肥力的恢復(fù)，提高土地的水源保持能力和生物多樣性，同時也有助于減少土地侵蝕和水土流失，增強(qiáng)土地對氣候變化的適應(yīng)能力。礦山土地復(fù)墾還具有重要的社會經(jīng)濟(jì)價值。復(fù)墾后的土地可以用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)或作為自然保護(hù)區(qū)，這不僅能夠恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，如碳固定、氧氣生產(chǎn)和水循環(huán)調(diào)節(jié)，還能夠為當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)提供新的經(jīng)濟(jì)發(fā)展機(jī)會[1]。

2 基于生態(tài)修復(fù)的礦山土地復(fù)墾技術(shù)

2.1 植被恢復(fù)技術(shù)

通過重建礦區(qū)的植物覆蓋，以促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)功能的恢復(fù)和土壤質(zhì)量的提升。在進(jìn)行植被恢復(fù)時，技術(shù)的選擇和實施細(xì)節(jié)必須基于科學(xué)的數(shù)據(jù)和實踐經(jīng)驗來確?；謴?fù)工作的有效性和可持續(xù)性。其一，自然演替過程的模擬，在植物選擇上，應(yīng)該優(yōu)先考慮先鋒物種和耐逆性植物，作為初期植被的恢復(fù)主體。這些植物不僅能在貧瘠的土壤中存活，還能逐步改善土壤結(jié)構(gòu)，為后期的高階植物種群建立奠定基礎(chǔ)。其二，促進(jìn)物種共生與相互作用，在植物配置時，能考慮不同物種之間的生態(tài)位分布和相互作用，如豆科植物的固氮作用不僅有利于提高土壤肥力，還能為其他植物提供有利的生長條件。其三，增強(qiáng)植被自我調(diào)節(jié)能力，植被恢復(fù)的目標(biāo)在于創(chuàng)建一個自我維持的生態(tài)系統(tǒng)，因此在早期植被恢復(fù)完成后，應(yīng)盡量減少人為干預(yù)，讓生態(tài)系統(tǒng)在自然條件下逐步演變，以確保其長久的可持續(xù)性和生態(tài)平衡。

在實施植被恢復(fù)的過程中，播種密度和植物配置也是關(guān)鍵因素。根據(jù)《生態(tài)恢復(fù)手冊》的推薦，播種密度應(yīng)根據(jù)植物種類和土地條件調(diào)整，通常范圍在300～400 kg/hm2[2]。合理的植物配置不僅可以促進(jìn)植物群落的穩(wěn)定性，還可以增強(qiáng)生態(tài)系統(tǒng)對環(huán)境變化的抵抗力。

2.2 生物修復(fù)技術(shù)

生物修復(fù)技術(shù)包括生物刺激法和生物固化法。生物刺激法主要是通過添加營養(yǎng)物質(zhì)（如氮、磷等），刺激土壤中原生微生物的活性，從而加速污染物的生物降解過程。例如，對于石油類污染物的生物降解，在添加氮和磷后，降解速率可有效提高，相對比例碳氮磷比為100∶10∶1時，能夠最大限度地促進(jìn)微生物的生長和代謝活動。生物固化法則是通過使用特定的植物和微生物，直接吸收或轉(zhuǎn)化土壤中的重金屬等有毒物質(zhì)。例如，鉛在某些超富集植物（南洋羽毛蕨）體內(nèi)的富集系數(shù)可以達(dá)到1000以上，這意味著這些植物能將土壤中的鉛含量有效降低[3]。

生物修復(fù)技術(shù)在礦區(qū)復(fù)墾中的應(yīng)用也需考慮污染物的種類和濃度。重金屬污染的生物修復(fù)，尤其是針對銅、鋅和鉛的處理，已在多個礦區(qū)成功實施。例如，某銅礦區(qū)復(fù)墾中，使用銅耐受性極強(qiáng)的菌株，土壤中的銅含量在12個月內(nèi)由600 mg/kg降至150 mg/kg，去除率達(dá)75%。對于有機(jī)污染物（煤焦油污染），采用多種功能微生物共同作用的復(fù)合生物修復(fù)策略，在6～9個月內(nèi)將污染物濃度降低了80%左右。

2.3 土壤改良技術(shù)

首先進(jìn)行土地整形、消坡和平整等基礎(chǔ)措施，土地整形是通過調(diào)整地形，使其滿足特定的坡度和水利要求，以防止水土流失并為植被恢復(fù)提供適宜的生長環(huán)境，如在坡度超過30°的礦區(qū)，將其坡度調(diào)整到20°～30°，以防止雨水沖刷造成的土壤侵蝕；消坡指的是將原本高聳的陡坡削減或降低至更平緩的角度，減少滑坡和土壤侵蝕的風(fēng)險。使用大型挖掘設(shè)備將高坡分層削減，每層削減厚度一般控制在1.5～2 m，以保證土壤的穩(wěn)定性；土地平整是在完成整形和消坡后，將地表盡可能調(diào)平，以便植被恢復(fù)和農(nóng)業(yè)用途。根據(jù)土壤條件和用途，可以采用機(jī)械平整技術(shù)，這在一些大面積的復(fù)墾區(qū)域能夠有效提高平整效率，每公頃土地可以采用200馬力以上的推土機(jī)進(jìn)行作業(yè)，平整后的高差通常要控制在±15 cm以內(nèi)。

在完成基礎(chǔ)改良工作后，還需對土壤結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，改良土壤結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵是增加土壤的孔隙率和透氣性，使土壤具有更好的水氣交換能力?？梢圆捎猛寥榔扑榈姆绞?，通過機(jī)械耕作將土壤深度破碎至30 cm以下，可顯著提高土壤的透氣性和滲水性；同時添加腐殖質(zhì)或其他有機(jī)肥料，可以改善土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)增加土壤的孔隙。

在土壤養(yǎng)分改良方面，礦區(qū)土壤常常缺乏基本的氮、磷、鉀元素，尤其是礦山復(fù)墾后的土壤pH值偏低，容易導(dǎo)致養(yǎng)分流失。通常建議每公頃施用150～200 kg氮肥、75～100 kg磷肥和鉀肥，以補(bǔ)充養(yǎng)分。例如，在某礦山復(fù)墾項目中，連續(xù)三年施用氮磷鉀復(fù)合肥后，土壤中氮、磷、鉀含量分別提升了30%、25%和20%，植被覆蓋率大幅提高。

在土壤厚度改良中，將復(fù)墾前儲存的表土層進(jìn)行回填，根據(jù)不同植物的生長需求，表土層的厚度應(yīng)在30～60 cm之間。表土回填后的壓實度應(yīng)控制在85%～90%，以確保土壤具有良好的透氣性和水保持能力。對于表土層流失較為嚴(yán)重的區(qū)域，可以通過引入外來優(yōu)質(zhì)土壤進(jìn)行填充[4]。

2.4 濕地構(gòu)造技術(shù)

濕地的設(shè)計需考慮到污染物的類型、濃度、預(yù)期處理效率以及地形地貌等因素。例如，針對礦山排放的酸性礦山水，設(shè)計的濕地通常需要較大的表面積以保證足夠的水土接觸時間，從而增強(qiáng)污染物的沉積和生物降解。標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計是，每日處理1000 m3礦山水的濕地，其表面積應(yīng)不少于3000 m2，且水流停留時間不少于2天。

在構(gòu)造濕地的土壤選擇和準(zhǔn)備階段，必須確保土壤具有良好的水分保持能力和適宜的滲透性。一般推薦使用黏土含量為15%～20%的土壤，這樣的土壤不僅能有效支撐植物生長，還能通過吸附和離子交換過程去除水中的重金屬和其他有害化學(xué)物質(zhì)。土壤表層常鋪設(shè)一層20～30 cm的砂礫層，以優(yōu)化水流動態(tài)和提高氧氣在系統(tǒng)中的傳輸。

選擇植物時，應(yīng)優(yōu)先考慮當(dāng)?shù)啬退湍臀鄯N類，如蘆葦和香蒲，這些植物不僅對重金屬具有較強(qiáng)的耐受性，還能通過其根系促進(jìn)微生物的多樣性和活性，進(jìn)一步提高污染物的去除效率。研究顯示，蘆葦和香蒲的根際區(qū)具有很強(qiáng)的去除水中重金屬的能力，可以有效地去除高達(dá)90%的銅和鋅等重金屬。

濕地系統(tǒng)的水流設(shè)計也至關(guān)重要，應(yīng)確保水流均勻分布，避免過快的水流速度導(dǎo)致污染物未能充分處理。水流速度的推薦值通常在0.1～0.3 m/s，這樣的速度有助于污染物在植物根區(qū)的沉積和微生物的處理[5]。

3 基于生態(tài)修復(fù)的礦山土地復(fù)墾技術(shù)實踐

陜煤集團(tuán)紅柳林煤礦位于陜西省神木市，該區(qū)域典型的地理和地貌特征體現(xiàn)了其復(fù)雜的生態(tài)條件。礦區(qū)面積約143.34 km2，地形以波狀沙丘和黃土高原為主，地勢從西北向東南傾斜，相對高差在100～150 m。由于長期的煤炭開采活動，該區(qū)域面臨著嚴(yán)重的土地退化、地表塌陷以及生態(tài)環(huán)境破壞等問題。礦區(qū)內(nèi)土壤類型主要包括風(fēng)沙土、黃土和紅土，其中風(fēng)沙土約占50%，黃土占25%，紅土占約25%。這些土壤由于礦業(yè)活動而出現(xiàn)嚴(yán)重的團(tuán)聚結(jié)構(gòu)破壞，養(yǎng)分流失，以及因塌陷和地裂縫導(dǎo)致的土地破碎。

針對這些問題，采用基于生態(tài)修復(fù)的土地復(fù)墾技術(shù)進(jìn)行改善，在改善土壤質(zhì)地并提高土壤的保水保肥能力方面，采用了有機(jī)肥料。有機(jī)肥料富含氮、磷、鉀及微量元素，能有效提高土壤肥力和植物的生長條件。在塌陷區(qū)和地裂縫較為密集的綠點(diǎn)區(qū)域，施用有機(jī)肥增加了土壤的有機(jī)質(zhì)含量，從而提高了土壤的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和養(yǎng)分含量。施用有機(jī)肥后，土壤中的有效磷含量提高了20%，有機(jī)質(zhì)含量提升了1.5倍。為了增強(qiáng)土壤的持水能力，施用了聚丙烯酰胺（PAM）類持水劑，這是一種高分子聚合物，能顯著提升土壤的水分保持能力。在紅柳林礦區(qū)的實驗區(qū)，經(jīng)過持水劑處理的土壤，其水分保持能力提高了30%，這對于干旱地區(qū)的植物生長尤為重要。種植綠肥作物也是復(fù)墾過程的一部分，能夠提高土壤的氮含量并改善生物多樣性。在復(fù)墾區(qū)種植了如天藍(lán)細(xì)葉豆等豆科植物，這些作物通過固氮作用顯著提高了土壤氮含量，為后續(xù)的植被恢復(fù)和農(nóng)作物生長創(chuàng)造了有利條件。種植后，土壤全氮含量從0.3%增加到0.8%。

在復(fù)墾初期，礦區(qū)的土地由于嚴(yán)重的土壤退化和破壞，農(nóng)作物產(chǎn)量極低。復(fù)墾后，通過系統(tǒng)的土壤改良和生態(tài)恢復(fù)措施，農(nóng)作物的平均產(chǎn)量有了顯著提升，玉米增產(chǎn)率達(dá)到67%。采用生態(tài)植被毯和先鋒植物種植技術(shù)后，地表植被覆蓋率從最初的不足30%提高到現(xiàn)在的80%以上，顯著改善了生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能?；谏鷳B(tài)修復(fù)技術(shù)的復(fù)墾成果如表1所示。

從復(fù)墾前后對比結(jié)果來看，通過一系列綜合土壤改良措施，不僅顯著提升了土地的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)潛力，也促進(jìn)了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的恢復(fù)。從表格中可以看出，施用有機(jī)肥顯著提高了土壤的有機(jī)質(zhì)含量和有效磷含量，改善了土壤的養(yǎng)分狀態(tài)。同時，持水劑的使用增強(qiáng)了土壤的水分保持能力，對于該地區(qū)干旱的氣候條件尤為重要。種植綠肥作物不僅提高了土壤全氮含量，而且通過固氮作用促進(jìn)了生物多樣性的提升。

4 結(jié)語

基于生態(tài)修復(fù)的礦山土地復(fù)墾技術(shù)不僅是解決礦區(qū)環(huán)境問題的有效途徑，更是推進(jìn)地區(qū)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略選擇。通過系統(tǒng)的技術(shù)研究和實踐應(yīng)用，可以為全球類似礦區(qū)提供寶貴的復(fù)墾經(jīng)驗和技術(shù)支持，同時也為礦山環(huán)境管理和政策制定提供科學(xué)依據(jù)，這對于經(jīng)濟(jì)社會與自然環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展來說具有深遠(yuǎn)意義。

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