当前生态学热点问题(矿山之星｜矿山生态修复面临的主要问题及防治措施)

Posted 2023-05-25

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当前生态学热点问题(矿山之星｜矿山生态修复面临的主要问题及防治措施)

在生态文明建设和双碳目标的大背景下，矿山生态修复已经成为研究热点。在分析我国矿山生态修复面临主要问题的基础上，提出了相应的解决策略。研究发现，矿山生态修复的相关概念名词多样，但内涵具有趋同性，绿色发展是硬道理；受监管机制未落地、对矿山生态修复工程认识存在误区、新技术推广较难等因素影响，我国矿山生态修复旧账未还、新账又欠，且失败工程屡见不鲜；为推进我国矿山生态修复，需加强基础理论研究，推动监管机制落地，在生产矿山推行边开采边修复等新技术。

矿山生态修复重要意义

采矿可能带来水土流失、滑坡、土壤荒漠化等生态环境问题。采矿后废弃的工矿用地还具有许多不良的土壤理化性质，特别是土壤中重金属含量高，土壤系统中某些重金属的污染过程具有长期性、隐蔽性和不可逆性，往往对周边地区的生态环境造成严重影响。因此，废弃矿山的生态恢复具有重要的生态学意义。矿山生态恢复不仅是缓解荒漠化和水土流失的重要步骤之一，而且通过矿山生态恢复和改造，挖掘其蕴含的社会及经济价值重要手段之一。目前生态恢复后选取旅游开发模式已占据矿山修复案例的一半以上，因此考虑经济上的因素具有较高的修复价值。实践中，针对废弃场的改造主要是在其独特的自然景观和其自身所具有的土地资源基础上加入一些人文景观元素，在修复的同时将其选择改造成城市公园、湿地公园、生态公园、矿山遗迹公园等具有旅游和休闲的景区。目前国内外的生态修复理念主要是将修复视为破坏前的状态，要求将森林、水体、农田恢复原状，控制有毒有害物质的沉积和水土流失；确保地下水位保持原有水平和地表形态不变；将表层土保持在原位；注意酸性物质和有害有毒物质的防治；防止矿山尾矿发生滑坡等次生地质灾害。

矿山生态修复应对之策

1. 矿山生态修复应遵从的原则

矿山生态修复绝不仅仅只是复原受损地形、简单绿化等。矿山生态修复是一项系统性工程，是集损伤调查、设计规划和施工于一体的复杂工程。为达到修复受损生态的结果，要深刻认识修复目标的内涵，在规划之初，就要明确修复后土地利用的用途、生态结构及所应实现的生态功能。因此，矿山生态修复的目标设定需要遵从如下6条原则：尊重自然，以人为本；因地制宜，符合区域总体规划；安全高效、可持续利用；生态环境效益优先，关注经济效益；恢复耕地、草地、林地优先；末端治理与源头和过程控制相结合。

2. 加强矿山生态修复的基础研究

矿山生态修复40多年的实践表明，修复理论远远落后于实践，而在许多修复案例中又因缺乏科学修复而失败，可见理论与实践存在脱钩现象。为了修复矿山开采导致的生态环境损伤，许多地方对损毁的土地和生态环境进行了自发修复和利用。对于人口稠密、经济发展快的地区，矿山生态修复往往推动较快。但该领域的基础理论和修复技术原理迄今仍需要进行深入研究，以支撑和促进该领域的发展。

面对错综复杂的开采环境损伤问题，修复手段和技术亟待创新丰富和推广，要从技术的科学性、差异性、先进性、经济性着手，丰富科学修复的内涵，使修复效益与资金、政策投入相平衡。尽管生态修复技术多种多样，但生态修复往往存在一些基础性的共性技术，这也是生态修复的关键。水是生命之源，土是生命之基，植物是生命之根，因此，水、土、植物是生态修复的三大要素，围绕这三大要素的修复技术就是共性核心技术，即地貌重塑、土壤重构和植被恢复。这三大关键技术的相互联系如图2所示。

图2 关键技术相互关系

(1)地貌重塑是针对矿区的地形地貌特点，结合采矿设计、开采工艺及土地损毁方式，通过采取有序排弃、土地整形等措施，重新塑造一个与周边景观相互协调的新地貌，最大限度消除和缓解对植被恢复、土地生产力提高有影响的因素，总体来说，地貌重塑是矿区修复土地质量的基础。

(2)土壤重构是以矿区破坏土地的土壤恢复或重建为目的，采取适当的重构技术工艺，应用工程措施及物理、化学、生物、生态措施，重新构造一个适宜的土壤剖面，在较短的时间内恢复和提高重构土壤的生产力，并改善重构土壤的环境质量[6]。

(3)植被恢复是在地貌重塑和土壤重构的基础上，针对矿山不同土地损毁类型和程度，综合气候、海拔、坡度、坡向、地表物质组成和有效土层厚度等，针对不同损毁土地类型，进行先锋植物与适生植物选择及其他植被配置、栽植及管护，使修复的植物群落持续稳定。

师法自然进行地貌重塑、土壤重构和植被恢复已经成为共识，但仿自然修复如何定义、如何实现还是亟待解决的难题和瓶颈问题。当前也有不少案例由于只模仿了原本生态环境的部分结构或者模仿不到位，导致重构地貌不合理、土壤生产力低、植被种群配置不当等而失败。笔者认为，仿自然修复不能急于求成，生态修复是循序渐进的动态过程，应该参照矿区原本地貌特征，从流域连通性、景观连接性、生态结构稳定性等多方面，系统科学地规划修复方案。因此，地貌重塑、土壤重构和植被恢复三大关键技术的基础理论应该深入研究，尽快取得仿自然修复理论与实践的重大突破。

2.3 完善监管机制并落地实施

如前所述，《矿山地质环境保护规定》、《土地复垦条例实施办法》等均对矿山生态修复的监测监管提出了要求，但由于涉及矿山企业、民众、修复企业等多方利益[8]，至今落地实施不到位。2021年自然资源部拟完成全国废弃矿山损毁图斑核查，核查后将制定生态修复规划，并每年监测治理结果；同时，结合矿业权改革等拟加强生产矿山生态修复监督管理，将年报制度常态化。

部分省市在尝试建立矿山生态修复监管大数据平台，以逐步落实监管机制。若机制正常运转，生态修复的旧账会逐年完成，新账争取不增或少增，而借助大数据平台实现矿山生态修复的监测监管是切实可行的办法。因此，在新一轮国土空间规划、国土空间生态修复规划中，要求自省至县建立数据库，将生态修复工作落到图斑，其中包括矿山生态修复工作。如陕西省国土空间生态修复大数据平台能实现陕西省矿山地质环境监测、治理恢复、土地复垦、开发式治理、国土空间综合治理、山水林田湖草系统修复等综合信息统一平台、统一门户和统一管理。同时，矿山生态修复年报制度的落地也至关重要，未来的重点是完善其上报、审批和验收制度，明确责任和各环节的时间要求及制定相应的激励与惩罚措施。

2.4 加强生产矿山的监督管理，大力推行边开采边修复技术

矿山生态修复旧账是固定的，按照自然资源部的统一安排，拟在“十四五”期间完成，后续生产矿山的监督管理是关键。如果想让生产矿山不欠新账，推行边开采边修复的理念是关键。

笔者2013年提出了“井工煤矿边开采边复垦”的概念、内涵、基本原理、技术分类与关键技术[8-9]，美国国家矿山土地复垦研究中心中西部分中心原主任、南伊利诺伊大学 Y. P. Chugh 教授2017 年在论文《中国采煤沉陷边采边复技术》中也系统介绍了该成果，认为“在采煤沉陷区复垦中，边采边复技术是一种先进技术，该技术处于国际领先地位”，并命名为 CMR-UM( Concurrent Mining and Reclamation for Underground Mining) 技术[10]。2020年在“再论煤矿区生态环境‘边采边复’”[11]一文中，笔者进一步完善了煤矿采复一体化的边采边复理念、原理和技术体系，重新界定煤矿生态环境“边采边复”的概念为: 针对煤矿开采过程中导致的生态环境损伤问题，与采矿过程紧密结合，同步采取多种措施，使生态环境损伤减轻和同步治理，即边开采边修复，使其达到可供利用并与当地生态系统协调的状态。煤矿区生态环境“边采边复”是基于“源头和过程控制”的理念，而不是“末端治理”理念，其特点是在采矿过程中，同步(时)治理。“边采边复”概念中的“复”既包含狭隘的“复垦(复耕)”，也包含“修复”的概念，其核心目的是为了及时恢复和治理损伤的生态环境，缓解矿产资源开发利用与环境保护之间的矛盾，确保矿业活动朝着可持续、循环与绿色的方向发展。有关研究表明[9]，采用边采边复技术对采煤沉陷区进行治理，可多恢复土地10%～40%。未来，井工煤矿边采边复技术将在实践中在复垦时机、复垦标高、复垦工艺方面寻求突破。在露天开采方面，强调必须实行采-排-复一体化工艺，尽早内排，到界治理，减少外排占地和采坑过大。黑岱沟露天煤矿的边采边复工程布局如图3所示。

矿山生态修复解决方案

采空区稳定性监测系统

城市地质灾害监测系统

地压在线监测预警系统

尾矿库在线监测系统

矿区运营管理系统

边坡稳定性在线监测系统

1.边坡的治理措施

边坡治理主要工作就是要稳定边坡。该过程的任务是清除危石、降坡削坡，将未形成台阶的悬崖尽量构成水平台阶，把边坡的坡度降到安全角度以下，以消除崩塌隐患。之后就要对已经处理的边坡进行复绿，使其进一步保持稳定。

2.尾矿的治理措施

对占用大量土地的尾矿进行二次开发，加大尾矿的综合利用率;开发用量大、投资少、有销路的尾矿以实现规模经营和多品种开发的资源化、商品化使其变废为宝，真正成为经济商品中的一部分。还要对尾矿坝中的废水进行处理以达到国家标准，实现浮选废水适度净化后全部回用和零排放。对于未处理的采空区、废旧巷道和硐室的矿山，利用井下采空区排放尾矿是一种处置尾矿行之有效的办法。

3.土壤基层改良

矿山开采造成生态破坏的关键是土地退化，也就是土壤因子的改变，即废弃地土壤理化性质变坏、养分丢失及土壤中有毒有害物质的增加。因此，土壤改良是矿山废弃地生态恢复最重要的环节之一。可以采取的措施包括:(1)异地取土措施:在不破坏异地土壤的前提下，取适量土壤，移至矿山受损严重的部位，在土壤上种植植物，通过植物的吸收、挥发、根滤、降解、稳定等作用对受损土壤进行修复。(2)废弃地改造措施进行表土改造之前，设法灌注泥浆，使其包裹废渣，然后再铺一层粘土压实，造成一个人工隔水层，减少地面水下渗，防止废渣中剧毒元素的释放。(3)土壤增肥改良措施:添加有效物质，使土壤的物理化学性质得到改良，从而缩短植被演替过程，加快矿山废弃地的生态重建。

4.矿山重金属污染的植物修复

重金属耐性植物不仅能耐重金属毒性，还可以适应废弃地的极端贫瘠、土壤结构不良等恶劣环境，部分耐性植物还能富集高浓度的重金属，因而被广泛地用于重金属污染土地的修复。考虑到引种可能会带来的生态问题，且乡土植物对当地气候条件的适应性，立足本地筛选重金属耐性植物十分必要。

5.矿山水资源的修复

矿山开采中对水的损害分别表现在对地表水和地下水的影响。地表水、地下水的污染可以通过构筑人工湿地，通过耐受植物、微生物的作用对污染物进行去除。还有一方面就是由于过度采水造成的地表水缺乏、地下水水位下降，这就需要通过适当引水，缓解水缺乏压力，构建蓄水系统逐步解决这一问题。