作者：張鴻齡 孫麗娜 孫鐵珩 陳麗芳 單位：沈陽大學 遼寧省地質(zhì)礦產(chǎn)研究院

垃圾是城市的必然產(chǎn)物。在眾多的垃圾處理方法中，衛(wèi)生填埋法較為簡便、經(jīng)濟。隨著城市規(guī)模的擴大，填埋場進入城區(qū)的范圍，直接影響城市的美觀，尤其是垃圾填埋后腐爛分解產(chǎn)生的填埋氣（如甲中國的土地中只有14%是適耕地，而人均耕地只有0.106hm2，遠低于世界平均水平的0.236hm2(Lin＆Ho，2003)。近十年，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，礦山大規(guī)模開采、固體廢棄物填埋等占用了大量土地，使得中國的適耕地越來越少，特別是礦山開采活動不但占用和破壞大量土地，而且在礦山開采和開采之后的長時間內(nèi)還會通過粉塵、潛在的酸性廢水排放、地表徑流、滑坡、塌陷等過程再次污染及破壞土地，并使周邊環(huán)境不斷惡化(Wong，2003;白中科等，2006)。礦區(qū)水土一旦遭受污染破壞，其治理難度大、費用高、環(huán)境恢復時間長，甚至還會帶來一系列社會問題。因此，礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的修復是采礦業(yè)可持續(xù)發(fā)展中必不可少的一項任務。

礦山廢棄地是一類特殊的退化生態(tài)系統(tǒng)，由于人為的巨大干擾，超出了原有生態(tài)系統(tǒng)的修復容限。根據(jù)其形成原因及組成，礦山廢棄地可以分為四大類，其中修復難度較大的包括精礦篩選后剩余巖石碎塊和低品味礦石堆積而成的廢石堆、剝離物壓占的陡坡排巖場/排土場、尾礦砂形成的尾礦庫以及矸石堆積的矸石山(胡振琪等，2003;Li，2006)。從20世紀70年代開始礦山復墾工作以來，國內(nèi)外開展了大量的修復研究與實踐工作，針對不同種類廢棄地的不同退化機制和性質(zhì)，采取的修復及重建措施也不相同(Marrs＆Bradshaw，1982;Lietal．，2000;胡振琪等，2003;白中科等，2006)。本文在總結(jié)這些研究的基礎(chǔ)上，著重對礦山廢棄地生態(tài)修復中的基質(zhì)改良和植被重建技術(shù)進行了分析，以期為今后礦山廢棄地的生態(tài)修復提供參考。

1生態(tài)恢復與生態(tài)重建內(nèi)涵

當生態(tài)系統(tǒng)在外界因素的干擾下，其結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生位移，原有的平衡被打破，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生變化而形成破壞性波動或惡性循環(huán)后，該生態(tài)系統(tǒng)則成為一類退化生態(tài)系統(tǒng)或受損生態(tài)系統(tǒng)。對于那些破壞強度大，系統(tǒng)自然功能基本喪失的退化生態(tài)系統(tǒng)來說，需要在人為干預或輔助下使其結(jié)構(gòu)和功能逐漸恢復完善而達到一種新的平衡。對于退化生態(tài)系統(tǒng)的這種人工干預就稱之為生態(tài)修復(ec-ologicalremediation)、生態(tài)恢復(ecologicalrestora-tion)或生態(tài)重建(ecologicalreconstruction)。最早的生態(tài)恢復工作始于1935年，在Leppold指導下，在美國Madison一塊廢棄地及威斯康星河沙灘海岸附近的另一塊廢棄地上開展了恢復工作，經(jīng)過多年努力后成功創(chuàng)造了今天的威斯康星大學種植園景觀和生態(tài)中心，這使得人們認識到，把過度放牧、侵蝕等致?lián)p因素造成的廢棄地恢復到草原、森林在理論上和技術(shù)上都是可能的(米文寶和謝應忠，2006)。進入20世紀70年代后，對于退化生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)恢復研究逐漸發(fā)展起來，1973年3月，在美國弗吉尼亞理工大學召開了題為“受害生態(tài)系統(tǒng)的恢復”國際會議，第一次專門討論了受害生態(tài)系統(tǒng)的恢復和重建等重要的生態(tài)學問題(Jordanetal．，1987)。1980年在Cairns主編的《受損生態(tài)系統(tǒng)的恢復過程》一書中將生態(tài)恢復定義為:恢復被損害生態(tài)系統(tǒng)到接近于它受干擾前的自然狀態(tài)的管理與操作過程，即重建與該系統(tǒng)干擾前的結(jié)構(gòu)與功能有關(guān)的物理、化學和生物特征。然而這一概念過分強調(diào)了恢復(restoration)，而對重建(reconstruction)一個新的生態(tài)系統(tǒng)未給予足夠重視(米文寶和謝應忠，2006)。

實際上，要想將一個受損的生態(tài)系統(tǒng)恢復到原來未受干擾前的狀態(tài)是不可能的。Bradshaw(2000)在回顧美國“生態(tài)恢復”(ecologicalreclamation)的歷史時指出，生態(tài)系統(tǒng)的重要性是要強調(diào)生物多樣性、永久性、自我持續(xù)性和植被演替性。對于退化生態(tài)系統(tǒng)的恢復應該是在人為干預或輔助下通過修復、改建、重建、復墾和再植等各種措施促使退化生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能不斷完善，最終達到另一個生態(tài)平衡狀態(tài)。1995年，美國生態(tài)恢復學會提出，恢復是一個概括性的術(shù)語，包含了改建(rehabilitation)、重建(reconstruction)、改造(reclamation)、再植(reve-getation)等含義。生態(tài)重建(reconstruction)并不意味著在所有場合下恢復原有的生態(tài)系統(tǒng)，生態(tài)恢復的關(guān)鍵是恢復生態(tài)系統(tǒng)必要的結(jié)構(gòu)和功能，并使系統(tǒng)能夠自我維持和平衡(李永庚和蔣高明，2004)。因此，生態(tài)系統(tǒng)的恢復不僅僅是簡單地恢復幾種植物或?qū)⒙愕馗采w，它還至少應包括以下三方面:1)土壤養(yǎng)分積累與生物地球化學循環(huán)，包括對養(yǎng)分的滯留與損失、土壤的化學過程、有機物質(zhì)的合成與降解等(Schaaf，2001);2)生物多樣性的恢復，包括生物種類與功能是否達到開礦前或鄰近自然景觀的水平;3)植被演替方向與生態(tài)系統(tǒng)的自我維持能力(Bell，2001)。因此，生態(tài)恢復與重建不再是一個靜態(tài)的概念，它是隨著人們對退化生態(tài)系統(tǒng)研究的深入而不斷完善和發(fā)展的。現(xiàn)代生態(tài)恢復與重建不僅包括退化生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能和生態(tài)學潛力的恢復與提高，而且包括人們依據(jù)生態(tài)學原理，使退化生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)、能量和信息流發(fā)生改變，形成更為優(yōu)化的自然-經(jīng)濟-社會復合生態(tài)系統(tǒng)(米文寶和謝應忠，2006)。隨著研究及認識的不斷深入，生態(tài)恢復、生態(tài)重建的內(nèi)涵將不斷得到擴展和完善，其所包含的內(nèi)容也將更深廣。

2礦山廢棄地生態(tài)環(huán)境退化特征

礦山廢棄地是一類特殊的退化生態(tài)系統(tǒng)，在礦山開采時，礦山廢棄地原有的生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞，主要的生態(tài)問題表現(xiàn)為:表土層破壞，土壤基質(zhì)物理結(jié)構(gòu)不良、水分缺乏，持水保肥能力差，導致缺乏植物能夠自然生根和伸展的介質(zhì);極端貧瘠，氮、磷、鉀及有機質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)不足或是養(yǎng)分不平衡;存在限制植物生長的物質(zhì)，如重金屬等有毒有害物質(zhì)含量過高，影響植物各種代謝途徑;極端pH值或鹽堿化等生境條件，影響植物的定居;生物數(shù)量和生物種類的減少或喪失，給礦區(qū)廢棄地恢復帶來了更加不利的影響(Leisman，1957;Cornwell＆Jackson，1968;Li，2006)。針對礦山廢棄地以上退化特征及其極端的立地條件，開展生態(tài)修復與重建的首要問題是進行礦區(qū)廢棄地的基質(zhì)改良。

3礦山廢棄地基質(zhì)改良技術(shù)

3.1表土覆蓋技術(shù)

地表物質(zhì)是植物生長的介質(zhì)，植物生長立地條件的好壞，在很大程度上取決于地表性質(zhì)。一般認為，回填表土是一種常用且最為有效的措施。表土是當?shù)匚锓N的重要種子庫，它為植被恢復提供了重要種源。同時也保證了根區(qū)土壤的高質(zhì)量，包括良好的土壤結(jié)構(gòu)，較高的養(yǎng)分與水分含量等，還包含有較多的微生物與微小動物群落(Bell，2001)。卞正富和張國良(1999)以開灤礦區(qū)為實驗點，進行了研究，結(jié)果表明，通過條帶式覆土或全面覆土對矸石酸性的控制好于穴植覆土。Barth(1998)認為，覆土越厚越好，這樣可以避免根系穿透薄薄的表土層而扎進有毒的礦土中。但是，覆土越厚，工作量越大，費用越高，而且在超過覆土厚度一定范圍后，修復效果增長反而不顯著。Holmes和Richardson(1999)研究表明，覆蓋10cm厚的表土能使植物的蓋度從20%上升到75%，覆蓋30cm土層，植物蓋度上升到90%，但這兩種深度的表土對提高植物密度方面沒有明顯差異，甚至在播種18個月后，淺表土(10cm)上的植物密度要高于深表土(30cm)。Redente等(1997)在一個煤礦地比較了4個厚度(15、30、45、60cm)的表土后，發(fā)現(xiàn)覆蓋15cm即可以取得較好的恢復效果。因此，表土的覆蓋可以選擇10～15cm厚度，而且應該依據(jù)種植的植物類型進行調(diào)整。回填表土所產(chǎn)生的改土和修復效果比較顯著，但回填表土也存在較大的局限性，主要因為此項工程涉及到表土的采集、存放、二次倒土等大量工程，所需費用很高、管理不便，而且我國大部分礦區(qū)在山區(qū)，土源較少，多年采礦后取土也越來越困難，不少礦區(qū)已無土可取，一些礦山企業(yè)甚至花費巨資進行異地熟土覆蓋(彭建等，2005)。這種做法既解決不了礦山長期使用土源問題，又破壞我國寶貴的耕地資源。因此，回填表土和異地熟土覆蓋的基質(zhì)改良方法只能在條件允許的礦區(qū)適用，在土源短缺的礦區(qū)，應該選擇其他行之有效的基質(zhì)改良措施。