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矿区土地复垦及生态修复研究进展

2023-10-27 35 上传者：管理员

摘要：我国是采矿大国，早期粗放的生产方式导致大量的矿区荒废。随着生态文明建设的深入开展，我国采取了多种措施对矿区废弃地进行土地复垦与生态修复，取得了一定的成果。通过对国内外土地复垦的现状与矿区生态修复相关技术的归纳，指出了目前我国土地复垦与生态修复工程中存在的问题并提出针对性建议，为更好地开展矿区土地复垦与生态修复工程提供指导。

关键词：
土地复垦
法律法规
生态修复
矿区
矿区荒废
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我国是世界上最大的煤炭生产国，拥有众多生产矿山或矿场[1]。矿产资源开采极大地改变土地利用和使用方式，既占用和破坏土地资源，又对矿区生态环境造成持久而重大的负面影响[2]。尤其是在露天煤矿的开采过程中，高强度、大范围的采煤活动极易造成表层土壤结构的破坏，威胁植被的生存，改变矿区的原始景观。由于缺乏对矿区的保护，在早期的煤矿开采过程中，导致大量的矿区荒废，使得生态环境不断恶化。随着生态文明建设的不断开展，自2010年起，我国相关部门开始推行绿色矿山建设，大力开展矿区复垦，通过地貌改造、植被恢复等复垦措施，促进矿区受损土地生态系统向着健康有序的方向发展。

生态修复以实现和达到人与自然环境协调发展为目标，根据景观生态学相关理论和原理，运用生态系统原理和系统方法，在宏观上合理设计和规划矿区景观格局，由上而下，在微观操作层面构建适宜的生态条件和因素。在不影响甚至促进经济社会发展的同时，构建和打造良好的生态环境。从20世纪80年代开始，我国开始有组织、有计划地对煤矿采空区和塌陷地进行综合生态治理。利用生态学方法和系统理论，对采煤、植被重建和矿区土壤开发再生的影响进行研究，初步理解和掌握了矿区土壤的理化性质和生态系统服务运行功能。发现不同类型土壤具有截然不同的退化机制和理化性质，并根据实际情况，有针对性地制定改良措施和方案。

1、国内外矿区土地复垦工作现状

欧美国家较早就开始了矿区土地复垦和生态修复研究工作，从20世纪初期就尝试开展了矿区土地复垦工作，并从政策层面制定了法律法规，规范矿山土地复垦和生态修复工作。组建专门机构，解决土地废弃抛荒和可能产生的生态环境恶化问题。在建立法律法规和资金人员保障架构的同时，深入开展土地复垦相关理论的研究，制定合理可行的复垦措施，持续推动复垦和生态修复工作。由于各国的自然条件不同、经济状况不同、土地状况各异，其土地复垦特色也不尽相同。前苏联的土地复垦方式以农业复垦和林业复垦为主；澳大利亚依托卫星遥感等高科技的指导，实现了矿山土地、环境和生态的综合恢复。

我国土地复垦的研究和实践开始较晚，从20世纪50年代开始，伴随经济的发展和矿山效益的提升，部分矿山自发实施了土地复垦，如辽宁省在1957年采取复土造田技术对荒废土地实施复垦。直至20世纪80年代，国内才重视土地复垦及生态修复工作。国家于1989年正式颁布了《土地复垦规定》，为规范我国土地复垦活动，保护耕地和生态环境提供了法律保障。目前，在“双碳”目标下，诸多学者对矿区低碳土地利用、露天矿碳源构成等内容开展了相关研究，并借鉴国外成功经验，努力探索并逐步实现矿山废弃土地低排放、高碳汇、高收益的集约高效利用模式[3]。

2、矿区生态修复主要技术

近20年来，我国不断加大在矿山生态修复领域的投入，从人、财、物方面给予巨大支持和倾斜，促进了生态修复相关技术不断发展和提升。矿区的生态修复要求因地制宜、因矿施策，根据矿山的具体地质和环境条件，充分依靠生态系统的自我恢复能力，施以适当适量的人工干预调节手段，推动被破坏的矿山生态环境逐步恢复至接近正常状态，促进生态系统实现正常良性循环，实现社会、经济和生态效益的综合最大化。矿区生态修复技术主要有物理修复、化学修复和生物修复三大类，多种方法的组合实施更是目前的研究热点。

2.1 物理修复

物理修复是适应性最广、最简单的修复方法，通常作为矿区复垦的基础和前置手段，能有效改善矿区的地形地貌。常用的物理修复方法有回填、隔离、覆盖和固化等。物理修复方法原理简单、操作方便，而且没有潜在的二次污染隐患，能够短时间内显著修复土壤的理化性质，控制土壤污染物，为后续的植被恢复和重建提供适宜的物理条件，但其修复成本较高。回填表土是目前最有效、最常用的物理修复技术，在矿区开采生产之前，预先剥离矿区表层一定厚度的土层并妥善保存，在土壤修复时将其回填，为后续植被恢复提供富含营养物质和原生生物群落的土壤，有效减少风蚀和水蚀，产生较好的修复效果。

Holmes等[4]和Redente等[5]的研究表明，回填10～30 cm的表土可有效改善植物生长条件，提高修复区域的植被覆盖度，产生较好的修复效果。回填土壤越厚，越能有效隔离被污染土壤中的重金属等污染物。但是超过一定厚度后，隔离效果提升不显著，通常建议回填土壤厚度为10～15 cm。同时，在土壤破坏强度不大的开采区，采取边开采边修复的方法，相比开采完再修复，效果更加显著，对周边环境的影响和破坏更小。隔离法主要使用各类防渗防腐隔离材料，将受污染、被破坏的土壤或水体与未被污染的土壤或水体隔离开来，防止污染扩散和生态问题蔓延。一般适用于环境污染严重，且污染物质易迁移扩散或者分解的场合。

2.2 化学修复

化学修复是向待修复土壤中添加各种化学物质，固化污染物或缓解其毒性，提升土壤肥力、调节土壤pH值等。常用的修复材料包括石灰、磷酸盐、粉煤灰及各种有机肥料。Ruttens等[6]研究发现，石灰可有效调节土壤pH值，缓解重金属毒性，但在酸性环境中，效果受到一定影响。Moreno等[7]研究发现，浮石可有效改善细粒土壤的排水性。Mcgowen等[8]研究发现，磷酸盐矿物质特别是磷灰石，可以与Cd、Pb、Zn等多种阳离子污染物形成稳定的化合物，将其快速有效固定，降低重金属毒性。Pourrut[9]总结发现，无机物修复材料能有效改善矿区土壤的物理性质或有限的化学性质。Alcantara[10]等研究发现，使用75%的生物肥料和25%的矿土调和而成改良剂，可最大程度促进芥菜和胡萝卜的生长，从而实现植物提取Hg和Au。Asensio等[11]研究表明，有机污泥可以降低可溶性金属含量，改善土壤pH值，提高土壤肥力，促进植被恢复。同时，在修复土壤中添加污泥还有利于微生物群体的繁殖和构建。Fellet等[12]研究表明，生物炭中含有大量植物生长必需的有机和无机营养物质，可以改变待修复土壤中重金属溶解度，改善土壤pH值，提高土壤的孔隙率，有利于植被生长。

相比于无机材料，有机修复材料可以调节土壤的pH值，从而影响重金属的存在形式及溶解度，也可以改善土壤的理化性质，调节营养成分和水分迁移特性。此外，还有化学清洗法，即将水或者化学溶剂均匀注入被污染的土壤，将其中的重金属等污染物溶解迁移进入溶剂，然后再将含污染物的溶剂抽取出来。化学修复方法使用范围广，起效快。但是新加入的化学药剂容易对土壤中的其他成分造成不利影响，降低土壤肥力，可能造成二次污染，处理前要充分研究论证，并做好长期监测。

2.3 生物修复

生物修复包括微生物修复、动物修复、植物修复、生物材料修复等技术及相关技术组合。植物修复是指在矿山污染区域种植适宜的植物，一方面可以保持水土流失，另一方面可以吸收、提取或分解转化土壤中的污染物质，实现改良水土、降低土壤污染物浓度、改善土壤理化性质、增强肥力的目的。Boyer等[13]研究发现，蚯蚓、千足虫等动物的活动可以改善土壤的物理结构，其新陈代谢过程可以促进有机质生成，改良土壤的肥力，富集重金属元素，为土壤生态系统的恢复提供良好的基础。Zhu等[14]将DDT降解菌接种到广义景天属中的Cd超富集和耐性植物根部，发现其能有效适应富Cd和DDT环境，并能富集Cd污染物，促进DDT降解。楼骏[15]研究表明，专门筛选培养出的马赛菌对菲具有很强的促降解能力，可用于修复污染的矿区土壤。生物修复在处理土壤重金属和有机物污染中具有较大潜力，但是要有针对性地开展设计，实际应用具有一定的局限性。

3、存在的问题及对策

3.1 存在的问题

矿区土地复垦和生态修复能有效缓解矿产开发对环境的破坏和影响，在世界范围内广受重视。但是目前的研究和实践中，还存在诸多问题。

3.1.1 矿区土地复垦及生态修复相关理论研究不足

目前对矿区土地复垦及生态修复的研究主要集中在具体的修复方法和修复材料的优选、培育和应用效果评价方面，对修复材料与土壤中相关污染物及其他营养物质、动植物及微生物与土壤原生生物之间的相互作用机理研究较少。不同修复材料的修复机理和应用条件各有不同，对土壤的修复选择性也千差万别，需要进一步系统研究修复材料的工作机理，从而指导修复材料及方法的应用和改进。

3.1.2 矿区土地复垦及生态修复技术研究有待加强

土壤基质改良技术是矿区土地复垦及生态修复的首要任务。我国土壤基质改良技术经过几十年的研究，取得了重要进展。然而，不管是物理修复、化学修复、生物修复技术，还是多种修复技术的联合实施，在具有一定效果和适用性的同时，也具有较强的局限性，至今尚未形成具有较好效果和经济性的成熟修复方法和体系。仍需加强对土壤基质改良相关技术的研究，总结建立技术体系。

3.1.3 矿区土地复垦及生态修复相关标准规范及管理体系有待完善

我国矿区土地复垦及生态修复相关技术标准建设较为滞后，同时国家标准存在通用性强的特点，对于各地区各行业的特点，缺乏因地制宜的具体详尽的技术标准和规范。同时，我国现行矿区生态保护的法律法规中也缺少矿产开采全过程的生态环境保护相关内容，亟待加强相关法规和标准的研究制定。

矿区土地复垦及生态修复工作涉及面广、流程环节长、综合性强，是一项涵盖技术、组织和管理的多因素系统工程。目前我国初步建立了土地复垦监管体系，但仍存在管理交叉、监管方法落后等问题。同时，监管和执行人员力量不足，工作监督和推进力度不够，导致很多矿区不够重视土地复垦及生态修复工作。此外，矿区土地复垦工作涉及到诸多部门，缺乏专门的复垦管理机构协调各部门各方面的关系，管理体制的混乱妨碍了矿区复垦效率，严重制约了矿区土地复垦工作。

3.2 解决问题的对策

在生态环境日益受重视的大背景下，我国矿区土地复垦和生态修复工作取得了一定的成效，但与西方发达国家仍存在不小的差距。可以从以下方面入手，稳步推动矿区土地复垦及生态修复工作。

3.2.1 加强矿区土地复垦和生态修复相关原理和技术研究

应针对不同矿产类型，研究不同修复材料和方法的工作机理，研究与不同类型土壤污染物的相互作用原理，指导土地复垦和生态修复技术研发。

加强各类生态修复技术研发，加大多种技术的联合集成应用。针对矿产开发活动产生的废水废渣开发处理和回用技术，就地取材研制开发低成本的修复材料，减少废水废渣排放，实现变废为宝。

3.2.2 加强矿区土地复垦及生态修复标准规范研究制定，健全管理体系

矿区土地复垦及生态修复是一项长期性工程，要建立矿产资源开发与生态环境可持续发展的协同理念，建立涵盖矿产开采、土地复垦与生态修复、闭矿恢复等全过程技术规范。针对不同行业不同地区的特点，因地制宜地制定符合区域与行业特点的土地复垦及生态修复法规体系和标准规范，形成系统完备的规章制度和标准体系。

在法律法规基础上，建立层级明确、职责清晰、管理方式多样、指标健全的综合管理体系。基于遥感技术、地理信息系统和信息化技术，丰富完善土地复垦及生态修复监管和评价技术方法。建立鼓励公众参与的工作机制，带动社会公众和土地权益人积极参与矿区生态环境修复工作。

4、结语

随着生态文明建设的不断深入开展，我国矿区土地复垦与生态修复取得了一定成效，但是与先进国家相比，仍存在不小差距，其工作也存在着诸多问题。矿区土地复垦与生态修复工作内容复杂、技术难度大，是一项涉及面广的系统工程，需要多个部门、多方力量沟通配合，依靠先进技术方法和具体的制度保障才能推进。日后我们应在完善相关法律法规、加强土地复垦科技创新与人才队伍建设、加强环境治理监管等方面多加努力，为我国矿区土地复垦工作的有序、顺利开展注入源源不断的动力。

参考文献:

[1]赵鹏,史兴萍,尚卿,谭菁,王夕刚,黄占斌.矿区复垦地土壤改良研究进展[J].农业资源与环境学报,2023,40(1):1-14.

[3]杨博宇,白中科.露天煤矿区低碳土地利用途径研究[J].中国矿业,2019,28(6):89-93.

[14]楼骏.Massilia spp.对菲的降解特性及其生物组学研究[D].杭州:浙江大学,2018.

[15]徐松,唐芬.采矿区土壤环境污染及其修复研究[J].科技创新与应用,2018(21):81-82.

文章来源:刘文峰,周保精.矿区土地复垦及生态修复研究进展[J].能源科技,2023,21(05):12-15.