矿山废弃地生态问题及修复方法

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引言：加强新时代中国特色社会主义生态文明建设对我国经济社会高质量发展具有重大意义[1]。在人口规模不断增加的背景下，生产生活对自然资源的需求量也不断加大，同时不可避免地对生态环境和人居环境造成了重大影响。此外，在“碳达峰、碳中和”战略的要求下，生态恢复尤其是矿山废弃地的生态修复工作已变得越来越重要，这也是各个国家面临的严峻问题和当前研究的热点领域[2-4]。在工业化进程不断发展推进过程中，矿产资源开发利用成为保障工农业发展的重要物质基础，而随着矿产资源开发，不合理的矿产资源开发利用方式，产生了大量矿山废弃地，也遗留了众多的矿山生态问题，严重制约了土地经济和生态效益的提高与改善。矿山资源开采完成后，部分废弃土地由于长期得不到有效利用，使大面积耕地资源和其他土地资源产生土地污损、固体废弃物堆积、土壤重金属污染加剧、地表和地下水资源破坏污染等问题，导致农业产出率极低，农民逐渐贫困化，政府补贴压力增大，工业材料逐渐匮乏，严重影响了矿工与农民的生产生活，制约着资源型城市的可持续发展。矿山废弃地存在着严重的经济、社会和生态问题，是当前政府和企业不得不面对和解决的难题[5-7]。2016年，财政部等三部门联合印发《关于推进山水林田湖生态保护修复工作的通知》（财建〔2016〕725号），明确提出要实施矿山环境治理恢复工作，实施矿山废弃地生态修复工作已成为适应新时期生态文明建设的必然要求。矿区废弃地生态修复工作是推动矿区转型发展、实现经济可持续以及助力我国碳中和的重要方式，也是推进生态文明建设和深入践行“绿水青山就是金山银山”理念的重要举措。国外专家在矿区废弃地土地复垦和生态修复等方面也做了许多工作[8-9]，同时也制定了关于矿区生态修复的相关法律法规。尤其是对清洁采矿工艺的研发、矿产资源开发过程中的生态保护以及部分修复技术和土地复垦技术进行了研究，并取得了一定的效果。我国围绕矿区废弃地土地复垦和生态修复也进行了长期的研究和实践，而其中，简单的覆土回填等修复技术是最为常见的方法，但由于其整治手法单一、技术手段落后，修复效果并不显著。因此，采取有效的矿山废弃地生态修复技术也是该项工作的主要研究内容。

1矿山废弃地生态修复进展情况

我国是一个矿产资源开发和消费大国，在矿山开采完成后，由于缺乏必要的专项资金，未能充分考虑矿山区域内生态修复工作，容易引发矿区产生各类地质灾害、矿区水土资源被破坏以及矿山污染等问题。此外，严重缺乏治理的矿山会影响周边土地资源，造成土地资源利用率降低，同时伴随山体滑坡、泥石流和地面沉降、塌陷等危害，人类生活和生产区域也会受到一定程度的影响。另外，部分煤矿区在经过煤炭资源开采利用后，露天堆积的大量煤矸石等也会引发严重的生态环境问题，造成矿山废弃后大量土地资源闲置、污染和损毁，并对周边土壤、水体以及大气产生不可逆的危害。由于矿产资源开采占用损毁的土地资源已超过360万hm2，矿山废弃地的生态修复工作面临十分严峻的形势。2020年9月，我国向国际社会提出了要在2060年实现碳中和，该计划也被列入中国2035年远景目标。矿区在矿产资源开发、利用的全过程中会产生大量的CO2、CO等气体，尤其对煤矿区土地损毁严重，且碳平衡被破坏问题十分显著，矿区作为温室气体排放量较大的载体，也肩负着推动我国实现碳中和的重要使命。从2016年至今，张之才等[10]采集了广西35个被铅锌矿污染的土壤样品，对其中重金属污染元素进行了测定分析，结果表明，重金属污染是废弃矿区土地最严重的污染源之一，其中Cd元素的潜在生态危害系数最大。李丽等[11]对长江流域矿山废弃地的分布状况进行了分析，结果表明，随着时间的增长，修复的矿山面积也随之增长，但由于其采用自然修复和土地复垦等较为单一的修复方法，未能从生态修复角度进行考量，矿山废弃地生态修复效果不佳。王耀华等[12]对某石灰矿山的生态修复工作进行了创新性的整治，在对危岩体全面清理后，重点对高危边坡和地形地貌进行了全面治理，最后以自然恢复和人为干涉相结合的方式实现矿区生态复绿修复。王鹏等[13]针对甘肃省西和县废弃矿山存在的一些问题，先削坡后整饰，在完成挡墙施工、截水排水工程施工的基础上，进行草籽、植树等绿化工作，实现矿区土地绿色生态修复。何振嘉等[14]针对碳中和背景下矿区生态修复存在的问题，从固碳增汇角度出发提出了有效的矿区生态修复过程中的一些解决对策，尤其是提出在矿区生态修复中要进一步创新土地综合整治模式理念，将矿区土地生态修复与产业发展相融合。我国是一个人口众多的发展中国家，矿产资源开发利用也有较长历史，长年累月通过矿产开发遗留了众多矿区废弃地，不只造成了土地资源的极大浪费，也严重影响和危害了区域内生态环境。虽然我国也组织开展了矿区修复工作，但由于大部分矿区修复过程中主体责任不清晰、财税扶持力度不够以及技术手段落后等原因，矿区整体生态修复水平较低，尤其是部分地区对矿区生态修复工作不重视，修复效果不显著。但可以看到的是，废弃矿山在得到有效修复后，能够进一步涵养水土、美化生态环境，消除矿山滑坡、塌陷等地质灾害。同时，在对废弃地整治后，提高了居民的生产和生活条件，尤其是对一些区域作物种植结构的优化也能起到显著的推动作用。

2矿山废弃地生态修复方法

2.1物理修复方法

物理修复方法的成本较低，应用范围较广，也是我国目前在矿山废弃地生态修复过程中使用最广泛的方法，主要是通过矿山废弃物外运、覆土掩埋以及简单的生态复绿等工作实现生态修复。在部分煤矿废弃地修复中，主要采用土地复垦的方式进行生态修复，对矿区煤矸石山进行平整推平治理，对采煤沉陷区、塌陷洼地的边缘不太深的区域，分段开挖，将取出的土壤就近平摊，抬高地面造成台田，有效将洼陷导致的深沟进一步改造为可耕种田地。土地平整后可进行土壤改良，使其恢复到原有生产水平，并在土地复垦平整的基础上，完善复垦区内道路体系，合理布置田间道路系统，提高耕地机械化生产程度。同时，部分地区采用客土覆盖或置换的方式消除矿区废弃土地表层土壤，进一步优化或消除土壤重金属污染。部分地区采用添加固废基土壤调理剂的方式实现矿区修复，研究表明，固废基土壤调理剂的施加不仅改善了土壤结构，同时促进了作物根系生长，进一步提高了土壤肥力和土壤固碳能力。部分高寒地区将矿区渣土和羊板粪、有机肥、牧草专用肥等材料混合进行土壤层重构，在完成矿区生态修复的基础上有效解决了当地无土和高额修复费用两大难题。

2.2化学修复方法

露天废弃矿山比较常见的是土壤酸碱化问题，可以通过使用硫酸亚铁、石膏、碳酸氢盐等进行土壤改良，优化土壤结构，提高土壤渗透能力，降低土壤酸碱化。如将石膏应用于土壤改良中，可极大地降低土壤的碱化程度，改善土壤基质；而将碳酸氢盐应用在土壤改良中，能有效改善矿区酸性废弃地。粪肥和石灰施用可补充部分植物生长所需的氮、钾等养分，促进生态复绿进程。将石灰添加至矿区废弃地土壤中能有效改善土壤pH值，同时能降低植物对Zn的吸收量，提高作物产量。添加钙化物可使土壤中的一些离子产生拮抗作用，降低土壤中部分重金属离子的毒性和植物对重金属的吸收量，进一步促进矿区废弃地植物的生长。另外，由于矿区废弃地中大多都存在重金属污染物超标情况，且传统的重金属污染物提取或消除方式费时费力，成本较高，并影响土壤物理性质，部分地区采用固化/稳定化方式来解决矿区废弃地土壤重金属污染问题。将一些天然或改性的环境友好型材料添加至矿区废弃地土壤中，可使土壤中重金属污染物从活跃态转变为稳定态，通过调节土壤微生物功能降低重金属污染物的迁移性及毒性，促进矿区废弃地生态修复。

2.3生物修复方法

生物修复主要包括植物修复和微生物修复。通过种植植物可对矿区废弃地中土壤重金属污染物进行转化、稳定和清除，进而降低矿区废弃地土壤中重金属污染物的残留量，实现改良土壤和土壤原有地貌情况恢复，优化改善局部微环境。植物修复主要采用植物提取、植物挥发、植物过滤、植物钝化等方法进行矿区废弃地生态修复，常用的植物有蜈蚣草、节节草等。而利用微生物在土壤中的生命代谢活动转化、降解土壤中的重金属污染物和其他有毒害物质达到矿区废弃地土壤修复的方法也逐渐被使用。大量研究表明，微生物对于改善土壤重金属污染物具有显著的效果。例如，铁氧化菌可以有效降低土壤中Fe污染物的含量；抗汞微生物可把土壤中甲基汞还原成Hg，降低矿区废弃地土壤中Hg的毒性；VA菌根真菌能有效促进植物从矿区废弃地土壤中吸收营养物质，推进矿区污染土地生态修复[15]。

3结语

新形势下，“碳达峰、碳中和”的提出为我国生态修复工作提出了更高的要求，矿山废弃地作为高碳汇型土地类型，实现矿区废弃地生态修复无疑是推动我国加快实现碳中和的有效举措。我国废弃矿山众多，虽然已经进行了部分修复，但整体修复效果不明显，生态修复的功能未能充分体现。本文分析了我国矿区废弃地修复过程中存在的一些问题，并提出了几项行之有效的生态修复方法，以期为我国矿区废弃地生态修复和综合高效利用提供借鉴。

参考文献：

[2]张万虎，袁海梁.矿山废弃物及地表污染土生态修复研究[J].化工管理，2021(20)：32-33.

[3]周宏轩，陶贵鑫，徐辰，等.中国关闭煤矿区域生态恢复规划进展[J].科技导报，2021，39(13)：18-28.

[4]袁哲路.矿山废弃地的景观重塑与生态恢复[D].南京：南京林业大学，2013.

[5]王自威.典型工矿区受损土地修复技术与整治规划设计[D].北京：中国地质大学，2013.

[6]张莉，王金满，刘涛.露天煤矿区受损土地景观重塑与再造的研究进展[J].地球科学进展，2016，31(12)：1235-1246.

[7]刘英.半干旱煤矿区受损植被引导型恢复研究[D].徐州：中国矿业大学，2020.

[10]张之才，农泽喜，唐茜，等.广西某铅锌矿区农田土壤重金属污染调查与防控策略[J].广州化工，2021，49(10)：114-117.

[11]李丽，杨金中，陈栋，等.长江经济带江苏段废弃露天矿山分布与生态修复遥感调查研究[J].水文地质工程地质，2022，49(1)：183-190.

[12]王耀华，付广磊.河南安阳市许家沟乡王家窑石灰石矿山地质环境问题及生态修复研究[J].资源信息与工程，2021，36(5)：94-97.

[13]王鹏，舒记，章道勇，等.基于生态保护的废弃矿山环境修复治理措施研究：以西和县某矿山为例[J].现代园艺，2021，44(19)：150-153.

[14]何振嘉，罗林涛，杜宜春，等.碳中和背景下矿区生态修复减排增汇实现对策[J].矿产综合利用，2022(2)：9-14+56.

[15]周连碧，王琼，杨越晴.典型金属矿区污染土壤生态修复研究与实践进展[J].有色金属（冶炼部分），2021(3)：10-18.

作者:谢鹏宇 单位:陕西省土地工程建设集团有限责任公司