粵北南嶺典型礦山生態(tài)修復(fù)工程技術(shù)模式與效益預(yù)評(píng)估
——基于廣東省山水林田湖草生態(tài)保護(hù)修復(fù)試點(diǎn)框架

羅 明,周 妍,鞠正山,魏洪斌,張世文

1 自然資源部國土整治中心, 北京 100035 2 自然資源部土地整治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100035 3 安徽理工大學(xué)地球與環(huán)境學(xué)院, 淮南 232001

礦山生態(tài)修復(fù)是緩解礦產(chǎn)資源開發(fā)與礦山環(huán)境保護(hù)矛盾的關(guān)鍵[1]。由于對(duì)礦山生態(tài)系統(tǒng)各要素之間的流動(dòng)性、經(jīng)濟(jì)與環(huán)境之間的協(xié)調(diào)性、污染因素之間的相互影響等考慮不足,相關(guān)部門各自為戰(zhàn),規(guī)劃治理缺乏統(tǒng)一性、系統(tǒng)性和整體性,導(dǎo)致目前我國礦山生態(tài)修復(fù)總體效果不盡理想,生態(tài)環(huán)境問題仍然嚴(yán)重[2]。習(xí)近平總書記在《關(guān)于〈中共中央關(guān)于全面深化改革若干重大問題的決定〉的說明》中指出：“山水林田湖是一個(gè)生命共同體,由一個(gè)部門負(fù)責(zé)領(lǐng)土范圍內(nèi)所有國土空間用途管制職責(zé),對(duì)山水林田湖進(jìn)行統(tǒng)一保護(hù)、統(tǒng)一修復(fù)是十分必要的”[3]。在全國生態(tài)環(huán)境保護(hù)大會(huì)上習(xí)近平總書記進(jìn)一步指出“山水林田湖草是生命共同體,要統(tǒng)籌兼顧、整體施策、多措并舉,全方位、全地域、全過程開展生態(tài)文明建設(shè)”。因此,礦山生態(tài)修復(fù)也應(yīng)該在山水林田湖草生命共同體理論框架下,探索整體保護(hù)、系統(tǒng)修復(fù)、綜合治理技術(shù)。

廣東粵北南嶺山區(qū)地處國家生態(tài)安全格局“兩屏三帶”中的南方丘陵山地帶的核心區(qū),是華南地區(qū)的重要生態(tài)屏障,是關(guān)系到粵港澳大灣區(qū)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵區(qū)域。粵北南嶺山區(qū)礦產(chǎn)資源豐富,早期盲目無序開發(fā)導(dǎo)致當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境問題突出,特別是歷史上的私挖亂采后留下大量的廢土堆場(chǎng),造成礦區(qū)水土流失、環(huán)境污染。近年來,韶關(guān)市高度重視生態(tài)文明建設(shè),在粵北南嶺山區(qū)持續(xù)開展大規(guī)模整頓和規(guī)范礦產(chǎn)資源開發(fā)秩序工作,先后關(guān)閉了一批生態(tài)環(huán)境問題突出的小型礦山,從源頭上遏制生態(tài)環(huán)境惡化,并將粵北南嶺山區(qū)作為礦山地質(zhì)環(huán)境重點(diǎn)治理區(qū)和土壤污染綜合防治先行區(qū)。2018年,廣東粵北南嶺山區(qū)山水林田湖草生態(tài)保護(hù)修復(fù)工程列入國家第三批試點(diǎn)工程。當(dāng)前礦山生態(tài)環(huán)境問題識(shí)別不清,生態(tài)修復(fù)的技術(shù)模式針對(duì)性不強(qiáng)[4- 6],礦山修復(fù)的可持續(xù)性較差,故在山水林田湖草生態(tài)保護(hù)修復(fù)試點(diǎn)框架下開展礦山,特別是廢土堆生態(tài)修復(fù)技術(shù)模式和生態(tài)效益評(píng)估研究,對(duì)于科學(xué)、精準(zhǔn)治理礦山生態(tài)環(huán)境至關(guān)重要。

本文以粵北南嶺山區(qū)為研究對(duì)象,在山水林田湖草生態(tài)保護(hù)修復(fù)試點(diǎn)框架下,分析礦區(qū)生態(tài)環(huán)境問題及其修復(fù)途徑,探討典型礦山廢棄地單元(廢土堆)的山水林田湖草修復(fù)工程技術(shù)模式與關(guān)鍵技術(shù),初步評(píng)估修復(fù)后的生態(tài)效益,為當(dāng)?shù)啬酥寥珖悈^(qū)域山水林田湖草生態(tài)修復(fù)試點(diǎn)工作提供技術(shù)支撐。

1 粵北南嶺山區(qū)礦區(qū)生態(tài)環(huán)境問題識(shí)別

粵北南嶺山區(qū)在生態(tài)環(huán)境質(zhì)量整體良好的同時(shí)也存在突出的生態(tài)環(huán)境問題,區(qū)域內(nèi)曾發(fā)生過多起水體重金屬污染和農(nóng)田土壤污染事件。其中,礦山及土壤生態(tài)修復(fù)區(qū)主要包括大寶山礦、凡口鉛鋅礦、樂昌鉛鋅礦等重點(diǎn)礦山及其周邊區(qū)域,該區(qū)域礦山開采和冶煉活動(dòng)較多,生態(tài)環(huán)境惡劣。

(1)礦山植被破壞和水土流失問題突出,地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)隱患較大。由于長期的有色金屬礦產(chǎn)開采、選礦和冶煉等活動(dòng),尤其是一些民采礦山一度無序開采,遺留了大量的礦山地質(zhì)環(huán)境問題。如占用與損毀土地資源、植被破壞、地下含水層破壞與污染、地形地貌景觀破壞和水土流失等。粵北南嶺山區(qū)地處廣東省北部,丘陵山地多,地質(zhì)構(gòu)造較為復(fù)雜,地質(zhì)環(huán)境脆弱,礦產(chǎn)資源的長期開采在破壞地質(zhì)環(huán)境的同時(shí)也留下了大面積的采空區(qū),存在較大的地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)。

(2)礦山周邊水土污染嚴(yán)重。來自礦石、廢石堆和尾礦坑中的硫化物礦物,經(jīng)氧化后形成的大量酸性礦山廢水引起水體酸化及周圍土壤、水體重金屬污染,部分礦區(qū)周邊廢水、廢渣等問題較為突出[7]。粵北南嶺山區(qū)大寶山礦區(qū)水體、土壤均呈現(xiàn)酸性,pH值小于5,特別是采礦場(chǎng)和尾礦庫[4]。土壤的營養(yǎng)元素含量普遍較低,其中有機(jī)質(zhì)含量在各排土場(chǎng)中最低,一般不超過5 g/kg。粵北南嶺山區(qū)地處珠江流域的北江和東江上游,采礦廢石在堆放過程中,由于風(fēng)化和淋濾以及選礦、洗礦產(chǎn)生的含有鎘、銅、鋅、鉛等數(shù)種嚴(yán)重超標(biāo)的重金屬污水直接對(duì)下游的珠江三角洲經(jīng)濟(jì)區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)灌溉和居民健康造成了巨大的威脅[8]。

2 粵北南嶺山區(qū)礦區(qū)生態(tài)修復(fù)途徑

粵北南嶺山區(qū)礦山開發(fā)和冶煉活動(dòng)較多,生態(tài)環(huán)境污染嚴(yán)重,該區(qū)域的生態(tài)修復(fù)應(yīng)以恢復(fù)自然生態(tài)功能、治理礦山和土壤污染以及防控環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)等為主。實(shí)現(xiàn)粵北南嶺山區(qū)生態(tài)修復(fù)的途徑主要有：

(1)加快推進(jìn)礦區(qū)環(huán)境污染綜合整治,切實(shí)改善周邊水土環(huán)境質(zhì)量。以大寶山礦、凡口鉛鋅礦等礦山作為重點(diǎn),從源頭上預(yù)防控制和消除礦山重金屬、水污染隱患。

(2)推進(jìn)土壤治理修復(fù),建立生態(tài)修復(fù)示范工程,改善土壤環(huán)境質(zhì)量。啟動(dòng)大寶山新山片區(qū)歷史遺留民采集中區(qū)生態(tài)修復(fù)示范等工程,推進(jìn)歷史遺留典型地塊治理與修復(fù)。根據(jù)韶關(guān)市遺留廢棄或無主礦山、采選礦及冶煉點(diǎn)專項(xiàng)調(diào)查結(jié)果,選擇典型地塊開展修復(fù)示范工程。

(3)建立土壤污染綜合防治先行區(qū),做好先行示范引領(lǐng)。對(duì)污染治理修復(fù)項(xiàng)目進(jìn)行分類管理,建立土壤污染修復(fù)責(zé)任主體認(rèn)定指引,明確責(zé)任主體及責(zé)任范圍。采用多源投資模式,帶動(dòng)更多社會(huì)資本參與土壤環(huán)保工程項(xiàng)目建設(shè)。鼓勵(lì)科研院所、高等學(xué)校、重點(diǎn)企業(yè)等組建土壤先行保護(hù)聯(lián)盟,促進(jìn)先進(jìn)技術(shù)示范推廣。

3 粵北南嶺山區(qū)典型礦山單元生態(tài)恢復(fù)的工程技術(shù)模式

3.1 典型礦山廢棄地單元生態(tài)恢復(fù)的工程技術(shù)模式

粵北南嶺山區(qū)大寶山礦區(qū)在30多年的礦產(chǎn)開采過程中,由于長期的非法民采、民選活動(dòng)形成了廢土堆、采礦坑等,嚴(yán)重地破壞了地形地貌景觀,滑坡、水土流失等地質(zhì)災(zāi)害問題嚴(yán)重；同時(shí)還導(dǎo)致了礦產(chǎn)資源無法綜合利用、植被消失、生態(tài)毀壞、地下水含水層被破壞與污染等環(huán)境問題；裸露廢土堆場(chǎng)金屬硫化物通過長期的氧化產(chǎn)生大量的重金屬及高濃度的硫酸鹽,給周邊地區(qū)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。廣東省山水林田湖草生態(tài)保護(hù)修復(fù)試點(diǎn)工程強(qiáng)調(diào)從源頭控制,重點(diǎn)在于水。采用清污分流措施、攔水渠技術(shù),從根本上治理酸性與重金屬超標(biāo)礦水外排的問題。生態(tài)保護(hù)修復(fù)試點(diǎn)工程的難點(diǎn)是廢土堆,粵北南嶺山區(qū)的廢土堆是由歷史上民采活動(dòng)導(dǎo)致的,是大寶山礦區(qū)最重要的污染源地,土壤侵蝕的過程復(fù)雜、部位集中、類型多樣、強(qiáng)度劇烈[9]。廢土堆中棄渣棄土堆放,其顆粒大小不均,結(jié)構(gòu)松散,遇到強(qiáng)降雨、大風(fēng)或重力作用下,容易發(fā)生沉陷、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害,嚴(yán)重威脅生命財(cái)產(chǎn)安全。此外,廢土堆往往含有硫、重金屬等污染物,在降水條件下硫容易氧化并產(chǎn)生酸性水導(dǎo)致重金屬不斷溶出[10]。廢土堆由于水分條件差、土壤貧瘠、生物活性低,其生態(tài)恢復(fù)一直是礦區(qū)生態(tài)修復(fù)的重點(diǎn)和難點(diǎn)[5]。

遵循“‘依山就勢(shì)’重塑地形、‘因勢(shì)利導(dǎo)’疏導(dǎo)水流、‘柔性防護(hù)’穩(wěn)定邊坡”的山水林田湖草系統(tǒng)共治原則,開展粵北南嶺山區(qū)廢土堆生態(tài)修復(fù)工程設(shè)計(jì)。根據(jù)粵北南嶺山區(qū)新山片區(qū)歷史遺留礦山生態(tài)恢復(fù)治理示范區(qū)中廢土堆的特征,確定其修復(fù)技術(shù)模式為原狀基質(zhì)改良-直接立體植被配置。綜合考慮平臺(tái)、排水溝以及施工需要,對(duì)示范區(qū)域進(jìn)行分區(qū),最終獲得6個(gè)區(qū)(圖1和表1)。根據(jù)示范需求和研發(fā)的技術(shù)類型,結(jié)合不同分區(qū)pH,以及實(shí)際工程施工及原狀情況分區(qū)采取不同的修復(fù)技術(shù)模式和參數(shù)。通過生態(tài)修復(fù)達(dá)到以下標(biāo)準(zhǔn)：建立免維護(hù)、不退化的植被系統(tǒng),植被覆蓋率達(dá)到90%以上、植物品種達(dá)到7種以上；嚴(yán)控土壤酸化,減少土壤中鉛鎘等主要重金屬污染排放,土壤中重金屬有效態(tài)含量降低50%。

圖1 廢土堆工程分區(qū)與工程技術(shù)模式Fig.1 Engineering zoning and engineering technology model of waste soil pile

表1 不同分區(qū)的生態(tài)修復(fù)技術(shù)組合

3.2 典型礦山廢棄地單元生態(tài)恢復(fù)的關(guān)鍵技術(shù)

3.2.1場(chǎng)地平整

根據(jù)區(qū)域水文、地質(zhì)、氣候環(huán)境條件,結(jié)合邊坡地形地貌特點(diǎn)、排水溝設(shè)置,原位整地。在確保施工安全的前提下,不大動(dòng)土方,結(jié)合施工道路修建及場(chǎng)地排水溝設(shè)置需要,進(jìn)行適當(dāng)?shù)牡匦握恚粚?duì)于邊坡而言,適當(dāng)進(jìn)行削坡降級(jí),構(gòu)筑緩沖平臺(tái)；邊坡修整優(yōu)先采用人工“之”字道路及放射狀條溝作業(yè),輔助修坡,坡面修整只要能滿足人工種植操作需要即可,盡量減少機(jī)械施工對(duì)坡體的負(fù)荷壓力[11]。

由于無系統(tǒng)的截排水系統(tǒng),受降雨及周圍山水等因素影響,導(dǎo)致坡面部分區(qū)域出現(xiàn)沖溝,結(jié)合場(chǎng)地整理對(duì)溝谷進(jìn)行就近挖方填方,適當(dāng)回填并機(jī)械輾壓；大型泥石流沖溝就地取土填充生態(tài)袋安息角40°壘砌疊坎,采用生態(tài)袋就近填充坡面形成的松散土體來構(gòu)筑溝谷兩側(cè)生態(tài)袋墻,柔性攔截坡面沖刷體,模擬自然山體、自然溝壑進(jìn)行修整,并設(shè)置生態(tài)袋攔擋壩來防止松散土體沖刷至下部區(qū)域,保持邊坡穩(wěn)定性,以消除滑坡或泥石流地質(zhì)災(zāi)害隱患。

3.2.2清污分流

根據(jù)地形地貌、地質(zhì)結(jié)構(gòu)合理修筑截洪溝,將地表徑流合理有序地導(dǎo)出；對(duì)泥石流的水源進(jìn)行調(diào)節(jié)和分流,對(duì)形成泥石流的固體物源進(jìn)行穩(wěn)固,對(duì)泥石流在沖溝中的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制和消能。采用清污分流措施,在平臺(tái)處修建清污分流排水溝,并提出3種排水溝設(shè)計(jì)(圖2)。素混凝土水溝伸縮縫最大間距為10 m,縫寬為20 mm,縫內(nèi)填塞涂瀝青木絲板；水溝下部土方均需壓實(shí),防止雨水滲流導(dǎo)致水底溝掏空,造成水溝破壞；可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地形,適當(dāng)調(diào)整梯形溝側(cè)壁的斜坡率。

圖2 典型礦山廢棄地修復(fù)技術(shù)圖Fig.2 Restoration technology map of typical mine wasteland

3.2.3土壤改良

根據(jù)土壤檢測(cè)分析結(jié)果適時(shí)適地選擇配方。對(duì)于強(qiáng)酸性、高度產(chǎn)酸的樣點(diǎn)區(qū)域,在施工過程中可采取淺層隔離或多次補(bǔ)給改良材料的方式,在后期維護(hù)過程中也應(yīng)特別注意對(duì)這些點(diǎn)位進(jìn)行觀察,避免返酸現(xiàn)象的發(fā)生。在實(shí)際中,可以通過快速調(diào)節(jié)pH、添加有機(jī)物改變氧化還原環(huán)境以抑制產(chǎn)酸微生物生長以及添加微生物菌劑等一系列手段來改善土壤的理化性質(zhì)[12]。

對(duì)廢土堆進(jìn)行簡單修整,無需覆土,既能避免二次環(huán)境損毀,亦可減少成本。修整后施加無機(jī)肥、微生物肥、土壤調(diào)理劑、零價(jià)鐵負(fù)載生物炭(固化、穩(wěn)定)和生石灰等,進(jìn)行原狀土壤基質(zhì)的改良(圖2),具體常規(guī)施量如下：無機(jī)肥10500 kg/hm2；微生物肥2250 kg/hm2；土壤調(diào)理劑(天然的石灰石、白云石、含鉀頁巖)5 g/m2；零價(jià)鐵負(fù)載生物炭2—3 g/100 g土；生石灰30000 kg/hm2；土壤改良基質(zhì)120000 kg/hm2。

3.2.4邊坡生態(tài)袋植生

生態(tài)袋是一種由聚丙烯為原材料制成的袋子,近些年主要運(yùn)用于邊坡防護(hù)綠化,如荒山礦山修復(fù)、高速公路邊坡綠化、河岸護(hù)坡等[6],其主要特點(diǎn)為耐腐蝕性強(qiáng)、微生物難分解、易于植物生長、抗紫外線、使用壽命長[13]。生態(tài)袋植生步驟依次是坡面初步改良、生態(tài)袋準(zhǔn)備與安裝、鋪草皮、挖穴種植營養(yǎng)袋植物、再覆蓋土壤種子庫、撒播草種、覆蓋遮蔭等。

(1)坡面修整、清理。破碎的邊坡應(yīng)作加固處理；做到坡面整潔,坡面的松石、不穩(wěn)定的土體要固定或清除；銳角物體要磨成鈍角以免劃破生態(tài)袋表面；坡面如有涌泉和浸水,則要做好導(dǎo)水盲溝。除了要保留的植被外,其他的植物要連根清理干凈；坡頂要考慮截水溝,中間平臺(tái)、坡角設(shè)排水溝。

(2)生態(tài)袋準(zhǔn)備與安裝。生態(tài)袋鋪設(shè)前,將區(qū)域內(nèi)廢棄土及混合改良基質(zhì)、保水劑、生長劑等一些微生物菌劑、谷殼鋸末等植物纖維材料摻合料轉(zhuǎn)運(yùn)至坡頂平臺(tái),混合堆漚成植生土。生態(tài)袋安裝時(shí)應(yīng)首先掛線,按設(shè)計(jì)距離0.8 m縱橫掛線,縱橫線之間的交點(diǎn)即為所有錨桿鉆孔點(diǎn)。順邊坡放下未裝植生土的生態(tài)袋,然后在邊坡頂部填裝植生土,當(dāng)填充土至錨孔附近時(shí),根據(jù)錨孔位置進(jìn)行錨桿錨固,錨桿在邊坡外保留一定長度,繼續(xù)填充植生土,填充完生態(tài)袋后,錨桿打入設(shè)計(jì)的深度。對(duì)土質(zhì)邊坡可待生態(tài)袋填充布設(shè)好后再按設(shè)計(jì)間距和位置直接釘入錨桿錨固。生態(tài)袋應(yīng)填充飽滿(厚度約23—25 cm),填充安裝后的袋體厚度、寬度應(yīng)大體一致,大面平整、線形順直、連接緊固(圖2)。

3.2.5立體植被配置

礦區(qū)廢土堆植被的自然恢復(fù)相當(dāng)緩慢。礦區(qū)植被恢復(fù)與重建工程可通過以下途徑實(shí)現(xiàn)：第一,主要通過人為改善立地條件,使廢土堆基本適應(yīng)植物生長。第二,根據(jù)立地條件,選擇引種對(duì)各種限制因子有耐力、能固土、固氮、根系發(fā)達(dá)、根蘗性強(qiáng)、枝葉繁茂、能長時(shí)間覆蓋地面,有效地阻止風(fēng)蝕和水蝕。第三,優(yōu)先選擇鄉(xiāng)土品種,播種栽培較容易、種子發(fā)芽力強(qiáng)、苗期抗逆性強(qiáng)、易成活的植物[14- 15]。物種選擇的依據(jù)：1)具有優(yōu)良的水土保持作用；2)具有較強(qiáng)的適應(yīng)脆弱環(huán)境和抗逆境的能力；3)生活能力強(qiáng),有固氮能力,能形成穩(wěn)定的植被群落；4)根系發(fā)達(dá),能形成網(wǎng)狀根固持土壤； 5)播種或栽培較容易,成活率高并兼顧森林景觀提升。植物種植方案主要采取種、播相結(jié)合,營養(yǎng)袋苗種植+撒播種子的方法,形成“先鋒植物、長期定居植物、短期植物、四季植物更替”的人工群落系統(tǒng)。實(shí)行草灌相結(jié)合,盡快形成能夠覆蓋表層土壤的植物群落[16- 18]。

根據(jù)上述物種選擇原則,結(jié)合當(dāng)?shù)氐臍庀髿夂驐l件,以及《造林技術(shù)規(guī)程》(GB/T 15776—2016)[19]、《生態(tài)公益林建設(shè) 技術(shù)規(guī)程》(GB/T 18337.3—2001)[20],選擇造林樹種主要為馬尾松、胡枝子、鹽膚木、紫穗槐；草種主要以豆科草類為主,目的是利用豆科作物的固氮能力,改良土壤,主要選擇大葉草、狗牙根。廢土堆采用“喬-灌-草”立體配置模式,喬灌木栽植密度約為2株/m2,喬木、灌木、草本比例為1∶ 3∶1,草種播種標(biāo)準(zhǔn)為50 g/m2。植被類型選擇馬尾松、樟樹、大葉女貞、泡桐、苧麻、紅麻、狗牙根等。具體施工時(shí),按照不同植物地上地下部分的分層布局,充分利用多層次空間生態(tài)位,保證整個(gè)植被體系的穩(wěn)定性。種植植物沿坡面等高線方向挖種植條溝,條溝間距為60 cm,條溝規(guī)格為30 cm(底寬)× 30—40 cm(溝深),一行草本植物,一行灌木植物,一行喬木植物,每三行一個(gè)循環(huán)(圖2)。

4 礦山修復(fù)生態(tài)效益預(yù)評(píng)估

國外學(xué)者針對(duì)礦山廢棄地修復(fù)生態(tài)效益已陸續(xù)開展了研究[21- 27]。Costanza等提出了市場(chǎng)價(jià)格法和替代成本法,成為國際上生態(tài)系統(tǒng)價(jià)值評(píng)估研究的重要里程碑[21]；而以Pearce 等為代表的環(huán)境經(jīng)濟(jì)學(xué)派,認(rèn)為支付意愿是評(píng)估生態(tài)效益經(jīng)濟(jì)價(jià)值的恰當(dāng)?shù)挠?jì)量方法[22]；國際生態(tài)協(xié)會(huì)從生態(tài)恢復(fù)的結(jié)構(gòu)與功能自我維持、生態(tài)系統(tǒng)抗干擾能力及與相鄰生態(tài)系統(tǒng)的有物質(zhì)能量的交流3個(gè)方面提出了評(píng)價(jià)生態(tài)恢復(fù)質(zhì)量的9個(gè)特征指標(biāo)[23]。20世紀(jì)60年代開始,我國相繼在東北、四川等地開展了生態(tài)效益定位與計(jì)量研究,并對(duì)生態(tài)效益進(jìn)行評(píng)價(jià)[24- 25],生態(tài)修復(fù)帶來的生態(tài)效益主要表現(xiàn)在涵養(yǎng)水源、保持水土、凈化環(huán)境及凈化水質(zhì)的生態(tài)效益等方面[26- 27]。針對(duì)山水林田湖草生態(tài)修復(fù)試點(diǎn)框架下礦山生態(tài)修復(fù)特點(diǎn),建立礦山修復(fù)生態(tài)效益評(píng)估模型,并以廢土堆為例,進(jìn)行案例研究。

4.1 礦山修復(fù)生態(tài)效益評(píng)估模型

4.1.1涵養(yǎng)水源效益評(píng)估

采用地下徑流增長法對(duì)廢土堆生態(tài)修復(fù)后可產(chǎn)生的涵養(yǎng)水源效益進(jìn)行評(píng)價(jià)[28]。

Q=∑(Si×J×R×Ci)

(1)

式中,Q為植被生態(tài)系統(tǒng)與裸地相比較涵養(yǎng)水分的增加量(m3/a)；Si為第i種類型林草地的面積(hm2)；J為評(píng)價(jià)區(qū)的年均降雨量(mm)；R為不同區(qū)域的侵蝕性降雨比例(本文取0.6)；Ci為林草生態(tài)系統(tǒng)與裸地比較減少徑流的效益系數(shù)。闊葉林、針葉林、竹林、灌叢(含草地)與疏林等不同植被的減少徑流的效益系數(shù)分別為0.39、0.36、0.22、0.16[29- 30]。

采用影子工程法對(duì)森林植被涵養(yǎng)水源的效益進(jìn)行價(jià)值評(píng)價(jià),計(jì)算出涵養(yǎng)水源的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

V=Q×P

(2)

式中,V為年涵養(yǎng)水源的經(jīng)濟(jì)價(jià)值(元/a)；Q為涵養(yǎng)水源的總量(m3/a)；P為單位蓄水費(fèi)用(0.67元/m3)。

4.1.2保持水土效益評(píng)估

采用有、無植被的土壤侵蝕差異量來計(jì)算減少土壤侵蝕量。

W=∑Si×Ti

(3)

式中,W為植被減少土壤侵蝕量(t/a)；Si為第i種類型植被的面積(hm2)；Ti為第i種類型植被的單位土壤保持量(t hm-2a-1)。幼林、成林、經(jīng)濟(jì)林、灌叢(含草地)與疏林和其他單位土壤保持量分別是3.59、5.24、4.41、4.83、2.96 t hm-2a-1[29- 30]。

根據(jù)我國1 m3庫容的水庫工程費(fèi)用計(jì)算減少泥沙淤積的經(jīng)濟(jì)價(jià)值,從而估算水土保持的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

E=W×P水

(4)

式中,E為植被保持水土的經(jīng)濟(jì)價(jià)值(元/a)；W為植被水土保持的總量(t/a)；P水為單位蓄水費(fèi)用(0.67元/m3)[31]。

4.1.3凈化環(huán)境效益評(píng)價(jià)

以生態(tài)修復(fù)后植被對(duì)阻滯空氣粉塵污染物的生態(tài)效益進(jìn)行評(píng)價(jià)來計(jì)算凈化環(huán)境效益。

Y=∑Si×Ci

(5)

式中,Y為植被阻滯粉塵的量(t/a)；Si為第i類植被類型的面積(hm2)；Ci為第i類植被阻滯粉塵的能力(t hm-2a-1)。闊葉林、針葉林阻滯粉塵的能力分別是10.11 t hm-2a-1、33.20 t hm-2a-1[32]。

采用影子工程法對(duì)植被凈化環(huán)境的效益作價(jià)值評(píng)價(jià),用削減粉塵的平均單位治理費(fèi)用來評(píng)估凈化粉塵的價(jià)值,計(jì)算出凈化環(huán)境的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

M=m×Y

(6)

式中,M為凈化粉塵的經(jīng)濟(jì)價(jià)值(元/a)；m為單位除塵運(yùn)行成本(170元/t)；Y為植被阻滯粉塵的量(t/a)。

4.1.4凈化水質(zhì)效益評(píng)估

采用影子工程法計(jì)算改善水質(zhì)效益。

N=Q×P

(7)

式中,N為改善水質(zhì)的價(jià)值(元/a)；Q為涵養(yǎng)水源的總量(m3/a)；P為凈化水質(zhì)的價(jià)格(1.00元/m3)[30]。

4.2 廢土堆修復(fù)后生態(tài)效益預(yù)評(píng)估

基于以上方法,對(duì)廢土堆生態(tài)修復(fù)后的生態(tài)效益進(jìn)行預(yù)評(píng)估。該區(qū)域廢土堆總生態(tài)恢復(fù)面積為8 hm2,采用立體植被配置,扣除相關(guān)配套設(shè)施用地,預(yù)計(jì)修復(fù)為闊葉林、針葉林和灌叢、疏林(含草本)面積全部為7.5 hm2,其中闊葉林中預(yù)測(cè)幼林面積為5 hm2,成林面積為2.5 hm2。

通過工程及技術(shù)修復(fù),預(yù)計(jì)效果為廢土堆涵養(yǎng)水源量為6879.60 m3/a,減少土壤侵蝕量為67.28 t/a,阻滯粉塵能力為324.83 t/a。采用影子工程法計(jì)算涵養(yǎng)水源、保持水土、凈化環(huán)境、凈化水質(zhì)間接帶來的經(jīng)濟(jì)價(jià)值分別為4609.33元/a、45.07元/a、55220.25元/a、6879.60元/a,可得廢土堆生態(tài)修復(fù)工程生態(tài)效益總價(jià)值為66754.25元/a(表2)。

表2 廢土堆生態(tài)修復(fù)工程生態(tài)效益估算

5 結(jié)論與討論

以粵北南嶺山區(qū)為研究對(duì)象,重點(diǎn)開展山水林田湖草生態(tài)保護(hù)修復(fù)試點(diǎn)框架下的粵北南嶺山區(qū)典型礦山廢棄地單元生態(tài)修復(fù)技術(shù)模式和效益預(yù)評(píng)估研究。

(1)粵北南嶺山區(qū)生態(tài)環(huán)境整體良好,但由于開采活動(dòng)頻繁,仍存在一些生態(tài)環(huán)境問題,主要表現(xiàn)為礦山植被破壞和水土流失問題突出、地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)隱患較大和礦山周邊水土污染嚴(yán)重。應(yīng)以恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)功能為主體,開展針對(duì)土壤和水體污染的綜合整治修復(fù)技術(shù),切實(shí)改善土壤和水體環(huán)境。

(2)通過對(duì)典型礦山廢棄地單元生態(tài)恢復(fù)工程技術(shù)模式的研究,確定廢土堆為原狀基質(zhì)改良-直接立體植被配置的修復(fù)模式,同時(shí)提出了場(chǎng)地平整、清污分流、土壤改良等典型礦山生態(tài)恢復(fù)關(guān)鍵技術(shù)。

(3)針對(duì)山水林田湖草生態(tài)修復(fù)試點(diǎn)框架下礦山生態(tài)修復(fù)特點(diǎn),從涵養(yǎng)水源、保持水土、凈化環(huán)境、凈化水質(zhì)4個(gè)方面構(gòu)建了礦山修復(fù)生態(tài)效益評(píng)估模型,通過對(duì)廢土堆修復(fù)生態(tài)效益預(yù)評(píng)估可知,該區(qū)域廢土堆總生態(tài)恢復(fù)面積將達(dá)到為8 hm2,生態(tài)修復(fù)工程生態(tài)效益總價(jià)值預(yù)計(jì)為66754.25元/a,其中凈化環(huán)境收益最高為55220.25元/a。

(4)當(dāng)前礦山生態(tài)修復(fù)局限于單個(gè)礦區(qū)[8- 11],較少考慮各環(huán)境要素之間的系統(tǒng)協(xié)調(diào)性,不同區(qū)域生態(tài)環(huán)境問題差異較大,導(dǎo)致其修復(fù)的技術(shù)模式針對(duì)性不強(qiáng),尚不能全面得解決生態(tài)環(huán)境問題。故從“山水林田湖草”生命共同體角度,探索基于“整體保護(hù)、系統(tǒng)修復(fù)、綜合治理”的礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)重建理論、方法與途徑是關(guān)鍵一步。本文開展的生態(tài)恢復(fù)效益評(píng)價(jià)重點(diǎn)關(guān)注廢土堆,內(nèi)容上側(cè)重于植被恢復(fù)效益,如何在山水林田湖草生態(tài)修復(fù)系統(tǒng)治理框架下綜合考慮水土污染修復(fù)等難以量化生態(tài)環(huán)境指標(biāo),建立更加全面的生態(tài)效益評(píng)估體系,開展系統(tǒng)全要素綜合評(píng)價(jià)是今后研究的重點(diǎn)方向。