土壤地帶性分布下的典型礦區土壤修復模式

蘭利花，田 毅，2*

(1.中國地質大學(北京)，北京 100083；2.自然資源部 土地整治重點實驗室，北京 100083)

在土壤成土因素中，生物、氣候以及地質因素都具有特定的地理規律性，因此土壤類型在地理空間的分布與組合也必然呈現出規律性的變化，稱為土壤的地帶性分布。隨著社會經濟的發展，土壤不合理利用問題越來越嚴重[1]，因此，需要對土壤進行修復治理，尤其是典型礦區土壤的修復治理[1]。但是，我國礦區復墾在現有研究中主要注重礦山修復的工程技術問題，而對礦區的微觀問題少有研究，尤其是在土壤的修復過程中，很少考慮土壤地帶性分布和土壤發生學的本源問題對土壤進行復墾和修復[1]；另一方面，我國礦區地域分布復雜多樣，礦區種類繁多，復墾手段和復墾技術多樣，沒有形成統一的技術標準，這就導致對不同礦山復墾時抓不住主要問題，形不成系統認知，導致礦山復墾工作難以著手。礦區土壤的修復治理亟需以土壤地帶性分布規律為前提，研究土壤的成土條件和成土規律，抓住主要矛盾，找出當地礦區土壤修復的最大限制因素。

1 研究進展

我國礦區復墾依據前人的研究經驗和成果形成了多種方法和成果，主要是針對礦區的宏觀系統修復和側重于復墾技術的應用和實踐，然而側重于礦區土壤修復的卻少之又少。胡振琪等[3]在對礦區土壤進行重構過程中，依據礦山復墾實踐經驗，提出了礦山土地復墾的核心問題是土壤的重構，人工重構土壤剖面的依據是以土壤自然分層理論為指導，對土壤形成過程中的自然剖面進行人工模擬的思想，提出“分層剝離、交錯回填”的土壤剖面重構原理。周錦華等[4]提出礦區土地復墾的質量要求和成果效益主要依據礦區土壤的修復，人工修復后的土壤質量決定了土壤的利用方向。路曉等[5]認為礦區土壤分類由于強烈的人工干預作用而不同于土壤的自然分類法，因此以土壤的微形態學為依據，利用礦區土壤的理化性質對礦山土壤系統分類影響開展礦區土壤分類的研究。另外,還有學者對不同礦區在不同的土壤利用方向上的土壤修復進行了研究。凌婉婷等[6]提出以農業為復墾方向的礦區土壤修復為復墾修復的一般方法。金洪濤[7]、賈偉光[8]、周啟星等[9]依據東北礦山特點和礦山環境提出東北特定地區礦山修復治理的對策建議。在對黃土高原區和草原草甸區大型露天采礦廢棄地土壤修復的研究工作中。白中科等[10-14]以水資源約束條件下的黃土高原區進行水資源優化利用的方案研究，并提出從土壤機理和理化性質出發，指出土壤重構的前提是對土壤微觀顆粒的多重分型研究，并取得了突破性進展。韓煜等[15]通過金屬礦山廢棄地對環境影響的后果和類型出發，總結了金屬礦山廢棄地的類型。趙中秋等[16]對重金屬礦區的土壤成土條件進行了分析，提出了對尾礦庫和廢石場進行人工重建恢復其生態系統的措施。劉景雙[17]、宋楊睿[18]等通過分析東部平原礦區的總體特點和礦山地質環境，提出了東部平原地區礦區復墾的特點。通過對前人研究的分析可以看出：礦山土地復墾工作的研究主要集中于對礦區修復技術上的應用和實踐，而對礦區土壤修復上的側重并不多見，對土壤發生學和地域分異規律認識下的礦區土壤修復幾乎沒有研究。因此，本文立足于從土壤特性方面探究礦區土壤復墾的修復機制、礦區修復的限制因素以及側重點，從土壤源頭上把握礦區土壤修復，通過對大尺度區域下的土壤地帶性分布規律和不同礦區類型在宏觀地域下的組合規律進行匹配，試圖利用土壤發生學的原理找出宏觀地域下的礦區土壤修復限制因素，為我國大尺度礦區的土壤修復提供參考意見。

2 理論依據

以土壤地帶性分異規律為基礎[19]，總結我國典型礦區土壤的水土資源稟賦，并依托于土壤發生學原理進行礦區土壤分類[5]，能夠更好地修復被破壞土壤并對自然性質差的土壤進行改良，在土地復墾中，使復墾土壤達到最優生產力，構造一個較優的土壤物理、化學和生物條件是最基本和最重要的內容[20-21]，對礦區土壤的修復和復墾具有重要意義[22]。本文對我國在土壤地帶性分布下的典型礦區類型進行分析研究，找出礦區在地帶性水土資源約束下的復墾難題、復墾重點問題及典型礦區土壤修復治理的制約因素(圖1)。

3 典型礦區土壤修復模式

3.1 表層土壤限制性修復——草原草甸礦區

3.1.1 草原草甸礦區土壤發生學和水土資源稟賦分析 鈣積土礦區主要分布在半干旱、干旱的黃土高原區與西部生態脆弱草原區，此區域年降水較少，年均降水量100～350 mm，并且年降水季節不均勻，季節性干旱明顯，降水不足，鈣積土區域內干旱是鈣積土礦區的普遍現象，土壤普遍呈堿性反應；草原區域的植被分布趨勢隨著降水量的減少逐漸稀疏，土壤類型也隨之演化，由草甸草原生長區的黑鈣土、普通草原生長的栗鈣土、干草原生長的棕鈣土向荒漠草原生長的灰鈣土和漠鈣土逐漸演化，草原區的表層土壤厚度薄，生態環境脆弱。

我國的大型露天煤礦主要分布在這些區域，在水分比較濕潤的草原區，其土壤類型主要是黑鈣土和栗鈣土，其成土條件在外界環境作用下能夠積累有機質，形成土壤表層肥沃的腐殖質層，腐殖質層由于良好的理化性狀和結構組成可以抑制草原的水土流失和土地沙漠化。而礦區在開采過程中對表土資源的破壞力強，造成生態系統失衡，而這種現象對于干旱草原區異常明顯，給本來已經脆弱的生態系統帶來嚴重的生態破壞。而草原區是經過多年熟化形成的表土土壤，土層薄，屬于我國生態系統脆弱區，一經破壞難以恢復，加之植被覆蓋度不夠，造成草原區地表資源以沙漠化為主要代表的地表資源退化現象[23-24]，甚至會對周邊地區帶來風沙災害。據研究，內蒙古沙漠和沙漠化土地面積居全國第二位，而沙漠化土地擴展速度和可治理沙漠化土地面積居全國第一位[25]，嚴重影響了該區域居民的生存和發展。

圖1 我國土壤大類地帶性分布與主要礦產資源匹配圖

3.1.2 草原草甸礦區土壤限制性修復模式 通過以上分析得出，由于草甸草原礦區位于草原生態脆弱區，草原的露天煤礦區表土資源和水資源匱乏，采礦又加劇了表土資源的破壞，礦區土壤復墾的成敗是對表土資源的修復，因此，需要合理利用表土資源保證礦區復墾工作的順利實施，在水土資源緊缺的約束條件下選擇合理的復墾模式對草原露天煤礦區的土地復墾與生態恢復將起到關鍵作用[26]。

3.1.2.1 形成合理的表土存放方式 通過土壤發生學和土壤剖面的理化性質得知，土壤具有層狀結構，因此，地表表層的土壤對植被的生長具有重要的作用，合理地存放表土可以對礦區土壤復墾達到事半功倍的效果。實驗表明，礦區土壤修復工程后期需要進行生物治理措施，在開采前對礦區表土土壤進行機械剝離和合理的存放，放置于合適的環境，保證表土結構和理化性質不被破壞，避免后期覆土順序的顛倒[12，14]。

3.1.2.2 關注草原礦區土壤的理化特性 由于鈣積土地區土層薄，普遍降水不足，干旱和風沙侵蝕比較嚴重，露天采礦過程中更加重了鈣積土表土的流失和退化，因此干旱和風沙的影響是鈣積土表土流失重點考慮的方向。在開采和復墾過程中注重水土保持工程措施的實效，避免風蝕和沙化。此外，由于鈣積土本身鹽堿化現象比較普遍，在開采和復墾過程中要運用排水措施避免鹽堿化的產生。因此，在礦區復墾過程中應重點關注鈣積土區域土壤表層鈣質土的退化修復和土壤鹽堿化的防治工作。

3.1.2.3 實施合理的生物工程措施 由于草原礦區水資源短缺、風沙大以及土壤養分含量普遍較低的特點，在植被選擇上應該選擇耐干旱、抗風沙、耐貧瘠的樹種[27]。此外，研究表明在草原露天煤礦區排土場平臺復墾工程中運用“覆表土+草簾+打網格+施化肥”的排土場平臺復墾模式，在排土場的邊坡復墾工程中運用“覆表土+覆草簾+草方格”的排土場邊坡復墾模式，這2種模式下表層土壤重建和植被的恢復效果最佳[12]，為草原露天煤礦區土地復墾與生態重建提供了技術支撐和理論依據；此外，應當對農業土壤進行培肥管理，禁止過度放牧，防治土壤退化和發展灌溉技術。

3.2 水分限制性修復——高原黃土礦區

3.2.1 草原草甸礦區土壤發生學和水土資源稟賦分析 高原黃土地區主要分布于溫帶半干旱大陸性季風氣候區，平均氣溫為4.8～7.8 ℃，干旱少雨，風沙嚴重，年降水量為450 mm左右，年蒸發量為降水量的5倍，所以黃土高原地區與草原森林地區自然條件和氣候條件較為惡劣，植被稀疏，生態系統彈性小，穩定性低，系統平衡極易破壞的脆弱生態系統[28-29]。黃土高原多為丘陵溝壑地貌，源源不斷的大氣降塵形成了深厚卻質地均一、剖面上下有機質和養分含量基本均一的黃土。土層松軟深厚、溝壑縱橫、坡度較陡，因此被細流沖蝕極易形成細溝和切溝等溝狀侵蝕，被暴雨等沖刷極易形成面狀侵蝕，造成泥石流。此外，土體松散物在自身物理作用下形成大裂隙、育溝、穿洞等沉陷侵蝕形態；黃土高原的土壤類型為栗鈣土和栗褐土的過渡類型，植被覆蓋度低且為耐寒植被。

黃土高原區礦產資源豐富，煤炭儲量達1億萬t以上，現有特大型露天礦3個，即安太堡露天礦、安家嶺露天礦和東露天礦，開采面積大，因此，礦山開采造成的土地復墾問題成為該區域的研究熱點問題。由于黃土高原典型的地形地貌特征，礦產資源埋藏較深，開采過程中大量的礦山表面被剝離和開采，極易導致山坡崩塌，造成滑坡等地質災害[30]。黃土高原礦山開采一般分布在水文網路兩側的山坡地上，由于黃土高原土體松散，植被稀少，土壤表土極易被沖蝕從而發生水土流失，破壞了表土資源。礦山開采活動對原有地表稀疏的植被造成了破壞，對原有的生態系統造成了嚴重逆轉，因此，黃土高原區地表土壤的保護、水土流失的遏制和礦區生態系統的重建是關鍵[31-32]。黃土高原區地貌是干旱戈壁，氣候條件惡劣，水資源利用率低下，土地復墾難度大[10]。極端條件下的黃土高原區生態重建就是進行土體再造和重塑，其主要手段是水分調控[33]。水資源是黃土高原脆弱生態采煤區發展生態產業的關鍵因素[34]，水資源的合理利用是關系到社會經濟與生態環境可持續發展的關鍵。

3.2.2 高原黃土礦區水分限制性修復模式 根據高原黃土礦區的區域特性和土壤條件，對大型露天采礦生態系統重建的過程就是對其限制因素進行合理控制和有效利用的過程。黃土高原區對水分的調控是其制約因素，相反，對水分的合理利用也可以成為礦區生態系統重建過程中的有利因素，現階段對黃土高原礦區生態系統重建的目標和可實現方法就是通過對水分的調控[35]，通過“控水”“保土”“培肥”三種手段對黃土高原礦區土壤進行修復。

3.2.2.1 實施控水措施為目的的地貌重塑 對礦區降水可設立蓄水工程和排泄工程提高有效水，降低危害水[36]。黃土高原礦區區域氣候干旱，水量缺少，必須充分利用自然降水，設置蓄水工程，攔蓄降水，儲存水量；但是由于礦區降水量月份集中，為保證排土場不發生暴雨引發的地質災害，需進行有效的排水設置排洪渠系；通過改變微地貌，利用地形優勢進行控水保水，改善礦區土地排土工藝和平整技術，通過微地貌攔蓄降水，阻止面狀和溝狀侵蝕，對于邊坡的復墾技術采取增加其植被覆蓋度和減少面狀沖蝕為目的的覆土技術措施。

3.2.2.2 實施保土措施為目的的土壤重構 由于黃土母質層深厚，且母質資源儲備量大，且土壤松散已經具備一定程度的成土階段優勢，容易獲得，可考慮直接進行改善土壤養分等培肥措施，因此，在礦區土壤復墾過程中無須進行表土剝離和人工加速風化技術，大大加速了土壤復墾進程[37]。黃土高原礦區的重金屬污染處理問題可利用黃土物質特有的堿性特征和淋溶特點，對重金屬采取“包埋”“壓埋”“稀釋”等提取和稀釋，減少重金屬污染的危害程度。

3.2.2.3 實施培肥措施為目的的植被恢復 黃土礦區的植被恢復需要進行人工植被建設工程，由于黃土礦區生態系統極其脆弱，對外力干擾能力弱，應盡量減少對原有生態系統的擾動，保護黃土地表層增加植被覆蓋度，在植物配置方面，將固氮植物和非固氮植物合理搭配，草灌喬優化組合，保持植被持續生長良好，實行植被和土壤聯合演替[38]。

3.3 土壤退化限制性修復——漫崗黑土礦區

3.3.1 漫崗黑土礦區土壤發生學和水土資源稟賦分析 我國的黑土地區位于溫帶半濕潤地區，年降水量450～650 mm，屬于季節性降雨，冬季寒冷，土壤凍結層深厚，冰凍期時間較長，有機質利于積累，且分解緩慢，土壤腐殖質多，養分含量高。土壤地下水位高，通氣不良，母質黏重，通水不良，土壤濕度較大，pH值呈弱酸性反應。地形為漫崗區域，坡長且平緩，坡面底部匯流速度加大，容易形成面蝕，另外，由于黑土土壤質地在雨水侵蝕下容易發生溝蝕，容易加大黑土土壤侵蝕。

東北黑土區礦產資源豐富，主要分布的礦產資源有煤、石油、天然氣等，礦產資源的開發方式主要以地下開采為主，在礦產資源地下開采過程中由于礦山底部的挖采，造成了大面積地面塌陷等地質災害，引發了土體破壞。由于煤炭的開采對地表植被造成了破壞，使原有的生態系統失衡，容易造成水土流失和滑坡[39]，對表層土壤資源形成破壞；石油資源開采過程中原油和廢水的排放也對地表資源造成了污染。由于黑土在形成過程中水的作用而使它具有良好的團粒結構，然而礦產資源的開采造成了黑土地下水系統的破壞，使地下水位下降，破壞了原有的黑土土壤結構。此外，由于采礦對土地的壓實作用，使黑土區特有的良好土壤結構被破壞，造成土壤退化，因此，對黑土區土壤的修復和改良成為采煤礦區環境治理中的難點問題[9]。

3.3.2 漫崗黑土礦區土壤退化限制性修復模式 東北地區黑土區是我國主要的糧食生產基地，但由于礦山開采、地貌環境等影響，黑土區土壤正在經歷著黑土層肥力下降、土壤污染、腐殖質退化等土壤退化問題[40-41]，黑土區農業資源環境、礦業活動等人類干預土地的方式，使其成為目前中國表層土壤侵蝕危險性最大的地區之一。目前，黑土流失速度相當快，不少地區已經出現了成土母質露于地表的現象，土壤侵蝕嚴重[42]。因此，對黑土礦區的土壤修復主要注重對黑土特有的土壤資源的保護和從源頭防治黑土土壤的退化。

3.3.2.1 實行多元綜合整治，阻止土壤退化源頭 由于黑土區礦區土壤復墾的主要核心是對退化的黑土進行修復治理，由于人類活動或者自然災害對黑土區肥力的削減基本上是一個不可逆的過程，所以對黑土土壤肥力的恢復需要采取全方位措施進行保護[43-45]，對造成黑土土壤的退化源進行綜合治理和系統修復。

3.3.2.2 建立工程設施減緩坡面徑流侵蝕 由于黑土區分布在漫川漫崗地形區，受地形的影響，極易對坡面和溝道造成侵蝕，進而造成黑土土壤侵蝕，因此，應注意對黑土區地形坡度的影響，在采礦過程中合理布局，避免地形產生的匯流對黑土的侵蝕；同時，實行構筑攔截泥沙、減緩徑流流速、固溝保土三道防線工程[46]。

3.3.2.3 注重對表土資源成土條件的維持 在井礦開采中應注意避免或盡量減少地下水系統平衡的破壞，避免對黑土成土條件或理化性質的影響。考慮到黑土表層的腐殖質是農業生產的寶貴資源，一旦被破壞就難以恢復，從而在復墾利用過程中注意對表土的剝離和合理堆放，為復墾區表層儲存表土源。由于黑土特有的適合農業生產的土壤性狀是在特有的環境、時間累積作用下的產物，因此在復墾過程中重新復制的可能性微乎其微，這就要求保護原有的黑土源，使其不受破壞，從黑土成土因素的源頭考慮，會達到源頭控制和避免危害的效果。

3.4 地面塌陷限制性修復——平原棕-褐礦區

3.4.1 平原棕-褐礦區土壤發生學和水土資源稟賦分析 棕壤和褐壤的發育在溫帶、暖溫帶以至北亞熱帶濕潤季風氣候區，年平均氣溫1～18℃，年降水量為500～1300 mm，夏季溫暖多雨，冬季寒冷干燥，在溫暖多雨季節，土壤淋溶強烈，礦區土質極易分解，因此屬于淋溶土。自然植被類型為針闊混交林為主，草本植物以草甸和草甸沼澤類型為主，分布地形較為平坦，為低山丘陵、低平原河谷階地、山間盆地和盆地、山前臺地及部分熔巖臺地，是中部平原的糧食主產區，主要種植小麥、玉米、棉花，間種谷子、甘薯、大豆等作物。

我國采煤礦區主要集中在華北平原、東北平原和長江中下游平原，在平原煤炭開采區大面積的地下開采使巖石下部采空，造成巖石坍塌[47]，另外采用的放頂煤綜合采煤法，致使巖層下陷形成地面水坑。研究表明：中東部地區由于采煤引起的地面塌陷問題普遍存在，我國高潛水位平原礦區塌陷地中有85%以上為可耕地，從而造成大面積的耕地破壞[48]。其次，由于采礦活動帶來的地質環境問題造成地面裂縫和地表塌陷，對土壤的理化性質也帶來一定影響[49]。采礦活動引起地面塌陷，破壞了地下水平衡，使農田區潛水位過高，出現積水現象，進而引發農田水系統失衡等一系列連鎖問題[50]。由于采礦活動引發的地下水位的變化和交替作用，根據褐土和棕壤的淋溶特性，加重了土壤的鹽堿化問題，因此，我國東部平原礦區采礦活動形成的地質環境問題主要是地面塌陷，制約了礦區的土壤修復。

3.4.2 平原棕-褐礦區地表塌陷限制性修復模式 由于礦區連年開采，積水區域逐漸連通，形成了大面積積水區，造成了農田土地的塌陷，表土資源損毀，因此，在農田系統中，要注意地下水位的控制，通過改造成臺地來進行地面排水。另外，由于淋溶土的土壤特性，水分的不合理運動極易造成土壤易溶鹽和碳酸鹽的周期變化，從而形成鹽堿化的土壤，因此，在開采和利用過程中也要注意排鹽問題。

3.4.2.1 宜農則農，宜林則林，宜水則水，因地制宜 我國中東部平原地區塌陷地在治理過程中，由于地表塌陷，水分失衡，導致采煤塌陷地土壤表層物質來源匱乏，土量嚴重不足，土壤表層資源匱乏也是中東部典型礦區的復墾重點，因此，在土壤剖面重構過程中選用表土替代物，是塌陷區需要考慮的主要問題[51]。常用的局部塌陷地復墾技術有充填復墾和非充填復墾2種[52]，充填復墾就是采煤塌陷地處的固體廢棄物如煤矸石、粉煤灰、河湖淤泥、建筑垃圾等進行土壤表層充填[53]，如采用煤矸石-粉煤灰混合物，可顯著提高土地生產力[54]，與純粉煤灰和純煤矸石相比，不僅解決了重構土壤的通氣性和透水性問題[55]，還解決了重構土壤空隙的保水性問題[56]。非充填復墾就是運用工程方法對地形通過修整、疏排、挖深墊淺等方式進行平衡土壤表層物質來源，但是當塌陷面積較大時，上述方法無法實現表土的覆蓋，應該因地制宜，選擇合理的土壤再利用措施。

3.4.2.2 實施排鹽排水措施，解決塌陷引起的次生災害 由上述分析得知，在中東部平原采煤塌陷地受地表沉陷引發的次生災害有積水和積鹽問題，因此，在土地復墾過程中必須合理疏排水分和控制土壤鹽堿化，可利用采煤塌陷地原有地形使積水自排或自蓄，或者進行合理規劃，建立地面排水系統，解決嚴重區域積水問題。通過土壤地表水分的控制和地下水合理循環達到土壤鹽分的合理淋溶，解決由塌陷引起的次生鹽堿化問題。

3.4.2.3 塌陷區高新技術的實時監測，杜絕隱患，改善復墾方案 采煤塌陷問題是一個地質災害問題，需要進行塌陷地整體的地形、巖分和構造分析，從而為塌陷預防做好準備，而塌陷地也是一個動態問題，它是由采礦活動造成的，塌陷地的預防和復墾離不開實時監測技術，如利用沉陷設計的演變機制和模型來模擬礦區地表塌陷過程，為土地復墾范圍、復墾技術措施和復墾后的效果評價做好準備[57-59]。

3.5 重金屬污染限制性修復——丘陵紅壤礦區

3.5.1 丘陵紅壤礦區土壤發生學和水土資源稟賦分析 丘陵紅壤礦區常年高溫多雨，年降水量1200～2500 mm，年均溫15～28 ℃，自然植被為熱帶雨林、季雨林、南亞熱帶雨林和亞熱帶常綠闊葉林，地形地貌為山地丘陵，高差大，土壤的成土母質為酸性和基性巖。由于高溫多雨的氣候，使土壤原生礦物風化淋溶作用強烈，碳酸鹽類礦物強烈分解，形成以高嶺石為主的次生黏土礦物和游離氧化物，最終造成鐵鋁氧化物的富集，土壤呈酸性反應，質地黏重，有機質含量較低，土壤以富呂風化殼為主，主要為紅壤，土壤的pH值呈酸性反應，在酸性的土壤環境中重金屬離子的活性高，以游離態分布。

我國南方地區的紅壤區多分布于金屬礦山區，重金屬成分有Pb、Zn、Cd、Cu、As以及部分非金屬S，由于紅壤區特有的巖性組成和氣候環境，使以重金屬組成的難溶性鹽極易被風化和氧化分解，通過地形的作用和強烈的水分作用被沖刷到地表，經過滲透和淋溶將重金屬滲透到土壤中，造成土壤的多重污染，進而抑制了植物生長。重金屬離子在高溫和多雨土壤環境中會加大擴散強度，又由于其流動性大的特點，造成了土壤理化性質的改變和破壞了地下水的組成成分，給農業生產和生活帶來了巨大危害。此外，由于丘陵山地地區極大的高差，賦予了水分運移較大的勢能和動能，從而造成水土流失、滑坡、泥石流等地質災害問題，同時，地勢的高差和崎嶇又加重了重金屬污染的治理難度。重金屬的污染問題是金屬礦生態重建和復墾效果的制約因素[60]，因此，在紅壤礦區的土壤復墾問題應重點考慮污染控制和預防。

3.5.2 丘陵紅壤礦區重金屬污染限制性修復模式

3.5.2.1 封閉系統、循環利用，源頭控制 由于土壤重金屬的污染問題是通過開放系統的擴散和運移造成的，這種擴散速度快，影響危害大，且很難控制，主要集中在采礦過程中的采礦開放區域和系統邊界處，如選礦池、尾礦庫和廢石堆，因此，對開放區域的污染控制是金屬礦山復墾的重點[61]。選取選礦池或廢石堆與下層土壤或周邊土壤具有阻隔效果的原料，如從山坡上剝離具有一定黏性的心土層，可作為隔離層達到較好的阻隔效果，防止污染物的淋洗并向周圍環境擴散。對于尾礦庫堆放，要及時撒上石灰和磷礦粉等抑制重金屬活性和擴散性的化學抑制劑，或者改造采礦工藝將選礦廢水經過尾礦庫沉淀處理后全部回收，循環利用，通過禁止外排等措施建立阻隔重金屬擴散的封閉采礦系統。

3.5.2.2 表土重建，植被修復，固定污染 在改善重金屬污染的土壤過程中考慮替換嚴重污染的土壤表層，利用煤炭垃圾或粉煤灰回填進行土壤表土的重建，選擇適宜的生物工程措施如根系作用固定重金屬污染，構建植被群落[62]。在表土重建初期選擇耐酸、耐重金屬的植被品種，如香根、長喙田菁、葛藤等，在土壤重金屬修復后期，種植預防水土流失的植被如馬尾松、香葉樹等喬灌木[16]，土壤理化性質得到了極大改善。

3.6 以經濟效益為前提限制性修復——高原漠土礦區

3.6.1 高原漠土礦區土壤發生學和水土資源稟賦分析 青藏高原年降水量少，年日照時數長達2600～3000 h，太陽輻射強度大，溫度低，氣候干燥，風力大，持續時間長。青藏高原高山海拔高，地勢險峻，地形復雜，地形高程落差大，高山草甸土是該地區典型的土壤類型，土壤發育時間短，土層厚度薄，質地粗，不易保水保肥，高山地區土壤凍結時間長，不易發育，土壤通氣不良，養分含量低。由于青藏高原惡劣的氣候條件使得高原區植被長勢不良，多處無植被覆蓋，再加上風力作用使那些極小的已風化的巖石和土壤物質被吹蝕，難以形成殘積物，造成巖石裸露，并形成風暴攜帶沙塵，因此，青藏高原礦區受氣候干旱和外界風力以及礦區本身開采過程中產生的風沙影響，給礦區開采造成了嚴重的環境問題。

青藏高原大型礦區有德爾尼銅礦區、尕大坂鉛鋅礦區，大通煤礦區等金屬礦和煤礦區，在礦區開采過程中由于土壤質地薄、地勢高差大、植被脆弱、風力大等自然因素造成的惡劣條件對礦區開采本身造成了不利的影響，同時礦區的開采也對青藏高原礦區土壤造成了不可逆轉的破壞，所以在青藏高原礦區開發和復墾過程中要以經濟效益為前提，適量開采和采取限度修復。

3.6.2 高原漠土礦區以經濟效益為前提的土壤限制性修復模式

3.6.2.1 邊坡防護、粉塵控制 由于青藏高原晝夜溫差大，極易形成山體礦物質的熱脹冷縮現象，體積的變動會造成礦山的形變和不穩定性，另外，高山礦區的開采會加重邊坡的不穩定因素，給礦區造成了嚴重的地質災害，因此，高原草甸礦區的開采應該更加注重邊坡的穩定性，重視邊坡的整治和開采技術問題，在開采后應當及時采取措施預防邊坡滑落杜絕隱患，盡量減少人為破壞以減少邊坡滑落的危害。此外，由于青藏高原強烈的風災使得開采過程中，造成的粉塵漂浮容易形成沙塵暴和粉塵污染，加之干旱的環境和持續的風力使粉塵污染影響范圍大，持續時間長，因此開采過程中對粉塵源頭的杜絕是關鍵，如在礦山開采鉆孔過程中可采用濕式除塵法濕潤礦巖爆堆或預先濕潤礦體，并安裝收塵裝備，封孔時嚴格控制裝藥量采用多排孔微差擠壓爆破和水炮泥，杜絕風塵產生。

3.6.2.2 因地制宜，以最大經濟效益為前提 青藏高原由于特殊的地理位置和極端的氣候條件，造成人煙稀少，礦產開采難度大。對于地形地貌環境條件適宜開采，恢復難度不大的地區要以恢復其原有的植被特征為原則進行治理修復；對于開采難度不大，但復墾有難度的地域以適當恢復其植被覆蓋為原則進行治理修復；對于開采難度大，復墾難度也大且無人生活的地域，應以經濟效益最大化為原則適當恢復；對于復墾根本不可能實現的地區，可適當評估，視情況放棄修復治理；對于開采難度大，且具有潛在經濟價值和礦產儲量的地區，可鼓勵開采。

4 結論與討論

礦區土壤復墾在不同地區由于礦區自然條件和開采狀況各異會有不同的復墾和修復模式，礦區土壤的修復原則是恢復到被破壞前的利用狀態，恢復其本來的生態系統。由于土壤是一個自然社會綜合體，它是在自然因素的成土作用和人類活動經過長時間演變而來，所以不同地區的土壤有其特有的屬性，因此對土壤發生學的研究和分析有利于體現土壤的形成過程和土壤特性。

本文通過對土壤發生學的分析，對不同類型土壤進行區域分析，有利于從土壤本身的發生特性進行源頭上的復墾修復。根據土壤的分布規律對不同土壤類型下的礦區進行劃分，找出土壤類型區不同礦區復墾修復的限制因素，根據礦區土壤破壞前的特性，對其進行針對性的源頭治理，將礦區分為5種土壤類型下的礦區，分別是草原草甸礦區、高原黃土礦區、漫崗黑土礦區、平原棕-褐礦區、丘陵紅壤礦區、高原草甸礦區。根據土壤特性和本區域的自然條件分析出礦區復墾的主要限制因子，草原草甸礦區的修復限制因素是土壤表土資源。草原草甸區表土資源由于采礦因素而極易退化，土層薄，在開采和修復過程中應重點防治表土資源退化。高原黃土礦區修復限制因素是水分，水的作用是影響源，是形成黃土高原區溝壑縱橫地形的主要原因，進而造成水土極易流失，并產生鹽堿化現象，對水資源的合理利用和水災害的防治應成為側重點。漫崗黑土礦區修復限制因素是土壤性狀退化，黑土資源形成條件是特有的，一旦被破壞將會不可逆轉，因此，對黑土礦產資源區的土地復墾著重考慮防止黑土退化和污染。平原棕-褐礦區修復限制因素是地面塌陷，是東部中原區的主要礦山地質問題，應圍繞地面塌陷進行土地的平整和回填，注重土壤鹽堿化問題的防治。丘陵紅壤礦區修復限制因素是土壤重金屬污染，由于紅壤丘陵區的自然條件造成金屬礦山開采過程中極易形成土壤的重金屬污染問題，因此，必須考慮土壤重金屬污染擴散，考慮從源頭和擴散過程進行控制。高原草甸礦區由于地形和氣候極端復雜，應當視經濟效益最大化為前提，根據礦區情況采取不同應對措施。

5 措施與建議

本文基于土壤的地域性分布規律和礦產資源分區在宏觀尺度的地形地貌條件下對礦區復墾的主導限制因素進行了分析和總結，通過摸清礦產資源的地域分布規律，對礦產資源分區進行適宜尺度的評價，運用現有的礦產資源分區規劃對不同區域尺度進行了劃分和研究，將其規律運用到礦區土地復墾研究中，從而保證礦區復墾工作形成一種體系從而用于指導實踐，也是未來需要進一步考慮的系統問題。

不同地域不同礦種的礦區，要使土壤修復到可供利用狀態，必須找出在地域分布規律和水土資源約束條件下的制約因素，抓住礦區土地復墾的重點和主要限制因素，對礦區土壤進行針對性的復墾和修復，土壤的修復是礦區復墾的重點和主要對象，要運用土壤學理論知識指導實踐，宏觀考慮礦區土壤的修復，為不同礦區土壤的修復提供參考建議和依據。

基于礦區自然環境、礦區種類和開采方式等的不同，對礦區開采形成的礦區土地破壞類型各異，復墾方式和復墾手段也不同，不同區域狀況會加大礦區土地復墾的難度。由于礦區的自然條件不能改變，為降低開采后的復墾難度，只能采取事前規劃的方法，對礦區的開采過程進行限制，這需要國家出臺一系列礦山開采規定，限定開采模式和手段，加強礦區復墾規劃的審查和報批，嚴格根據規劃實施礦山開采工作，加大過程監管工作力度。

礦區土地復墾過程離不開工程和技術的支持，我國礦區復墾經歷了重工程到重技術的發展階段，礦區土地復墾是在經濟可行性前提下進行的復墾，在現代化技術的發展下，尤其是3S技術的實施對土地復墾工作提供了方法，大大減少了復墾難度和復墾時間，在土地復墾過程中遵循科學理論和工程實踐的基礎上，加大對技術復墾的探索路徑，是未來土地復墾的發展方向。

礦區開采前的自然環境承載力評價和復墾后的評價工作是保證礦區開采承載力和修復效果的必要步驟，對礦區進行資源環境承載力評價是利用礦山資源的基礎工作，對礦區資源稟賦的認知不僅有利于礦區的開采工作，而且也為恢復礦區的生態系統恢復提供基礎性數據。通過對礦區復墾后的評價有利于保證礦區在人類干預下進行正向演替，應遵循“綠水青山就是金山銀山”的理念，保護礦區自然環境。