提高礦山生態(tài)修復質(zhì)量與碳匯能力的探索與思考

楊彩霞

（河北省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第一地質(zhì)大隊 河北 邯鄲 056000）

河北省邯鄲市為重工業(yè)城市，礦產(chǎn)資源的開發(fā)利用為國家的經(jīng)濟建設做出了積極的貢獻。但礦業(yè)開采活動對生態(tài)環(huán)境也造成了一定程度的破壞，特別是用灰?guī)r礦等露天礦山開采建筑石料，以挖損和壓占的方式對地形地貌、土地資源、地表植被造成破壞，也會引發(fā)水土流失及次生地質(zhì)災害。

礦山生態(tài)修復工程是在消除地質(zhì)災害隱患的同時，通過地形整治、客土覆土、水土保持等措施為礦山重建植被生境，再通過植物群落的搭配，短期內(nèi)達到復綠的效果。而在以往開展的礦山生態(tài)修復工程中，雖注重地形地貌的修復和植被的恢復，但并沒有突出考慮修復后生態(tài)系統(tǒng)的質(zhì)量和碳匯能力提升問題。

1 森林碳匯

森林生態(tài)系統(tǒng)是以喬木為主體的包括植物、動物和微生物在內(nèi)的生態(tài)共生體系。森林碳匯測算是核算整個系統(tǒng)的碳匯儲量，主要來源于森林植物產(chǎn)生的生物量，并以活立木、植物殘體和土壤有機質(zhì)的形式存在，土壤有機質(zhì)包括動物和微生物殘體轉(zhuǎn)變?yōu)橥寥烙袡C質(zhì)的部分。因此，提高礦山生態(tài)修復工程的碳匯能力，最終歸結到修復工程中所增加以喬木為主體的植物資源總量和喬灌草年生長量(年產(chǎn)生的生物量)。就森林植物的碳匯貢獻而言，喬木植物＞灌木植物＞草本植物[1]。

2 造林工程與礦山生態(tài)修復

2.1 造林工程。邯鄲市山區(qū)造林工程以打造西部山區(qū)生態(tài)屏障為目的，建立水土保持防護林體系，工程主要集中在宜林地。該地類多為難以被利用為農(nóng)用地的荒山荒地，土壤風化程度低，土層薄，礫石多，土層結構不完整，保肥保水性差。因此，造林整地成為人工造林工程中重要的一環(huán)，它是以蓄水保墑、提高造林成活率、促進林木生長為目的而進行的局部土地整治。在石質(zhì)土和粗骨土的山地，通過覆土工程，將周邊含有豐富腐殖質(zhì)的土壤集中到栽植穴內(nèi)，為森林植物快速健康成長提供條件。同時，通過微地形整治，為雨水集聚于魚鱗坑、栽植溝內(nèi)創(chuàng)造條件，起到阻斷地面徑流、減少水土流失和地表沖刷的作用，也有利于植物獲得生長所需的水分。

2.2 礦山生態(tài)修復。礦山生態(tài)修復就是把礦山開采過程中破壞的地形地貌、土地土壤、植被、生態(tài)系統(tǒng)，通過人工輔助措施，完成地貌重塑、土壤重構、損毀土地利用、植被重建等，達到生態(tài)修復的預期目標。礦山生態(tài)修復主要采取坡面修整、土壤改良或覆土、截排水等措施進行場地平整，為植被恢復提供條件；采取補植、補播、撫育、清除雜灌草等措施，加快生態(tài)系統(tǒng)結構和功能的修復。當前礦山生態(tài)系統(tǒng)修復關注重點在于生態(tài)系統(tǒng)功能的恢復和土地利用結構的優(yōu)化，對減少碳排放、促進碳中和方面的關注較少。

3 礦山生態(tài)修復方法

3.1 植被群落的選擇和搭配須注重碳匯能力的提升。在目前的礦山生態(tài)修復中，應創(chuàng)造適宜的地形地貌和重構良好的土壤條件，積極采取生物措施即培育喬灌草，以實現(xiàn)良好的生態(tài)修復效果。但是目前對于植物碳匯量的關注較少，沒有把提升碳匯能力放在礦山生態(tài)修復的重要地位。植物碳匯，主要是喬木活立木蓄積帶來的地上莖葉和地下根系形成的生物量，同時也涵蓋植物枯枝落葉腐爛后，貯存于土壤中的有機物形成的土壤碳匯[2]。從目前的林業(yè)碳匯研究成果來看，按植物碳匯貢獻排序為：喬木林＞灌木林＞草本植物；在樹種和植物選擇上，速生喬灌木植物＞慢生喬灌木植物，根系龐大枝葉繁茂的草本植物＞植體矮小的草本植物。邯鄲市西部山區(qū)屬溫帶落葉闊葉林森林類型，在營造喬木林時，應結合海拔高度、陰坡陽坡、地形地貌等條件，選擇生長速度快的小葉楊、毛白楊、刺槐、國槐、櫟類、榛子、松樹類等闊葉落葉和針葉類喬木，灌木選擇荊條、紫穗槐等速生灌木類植物，草本植物選擇根系龐大、生長速度快、地上部分茂密、干物質(zhì)多的菅草、狼尾草、狗尾草等，以增加礦山生態(tài)修復工程的林業(yè)碳匯量。此外，這些速生植物種類，亦可在短期內(nèi)改善廢棄礦山裸巖造成的高溫干旱狀況，為森林生態(tài)系統(tǒng)的自然恢復創(chuàng)造良好的條件。

3.2 在地形地貌重塑中注重水土保持措施的設計。邯鄲西部山區(qū)多年平均年降雨量在500 mm 左右，為氣候干旱、土壤瘠薄、生態(tài)脆弱地區(qū)，干旱缺水是影響礦山生態(tài)修復效果的主要問題。因此，在地形重塑過程中，遵從坡麓殘積土分布于喬木林和坡地谷坊積水集土區(qū)林木茂盛地的自然規(guī)律，針對低山丘陵廢棄礦山，特別是匯水面積小的區(qū)域，按照水土保持工程技術規(guī)范，垂直于積水線和自然沖溝，構筑一些溝谷、緩坡，結合坡地反坡梯田、水槽溝、魚鱗坑營造的積水、集土地貌，把水土保持工程與地形地貌重塑結合起來，為植被的生長創(chuàng)造天然的集水條件，從而增加活立木蓄積和生物量，為提高碳匯量創(chuàng)造條件。

3.3 注重重塑破碎層。礦山生態(tài)修復中削坡重造的石質(zhì)臺階、礦山道路、采礦平臺等，按照生態(tài)修復技術規(guī)范，多設計為喬木林地，客土覆蓋一般厚度為80 cm。參照棕壤土的土壤剖面結構，心土層及巖石破碎層是土壤深度發(fā)育的基礎條件，既是土粒沉積層，也是風化加深層，是土壤形成過程中關鍵的成土母質(zhì)。考慮到高大喬木的根系垂直分布大都在100 cm 以上，而礦山生態(tài)修復被客土覆蓋的基巖，通過風化參與土壤發(fā)育成土過程需要的周期很長，因此，建議在覆蓋客土之前，在不造成地質(zhì)災害的前提下，對基巖進行50 cm 以上深度破碎或鋪設碎石，仿自然風化層，構筑基巖破碎層。由此為基巖進一步加深風化參與土壤發(fā)育奠定基礎，為喬木根系生長擴大空間，使喬木成長得更為高大，提高礦山生態(tài)修復質(zhì)量，最大限度增加具有碳匯能力的生物量。

3.4 增加覆蓋客土的有機質(zhì)含量。在礦山生態(tài)修復工程中，為了防止對耕地造成破壞，礦山客土土源大部分取自深層土壤和三類土。這部分土壤多為塊狀或含礫石較多的土壤，有機質(zhì)含量大都在0.8 以下，或幾乎不含有機質(zhì)，養(yǎng)分含量難以滿足植物生長的需求，也是造成礦山生態(tài)修復工程種植植物的成活率低、修復效果差的主要原因。通過借鑒造林整地經(jīng)驗，可將周邊表層腐殖質(zhì)層和輕壤土收集于栽植帶或栽植穴內(nèi)。含豐富有機質(zhì)的土壤，不僅有利于改良土壤理化性質(zhì)，保水保肥，也有利于土壤礦物元素溶解為易于被植物吸收利用的狀態(tài)，同時為微生物提供生存條件，利于底部碎石層和基巖進一步風化。此外，土壤重構過程中施用腐熟和半腐熟的有機肥料，也是提高植物成活率和生態(tài)修復質(zhì)量的有效措施。

3.5 避免大面積覆土，增加有效土層厚度。礦山生態(tài)修復工程設計的覆土厚度比造林覆土要求高，而目前客土土源缺乏，往往造成有效土層厚度難以保障。因此，本文借鑒河北涉縣和武安市山地造林的成功經(jīng)驗，建議在礦山修復土壤重構過程中，按照樹種的栽植密度，設計栽植帶和栽植穴，集中客土土源，增加綠化區(qū)域有效覆土厚度：灌木林地在30 ～40 cm，喬木林地在60 ～80 cm。栽植帶和栽植穴以外，為了避免裸巖和裸露的碎石墊層產(chǎn)生高溫，可覆蓋15 ～20 cm 符合三類土壤質(zhì)量標準的碎石土，3 mm 以上礫石含量不超過30%，形成草本植被區(qū)[3]。由此可將客土用量集中覆蓋在綠化帶內(nèi)，為喬木、灌木栽植和生長提供足夠的土壤。

3.6 注重土壤阻水淋溶層的構筑。生態(tài)修復土壤重構過程中，因基礎層深厚的碎石墊層極易形成淋溶，造成水土流失，所以應對采坑和渣坡覆蓋客土。在土壤重構時，可參照發(fā)育良好棕壤土自然剖面構型，構筑粘土淀積層。這樣不僅可以減輕水土淋溶，也會增加覆蓋客土的保肥保水能力。在碎石墊層和覆土層之間，建議加入一定比例的黏土或膨脹土，或在碎石墊層和覆蓋土層之間鋪墊土工布或園藝布，構建20～30cm的阻水淋溶層，提高土壤的保水、保墑能力，為植物生長提供良好的水肥條件。