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摘 要：大宝山矿因长期采矿等干扰破坏，使原生植被被破坏殆尽，形成了大面积的矿山废弃地，导致生态退化和环境污染，严重制约了当地环境的可持续发展。根据大宝山矿区现状调查，土壤性质及水土流失是制约采矿废弃地生态恢复的关键因素，并提出了通过客土与土壤改良、水土流失防治、植被恢复以及跟踪监测与评价等步骤为加速大宝山矿区生态恢复的基本思路与途径，以期为矿区生态恢复提供参考。
关键词：大宝山矿；土壤；水土流失；生态恢复
中图分类号 X171.4 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2013）22-80-03
大宝山矿地处广东曲江、翁源两县交界处，位于东经l13°40′～113°43′，北纬24°30′～24°36′，主矿体为褐铁矿、铜硫矿等多金属共生或伴生矿体，是广东省露天开采的大型多金属矿矿山，也是我国南方钢铁工业和有色金属工业的重要原料基地，始建于1958年，至今已有50多年历史。矿区地处亚热带季风气候区，全年温暖多雨，年平均气温16.8℃，多年平均降雨量为2 083.5mm。矿区内表层岩石风化强烈，地带性土壤类型为红壤，随海拔高度增加而逐渐演替为山地黄壤。地带性植被为典型常绿阔叶林，组成本区植被的上层乔木多以樟科、山茶科、壳斗科等的一些种类为主，灌木层则多为山茶科、紫金牛科、茜草科等的一些种类，草本植物则以蕨类为主。由于长期采矿等干扰破坏，矿区原生植被已被破坏殆尽，形成了大面积的矿山废弃地，导致生态退化和环境污染[1-3]，严重制约了当地的可持续发展。笔者在以往科研工作者[4-9]探索研究的基础上，从设计角度试图为矿山废弃地生态恢复工作提供指导。
1 矿区生态影响分析与生态恢复限制性因素识别
1.1 采矿过程生态影响分析 矿区生态退化过程与采、选矿工艺直接相关，不同矿种开采工艺对生态环境的影响不同。大宝山矿区铁矿采用露天穿孔爆破开采，在爆破前首先要大面积清除植被、剥离表土及无用层，表土及无用层运至排土场堆放，开采作业面形成岩石裸露，开采区地表彻底失去了植被及其赖以生存的土壤层的保护，生态环境退化至原生裸地，短期内难以恢复，必须借助人工干预才能快速恢复；而排土场弃料堆放既压埋了原有植被，直接造成生态损失，且项目区多年平均年降雨量高达2 083.5mm，将成为新的水土流失发生源，甚至引发泥石流、滑坡等水土流失灾害。
铜硫矿采用井采作业，尽管正式开采作业主要在井下施工，但在具备开采条件前首先要建主副井和巷道，建井和巷道掘进过程中将产生一定的弃土、石渣，堆放至排土场存在同样的水土流失问题。井下开采后将形成采空区，有可能造成采空区塌陷，造成地下水渗漏，生态恢复困难。
1.2 选矿过程生态影响分析 铁矿选矿工艺分为碎矿、筛分、洗矿三部分，铜硫矿选矿工艺为碎矿、磨矿浮选、精矿脱水等过程，洗选完成后成品矿外运，剩下选矿废水及尾礦进入尾矿库储存成为水土流失源，特别是尾矿库溃坝对下游水体、土壤环境以及生态系统造成污染和破坏，近年因尾矿库溃坝造成的环境污染事件时有发生。尾矿库在运行期无法恢复，只有闭矿以后库内才不再继续接纳尾矿和废水，废水逐渐渗滤、蒸发后才有可能进行恢复。尾矿库在很长时期内不能恢复植被，必然会造成一定的生态损失。
1.3 生态恢复限制性因素识别
1.3.1 土壤是制约废弃地生态恢复的关键因素 从生态影响分析可以看出，矿山开采对于直接受到影响的区域土地而言，要么是开采区失去土壤保护退化为原生裸地，要么形成排土场或弃渣场；而选矿过程最终都要产生尾矿库。我们知道，土壤是植被恢复的天然物质载体，这些废弃地都有一个共同的特点，那就是缺乏土壤层或者虽有一定的土壤但其不满足植物生长的基本条件。根据测定[7]，大宝山矿区无论是水分还是土壤均呈强酸性，pH值较低，在2.22～4.51，大部分土壤呈强酸性，特别是采矿场和尾矿库；而排土场的pH值稍高。土壤的营养元素含量普遍偏低，有机质含量以各排土场最低，一般不超过5g/kg，较本地区森林土壤的1/10还低，由于酸性较强，土壤的全P和有效P含量均较低，有效N含量是本地区森林土壤的1/44，可见，矿区土壤的化学性质普遍较差。根据对矿区采矿场、排土场等地的调查[8]，采矿场、排土场、矿坑等地的土壤物理性状也较差，在采铜矿区，大部分为裸露的石质场地，而其它地段的土壤也基本是C层土，含石砾多，易板结，保水保肥能力差。各采样点的重金属含量测定表明，矿区大部分土壤中的重金属元素都超标，以铜硫矿弃渣场的重金属含量最高，其中Cu的含量超过标准植的100多倍、Zn超过标准植的17倍、Pd超过标准值的11倍，其次为铜采场和铁采场的重金属含量均超标较多。由于大宝山是各种金属的硫化物矿区，Cu的含量普遍较高，在凡洞村自然林内的土壤中其含量也超过标准值，因此，本地区大部分土壤类型的Cu含量都可能很高。
要使废弃地恢复植被，首先要恢复其赖以生存的土壤层。由此可见，影响采矿废弃地生态恢复困难的限制性因素主要是土壤的理化性质。
1.3.2 水土流失是制约废弃地生态恢复的重要因素 采矿形成的开挖裸露面、排土场、尾矿库等都是主要的水土流失源。即使在待恢复的迹地上覆盖表土、满足植物生存的条件，如果这些区域本身不稳定的，在降雨径流的作用下产生面蚀、沟蚀、滑塌、泥石流等水土流失危害，流失区土壤中的养分随着径流流失，轻则导致土地贫瘠化，甚至导致整个土层被整体剥蚀，出现恶性循环。保持迹地的稳定性、保护土壤及其养分不被流失，必须有针对性的采取相应的水土保持工程防治措施，为废弃地生态修复创造一个相对稳定的基础环境。
2 生态修复的方法与途径
2.1 客土覆盖与土壤改良 既然大宝山矿采矿废弃地难以恢复的主要限制性因素是土壤，那么其生态恢复首先要从土壤修复入手，分两个层面：对于土壤层原生裸地必须采取客土覆盖，确保有足够土壤层为植被恢复提供基本的养分支持；对于重金属超标的排土场、采矿坑以及碾轧板结区域除覆盖一定的表土外，还必须采取深层次的土壤改良措施。通过在酸性废弃地施加不同量的石灰、混合不等量的炉渣、不同品种肥料3种试验得出，在覆土区，采用加石灰提高土壤pH值，加炉渣减小土壤的容重及降底土壤的板结程度为最好方案[10]；而通过植穴内换土，加入适当的熟石灰、稻糠或松树皮或草屑或木屑、适当的有机肥（5kg左右）和复合肥（200g左右），可以改善种植穴土壤的理化性状，有效提高造林成活率[8]。 2.2 水土保持工程措施 由于采矿对原地貌的破坏和重塑作用，形成各类新的地表形态，要针对各自的水土流失特点因地制宜的进行设计。采矿活动不外乎开挖、堆弃、占压等类型，无论哪类活动都会改变地表原有状态，原有植被和土壤对降雨的截留、拦蓄、入渗作用大大减弱，原有蚀积动态平衡被打破，从而产生各类侵蚀现象。因此，必须通过采取降雨截排水工程、拦护工程，调控降雨径流，使土体稳定，表层不易流失，才能够正常发挥土壤层固有的生态功能，为植被恢复提供载体。
2.3 适生物种筛选 物种选择是植被恢复成功与否的关键，而做好废弃地立地条件分析是物种选择的前提。大宝山采矿废弃地的共同特征是：土壤重金属含量严重超标，且贫瘠酸化，pH值在4.0以下，土壤保水、保肥的能力差，不利于大多数植物生长发育[11]。尽管通过客土覆盖和土壤改良措施可以起到一定的调节作用，但当植物生长到一定阶段，其根系不断伸展逐渐穿过表土层，与重金属高的下覆层接触会导致其根系受害或中毒，轻则导致植被生长不良，不能达到预期目标；重则导致大面积植被死亡，使植被恢复彻底失败。另一方面，废弃地养分贫乏，影响植被的快速恢复和长期稳定。因此，所选植物种首先应适应不同区域的立地条件特征，不仅具有适应酸性土壤、抗重金属强的特性，还应具有固氮、耐瘠薄的特性。那些在矿区废弃地上自然定居的植物，能适应废弃地上的极端贫瘠条件，这一类乡土植物应该优先考虑。丘英华[9]等针对不同区域立地条件推选了不同的植物种类，可供参考。在具体实施过程中还应事先开展相应的试验研究，从中筛选出最合适的种类。
2.4 恢复进程与空间配置 遵循天然植被进展演替规律是植被恢复的基本原则。据调查，大宝山矿区及周边植被的演替规律为[9]：次生裸地—草丛（五节芒群落）—灌草丛（夹竹桃—五节芒群落）—针叶林（马尾松林等）—针阔叶混交林（马尾松、泡桐等混交林）—常绿落叶阔叶混交林（南酸枣、山苍子、荷木林，荷木、黄樟、枫香林）—典型常绿阔叶林（栲树、鹿角栲、荷木林）或竹林（毛竹林）；在自然状态下，次生裸地将逐渐进展演替到典型常绿阔叶林类型；相反，在人为干扰条件下，常绿阔叶林将逆向演替到草丛、灌草丛甚至次生裸地；自然条件下的进展演替是极其漫长的，而人为干扰下的逆向演替却可以是快速的，如矿山开采直接从林地演变成次生裸地；适当的人为措施可加速次生裸地向森林群落演替。由此可见，植被恢复不能违背自然规律，不能超越阶段，由低级到高级，由简单到復杂，草、灌先行，优先引入那些适应性强的先锋草、灌，充分依靠植被的自然恢复力，通过积极的人工干预措施加快恢复进程，缩短天然恢复时间，视立地条件的改善程度引入乔木类，有步骤、有计划地形成多物种混交的乔、灌、草立体结构，逐步演替至当地顶级群落，能够自我维持其生态稳定性，实现大宝山采矿废弃地植被恢复的终极目标。笔者分别在采矿区、弃渣堆、内排土场采用泡桐、海桐、勒仔树、葛藤、爬墙虎、香樟、木豆、马占相思、香根草、狗牙根、五节芒、猪屎豆、象草等乔、灌、草树种，进行混交造林复垦实验，栽植穴大小40～50cm，坑深30～40cm，株行距1m×2m，取得了较好的效果[8]。
3 跟踪监测与效果评价
生态恢复没有统一的模式可循，只能通过时间不断的探索。大宝山库矿区生态环境是否真的得到恢复，需要长期的定位观测，对已经实施的恢复措施进行跟踪监测，进一步研究构建评价体系，通过对监测数据对比分析，全面考量恢复的效果。经监测认为不合适措施应进行客观分析，提出改进的对策措施，可能需要不断反复。
参考文献
[1]林初夏，龙新宪，童晓立，等.广东大宝山矿区生态退化现状及治理途径探讨[J].生态科学，2003，22（3）：205-208.
[2]蔡锦辉，吴明光，汪雄武，等.广东大宝山多金属矿山环境污染问题及启示[J].华南地质与矿产，2005（4）.
[3]陈炳辉，韦晓慧，周永章，等.粤北大宝…多金属矿…的生态环境污染原因及治理途径[J].中国矿业，2006，15（6）：40-42.
[4]陈炳辉，韦慧晓，周永章.粤北大宝山多金属矿山的生态环境污染原因及治理途径[J].中国矿业，2006，15（6）：40-42.
[5]林初夏，黄少伟，童晓立，等.大宝山矿水外排的环境影响：III.综合治理对策[J].生态环境，2005，14（2）：173，177.
[6]王玉珉，王劫刚.曲江县大宝山铁及多金属矿床发现史[J].广东地质，1994，9（4）：85-88.
[7]周建民，党志，司徒粤，等.大宝山矿区周围土壤重金属污染分布特征研究[J].农业环境科学学报，2004，23（6）：1172-1176.
[8]陈三雄，向慧昌，廖建文，等.广东省大宝山矿区废弃地植被恢复措施探讨[J].第四届全国水土保持生态修复学术研讨会论文集.
[9]丘英华，吴林芳，廖凌娟，等.广东大宝山矿区周边植被现状及矿区植被恢复重建[J].广东林业科技，2010，26（5）：22-26.
[10]吴亚君，周连碧，乔树潭，等.永平铜矿酸性排土场复垦植被的研究[J].采矿技术，2002，2：66-75.
[11]崔丽丽，杨波，李志辉.宝山矿区废弃地植物配置技术初探[J].湖南林业科技，2006，33（3）：42-44. （责编：张宏民）
关键词：大宝山矿；土壤；水土流失；生态恢复
中图分类号 X171.4 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2013）22-80-03
大宝山矿地处广东曲江、翁源两县交界处，位于东经l13°40′～113°43′，北纬24°30′～24°36′，主矿体为褐铁矿、铜硫矿等多金属共生或伴生矿体，是广东省露天开采的大型多金属矿矿山，也是我国南方钢铁工业和有色金属工业的重要原料基地，始建于1958年，至今已有50多年历史。矿区地处亚热带季风气候区，全年温暖多雨，年平均气温16.8℃，多年平均降雨量为2 083.5mm。矿区内表层岩石风化强烈，地带性土壤类型为红壤，随海拔高度增加而逐渐演替为山地黄壤。地带性植被为典型常绿阔叶林，组成本区植被的上层乔木多以樟科、山茶科、壳斗科等的一些种类为主，灌木层则多为山茶科、紫金牛科、茜草科等的一些种类，草本植物则以蕨类为主。由于长期采矿等干扰破坏，矿区原生植被已被破坏殆尽，形成了大面积的矿山废弃地，导致生态退化和环境污染[1-3]，严重制约了当地的可持续发展。笔者在以往科研工作者[4-9]探索研究的基础上，从设计角度试图为矿山废弃地生态恢复工作提供指导。
1 矿区生态影响分析与生态恢复限制性因素识别
1.1 采矿过程生态影响分析 矿区生态退化过程与采、选矿工艺直接相关，不同矿种开采工艺对生态环境的影响不同。大宝山矿区铁矿采用露天穿孔爆破开采，在爆破前首先要大面积清除植被、剥离表土及无用层，表土及无用层运至排土场堆放，开采作业面形成岩石裸露，开采区地表彻底失去了植被及其赖以生存的土壤层的保护，生态环境退化至原生裸地，短期内难以恢复，必须借助人工干预才能快速恢复；而排土场弃料堆放既压埋了原有植被，直接造成生态损失，且项目区多年平均年降雨量高达2 083.5mm，将成为新的水土流失发生源，甚至引发泥石流、滑坡等水土流失灾害。
铜硫矿采用井采作业，尽管正式开采作业主要在井下施工，但在具备开采条件前首先要建主副井和巷道，建井和巷道掘进过程中将产生一定的弃土、石渣，堆放至排土场存在同样的水土流失问题。井下开采后将形成采空区，有可能造成采空区塌陷，造成地下水渗漏，生态恢复困难。
1.2 选矿过程生态影响分析 铁矿选矿工艺分为碎矿、筛分、洗矿三部分，铜硫矿选矿工艺为碎矿、磨矿浮选、精矿脱水等过程，洗选完成后成品矿外运，剩下选矿废水及尾礦进入尾矿库储存成为水土流失源，特别是尾矿库溃坝对下游水体、土壤环境以及生态系统造成污染和破坏，近年因尾矿库溃坝造成的环境污染事件时有发生。尾矿库在运行期无法恢复，只有闭矿以后库内才不再继续接纳尾矿和废水，废水逐渐渗滤、蒸发后才有可能进行恢复。尾矿库在很长时期内不能恢复植被，必然会造成一定的生态损失。
1.3 生态恢复限制性因素识别
1.3.1 土壤是制约废弃地生态恢复的关键因素 从生态影响分析可以看出，矿山开采对于直接受到影响的区域土地而言，要么是开采区失去土壤保护退化为原生裸地，要么形成排土场或弃渣场；而选矿过程最终都要产生尾矿库。我们知道，土壤是植被恢复的天然物质载体，这些废弃地都有一个共同的特点，那就是缺乏土壤层或者虽有一定的土壤但其不满足植物生长的基本条件。根据测定[7]，大宝山矿区无论是水分还是土壤均呈强酸性，pH值较低，在2.22～4.51，大部分土壤呈强酸性，特别是采矿场和尾矿库；而排土场的pH值稍高。土壤的营养元素含量普遍偏低，有机质含量以各排土场最低，一般不超过5g/kg，较本地区森林土壤的1/10还低，由于酸性较强，土壤的全P和有效P含量均较低，有效N含量是本地区森林土壤的1/44，可见，矿区土壤的化学性质普遍较差。根据对矿区采矿场、排土场等地的调查[8]，采矿场、排土场、矿坑等地的土壤物理性状也较差，在采铜矿区，大部分为裸露的石质场地，而其它地段的土壤也基本是C层土，含石砾多，易板结，保水保肥能力差。各采样点的重金属含量测定表明，矿区大部分土壤中的重金属元素都超标，以铜硫矿弃渣场的重金属含量最高，其中Cu的含量超过标准植的100多倍、Zn超过标准植的17倍、Pd超过标准值的11倍，其次为铜采场和铁采场的重金属含量均超标较多。由于大宝山是各种金属的硫化物矿区，Cu的含量普遍较高，在凡洞村自然林内的土壤中其含量也超过标准值，因此，本地区大部分土壤类型的Cu含量都可能很高。
要使废弃地恢复植被，首先要恢复其赖以生存的土壤层。由此可见，影响采矿废弃地生态恢复困难的限制性因素主要是土壤的理化性质。
1.3.2 水土流失是制约废弃地生态恢复的重要因素 采矿形成的开挖裸露面、排土场、尾矿库等都是主要的水土流失源。即使在待恢复的迹地上覆盖表土、满足植物生存的条件，如果这些区域本身不稳定的，在降雨径流的作用下产生面蚀、沟蚀、滑塌、泥石流等水土流失危害，流失区土壤中的养分随着径流流失，轻则导致土地贫瘠化，甚至导致整个土层被整体剥蚀，出现恶性循环。保持迹地的稳定性、保护土壤及其养分不被流失，必须有针对性的采取相应的水土保持工程防治措施，为废弃地生态修复创造一个相对稳定的基础环境。
2 生态修复的方法与途径
2.1 客土覆盖与土壤改良 既然大宝山矿采矿废弃地难以恢复的主要限制性因素是土壤，那么其生态恢复首先要从土壤修复入手，分两个层面：对于土壤层原生裸地必须采取客土覆盖，确保有足够土壤层为植被恢复提供基本的养分支持；对于重金属超标的排土场、采矿坑以及碾轧板结区域除覆盖一定的表土外，还必须采取深层次的土壤改良措施。通过在酸性废弃地施加不同量的石灰、混合不等量的炉渣、不同品种肥料3种试验得出，在覆土区，采用加石灰提高土壤pH值，加炉渣减小土壤的容重及降底土壤的板结程度为最好方案[10]；而通过植穴内换土，加入适当的熟石灰、稻糠或松树皮或草屑或木屑、适当的有机肥（5kg左右）和复合肥（200g左右），可以改善种植穴土壤的理化性状，有效提高造林成活率[8]。 2.2 水土保持工程措施 由于采矿对原地貌的破坏和重塑作用，形成各类新的地表形态，要针对各自的水土流失特点因地制宜的进行设计。采矿活动不外乎开挖、堆弃、占压等类型，无论哪类活动都会改变地表原有状态，原有植被和土壤对降雨的截留、拦蓄、入渗作用大大减弱，原有蚀积动态平衡被打破，从而产生各类侵蚀现象。因此，必须通过采取降雨截排水工程、拦护工程，调控降雨径流，使土体稳定，表层不易流失，才能够正常发挥土壤层固有的生态功能，为植被恢复提供载体。
2.3 适生物种筛选 物种选择是植被恢复成功与否的关键，而做好废弃地立地条件分析是物种选择的前提。大宝山采矿废弃地的共同特征是：土壤重金属含量严重超标，且贫瘠酸化，pH值在4.0以下，土壤保水、保肥的能力差，不利于大多数植物生长发育[11]。尽管通过客土覆盖和土壤改良措施可以起到一定的调节作用，但当植物生长到一定阶段，其根系不断伸展逐渐穿过表土层，与重金属高的下覆层接触会导致其根系受害或中毒，轻则导致植被生长不良，不能达到预期目标；重则导致大面积植被死亡，使植被恢复彻底失败。另一方面，废弃地养分贫乏，影响植被的快速恢复和长期稳定。因此，所选植物种首先应适应不同区域的立地条件特征，不仅具有适应酸性土壤、抗重金属强的特性，还应具有固氮、耐瘠薄的特性。那些在矿区废弃地上自然定居的植物，能适应废弃地上的极端贫瘠条件，这一类乡土植物应该优先考虑。丘英华[9]等针对不同区域立地条件推选了不同的植物种类，可供参考。在具体实施过程中还应事先开展相应的试验研究，从中筛选出最合适的种类。
2.4 恢复进程与空间配置 遵循天然植被进展演替规律是植被恢复的基本原则。据调查，大宝山矿区及周边植被的演替规律为[9]：次生裸地—草丛（五节芒群落）—灌草丛（夹竹桃—五节芒群落）—针叶林（马尾松林等）—针阔叶混交林（马尾松、泡桐等混交林）—常绿落叶阔叶混交林（南酸枣、山苍子、荷木林，荷木、黄樟、枫香林）—典型常绿阔叶林（栲树、鹿角栲、荷木林）或竹林（毛竹林）；在自然状态下，次生裸地将逐渐进展演替到典型常绿阔叶林类型；相反，在人为干扰条件下，常绿阔叶林将逆向演替到草丛、灌草丛甚至次生裸地；自然条件下的进展演替是极其漫长的，而人为干扰下的逆向演替却可以是快速的，如矿山开采直接从林地演变成次生裸地；适当的人为措施可加速次生裸地向森林群落演替。由此可见，植被恢复不能违背自然规律，不能超越阶段，由低级到高级，由简单到復杂，草、灌先行，优先引入那些适应性强的先锋草、灌，充分依靠植被的自然恢复力，通过积极的人工干预措施加快恢复进程，缩短天然恢复时间，视立地条件的改善程度引入乔木类，有步骤、有计划地形成多物种混交的乔、灌、草立体结构，逐步演替至当地顶级群落，能够自我维持其生态稳定性，实现大宝山采矿废弃地植被恢复的终极目标。笔者分别在采矿区、弃渣堆、内排土场采用泡桐、海桐、勒仔树、葛藤、爬墙虎、香樟、木豆、马占相思、香根草、狗牙根、五节芒、猪屎豆、象草等乔、灌、草树种，进行混交造林复垦实验，栽植穴大小40～50cm，坑深30～40cm，株行距1m×2m，取得了较好的效果[8]。
3 跟踪监测与效果评价
生态恢复没有统一的模式可循，只能通过时间不断的探索。大宝山库矿区生态环境是否真的得到恢复，需要长期的定位观测，对已经实施的恢复措施进行跟踪监测，进一步研究构建评价体系，通过对监测数据对比分析，全面考量恢复的效果。经监测认为不合适措施应进行客观分析，提出改进的对策措施，可能需要不断反复。
参考文献
[1]林初夏，龙新宪，童晓立，等.广东大宝山矿区生态退化现状及治理途径探讨[J].生态科学，2003，22（3）：205-208.
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[10]吴亚君，周连碧，乔树潭，等.永平铜矿酸性排土场复垦植被的研究[J].采矿技术，2002，2：66-75.
[11]崔丽丽，杨波，李志辉.宝山矿区废弃地植物配置技术初探[J].湖南林业科技，2006，33（3）：42-44. （责编：张宏民）