生态学理念在益阳宏安南坝煤矿区生态修复工程中的应用

王志强，向华浩，姚 军，李林熙，丑琉懿，李宏归，肖 恬，陈秋惠

(1.湖南芷兰生态环境建设有限公司，湖南 长沙 410000；2.中南林业科技大学，湖南 长沙 410004))

1 引言

在煤矿开采过程中矿区生态环境受到了严重破坏，生态系统的功能和结构也严重退化，为了改善这些地区的生态环境，恢复生态系统的功能，必须对这些矿区废弃地进行生态恢复。对此已有较多的研究，如葛书红在煤矿废弃地景观再生规划与设计策略研究文章中，提出煤矿废弃地景观再生目标的实现离不开生态修复技术的支撑，无论是视觉形态的呈现，还是景观功能的发挥，都依赖于生态修复技术，否则景观再生将无法取得成功[1]。高坤、蔺莎等在基于生态技术美学视角的矿区生态修复探索文章中，以白云鄂博矿山公园为例，从生态技术美学的角度探索其场地修复方法，探讨分阶段实施植物修复技术的可行性，寻求以尊重生态秩序为基础的景观表达形式，最终实现矿区生态重塑与景观再生[2]。

在生态恢复过程中，为了促进生态系统的可持续发展，倘若生态修复技术能得到积极有效的改善，不仅可以修补生态网络和空间肌理，而且可以提高土地使用效率和价值，并激活那些衰败、萧条的空间，从而促进社会积极有序地发展。此外，在生态恢复过程中生态学理念的融入，不但能够体现出景观的美感，还可以更好地平衡生态关系[3，4]。对此，本文以益阳郝山区泥江口镇安南坝矿区生态修复为例，探讨其生态恢复过程中，生态学理念在地形处理、植物种类选择、植物群落构建、景观设计和成本控制中的应用。

2 生态学理念的内涵

在人类人口数量较少时，人和自然和谐相处；但是随着人口数量的增加，人对自然的开发利用越来越深入，对环境的影响也越来越大。为了协调人与自然之间的矛盾，促进了生态学科的产生[5]。因而，生态学的目标是在不影响环境可持续发展的前提条件下，以最小的代价从环境中获得最多的资源[6]。因而生态学理念的内涵就是在协调好人与环境的关系同时，促进环境可持续发展，以最小的投入获得最大的收益。

3 生态学理念在煤矿生态恢复的应用

煤矿在开采后，矿区环境受到破坏，在煤矿开采完成后必需对其进行生态恢复。在进行生态恢复过程中必需以生态学理念进行指导，以达到低成本、快速恢复生态环境，形成逐步稳定的生态系统。具体体现在地形处理、植物种类选择、植物群落构建、景观设计和成本控制等方面。

3.1 在地形处理中的应用

生态学理念在地形处理中应用要尊重原有场地，因地制宜处理地形。每一块场地都有他自己独特的历史，时间不断变化，场地的景象也随之不断变化。因此，在煤矿生态恢复时，必须尊重该场地的原有风貌，并对其加以利用创造出独特的景观。除了可以真实地恢复场地的历史，这种处理方法还可以节省材料，减少资源消耗，同时减少对煤矿场地原有生态环境的破坏，这是一种相对更环保的生态设计方法。

3.2 在植物种类选择中的应用

生态学理念在植物种类选择中的应用应遵循适地适树(适草种)、因地制宜、合理配置的原则。植物是有生命的，不同植物有不同的生长习性和生态特性。植物的生长离不开适合的生长环境，同时植物对环境起综合的生态效应，有一定的适应环境的调节能力。矿区由于自身生产中产生的污染问题，使周边环境条件往往都不是太好。因此，在这些区域进行绿化有着特殊的意义，适地适树、因地制宜是植物与生态环境的关系的协调，是生态学理念的重要体现。

3.3 在植物群落构建中的应用

生态学理念在植物群落构建中应遵循复合群落结构和群落多样性原则。植被恢复原则宜林则林、宜草则草、草灌优先，恢复后的植被覆盖率不低于当地同类土地植被覆盖率，植被类型与原有类型相似、与周边自然景观协调。不使用外来有害植物种进行矿区植被恢复，避免打破生态系统的平衡。

3.4 在景观设计中的应用

生态学理念在生态学理念在景观设计中的应用应遵循与周边景观相溶性原则。煤矿生态恢复过程中所形成的植物群落应当与周边植物群落景观相近，形成一个景观的整体[7～9]。在特殊地段，综合考虑生态、经济、交通等因素，可以考虑设计观赏性强的植物群落。

3.5 在成本控制中的应用

生态学理念在成本控件中的应用应遵循经济实用、易于实施、可持续发展的原则[10]。经济型生态恢复是现在所有煤矿生态恢复过程中的特点，因而在生态恢复过程中应充分利用场地现有的资源，降低生态恢复的成本。

4 生态学理念在益阳安南坝煤矿区生态恢复中的应用

4.1 益阳郝山区泥江口镇安南坝矿基本情况

宏安矿业煤矿位于益阳市赫山区泥江口镇，地理位置图详见图1，其前身为南坝矿区，开采矿种为石煤，坝区平面面积约3.5万m2，于2011年开始大规模露天开采。经长年雨水冲刷，矿区采矿作业面形成酸性废矿坑，且废水中镉、镍、锌等重金属超过污水综合排放标准(GB8978-1996)，2018年11月，中央第四生态环保督察组“回头看”将该环保污染问题列入了湖南省第一号督办件。为全面解决该污染问题，赫山区委、区政府加快推进矿山治理工程，对宏安矿业采矿作业面废水进行集中处理达标排放后，对矿区进行全面生态恢复，以实现除污水坑处纯石煤坡以外所有的边坡复绿为目标，施工区域详见图2。

图1 宏安矿业南矿区位置

4.2 存在问题

根据现场踏勘，采矿区中心形成了两个较大的深坑，重金属污染水已填满池子，需作三级沉淀处理。矿区生态修复边坡总面积约75000 m2，平均坡比为1∶0.25，平均海拔约70～80 m，边坡生态修复情况险峻，生态环境脆弱，地表植被和土壤结构都受到不同程度的破坏，削弱了原有自然边坡的稳定性，植被防护能力和土壤抗蚀能力降低或丧失，加剧水土流失，严重的水土流失将造成边坡失稳，极大破坏地表形态，使地表径流形式和运动状态发生改变。遇强降雨天气时，雨水强烈侵蚀裸露地表和松散堆积物后，地表径流迅速汇集到低洼地段，最终汇入沟道并顺其泻流而下，对沟道下游的农田造成一定影响。现场现状详见图3、图4。

图2 工程修复区域

图3 治理区域整体现状

图4 部分裸露区域现状

4.3 生态学理念的应用

4.3.1 在地形处理中的应用

矿区治理区域山体陡峭，边坡松软，在雨季易于滑坡和形成泥石流，施工难度较大。由于特殊的地势地质条件，本工程采用由上至下的治理方式，边治理边恢复施工场地，以避免在矿区生态修复过程中产生“二次污染”。矿区生态修复治理的3个区域边坡角度差异过大，因此边坡植被恢复技术选择根据不同区域环境条件，针对不同边坡坡度因地制宜进行选择。

(1)边坡坡度小于30°的采石迹地，采用客土法进行植被恢复。

(2)边坡坡度30°～45°采用爆破造林、或改造成台阶状造林、或采用植生袋复绿。

(3)边坡坡度45°～60°保证边坡稳定前提下进行削坡处理，采用水泥网格进行生态修复。

(4)边坡坡度60°～80°采石场陡峭岩壁，采用种植槽(爆破开槽—填土—苗木移栽)技术。也可以在石壁上沿着等高线安装种植构筑槽板，在板槽内填入营养土，栽植乔灌藤等容器苗。并辅以草本种子的撒播，通过肥水养护形成稳定的乔、灌、藤、草植被。

(5)边坡坡度80°～90°采石场陡峭岩壁，采用粘合剂和混合植绿种子配方，喷播绿化。

(6)边坡基本为垂直的岩面，创面高度低于15 m，采用藤本植物攀援或垂悬绿化，攀援植物主要有爬山虎、薜荔、络石等，垂悬植物主要有葛藤等，创面高度高于15 m时可同时采用藤本植物攀援和垂悬绿化相结合的方式。

此外，针对矿区风化石边坡，通过挂镀锌网植入植生板，让种植土、有机质、纤维料、肥料等合理比例配制成的绿化基材附着面，给灌木提供正常生长的有效基质，以保障前期灌木生长时，基材不流失，并针对不同边坡坡度因地制宜进行选择边坡植被恢复技术。现场施工及边坡修复效果详见图5。

图5 现场施工及边坡修复效果

尊重原有场地、因地制宜的原则。节省材料，减少资源消耗，同时减少煤矿场地原有生态环境的破坏，因地制宜处理矿区生态修复治理的问题。

4.3.2 在植物种类选择中的应用

植物种子选择应以灌木和草本植物为主，根据矿区的水文地气候条件，为防止雨水冲刷，根据不同的季节喷灌相应的草种植物，冷暖季型混播，暖季型选用狗牙根草、观花的金鸡菊、波斯菊，冷季型选用白三叶、黑麦草和观花紫花苜蓿。同时应选择适应当地生长条件的种类，特别要注意抗旱性、逆性强的种类。播种应以一种草籽为主，多种草籽混播，这样各种草类在覆盖度、生长期、抗逆性等各方面可取到优势互补的作用，增加草种的适应性。混播时要求加入灌木种子，如刺槐、盐肤木、多花木兰、坡柳等，以增加边坡生态修复效果，但一定要注意花灌的生长特殊性，草比花灌的生长速度更快。植物配置及选用植物的要求、习性详见表1、表2。

表1 选用灌木植物及观赏效果

表2 选用草种植物要求

4.3.3 在植物群落构建中的应用

满足环保绿化功能要求，矿区治理方案的总体思路是先将矿区裸露的地表进行水土流失防治，然后制造适应植物的生长环境。从“尊重自然、保护自然、恢复自然”的角度来进行生态恢复设计。在技术上尽量模拟自然界的内在规律进行植物配置和辅助工程设计，避免违背植物生理学、生态学的规律进行强制绿化。

该矿区生态修复治理在植物群落构建中，以本土植物为主体通过合理配置与布局，形成良好的乔、灌、藤、草、花相，乔木植物以本土乔木为主，灌木植物以刺槐、多花木兰、盐肤木、紫穗槐、黄花决明、黄花槐、坡柳为主，藤本植物选择蔓延速度快、抗性强的油麻藤、葛藤进行防护，草种以带壳狗牙根、高羊茅、黑麦草、白三叶草、刺槐、多花木兰、黄花决明、盐肤木、坡柳及当地小灌木为主，花灌选用大花金鸡菊、波斯菊野花组合。构建形成的该植物群落禁止使用外来物种，恢复了矿山原有生态样貌与当地生态系统的稳定性，使种植的植物能够长期生长，与周边自然景观相协调。

4.3.4 在景观设计中的应用

矿区景观营造要反映矿区的地域自然和景观特色，景观元素的适应性改造与循环利用是切实有效的途径。该矿区，山体较为平整，其山体层次、纹理、凹凸可与植物群落构建结合，独特的矿区地形，展示植物丰富的乔、灌、藤、草、花相，为矿区独特的景观空间。保护和弘扬矿山废弃地的美学价值，重塑矿山的景观形态，重建人类与土地之间被割裂的联系，在经济、生态、社会方面取得较大的效益。

4.3.5 在成本控制中的应用

根据现有生态破坏现状，提出的方案应投资最少，长期有效且实施过程中易于操作。

在地形处理中，尊重原有场地、因地制宜的原则，根据不同边坡坡度因地制宜进行选择边坡植被恢复技术，节省材料，减少资源消耗，达到成本控制的效果。

在植物选择中，为实现矿区生态修复，在边坡复绿中，多采用灌木及草籽喷播，进行良好的植物种子配比，达到成本控制的效果。其本身在植物材料选用上，灌木及草本的选用在成本上就达到了控制效果。

在土壤材料的使用中，植物对土壤的化学性质和物理结构也有相应的要求。在客土材料的选择和配比时尽量使用当地肥土或熟土。满足植物生存要求的同时，因地制宜，当地土壤的选用，减少了购买成本及运输成本，达到良好的成本控制效果。

强调近期效果，确保长期效果。因此在该生态恢复中遵循长短结合，种养设计同步，坚持可持续发展。避免多次修复，亦是成本控制的一种体现。

5 分析与结论

通过本次对矿区的生态环境修复的治理实施到位后，将有效地改善区域的生态环境与景观、人居环境及土地利用价值，为周边居民的生产与生活提供一个较好环境，使矿产资源开发与环境发展和谐共存。

5.1 对生态环境与景观的改善

此次对区域采矿破坏的植被进行生态修复，使区域内生态破坏得到妥善处置，泥土废石等不再因雨水冲刷与淋浸向下游转移，原来占压的林草地得以恢复；裸露的废石被规范并覆土还绿，区域内土壤对水源的涵养能力得到提高，水土流失现象进一步减少，区域内的景观得以改善。

5.2 对周围人居环境的改善

目前山体滑坡已经严重地影响了周围居民的生产与生活，在极端天气或发生地震等自然灾害时，山体滑坡形成的泥石流甚至会导致严重的生命及财产损失。在对矿区进行治理后，周围居民的安全得以保障，使居民能够安居乐业。

5.3 恢复土地使用功能

本次矿区治理的一个主要目标就是要恢复矿区不规范开采过程中产生的生态破坏，通过覆土还绿，减轻矿区的水土流失量。从长远来看，只有保证了矿业发展不影响或较小的影响当地的土地使用性质，才能确保在矿产资源枯竭后经济的可持续发展。对区域经济的发展奠定一个良好的社会环境基础。

益阳郝山区泥江口镇安南坝矿区生态修复工程中，矿区生态修复就是生态学理念的重要体现，通过生态修复恢复其原貌，建立具有自恢复能力的、健康的生态系统。在地形处理中，尊重原有场地、因地制宜的原则，针对不同边坡坡度因地制宜进行选择植被恢复技术的选择；在植物种类选择中，遵循适地适树(适草种)、因地制宜、合理配置的原则，根据矿区的水文地气候条件，选择抗旱性、逆性强的植物种类，冷暖季型混播；在植物群落构建中，采取景观协调的原则，以本土植物为主体通过合理配置与布局，形成良好的乔、灌、藤、草、花相，禁止使用外来物种，恢复矿山原有生态样貌与当地生态系统的稳定性；在景观设计中，以景观再生的美学价值为视角，保护和弘扬矿山废弃地的美学价值，重塑矿山的景观形态；在成本控制中，以经济实用、易于实施和可持续发展为原则，强调近期效果，确保长期效果。

在当前生态文明建设背景下,矿区生态环境保护与修复成为热点与焦点，随着大数据、云计算、人工智能(AI)的出现，以及信息获取技术和工程施工设备与技术的不断进步,矿区生态修复技术也将逐步进步与发展，希望今后能加强新材料、新技术与新方法与矿区生态修复技术的融合。