新疆矿山生态修复的认识及思考

徐 俏，徐海量，夏国柱，林 涛

（1.新疆农业大学 草业学院，新疆 乌鲁木齐 830052；2.中国科学院新疆生态与地理研究所，新疆 乌鲁木齐 830011；3.新疆维吾尔自治区土地开发整理建设管理局，新疆 乌鲁木齐 830000）

新疆地处我国西北边陲，是丝绸之路经济带建设的核心区、实施西部大开发战略的重点地区，也是我国向西开放的重要门户，在国家能源开发和对外开放大格局中具有重要的战略地位。同时，新疆又是中国矿产资源的富集区，范围广、面积大，初步查明的大中型金矿废弃矿山有270多处［1-2］，是中央明确规划建设的国家“三基地一通道”。在近百年不断开采下，形成了规模巨大的矿坑遗迹，其中大多数是无责任主体的矿区，统称历史遗留废弃矿山。党的十八大以来，在践行“绿水青山就是金山银山”理念的道路上，将矿区废弃地修复成绿水青山变得尤为重要。然而新疆矿区种类多，不同类型矿区所需要采取的恢复方式与措施也明显不同，加之新疆矿区修复事业起步较晚，基础相对薄弱，矿区修复工作整体上处于学习摸索的起步阶段。如何加快新疆矿区的生态修复工作已逐渐成为当前新疆生态保护和修复工作中急需解决的最突出生态问题。

1 新疆矿山现状

1.1 新疆矿山分布情况

新疆矿区类型多、面积大、矿区种类多，新疆已发现各类矿产152种，5300余处矿产地。从南北疆分布来看，北疆矿产数量占总数量的64.77%，而南疆仅为35.23%；从东西部来看，西部矿产数量占绝对优势，占比为80.27%，而东部较少，仅为19.73%；因此在整个空间上呈现出北疆多于南疆，西部多于东部的特点。从地貌类型上来看，山区、绿洲和荒漠矿产数量占比分别为41.8%、13.1%和45.1%，表明新疆矿产主要分布在山区和荒漠。

1.2 新疆矿区土地损毁情况

矿产资源的开发利用在促进经济发展的同时，也造成了生态破坏和环境污染，成为制约新疆经济、社会发展的重要因素。党的十八大以来，生态修复已经逐渐成为衡量社会经济发展的重要指标。据不完全统计，从全疆矿山破坏土地的情况看，主要有露天采场挖损土地、工业矿场压占土地、尾矿库压占土地、废渣石堆放场压占土地、矿山办公生活区压占土地和地质灾害破坏土地等，这些矿区在开采及废弃后，破坏了原有的地形地貌，并对土壤环境造成了一定的污染［3-4］。

1.3 新疆矿区土地生态修复情况

近几年，新疆不断加大矿山修复和治理工作，取得了一定成效，但是长期来看，修复和治理并没有达到预期的效果，尤其是植被覆绿度和成活率不高，生态环境改善不明显。相关部门和企业也曾做了很多探索研究工作，但效果并不明显，这也成为困扰矿山企业和自然资源管理部门的一个难题。

2 新疆矿山生态修复存在的难点

文章基于新疆矿区生态修复面临的主要问题，结合课题团队长期开展新疆矿山生态修复的实践经验，总结出新疆矿山生态修复存在以下难点：

2.1 矿山生态修复目标不明确

矿山生态修复对象是生态遭到破坏的矿区，其本质目标是恢复其生态系统必要的生态服务功能。新疆地处干旱、半干旱区，由于受到光、热、水等要素限制，生态修复目标不宜过高。例如，在卡拉麦里自然保护区开展生态修复，由于该区降水稀少，生态修复目标制定过高，会提升修复成本，且后期必须通过大量人工干预才能维持效果。因此选择合理适宜的生态修复目标，是落实“以自然修复为主，人工干预为辅”理念的关键。由于不同区域、类型矿山生态修复的差异和复杂性，目前尚无明确的矿山生态修复目标，这需要产、学、研各界共同努力，制定出适合新疆各区域符合生态恢复理论的可实现的矿山生态修复目标［5］。

2.2 水资源紧缺成为制约干旱区生态修复成败的主要因素

新疆生态环境极度脆弱，45%以上矿区分布在荒漠区，水分的极度匮乏导致天然植被一旦破坏，自然恢复难度巨大。例如，胡杨等植物成年植株适应干旱、盐碱的能力极强，但幼苗却不具备这些优势，需要适宜的水分和盐分才能存活。许多草本植物也类似，在沙漠区经过几十甚至数百年的自然选择，加之偶遇丰水年的特殊机遇，多年生草本植物得以存活。此外，干旱区植物特有的深根系、针形叶及高温休眠等特点，能够使其在荒漠区干旱贫瘠的环境条件下顽强地生活下去，但是在其幼苗期和种子萌发期如果没有适宜的水分条件，很多植物是很难存活的。在废弃矿山，随着生态环境的破坏，水、土、生物条件均发生显著变化，单靠植物的自我恢复很难实现大范围生态恢复。有些废弃矿山处于荒漠生态系统中，气候干旱少雨，蒸发强烈，导致水分成为限制植物生长的主要制约因素，生态系统仅依靠自我调节难以实现系统结构和功能的恢复。因此在进行矿山生态修复时，如果有条件可以通过补充灌溉实现人工干预下的矿山生态修复，而更多矿区只能通过技术手段创造适宜自然植被生存生长的环境条件使其自我修复［6-7］。

2.3 表层土壤破坏严重增加了环境自我修复难度

新疆矿产开发对土壤的破坏主要表现在三方面：（1）采金矿区水洗等措施剥离破坏矿区土壤、植被，仅留下水洗后粗颗粒砂砾石，致使环境自我恢复能力丧失，水土流失持续，土壤修复成为一大难题；（2）铁砂矿开采破坏地形地貌，造成土壤结构变化，将地下生土翻至表层，易引起土壤性能下降，影响植被生长，生态修复难以实现［8］；（3）砂石矿和河谷采矿区，地表破坏严重，仅留大量粗砾石，植被无法生长，且矿坑覆土工程量大，缺土区域覆土困难较大。

2.4 乡土植物选择及配置技术要求高

修复物种的选择是矿山生态修复成败的关键。一般废弃矿山生境条件较差，多数植被无法适应生存，多在人工干预下才能够萌发，但由于受到环境胁迫或自然灾害的影响，绝大多数物种会在后期缺乏人工干预的条件下衰亡，并且矿山生态修复也需考虑物种的多样性，发挥不同物种的生态位重叠的功效，因此如何在脆弱生境选取适宜的乡土物种并进行合理配置也是重要的关键点［9-10］。

2.5 修复面积大、环境条件复杂增加了修复成本

据调查，全疆矿山破坏土地总面积为73642.77公顷，广泛分布于各地州的山区和荒漠区，从修复整体情况来看，修复工作普遍存在水、土、生物三要素缺乏的问题。如果不考虑修复成本，新疆矿区可借鉴的修复方式和措施较多，但受地区资源条件、修复面积等因素影响，资金投入较大。此外，矿山生态修复不完全借助人工干预，过多干预也会造成不良影响。据研究表明，耐旱植物在进行长期人工灌溉后，其根系分布与自然状态下差异巨大，根系向水性导致其仅分布于灌溉水到达区域［10］，一旦失去人为干预就会大面积死亡，因此必须探究选择合理的修复治理模式。治理成本与效益也不是完全的正相关关系，阿尔泰山采金矿区生态修复实践中，地表简单粗推的低成本治理方式，比完全推平并压实的修复效果更明显。因此矿山生态修复，需要进一步深入研究和探索出可操作、易推广、经济实用性高的技术措施。

2.6 不同矿区差异较大，不同区域成果难以复制

不同矿区因气候、地貌、开矿类型以及土壤条件的差异，导致明显的异质性，因此不同区域的研究成果难以学习复制。如《草地露天矿废弃地生态修复的技术规范》中生态包、挂网喷浆等技术，在内蒙古矿区草地生态修复中具有明显修复效果。但应用于北疆地区将会受三种条件约束：（1）修复成本高昂、难以规模推广。生态包与挂网喷浆修复成本分别在2~3万元/亩和6~7万元/亩，而新疆矿区分布广、面积大，远离人口密集区，一般成本超过8000元/亩，采用价值会降低；（2）区域物种差异，植物选择不同。如内蒙古自治区年均降水达300毫米以上，而新疆荒漠区不足80毫米，选用的植物无法适应新疆荒漠的生存条件；（3）修复区位影响，理念存在差异。内蒙古矿区距首都等发达城市较近，可发展旅游业，而新疆矿区多处于人烟罕至区域，目前还不具备打造旅游业的条件。

3 新疆矿山生态修复常用的技术方法和存在的问题

3.1 生态修复常用的技术方法

一般来讲，矿山生态修复的方法有稳定化处理法（包括物理、化学方法）和生物修复法（直接种植植被、覆土植被）两大类。现阶段主要采用的是物理方法与生物修复法结合方式进行，首先在生态重建的前期，采取物理方法对场地的稳定性处理、后采取熟土覆盖、采矿场填埋等方式创造生态修复条件，后期采取生物修复法通过植树种草等方式进行植被恢复。新疆矿山大多采取最简单、成本最低的直接种植植被或直接覆土后种植植被的方法进行生态修复，其中直接种植植被成活率低，恢复时间较长，一般需要10~20年，覆土后再种植植被成活率高，更易被大多数矿山企业采纳，也是目前应用最广泛的生态修复技术［11］。

3.2 存在的主要问题

以上这种方法应用条件相对比较严格，一是要求地形比较平缓，水资源相对充沛，覆土后不会受风蚀影响，种子能够正常生长；二是要求表土资源相对丰富，需有足够的表土覆盖满足种子生长需求；三是对种子的选择要求较高，必须选择当地适宜、不会对当地植物种群产生威胁的种子，成活率高。但是面对新疆大多矿山地形条件复杂、荒漠化环境以及当地种子库缺失的情况，这种技术方法应用失败的案例屡见不鲜。

4 案例研究

为了寻找一种适应干旱区、半干旱区复杂地形的生态修复技术方法，作者和团队成员们在新疆各地做了很多有益的实验，探索总结出了一些行之有效的方法和措施。下面以古尔班通古特沙漠东北缘的新疆卡拉麦里山有蹄类野生动物自然保护区（简称卡山保护区）生态修复为典型案例（图1），介绍新疆矿山生态修复技术的研究情况。

图1 卡拉麦里自然保护区生态修复的微地形营造水分富集技术效果对比图

卡山保护区是野生动植物的天然基因库，具有重要的干旱区生物基因保护价值、生态价值和科研价值。但是，近十年来，大规模开矿、盗矿活动使得保护区内生态环境破坏日趋严重，野生动植物适宜生境面积大幅减少，主要表现在：表土剥离面积大，破坏了山体和地表植被，导致水土流失、野生动植物生境减少、生物多样性严重降低；受开挖坡脚、切削边坡的影响，山体失衡和地质灾害发生频率增高；固体废弃物被大量堆积或随意填埋于山上，环境毒性增加，野生动物迁徙通道受到阻碍；宝贵水源被消耗，使得植物生长和动物饮水困难［12］。

2018年野外调查发现，保护区内有200多个不同矿点，其中超过5000亩（约333.33公顷）为生态受损区。本团队利用微地形改造技术对卡山保护区开展矿山生态修复工作，通过微地形营造形成水分富集区，借助风力将积雪汇集在沟内，从而使得沟内的土壤含水量比未处理区域土壤含水量高出两倍以上，借助春季集中融雪期实现梭梭和多年生草本植物的萌发。截至2021年11月这些生态受损区已基本修复完成，主要表现为修复后的植被盖度较周边未破坏区域植被盖度增加6%，灌木占比增加11%，多年生草本所占物种数增加12%，表明修复后效果良好［13］。

在该区进行实践时，最大的难题是水分匮乏。由于当地地下四五百米内缺乏淡水，按常规方式采取滴灌补水，成本十分高昂。采用微地形营造集水技术后，在风的作用下，降雪和地表的种子被吹进沟里，不仅起到增水的作用，使沟边的土壤水分富集了5~7倍，还实现了种子的局部富集，有利于自然植被的恢复。利用微地形改造技术进行修复后，该区出现了十几种植物，包括梭梭、针茅和沙葱等。与周边未受破坏的区域相比，受损区生态修复后的植被盖度和物种多样性指数均有明显提高，表明生态修复效果显著［14］。

此案例不仅利用有限的水资源实现植被生长所需的水分富集，同时利用微地形改造技术能够控制崩塌、搬运、堆积等一系列地貌过程和地表起伏的形态变换，从而使光、热、水分、土壤等生态因子在空间上的分配发生改变，进而促进种子的萌发、种苗出土及存活［15］。假设通过微地形改造能够增加地表粗糙度，重新分配有限的降水资源（尤其是降雪），使土壤水分、养分被地表径流携带，在沟谷处汇集从而调节土壤入渗和补给的水分，实现节水免灌修复植被［16］。综上，根据当地的地质条件，利用微地形处理使水分富集于局部地点的思路是简便可行的生态修复技术［17］。

5 矿山生态修复的思考

新疆矿山生态修复的关键，是如何利用技术措施实现低成本、可复制、可推广的修复模式，特别是如何利用技术手段实现水、土、生物局部富集、如何选用乡土草种实现矿山的植被修复。文章提出以下四点思考：

5.1 矿山生态修复的目标制定

目标制定首先应考虑环境条件的限制。例如，在山区，土壤缺失是主要的限制因子，需重点考虑取土的可行性，阿尔泰山由于气候阴冷土壤发育不完全，部分区域土壤厚度薄，甚至无土壤覆盖，因此修复目标应考虑覆土需求；在荒漠区，水分是主要的限制因素，在北疆年均降水约50~100毫米的区域，可充分利用冬季降雪和春季集中融雪开展修复工作。目标制定也应考虑当地地形地貌，应与周边景观保持一致为最佳。新疆风大风频的基本生态特点使得精准推平再压实的方法并不合适，植物种子无法在平坦地形中留驻，也不益于形成局部土壤的富集，因此构建一定的起伏地貌，既可与周边地貌形成一致，也有助于局部水、土、种等的富集。可以创造适宜植被自然恢复的环境条件。

因此，矿山生态修复目标必须和环境条件一致，否则目标过高完成不了，目标过低达不到修复目的。具体可以通过两方面制定目标：（1）根据温度和降水等全球净初级生产力公式提出植被生物量的修复目标；（2）在实际工作中以周边区域植被密度、盖度、生物量等自然条件实测值为参照目标，将矿区生态修复与周边保持基本一致。

5.2 乡土植物的选择

矿山生态修复效果的评判标准是能否形成适宜植被恢复的自然条件，故选取乡土植物的选择非常重要。根据新疆生态修复的长期实践经验，最简单有效的物种选择是选取当地优生乡土植物，主要原因是：（1）乡土植物是长期自然选择的结果，是最适应当地自然环境条件的物种；（2）乡土植物不会造成外来物种入侵等问题，是保证生态效益效果的重要前提。在单一矿区进行生态修复时，要基于生态学中物种多样性的基本原理，需要至少选取不低于4~5种植物的补种方式，才能避免气候变化和物种休眠导致的矿山生态修复失败的风险［18］。

5.3 水、土、种局部富集关键技术突破

新疆矿区分布范围广，种类多，不同矿区生态修复会遇到不同的问题，例如，阿尔泰山采金矿区缺少土壤，细颗粒物质几乎全部丧失［19］；卡拉麦里等区域缺水，无法给植物补给适量的淡水；青河砂铁矿表土被破坏，因为翻砂，生土在地表集聚成陡峭地形，这不利于植被生长发育。因此，使用少量的水、土和种子，实现修复矿区局部区域水、土、种子的富集是决定矿山生态修复成功的关键［12］。在矿山生态修复工作开展前，首先要找到核心修复问题，针对问题用新思维和新技术分别给予补水、补种和补土的关键技术手段。

5.4 成本和效益的双重考虑

用较低成本实现效益最大化也是新疆矿山生态修复的关键。新疆多数矿区需通过一定的人工干预才能保证修复效果，由于无法完全借助其他省市、地区成熟做法，需要结合矿区实际情况，通过现场调查、科学观察，总结不同矿区生态修复的关键因素，探索可推广、低成本、易复制的技术模式。工程设计和材料可结合当地实际情况，就地取材以减少成本，将生态效益发挥到最大，以保证修复后的矿区向金山银山转化。

6 结论

（1）新疆矿区类型多、面积大、矿区种类多、空间分布差异大，主要呈现出西多东少，北多南少的特点。从地貌类型看，矿区多分布在山区和荒漠，分别占总数量的41.8%和45.1%，呈现出明显不均匀的特点。

（2）新疆矿区生态修复的难点主要表现在五个方面：矿区生态修复目标如何确定、干旱少雨的环境背景决定了水分是制约生态修复成败的关键、针对土壤扰动导致土壤破坏的修复、脆弱的生态环境对乡土植物选种的要求极高、修复面积广难度大对修复成本和技术提出了新要求。

（3）新疆矿山生态修复急需制定符合新疆实际的修复目标和验收标准。矿山的生态修复技术创新关键点在于乡土植物选择和水、土、生物局部富集技术的突破。本研究可为新疆矿山生态修复提供一定的借鉴和依据。