森林星球-第2章
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二、露采矿山自然生态环境治理原理与技术
（一）治理原则
生态治理的目的是使自然——社会——经济系统的综合效益最大化。矿山开采必须遵循最小量化原则、无害化原则、资源化原则、生态系统的恢复和重建原则、立法原则（这里暂不讨论资源化和立法原则等问题），最终达到地形、植被在视觉和环境上与周围的区域生态融为一体。同时，复绿后的坡地要经受雨季和干旱的考验。
自然生态系统的形成和演替是一个漫长的过程。比如在陆地生态系统中，从裸露岩石开始的演替称之为旱生演替。其演替顺序一般是：
这种演替过程是很长的，可达百万年。即使从草本群落阶段开始，也需几个世纪的历史。表1是美国东部丘陵区次生演替过程。在自然条件下，这种次生演替需要经几十年至数百年才能发展到顶级群落。
表1美国东部丘陵区次生演替过程
主要植物
矮草
草
草＋灌
松林
栎＋山核桃
演替年龄
1~2
2~3
15~20~25
35~36
150~200
因此在矿山环境中，如果不通过人工建造一个新的生态系统，演替是相当漫长的，所以利用人为介入是必要的。但我国经济相对落后，国土面积大，矿山数量多，采用大量投入的方法一开始就想建成一个完整的生态系统是不可能的，也是不合理的。因此，应本着尽量采取适量的人工投入，使人工生态系统本着由低级向高级阶段过渡的办法，就是模拟自然生态系统形成演替规律，人工压缩演替周期的办法，进行矿山生态环境修复。可以根据矿区干旱、贫瘠等环境资源状况，结合小量工程手段以抗性较强的先锋树种、草种和抗旱灌木等，建成人工生态系统，利用生物对环境的改良作用，提高当地的生态位。然后再进行第二期生态恢复工程。如一开始用旱生植物，这种做法虽然慢了一些，但总体却是稳妥而高效的。
（二）矿山生态治理系统设计
矿山生态环境治理，已被视为一项有着高度经济、社会、生态环境效益的事业。一切需要恢复的采矿土地，最终将成为建设用地（用于工业或居住目的）、农业用地、娱乐、休闲用地（公园式体育运动场地）和保护用地（野生动物、地质遗迹、重要基础设施）等恢复自然植被等。据此采矿土地生态治理的设计应具有相应结构和功能的生态系统。
在采矿土地上重建哪一类生态系统，不仅取决于需要，而且取决于可能。如，根据开采后的矿山景观特征，人们顺势利用采矿活动形成的新的景观特点，设计成象绍兴东湖建成旅游胜地；慈溪旦山石矿，把原先凹陷开采的矿境改造成湖，周边进行景观绿化、建广场、凉亭、雕塑、植大树及园林小品等，形成了一个市民观光、休闲的好去处。
假设，杭州旅游西进，而周浦大理石矿山关停后留下大规模高百米的直立致密稳固大理石岩面，如一味复绿将是一块硬骨头，不但需要大量工程，并且投入巨额资金，今后效益并不明显。可以考虑形成旅游休闲等开发性项目，设想这个岩面也是资源，并且是不可多得的雕刻资源（当然这需要相关专家论证）。当地环境优美，地理优越，旅游市场旺。如果我们把矿山凹陷采区建成湖，坡面建成石级台阶，加护栏，适地造半悬式亭台，削直岩壁，形成世界性的磨崖石刻场所，让全世界的雕刻家、企业家、名人竟标雕刻，展示自己。周边加以景观营造，形成新的景点。可能会成为一个新的景区亮点。
所以，创造什么样的生态系统，要因地制宜。在选择治理工程措施时需要考虑的因素很多，从气候地理，社会经济，政治法律到生态环境诸方面相互关联，相互制约。这些因素难以用数学模型描述也难以定量化。
（三）边坡治理工程
1、露采石矿边坡的特点
在进行矿山生态环境治理的工程时，矿山边坡治理是“复绿”的基础工作，其中边坡的稳定性治理是生态治理的前提，它直接关系到人身和财产的安全。石矿边坡的特点主要有：
1）露天矿边坡一般比较高，从几十米到几百米均有，走向长从几百米到数公里，因而边坡揭露的岩层多；未经治理的石矿，其边坡大，多为陡坡，甚至几乎与地面垂直或呈鹰嘴状。各部分地质条件往往差异大，变化复杂；
2）石矿最终边坡是由上而下逐步形成，上部边坡服务年限可达几十年，下部边坡则服务年限较短，底部边坡在采矿结束时即可废止，因此上下部边坡的稳定要求也不相同；
3）在未停采的石矿，由于矿场每天频繁的穿孔、爆破作业和车辆行走，使边坡岩体经常受到震动影响；
4）边坡是用爆破、机械开挖等手段形成的，暴露岩体一般未加维护，因此边坡岩体较破碎，并易受风化等影响产生次生裂隙，破坏岩体的完整性，降低岩体强度。
由于采矿本身是一种对原岩的破坏，采剥作业打破了边坡岩体内的原始应力的平衡状态，出现了次生应力场，在次生应力场和其它因素的影响下，常使边坡岩体发生变形破坏，使岩体失稳，导致崩落、散落、座落、倾倒坍塌和滑动等。
2、边坡稳定性治理
露采石矿大多位于城市周边，水、陆交通要道旁。基本上也是人们生产、生活频繁出入的区域，因此，矿山关闭前（对于已经废弃的露采石矿，在进行矿山生态环境治理的工程开始之前），应首先进行边坡的安全评估，然后开始治理。一般石矿边坡的治理方法有以下几种：
（1）对坡度不符合要求，开采面已过山顶的边坡可以进行削坡减载。对于高度不大的此类边坡，也可填方压坡脚。
（2）对富水地区边坡必须进行疏干排水，必要时可钻引水孔排水。
（3）对于地质条件易造成滑坡或小范围岩层滑动的岩体，须采用抗滑桩、挡石坝方法治理。
（4）对局部受地质构造影响的破碎带，采用锚杆、钢筋网喷砼护面。
（5）对深部开裂、体积较大的危岩，宜采用深孔预应力锚索、长锚杆进行加固。
（6）对于边坡石质较软，岩石风化严重，易造成小范围塌方的削坡后低处宜用挡土墙支挡，高处可采用框格式拱墙护坡。
（7）为防止滚石伤人，坡面要进行严格的检查撬毛工作，然后可结合绿化工程在坡上铺设金属网，或塑料格栅网挡石。
（8）对于地势较高的矿山，须检查矿山废碴场（堆）有无可能形成泥石流和坍塌，若不符合安全要求须进行清理或建拦碴坝拦挡。
（四）植被恢复
植被恢复是重建生物群落的第一步。它以人工手段改良其生境条件满足某些植物的生存需要，促进植被在短时期内得以恢复，缩短自然生态系统的演替过程。
在力图恢复矿山生态系统时，由于植物生长立地条件的改变，恢复的植被结构、种类不可能与原植被一样。但这不是说一开始就不可建立最终的冠层植被，而仅是说明其他植物种类也许可在植被恢复初期处于主导地位。随着生境条件的逐步改良，通过鸟、动物、风和水流等传播媒介的作用，一些从周围地区来的亚先锋植物物种侵入形成多层次植被群落。但最初的植物恢复，必须是建立自我持续的植被系统，以便其持续的过程可导致理想的植被群落。
矿山破坏了自然生态环境，出现坡面岩石裸露、地面碎石间含土量少、水分难以保持、太阳辐射强烈导致高温、干旱或水涝等极端环境条件。植被复绿必须有与相宜的立地条件，即需创造和解决土壤条件、营养条件、物理条件和植物物种条件等。同时，要恢复植被，首先需了解植物生长和与其密切相关的因素之间的关系。
土壤：土壤是植物赖以生存的物质基础，土壤母质、结构、pH值、肥力等与植物生长密切相关。
水份：水份是植物生长的关键因子。在光合作用、呼吸作用、有机质的合成与分解过程中都有水分子的参与，水为植物矿质营养吸收和运输的媒介。植物的供水状况会直接或间接影响植物的光合作用，如植物缺水时，根系吸收功能下降，叶子萎蔫，气孔关闭，影响二氧化碳进入，光合作用下降，严重干旱可使植被死亡。水分过多，根系缺氧，抑制根系呼吸作用，厌氧细菌会产生有毒物质，不利于根系生长形成烂根。
光照：光为植物光合作用提供能量，是植物赖以生存的必需条件之一。植物对光强的反应不同，可以分为阳性植物、阴性植物、耐荫植物。阳性植物的光补偿点高，要求生长在阳光充足的地方。若缺乏光照，则生长不良；阴性植物光补偿点低，能在较低的光照强度下生长；耐荫植物介于阳性与阴性之间。
温度：植物生长过程存在最低温度、最适温度和最高温度，即三基点温度。温度直接影响植物内各种酶的活性，从而影响植物代谢即合成和分解的过程。温度低于最低或高于最高温度时，酶活性受到强烈抑制。同时高温与低温对植物的细胞产生直接的损害，如蛋白质变性，植物致死。
地形：海拔、坡度、坡向、地形外貌都影响当地气候、太阳辐射、湿度等因子的变化，从而影响植物生长。对于一个给定的矿山，坡向显得尤其重要。对不同坡向，选择利用具不同光补偿点特性的不同植物进行植被护坡。
在选定了植物之后，土（养分）、水条件是植物成活、生长的关键。
1、生态复绿治理中土壤条件的创造
按矿区不同类型治理设计的要求，结合边坡物理治理工程的手段可对矿山进行以下一种或同时进行数种类型相结合的生态治理：
1）喷浆型
在大坡度岩面架立体塑料网或平面铁丝、塑料网、锚固，再用压力喷混机逐层喷涂混有土壤、肥料、有机质、疏松材料、保水剂、粘合剂等混合料加水成浆，喷射到岩面上网架内，待下层固化后再喷灌及至要求的厚度，再在上层喷播含草籽的混合料。
2）营造台阶型
对矿山相对较高坡度大、坡面致密稳定，对放缓边坡复土种植不易和投入较大的，可以营造台阶式，台阶一般要求为10m以下、不高于20m，宽1~2m，台阶上构造种植槽，槽高60cm以上，离槽底5cm设排水沟，槽中回填种植土。
3）鱼鳞坑型
对坡度60度以下，高度一般不大于60m坡面稳定性好，底质有一定风化性的，清除浮石后交错炸坑或挖鱼鳞坑，坑大不小于1m，坑低边设弧形水泥石块（砖块）围栏，弧口向上向边延伸50～100cm，离坑底5cm设排水洞，坑内填50cm以上含有保水剂的有机基质（营养土）。
4）放缓边坡复土型
对坡度较大，高度较低，用扩大境界、放缓边坡、覆土绿化。首先向后或上边扒开泥土堆积层，暂存堆放，然后放缓边坡，再在坡面上回覆堆积保存泥土。
5）矿碴堆场及开采后岩性地面
除开发综合利用外，需植绿的可采取适当平整，并尽可能与周围形状吻合。一般矿渣含泥量大的可以缓慢的恢复自然生态，一般情况可进行适当客土，如上覆5cm~15cm含有机质的表层土，种植植物能起到快速复绿的效果；含土量少或无泥的则必须客土，不少于15cm，用于经济林的则不少于50cm。
6）框架复土型
含土很少或完全没有，而又坡度偏大的坡面（“石壁”），一般需要削坡处理后进行，也可用水泥在坡面上先构筑框架（或用其它材料做成）或用空心水泥砖砌面，然后将土填入其中，再播植物。此法在草本植物长成前有效好固土效果。
7）暗台阶复土型
原理同框架复土型，适宜于陡坡状况。就是利用锚网在坡面上搭多级台阶，水泥固化，暗台阶上复有一定粘合剂的土壤，再喷播植绿，前期还要覆无纺布防止雨水冲刷。
8）无土生态有机基质（营养土）在矿山复绿中的应用
无土生态有机基质由泥炭、腐熟有机废弃物、椰糠、蛭石、珍珠岩、保水剂、pH调节剂、大量元素及微量元素调节剂、生物活性物质等组成。它含有植物生长所需的营养元素，同时能维持良好的植物根系环境条件，满足植物长期生长的需要。无土生态有机基质具有如下特点：
（1）营养全面：可针对不同生态环境，不同植物的养分需求特点进行专门配方。
（2）效能长：配方中的有机肥、泥炭等具有缓慢释放营养物质、长期提供植物生长需要的特点。
（3）重量轻：每方只有0。25~0。3吨，适合于矿山、台阶、种植坑回覆种植，利于操作，减轻劳动强度。
（4）透气、保水、保肥性好，护理方便：无土有机基质结构疏松、透气性好，吸水快，持水量大、可达自身重量的3倍。如添加一定量保水剂，持水性更大，可收集截流
