采礦跡地生態恢復的探索與實踐
——大興安嶺古利庫砂金礦廢棄地生態修復為例

劉延濱，王承義

(黑龍江省林業科學研究所，哈爾濱 150081)

采礦跡地是指礦山開采、礦石選取和礦石冶煉等生產過程中損毀和污染且不經治理就無法重新利用的土地[1-2]。采礦跡地是一種極端退化的生態系統，由于人為的巨大干擾，超出了原有生態系統的修復容限。礦山開采使得原覆蓋自然植被被徹底損毀，產生的尾礦砂和廢棄礦石占壓了大面積的森林或農田，直接影響礦山周邊居民的生產生活，而且產生了許多嚴重的生態環境問題，如何對礦產開采后的礦山廢棄地進行生態恢復已成為了嚴重制約區域經濟持續發展的重要因素[3]。據統計, 我國礦區破壞土地累計面積達288萬hm2, 并且每年以大約4.67萬hm2的速度增長；每年因采礦廢棄地固體廢棄物污染環境所造成經濟直接損失超過90億元, 間接損失約300億元[4]。如何解決礦產資源開發引起的土地和生態問題，成為中國實施生態文明建設戰略的關鍵。

目前，針對采礦跡地出現的諸多生態環境問題，采礦跡地的生態恢復與重建已經成為生態學研究及應用的重點。本文系統論述了生態恢復的內涵及重要性、采礦跡地生態恢復技術，結合大興安嶺古利庫砂金礦廢棄地生態修復的探索與實踐，為采礦跡地的生態修復提供了一定的理論依據和先進的技術方法。

1 生態恢復的內涵

美國生態重建學會將生態重建(恢復)(Ecological Restoration)定義為將人類所破壞的生態系統恢復成具生物多樣性和動態平衡的本地生態系統(indigenous ecosystem)，其實質是將人為破壞的環境恢復或重建成一個與當地自然界相和諧的生態系統。還有人認為采礦廢棄地生態重建就是使之具有某種形式和一定水平的生產力，維持相對穩定的生態平衡，且與周圍景觀價值相協調，最終達到生態整體性的目標?？梢?，采礦廢棄地的生態恢復與重建的核心在于恢復生態系統的結構和功能，進而提高生態系統生產力和穩定性[5]。國際生態恢復學會(the Society for Ecological Restoration，SER)在2004年生態恢復導論(the SER Primer on Ecological Restoration)中對生態恢復的定義為“生態恢復是輔助退化的、受損害的和被毀壞的生態系統恢復的過程”[6]。 Hallett等[7]總結了全球恢復網絡(the Global Restoration Network，GRN)中超過200個生態恢復工程的目標設置和評價，補充了生態恢復學會定義的恢復生態系統的特征，其目的是：(1)哪些生態恢復學會定義的恢復生態系統特征在恢復目標中反映最多？(2)還有哪些普通目標在生態恢復學會定義的恢復生態系統特征中沒有體現？(3)經常被用于評價成功完成目標的特征就優于其他特征嗎？這些補充的特征全部是社會效益的特征，盡管這些特征很少被評價，但是對于生態恢復工程長期成功是十分重要的。

對于以上關于生態恢復內涵的定義，我們還需要清醒的認識到生態系統是很難完全恢復的，因為它有太多的組分，而且組分間存在非常復雜的相互作用。此外，在生態系統恢復過程中，由于物理及生態環境及社會經濟因素發生變化，對生態系統的認識也要發生變化，在恢復過程中要考慮恢復的目標與措施進行適應性生態恢復[8]。也就是說，恢復的目標的確定要根據生態、經濟和社會現實；不是重建歷史上的系統狀態，而是幫助系統獲得自我發展和維持的能力[9]。

2 生態恢復的關鍵技術

礦山開采過程中，幾乎在所有情況下，開采活動都超過了生態系統的恢復能力，依靠自身恢復是一個緩慢的過程，最少也需要50～100年才能在礦山廢棄地恢復植被[10]。因此，生態恢復就是要人工設計、采取人為措施，大大縮短恢復過程。

2.1 采礦跡地基質改良技術

采礦跡地基質主要存在的生態問題是：表土層破壞，土壤基質物理結構不良、水分缺乏，持水保肥能力差，導致缺乏植物能夠自然生根和伸展的介質；極端貧瘠，氮、磷、鉀及有機質等營養物質不足或養分不平衡；存在限制植物生長的物質，如重金屬等有毒有害物質含量過高，影響植物各種代謝途徑；極端pH 值或鹽堿化等生境條件，影響植物的定居；生物數量和生物種類的減少或喪失，給礦區廢棄地恢復帶來了更加不利的影響[3]。針對以上生態問題，一般依據生態學的原理分別采用物理的，化學的和生物的技術，有針對性的，科學的恢復采礦跡地的生態功能，社會功能和經濟功能。

2.1.1 物理方法。改良礦區受污染土壤的物理方法主要包括表土回填、客土覆蓋等。這兩種方法對改良土壤都能起到很好的效果，但費用較高，存在很大局限性，在經濟條件好、生態環保意識較強的礦區較容易使用[11]。

表土保護利用：一般認為，回填表土是一種常用且最為有效的措施。在地表擾動破壞前先把表層(30cm)及亞層(30～60cm)土壤取走，加以保存，盡量減少其結構的破壞和養分流失， 以便工程結束后再把它們運回原處利用?；靥畋硗了a生的改土和修復效果比較顯著，但回填表土也存在較大的局限性，主要因為涉及到表土的采集、存放、二次倒土等大量工程，所需費用很高，管理不便。

客土覆蓋：采礦跡地土層較薄時或缺少種植土壤時，可以直接采用異地熟土覆蓋，直接固定地表土層，并對土壤理化特性進行改良，特別是引進氮素、微生物和植物種子，為植被恢復創造了有利條件?？屯磷鳂I中盡可能利用城市生活垃圾、水處理產生的污泥等可以收到較好的綜合收益。同樣因工程費用較高存在一定的局限性。

2.1.2 化學方法。如果廢棄地pH值過高或過低時，可以向其中添加化學物質進行中和。在堿性較大的礦區，可以投加FeSO4、硫磺、石膏和硫酸等；在酸度較大的礦區，施用石灰可以有效地提高pH值。由于大部分礦山廢棄地土壤物質中缺乏有機質、氮、磷等植物所需的營養物質，這就需要在礦山廢棄地修復中不斷添加肥料。研究表明，礦地恢復初期，施肥能顯著提高植被的覆蓋度，特別是在無表土覆蓋的礦地。Ye等[12]觀測到，每公頃施用80 t 以上的石灰配合施用100 t 有機肥，不僅顯著降低土壤酸度、電導率和Pb、Zn 的有效性，而且有效促進植物萌發，并使生物產量達最大值。然而，化肥的效果只是短期的，停止施肥后，植被覆蓋度、物種數和生物量都會顯著下降?？梢?，采用物理或化學措施進行礦地基質改良需要長期的人力、物力投入，較難管理，效果持續時間短[3]。

2.1.3 生物方法

2.1.3.1 植物的土壤修復作用：植物修復技術是一種利用植物自身的生理特性，從環境中吸收或富集一種或多種元素及化合物，并在其體內進行正常代謝，從而達到去除環境中污染物目的的技術。目前，利用植物改良土壤環境的方式主要有根部過濾、植物萃取、植物揮發和植物穩定等[13-14]。植物修復是一種新穎的額、成本低、效率高、環境和生態友好的去除重金屬污染的方法[15]。從經濟學方面來看，植物修復污染土地具有3方面的好處：(1)風險管控(植物穩定技術)，主要針對一些有毒有害污染物；(2)通過植物提取獲得市場價值高的金屬，比如鎳、鉈和金等；(3)通過植物提取改善土壤質量，種植高附加值的農作物[16]。盡管植物修復是一項很有前景的重金屬污染土壤修復技術，但是其還具有一定的局限性：(1)需要長期進行清理；(2)大部分超富集植物由于其生長緩慢和生物量低而造成修復效率低；(3)土壤中金屬離子移動的困難造成生物提取的限制；(4)只適合于低度和重度污染的土壤修復，高度污染的土壤則無能為力；(5)不當的管理和疏于管護可能造成對食物鏈的污染[17-18]。

2.1.3.2 微生物的土壤改良作用：土壤微生物是指在土壤中生活著的種類繁多的微生物，如細菌、放線菌、真菌、土壤藻類和微小動物等，超過10萬余種，每克土壤的微生物數以億計，在土壤中組成一個復雜的食物網系統，是土壤活性酶的重要來源，其主要聚集在表土層中，多以微菌落的形式分布在土壤顆粒和有機物表面及植物根際，直接參與土壤呼吸等各種地球化學循環過程。土壤微生物作為土壤中一個非常重要的組成成分，它對礦山復墾地的土壤性質、土壤肥力的形成以及作物生長都起著至關重要的作用[19]。

微生物在采礦跡地生態恢復中應用被研究最多的是根瘤菌，內生菌根菌和外生菌根菌。據研究根瘤菌可以為豆科植物提供90%的N源需求[20]，內生菌根菌可以為和其共生的植物提供50%的N源[21]。洪堅平等[22]在山西陽泉礦區進行生物修復試驗，在不同的處理區分別種植沙打旺、紅豆草、多變小冠花、山野豌豆、扁莖黃芪等6種豆科植物以及沙生冰草、無芒雀麥、葦狀羊茅等禾本科植物，結果表明，各復墾區經過4年的不同種植措施后，土壤養分和微生物數量分布狀況均有較大改善，各處理區土壤有機質均比復墾前提高了2～3倍，速效氮、磷、鉀也均有較大幅度的提高。Heijden等[23]通過實驗模擬顯示同時接種根瘤菌和內生菌根菌可以顯著增加植物的多樣性、提升幼苗的保存率和改進植物的營養吸收能力，豆科植物形成內生菌根可以提高產量達15倍比沒有形成內生菌根的植株。內生菌根菌可以顯著提高植株P的吸收，固氮菌提升植株N的吸收。在模擬實驗中發現沒有內生菌根參與的情況下，固氮菌只有3%生物固氮能力(6.1±0.74 mg fixed N)，而內生菌根的參與可以提高到26%(77.8±6.9 mg fixed N)。因此揭示出共生的功能多樣性能夠突破不同植物營養吸收的限制，從而驅動重要生態功能的實現。

外生菌根在北溫帶森林是很普遍的，大約3%的植物科具有外生菌根，具有外生菌根的植物種類包括裸子植物的松科、柏科，被子植物的殼斗科、樺木科、楊柳科、桃金娘科等，這些種類的植物是北溫帶森林主要的優勢喬灌木[24]。屈永安[25]研究發現施肥對于煤礦廢棄地種植的松樹幼苗的成活率沒有影響，而是否接種外生菌根菌是影響其成活的關鍵，接種外生菌根菌可以提高1～2.7倍的成活率，總生物量提高271%，根生物量提高251%。韓桂云等[26]報道，與未接種菌根真菌的樟子松幼苗相比，接種菌根真菌的幼苗在Al 脅迫下能夠分泌更多的草酸，而草酸能夠很好地螯合Al；在不同濃度Pb (10μmol/L、100μmol/L )和Cd ( 1μmol/L、10μmol/L) 處理下，樟子松幼苗接種外生菌根真菌之后，草酸的分泌量顯著增加。

微生物改良技術利用了微生物的優勢，借助向新建植的植物接種微生物，在改善植物營養條件、促進植物生長發育的同時，利用根際微生物的生命活動，使失去微生物活性的復墾區土壤重新建立和恢復土壤微生物體系，增加土壤生物活性，加速復墾地土壤的基質改良，使生土熟化，提高土壤肥力，從而縮短復墾周期[27]。

2.2 植被重建和景觀再造

礦區生態環境的恢復和重建的關鍵是植被的恢復，再現原來的或不同的景觀結構。植被的組成、結構和空間配置應遵循恢復生態學、土壤學、群落理論和景觀生態學的理論基礎，注重植被的生態完整性、植被的多樣性、植被間的互惠性和植被的鄉土性。根據礦區的氣候和再造的土壤條件，在植被恢復的早期演替階段植物物種的選擇應遵循以下原則：應盡可能地使用本地物種，從本地植物種類中篩選出種子發芽率高、抗逆性強、再生能力強、根系發達和能夠吸引野生動物的植物；優先選擇固氮植物和改良土壤理化性質好的植物；重視生態過程和生態功能的恢復，淡化植被恢復的經濟產出。在植被恢復的中期階段，強化植被的組成、結構、層次和地表覆蓋，提高生態系統內穩定提供動植物的食物和養分，逐漸形成恢復區的生態過程和物質循環，提升水土保持功能、自我更新能力和養育當地動植物的能力。此外，在植被重建的過程中，還要考慮與礦區附近植被的空間配置和格局，如果礦區恢復地距離現存的大型植被斑塊比較近，就要構建與這些植被斑塊的廊道和連接，為生物多樣性的保護和生態功能的持續奠定基礎[9]。

景觀生態學主要關注比生態系統尺度更大的時空上的問題，強調景觀結構、格局、過程、動態與可持續性。景觀生態學中的島嶼生物地理學理論和生態水文知識被廣泛應用于恢復生態學領域，并導致這兩個新興學科間的聯系日益緊密。需要恢復的生態系統與生物群落或種群是在一定的時空尺度下生存的，與之相關的自然過程與各種干擾也是；因此，生態保護與生態恢復項目都要考慮尺度效應。景觀生態學有關原理可以為評估退化生態系統的生境功能及破碎化、生態恢復提供參考生態系統及目標，在為植物或動物提出利于定居的空間格局安排方面有重要的作用，但在大尺度生態恢復中的指數選取、量化與預測性方面還有限[5]。

礦業廢棄地景觀營造是指以礦業廢棄地現有資源為主題，結合礦產企業所具有的企業文化營造相應的人文景觀，增加文化的內涵，結合特色旅游，使得自然景觀與人文景觀、歷史景觀等相結合而形成新的景觀形式。由于礦產企業開采過程對生態環境造成了嚴重的破壞，因此對礦業廢棄地的景觀營造要以一定的生態修復為基礎，在穩定的植被條件和地質條件下，進行廢棄地景觀營造，運用現代景觀設計手法，使得廢棄地能夠重新利用并發揮其特有的功效，恢復往日的熱鬧和活力，富含礦業特色景觀的獨特游憩空間[28]。

2.3 生物多樣性重現和生態功能持續

礦產資源開采結束后礦區能否還有生機和活力持續發展以及植被建立后能否自我恢復并達到良性循環，生物多樣性重現和生態系統功能的維持成為土地復墾的核心。礦區植被生態恢復與重建的中后期重點就是提高生物多樣性和建立完整的生態系統服務功能。在礦區植被初步恢復的基礎上，利用植物生態學和景觀生態學的理論與技術，注重物種組成、年齡結構和資源利用的多樣性，構建空間上植被搭配合理、生態上安全的格局，逐步形成完整的生態過程、物質和能量循環，具有良好的生態系統服務功能和持續的效益產出，再現當地的生物多樣性，促進礦區的可持續發展[10]。

采礦廢棄地可持續利用應在保持足夠時間的生態恢復與保養的基礎上，以對環境干擾較小，改造程度較輕的項目為引導，根據區域自然與社會經濟特點以及發展方向來容納兼容的人類活動，確定開發利用方式，如旅游觀光、科普教育等，而禁止改造劇烈的開發項目。目前國際上礦區廢棄地生態系統重建主要有幾種形式：重建為耕地、林地、旅游休閑用地及牧業用地等。如英國把采礦地轉變為國家森林(National Forest)，其中包括了新的房地產、休閑和旅游設施的開發以及綠色產業(Green company)。但是這些開發都需要限制在一定的尺度與規模下，不能與國家森林建設相沖突。所可能包括的開發項目包括：旅游、娛樂和休閑設施，林地、公共休閑空間以及野生動物保護區，多樣化種植業，鄉村產業(包括接待設施、林業和花卉業)，商業設施和一定的工業以及一定的居住。而德國礦區景觀生態重建從最初的綠化到多功能復墾區域的建立，經歷了由簡單到綜合，由幼稚到成熟的過程，為合理規劃土地用途,建立新景觀提供了機會，進而滿足了逐步提高的人們對娛樂休閑場所的需求。景觀設計學在廢棄地利用中發揮了重要作用，起到既滿足休閑功能如作為公園、運動場地、露宿營地、研究和觀察自然生態用地的作用，也顧及到了美學方面的要求[29-30]。

3 大興安嶺古利庫砂金礦廢棄地生態修復的實踐

3.1 大興安嶺古利庫砂金礦廢棄地概況

大興安嶺地區加格達奇林業局施業區古利庫砂金礦采礦廢棄地(50°51′35″～50°48′25″ N，125°30′58″～125°35′42″ E)作為研究的地點。古利庫砂金礦采礦主要以沿河流露天機械化溜槽方式開采，采礦后形成大量廢棄地，約1000hm2。古利庫金礦于1994 年進行開采，為保護大興安嶺地區的濕地植被和環境，2005 年末全面停采砂金礦。該區域氣候類型屬于寒溫帶季風氣候，冬季嚴寒漫長，夏季炎熱短暫。年平均氣溫為-3℃，最低溫度可達-48℃。年平均降水量為600mm 左右，日最大降水量為86mm，降水主要發生在每年4～9 月，占全年90%。初霜其始于9月中旬，終霜至5 月中旬，降雪從10月上旬至翌年5 月中旬。平均生長期為90～100d。該區域植被屬于東西伯利亞植物區系，天然植被以興安落葉松為主要優勢種，主要喬木植物種類有興安落葉松、樟子松、白樺、岳樺和蒙古櫟等。該區域土壤類型主要為棕色針葉林土、棕色森林土、草甸沼澤土和腐殖質沼澤土。目前，由于人為嚴重干擾采礦廢棄地形成的尾礦土主要以礫石為主，粒徑為0.5～5.0cm，細砂含量約20%～30%，粉粒和黏粒約10%。

3.2 金礦廢棄地土壤重金屬污染特征與評價

3.2.1 采礦跡地重金屬污染狀況。與天然林相比，砂金礦采礦廢棄地土壤As、Cd和Cr含量分別增加83%、78%和101%。而砂金礦采礦廢棄地土壤Hg含量顯著低于森林土壤Hg含量。砂金礦廢棄地和森林土壤Pb含量差異不顯著。結果表明砂金礦采礦廢棄地土壤As、Cd和Cr污染加劇。然而，與我國土壤環境質量標準值相比較，發現大興安嶺地區砂金礦廢棄地土壤Hg、As、Pb、Cd和Cr含量均低于其標準值?？梢?，大興安嶺地區砂金礦廢棄地土壤Hg、As、Pb、Cd和Cr污染情況均不嚴重。砂金礦廢棄地土壤重金屬含量分布特征在砂金礦廢棄地不同取樣位置，土壤Hg、As、Pb、Cd和Cr分布特征不一致。土壤As、Cd和Cr含量在砂金礦廢棄地不同取樣位置無顯著差異。

3.2.2 砂金礦廢棄地土壤重金屬污染等級評價。砂金礦廢棄地土壤重金屬污染綜合指數與天然林樣地相比未達到顯著性差異。天然林土壤內梅羅指數P<0.7，土壤重金屬污染等級屬于清潔(安全)等級，而砂金礦廢棄地內梅羅指數P>0.7，土壤重金屬污染等級屬于尚清潔(警戒限)等級。在砂金礦廢棄地不同取樣位置，土壤重金屬污染內梅羅指數差異不明顯。砂金礦廢棄地采集的30個土壤樣品中，并未發現存在土壤重金屬中度和重度污染情況，其中47%屬于土壤重金屬污染I級，33%屬于土壤重金屬污染II級，其余20%屬于土壤重金屬污染III級。

大興安嶺地區砂金礦采礦廢棄地土壤重金屬污染情況并不嚴重，屬于清潔或尚清潔等級，采礦廢棄地臨近河流水質并未出現污染情況。然而，與大興安嶺天然林土壤相比，砂金礦采礦導致土壤重金屬污染等級提高，尤其是導致土壤As、Cd和Cr含量增加，存在一定程度的污染風險。采礦廢棄地不同位置土壤重金屬含量異質性較大，并且不同取樣位置土壤Hg和Pb含量存在顯著差異。因此，在礦區廢棄地土壤重金屬污染評價研究時，應該考慮取樣位置對評價結果影響。今后針對大興安嶺砂金礦廢棄地植被恢復時，應該重點關注砂金礦廢棄地土壤酸堿度、養分和水分等對植物生長的可能限制，而土壤重金屬污染的植被富集并不是關鍵問題。

3.3 金礦采礦跡地基質改良與穩定性提高技術研究

3.3.1 菌根化育苗技術在采礦跡地改良中的應用。針對古利庫金礦采礦跡地土壤養分含量低，土壤中沙礫含量高，蓄水保墑能力差的立地條件，我們選用鄉土樹種——樟子松作為生態恢復的植物品種。雖然樟子松具有耐旱和耐瘠薄的優勢，但是在采礦跡地這種惡劣生態環境中能健康成長還需要菌根化育苗造林技術的輔助。菌根化育苗造林技術就是在植被恢復中進行育苗和造林時配套使用高效菌根制劑的新工藝，與傳統的育苗造林技術相比，明顯地提高了成苗率及苗木質量和產量，大幅度地提高造林成活率和林木生長，具有高效、低耗、簡單、易行和維護地力、加速生態恢復的特點。菌根化育苗技術的關鍵是高效菌根制劑的制備。通過廣泛的樟子松林外生菌根菌的調查，根據子實體的形態鑒定出外生菌根菌47種，其中優勢外生菌根菌4種，分別是褐環粘蓋牛肝菌、血紅鉚釘菇[Chroogomphisrutillus(Schaeff.:Fr.)O.K.Miller]、黑紫紅菇[Russulaatropurpurea(Krombh.) Britz.]和厚環乳牛肝菌[Suillusgrevillei(Kl.) Sing]，褐環粘蓋牛肝菌和血紅鉚釘菇是最為常見的種類。分離和純化出褐環粘蓋牛肝菌菌株為高效菌株，其特點是生長迅速，繁殖容易，易與樟子松形成外生菌根。高活性外生菌根劑的制備主要采用液體培養法，培養基采用改進型PDA培養基(不添加瓊脂)，pH值在6.5，白天溫度控制在25℃(16h)，夜晚溫度控制在20℃(8h)，在能夠控溫的搖床上使用三角瓶培養。實驗室對比“三明治”法和固體三級菌種接種，結果表明“三明治”法較固體三級菌種接種法效果好，“三明治”法在1個月內接種率達95%以上，固體三級菌種接種法達到95%接種率需要3個月以上，但是“三明治”法操作較復雜，需要進一步改進。采礦跡地造林采用3年生容器苗連土坨直接蘸取液體菌根劑接種的方法，效果也比較好，可以顯著提高土壤速效養分。土壤有效N含量提高22.6%，有效P含量提高90%。林木的生長勢較高，保存率接近98%。

3.3.2 利用化學改良劑提高土壤肥力和改善土壤結構技術研究。食用菌廢料、保水劑和粉煤灰對于土壤基質改良具有比較顯著的效果。3種改良措施顯著提高了土壤的含水率，增強了土壤蓄水保墑的能力。同時還顯著增強了土壤的肥力，食用菌廢料和粉煤灰增加了土壤速效N的含量，食用菌廢料還增加了速效P的含量和有機質的含量，對于土壤的酸化也有顯著的改善作用。食用菌廢料的施入可以顯著改善土壤的酸化程度，土壤的pH值接近7，有利于樟子松的生長。同時食用菌廢料可以顯著提高土壤的有機質含量，達到4.52g/kg，較其他改良措施可以增加1倍以上。對土壤養分含量也有顯著的改善，采礦跡地土壤養分十分貧瘠，速效N和速效P的含量極低，分別為228mg/kg和67.28mg/kg，施入粉煤灰和食用菌廢料可以顯著提高土壤的速效N，分別達到308mg/kg和286mg/kg；食用菌廢料可以顯著提高土壤的速效P的含量，較對照提高1.97倍，達到132.47mg/kg；粉煤灰和食用菌廢料可以提高土壤速效K的含量，但提高不顯著。粉煤灰和食用菌廢料對于降低重金屬危害也是具有顯著效果的。這些指標反映出3種改良措施分別具有不同的改良效果。實驗區苗木對3種改良措施的反映不盡相同，施入食用菌廢料的植株保存率明顯高于其他各個處理，生長旺盛，植株高度和冠幅優于其他處理。保水劑處理在2013年的調查中存活率較高，但是2014年觀察發現存活率急劇下降，并且植物的長勢不良，植株矮小，當年生長緩慢。連續觀察的結果反映出單一的基質改良措施有一定的局限性，需要多種改良措施的協同作用，栽植中必須使用保水劑，施入一定比例的粉煤灰和食用菌廢料可能對于土壤的改良效果更加顯著。

添加牛糞改良土壤儲量顯著增加了胡枝子根系、新葉、新莖和總生物量，并提高了地上生物量/地下生物量比值；與礦區廢棄地未改良土壤相比，草炭改良土壤對胡枝子生長的影響不顯著。同樣，牛糞改良后土壤披堿草地上和地下生物量、總生物量以及地上生物量/地下生物量比值均顯著增加，而草炭改良的土壤對披堿草的生長影響不顯著。

3.3.3 采礦跡地陡坡基質穩定技術。研究實驗區陡坡為砂質土壤，降雨十分集中，主要在雨季的七八月份，水土流失十分嚴重，植物難以在陡坡生長。采用植生袋植被生態恢復技術可以快速高效地穩定陡坡基質，其核心是在坡面上營造一個既讓植物生長發育又能不被沖刷的表層，實踐采用人工鋪設生態袋的辦法，形成基質層，經過后期養護達到短期內見效生態恢復植被的目的。其方法是將特制的植生袋按一定規律碼放在已做好防護支撐的土質、石質和水土易流失的邊坡上，并用錨桿將其錨固。袋內的種籽吸收植生袋內的營養后萌芽，植物根系在邊坡土壤間生長，并將植生袋之間連接成一個整體，將植生袋與邊坡之間進行了有效的固定，從而實現了邊坡的防護、水土保持和綠化。

3.4 采礦跡地生態恢復植物篩選及群落優化配置技術研究

3.4.1 采礦跡地生態恢復植物篩選。金礦跡地具有土壤質地均一，肥力不夠，土壤屬于季節性干旱土壤，因此根據樹種的生物學、生理學及生態學特性與環境立地條件制約條件相結合的方式選擇興安落葉松、樟子松、白樺為主要研究對象，針對物種特性從不同角度對其金礦跡地生長適應性、適宜性進行了論證。結果表明：(1)落葉松生長及保護水土能力較強，金礦跡地立地條件為對其生長規律產生一定的影響，但未表現出種源的顯著差異性。落葉松對土壤條件的要求與金礦跡地非極端條件下土壤特征基本吻合，可以作為非極端立地條件下生態功能恢復物種進行選擇。(2)樟子松生長迅速，適應性強，耐瘠薄，嗜光照是大興安嶺地區主要的造林樹種，其生物學特性符合金礦跡地干旱、石礫含量高、土壤貧瘠等特征，且經過實驗驗證可以作為金礦跡地人工林營建喬木樹種。除季節性水淹地之外，均可正常種植，外界環境條件對其生長有一定影響(生長量可相差16.5%)。

3.4.2 采礦跡地生態恢復群落優化配置技術。為了能夠將篩選出的恢復物種準確的應用到不同立地條件下的恢復模式中，根據不同立地條件的環境因子特征，將立地條件劃分為不同類型，根據立地特征制定了不同的恢復模式，主要有采礦跡地生態林植被恢復模式、采礦跡地經濟林植被恢復模式和采礦跡地近自然植被恢復模式。結果如下：

(1)采礦跡地生態林植被恢復模式中的困難立地標準工程人工林恢復模式適用于水土流失嚴重，自然災害發生極其頻繁，生態安全無法保障的區域。本項研究通過對不同整地方式下主要適宜性樹種生長狀況、不同基質改良手段、不同造林方式成活生長狀態等方面對極端困難立地條件下人工林工程恢復模式進行了研究。金礦跡地地勢平坦化處理會使適宜性樹種的生長得到很好地提高，且徑生長更明顯(20%以上)。食用菌廢料各方面指標要遠遠好于其它方式(14%以上)。金礦跡地天然更新主要植被類型有興安落葉松林、樟子松林、次生白樺林和雜木林等。金礦跡地自然恢復的最主要趨勢是興安落葉松群落和樟子松群落。篩選出興安落葉松、白樺、山楊、篤斯越橘、柴樺、叢生苔草作為金礦跡地興安落葉松群落生態林營造主要樹種。篩選出樟子松、興安落葉松、山楊、胡枝子、叢生苔草作為金礦跡地樟子松群落生態林營造主要樹種。

(2)采礦跡地經濟林植被恢復模式適宜于地勢較為平坦(<25°)，土壤壤質含量(70%～80%)的區域。沙棘林下土壤有機質及全氮含量要高于沒有沙棘的空地對照，土壤容重變小，總空隙度增大土壤結構更加合理。金礦跡地降水對沙棘林地及對照樣地沖擊指數，土層深度、坡度一致時，沙棘林地的沖刷模數均小于對照，表明其土壤抗沖性能好于對照，且發揮作用的深度可達100cm以下。金礦跡地沙棘的萌蘗能力很強，2年生可達1.35萬株/hm2。這是由于金礦跡地上天然更新的植物種類、數量、蓋度都很少，與沙棘進行生態位競爭的優勢種群基本不存在。金礦跡地特殊的立地條件可以脅迫促進沙棘的根系的生長與延展，豐富根系統的結構，使其根系土壤抗沖擊能力增強，增加沙棘的水土保持功能。綜上所述，可充分利用金礦跡地沙棘生長快、根系發達、萌蘗能力強及對土壤養分改善作用明顯的優勢，將沙棘經濟林模式作為普通立地經濟林營建恢復模式。在進行金礦跡地沙棘經濟林營造時適度降低種植密度，有效減少苗木和種植成本，從而實現金礦跡地快速、經濟、高效恢復植被，減少水土流失的目的。

(3)采礦跡地近自然植被恢復模式適用于金礦跡地與未被破壞的原始區域的交集地帶。金礦跡地邊緣生態脆弱區物種組成呈現出極度的單一退化趨勢，最邊緣處的自然更新區域其主要建群物種僅為4種。生物多樣性上森林沼澤群落>沼澤群落>生態脆弱區，與天然演替森林沼澤過渡帶相比，金礦跡地沼澤群落在過渡帶各生境地段上其多樣性指數依次減小了20.7%、5.2%、14.7%和7.9%。白樺作為主要喬木樹種數量大，但生長緩慢，柴樺作為先鋒物種卻沒有體現出主體地位，反而在數量上呈現退化的趨勢，篤斯越橘作為主要物種也呈現了衰退的狀態，而在缺少競爭的情況下的苔草的地位卻呈現上升趨勢?！鞍讟?柴樺”系統的完整性，是保障篤斯越橘等濕地常見物種順利生長更新的關鍵。隨著林型結構的趨于完整，整體來看結實和生長情況隨林分的完整，呈現一定的升高趨勢。

3.5 大興安嶺古利庫砂金礦廢棄地生態修復的實踐總結

采礦跡地的生態修復首先要全面調查和全面評估采礦跡地的立地條件，根據實際情況采取有針對性的生態恢復策略加速退化生態系統向健康生態系統的演替。比如古利庫砂金礦廢棄地，此類型采礦跡地的特點為地面有一定坡度，土層厚度一般，土壤中養分含量處于中等水平，有較多數量的礫石，且礫石直徑都比較大。我們建議采用兩種生態恢復措施：①工程復墾型：以工程造林為特點的強力生態修復，這種復墾型的特點在于，大量采用工程措施，不惜投入大量的經費、人力、物力，采用大面積機械整地、旋耕機挖坑、客土回填、大苗栽植等綜合措施。實踐證明工程復墾在古利庫金礦取得了明顯的效果。②生態復墾型：在礫石含量較多的基質上，栽植耐瘠薄、對水肥條件要求較低的植物，主要使用鄉土植物。有菌根的使用菌根劑進行處理，比如樟子松可以使用外生菌根劑；還有具有根瘤菌的植物，比如沙棘，可以提高土壤的養分含量。添加土壤改良劑要根據土壤狀況進行有針對性的施用。生態群落的優化配置依據不同的立地條件分別采取生態林植被恢復模式、經濟林植被恢復模式和近自然植被恢復模式。經過對古利庫金礦采礦跡地生態恢復的研究表明，生態復墾型是高效經濟的生態恢復方式。

4 采礦跡地生態恢復的未來研究與發展

21世紀，我們進入了一個前所未有的全球環境發生巨大變化的時代，各種環境問題，生態問題，氣候問題是一百年前成立的美國生態學會無法預見的。人類面對的挑戰是空前的，全球的生物多樣性正以驚人的速度喪失，人口的急速增長，人類對環境的嚴重污染，溫室氣體排放所造成的全球極端氣候的頻現，土地荒漠化加劇等等問題。值得慶幸的是人類及時意識到了問題的嚴重性，恢復生態學應運而生，人類開始尋求長期的，經濟的，有效的解決方法來進行生態系統恢復的實踐[31]。

采礦跡地恢復是一項復雜的系統工程，涉及許多學科，包括生態學、地理學、農學、林學、美學等。就目前的形式，需要解決的問題如下：

(1)采礦跡地生態恢復的基礎研究。生態學家要具有全球視野，深入研究生態系統各種因子之間的相互作用，這些對于設計和執行較大的生態系統恢復工程是十分有益的，同時還要鼓勵更多生態恢復的實踐者開展各種實驗性的實踐活動。隨著先進的數字技術的發展，大數據的收集和分析成為可能，新穎的分析方法迫切需要發展，同時還需要發展數字基礎設施是建設來開展全球性的實驗(例如環境因子梯度，管理梯度等)[32]。

(2)維持進化潛力。生態恢復的最終目標是維持碎片化景觀的進化潛力，需要發展新技術來消除物種滅絕，除了進行原地物種保護還需要開展遷地保護研究，開展瀕危物種的遺傳、分類、分布，以及倫理學研究。生態系統生物多樣性恢復，特別是鄉土特有物種的恢復是生態恢復的關鍵指標之一。

(3)整合生態學和社會學研究改進生態恢復政策的制定。生態恢復學家越來越意識到社會學方法和理論在生態恢復實踐中的重要作用，需要發展多樣的方法來定量化評價生態系統恢復的社會，文化價值，建立科學的評價體系。成功的生態恢復工程需要明晰土地所有者、政府，生態恢復實踐者等各方面的角色和責任。生態恢復學家要參與到政策的制定中來，整合研究與政策使生態恢復取得成功。

5 結語

近年來，我國已把生態建設和環境保護列為必須著重研究和解決的一個重大戰略性問題，明確提出要遏制生態惡化，加大環境保護和治理力度，而生態修復技術無疑是解決當前生態威脅的最重要手段。礦山廢棄地生態恢復是一個長期的過程，雖然近年來礦山廢棄地的植被恢復的理論和實踐發展較快，但仍存在著許多亟待解決的問題。最核心的問題是在礦山廢棄地生態恢復中如何實現眼前利益和長遠利益的最佳結合。普適的恢復評價標準缺失是礦山廢棄地植被恢復的又一嚴重問題[33]。

我國礦山廢棄地恢復中，常缺失礦山開采前各種立地類型、植被類型等基礎資料的全面收集，對于群落組成及動態變化規律的基礎性研究不足；恢復措施也僅限于引進技術的復制，常脫離恢復礦山的實際，沒有因地制宜地按照生態經濟的原則，根據具體礦山類型而采取對應的恢復策略開展生態恢復研究，導致恢復效果不明顯甚至后期出現反彈現象，所以加大對礦山廢棄地基礎理論研究的投入，特別是針對鐵礦土壤修復和植被恢復中鄉土植物配置、土壤與植物對位研究及長期的植被動態研究亟待加強。