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技术交流关闭废弃煤矿的生态修复研究进

  • 来源:本站原创
  • 时间:2021/12/7 13:05:42

关闭/废弃煤矿因其遗留的自然资源和社会资源仍有巨大的开发潜力,但其周边区域存在地面沉降、煤矸石污染土壤、地下水污染、水土流失等现象,大量土地资源无法利用、自然本底破坏严重,带来的生态、经济和社会胁迫压力巨大。只有先修复其生态本底,才能进一步利用其土地、工业和旅游资源,促进经济与社会的发展。但在无人工干预条件下,关闭/废弃煤矿生态恢复周期长、见效慢,因此,对关闭/废弃煤矿进行生态修复迫在眉睫。美国及其他发达国家开展关闭/废弃煤矿治理先于我国。第二次世界大战前美国就已出台相应的政策法规,以强制执行采矿后生态修复,年颁布的SMCRA法规更成为他国的学习典范。德国于年出台相关法规对废弃煤矿塌陷区、工业区等进行生态治理。英国在二十世纪八十年代经历煤矿关闭浪潮时也颁布了相应的矿区法律,以保证煤矿周边的土地安全。我国从二十世纪八十年代开始重视关闭/废弃煤矿的治理和修复,年国务院颁布《土地复垦规定》标志着我国矿区生态修复工作正式走上法制轨道。年国家颁布《土地管理法》后生态修复逐渐成为工作热点。年原国土资源部发布《关于加强生产建设项目土地复垦管理工作的通知》标志着矿区开采用地审批正式加入生态修复方案审查。年原国土资源部颁发《历史遗留工矿废弃地复垦利用试点管理办法》将工矿废弃地纳入城市新增用地范围,标志着关闭/废弃煤矿综合利用适应城市发展的开始。年自然资源部发布的《全国重要生态系统保护和修复重大工程总体规划(—年)》中提到加快矿山生态修复,并对各地区重点工程进行意见指导,标志着我国关闭/废弃煤矿的顶层规划已经形成。随着科技进步全球范围内关闭/废弃煤矿生态修复在生态修复技术、评价方法、规划研究、区域性研究等方面均有长足发展和进步,为全球产业转型和可持续发展提供了理论支撑和实践经验,以下从关闭/废弃煤矿生态修复技术、评价方法、规划研究、区域性研究四个方面进行详述。

01关闭/废弃煤矿生态修复技术

关闭/废弃煤矿生态修复技术分为生物、土壤重构和景观重建技术,特点见表1。

表1各类生态修复技术比较

1.1生物技术

相较于传统的物理手段、化学手段,生物技术对矿区土壤的负面影响更小,恢复周期更长,包括利用微生物、土壤动物和先锋物种修复。微生物修复特点和适用范围见表1。国内以毕银丽等为代表,以丛枝菌根真菌、硫杆菌、大豆根瘤菌等作为主要修复介质,在微生物改良土壤基质,促进农作物和先锋植物生长等方面进行大量研究。土壤动物方面,蚯蚓作为分解者可疏松土壤、增加土壤肥力、吸收和转化重金属元素。利用先锋植物也是生物技术修复手段之一,可通过植物长度、覆盖率、蒸腾速率和叶面色素含量与矿区修复速率间的相关性筛选先锋植物,构建关闭/废弃煤矿土壤种子库,再通过覆土种植、无覆土种植、抗旱种植等植被快速恢复技术实现生态修复。

1.2土壤重构

土壤重构修复主要包括物理、化学和物化-生物综合三种技术,通过改善土壤理化性质将土壤恢复至适宜植被生长的状态,各技术的修复特点和适用范围见表1。物理修复技术涵盖充填法、换土法、客土法和深耕翻土法等,但因其局限性并未得到广泛应用。化学修复技术包括化学改良剂法、化学淋洗法等。常用的改良剂法包括生石灰、工业废料等,而铝基和铁基化学混合物(WTRs)作为新型改良剂中和酸性土壤的同时还可提取酸性废水中的重金属。物化-生物综合技术更为复杂,适宜实施在实际恢复工程中,如先用客土覆盖压实土壤,引用竞争力低的外来先锋植物,最后引入早期演替树种和商业树种联合恢复的林业开垦方法(FRA);通过填土、复田、造林复合方式对采煤塌陷区进行恢复;将煤矿入侵物种与煤矿渣制备成生物炭以增加土壤肥力等。

1.3景观重建

作为最早在我国推广的废弃煤矿生态修复技术手段,景观重建初期的表现形式为大规模植树造林,与景观生态学理念融合后,以恢复景观(矿山、湿地公园等)为导向,形成了以徐州潘安湖湿地公园、唐山开滦煤矿国家矿山公园等为代表的景观重建手段,其特点见表1,可采取工程治理方法,将地形、汇储水、场地设计和植被恢复相结合,形成景观-产业-旅游相结合的示范区。景观重建与生物技术中的先锋物种修复易混淆,表2对二者进行了比较。

表2先锋物种修复和景观重建比较

02关闭/废弃煤矿生态修复评价方法

生态修复评价的常用方法可分为四类:物种多样性、土壤理化性质、综合体系评估、遥感技术评估,见表3。此外,景观格局指数网络、径流大小及其沉积物、有蹄类动物数量和分布、有机碳储存量变化等也可作为评价生态修复效果的指标。

表3生态修复评价常用方法

2.1生物多样性评价

关闭/废弃煤矿修复后生物多样性越高表明修复效果越好,生物多样性评估可分为植物多样性、动物多样性和微生物多样性评估。在植物多样性评估方面,植被构成比例用于评价西班牙多个煤矿区、美国阿巴拉契亚煤矿区、捷克西北部的褐煤矿区、匈牙利、捷克和德国联合煤矿生态恢复效果。在土壤动物多样性评估方面,土壤节肢动物用于对捷克不同修复年限煤矿和德国东部露天煤矿生态修复效果的评价,研究结果发现土壤节肢物种的丰富度与生态恢复时间正相关。微生物多样性评估可以分为微生物群落的总质量(size)、种群多样性(


本文编辑:佚名
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