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矿山生态修复之仿自然地貌修复技术

发布时间:2020-09-17  浏览次数:146 次  来源:北极星环境修复网讯
    (一)人工地貌
    通常,在矿山开采破坏前,矿区原本的经过10年乃至百年自然形成的自然生态系统遭受破坏,继而促使了矿山地质环境生态修复的发生。矿山地质环境生态修复远远不可能使其完全恢复原本的状态,事实上,更多的时候它是人为地重建一个人工生态系统,这也是生态重建的名词在土地复垦中被广泛使用的原因。
    人工生态系统是指经过人类干预和改造后形成的生态系统,其易受人类社会的强烈干预和影响,且不稳定,易受各种环境因素的影响,并随人类活动而发生变化,自我调节能力差,并且系统本身不能自给自足,依赖于外系统,并受外部的调控。同时,生态系统运行的目的不是为维持自身的平衡,而是为满足人类的需要。所以人工生态系统是由自然环境(包括生物和非生物因素)、社会环境(包括政治、经济、法律等)和人类(包括生活和生产活动)三部分组成的网络结构。人类在系统中既是消费者又是主宰者,人类的生产、生活活动必须遵循生态规律和经济规律,才能维持系统的稳定和发展。
    典型的矿区人工恢复地貌如经过人工重建的绿化煤矸石山、大型堆砌排土场等,其往往具有较重的人工痕迹,形状规则布局过于工整,且花费较大,但不易保持。人工生态系统需要长期的维护,在矿区尺度上,对于全国大量的大面积矿区来说,这种人工生态系统并不是最佳的选择。
    (二)景观表征
    对于矿山开采破坏景观的具体评价,现有研究通常通过分形理论或景观指数来表征。分形理论大多应用于对宏观大尺度的地形和微观尺度的土壤颗粒分布进行表征,通过单一分维数表征地形复杂程度,如河道地貌(朱嘉伟等,2005)、土地利用结构(赵晋宝,2014)、侵蚀冲沟等;通过多重分形谱表征地形的变异特征,如土壤粒径分布规律(王金满等,2014)等。但分形理论对于露天煤矿排土场等中小尺度的受损土地景观表征研究相对较少(张莉等,2016)。
    另一种表示法为景观指数。利用景观指数可以表征矿区土地景现破碎化程度,其连接性与异质性、结构、空间排列等。其主要使用指数包括:分维数、多样性、优势度、斑块数目、景观类型面积比例、景观形状指数、蔓延度、破碎度、香农多样性指数与香农均匀度指数、分离度、均匀度等(毕如田等,2007;李幸丽等,2009;万越,2015;张前进等,2006;韩武波等,2012),其表征意义可查阅相关参考文献。
    (三)景观重塑与再造
    由于矿山开采活动形成的人造景观与周围原有景观不协调,景观连接性差,造成生态系统的不和谐,导致了一系列生态问题,由此就衍生出仿自然地貌理论(张莉等,2016)。仿自然地面要求复垦后地形与当地自然景观相协调,统筹保护土壤、水源和环境质量,复垦土地应当达到当地原有的可持续发展的景观生态环境水平。
    仿自然地貌更加注重当地原有的生态系统,尽可能接近原有地貌。首先是基于景观生态学,根据斑-廊-基原理、景观格局优化原理、多样性与异质性原理等,在重建过程中增大景观多样性与异质性,规划基质与斑块组成较优的景观格局。
    同时,仿自然地貌注重微地形对生态系统的影响。微地形是针对地理学中巨地形和大地形而言的小尺度的地形变化,可以反映景观整体形态特征(张莉等,2016)。日本学者对丘陵地区微地形进行研究并将其分为顶坡、上边坡、谷头凹地、下边坡、麓坡、泛滥性阶地和谷床7种类型,而露天煤矿区内的微地形主要指部分区域出现的切沟、浅沟、缓台、塌陷和陡坎等(邝高明等,2012)。其注重坡面、坡向、坡度对微地形的影响,据此对微地形改造,对土壤属性和微生境、降雨入渗和水蚀过程、植被恢复的效果及其生态服务功能等均有重要影响(卫伟等,2013),可以通过调节排土场边坡,继而构造出适宜的微地形,改善植被立地条件,预防水土流失和阻止水土侵蚀,改善土壤有机质和调节矿区小气候条件。

    仿自然地貌更多的参考原地貌形态与景观、自然地貌形态特征。仿照自然地貌的设计能使重建和再造的土地景观更具协调性和稳定性,生态结构更加合理,视觉效果和经济型均有所提高。例如,我国山西平朔露天煤矿的排土场地貌在重塑时便运用该理论,仿照黄土高原丘陵山地的层层梯田,设计出相对高差一般为100~150米,平台与边坡相间分布的景观格局,达到人工景观与自然景观相互协调的效果(陈晓辉,2015)。煤矿区周围临近成熟的、未扰动的地貌,同样可以为复垦区地貌设计提供便利,建设自然式缓坡地与自然河道可减少研究区地表侵蚀及水土流失的可能性(胡振琪,1997)。


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