兰利花，田 毅，2*

(1.中国地质大学(北京)，北京 100083；2.自然资源部 土地整治重点实验室，北京 100083)

在土壤成土因素中，生物、气候以及地质因素都具有特定的地理规律性，因此土壤类型在地理空间的分布与组合也必然呈现出规律性的变化，称为土壤的地带性分布。随着社会经济的发展，土壤不合理利用问题越来越严重[1]，因此，需要对土壤进行修复治理，尤其是典型矿区土壤的修复治理[1]。但是，我国矿区复垦在现有研究中主要注重矿山修复的工程技术问题，而对矿区的微观问题少有研究，尤其是在土壤的修复过程中，很少考虑土壤地带性分布和土壤发生学的本源问题对土壤进行复垦和修复[1]；另一方面，我国矿区地域分布复杂多样，矿区种类繁多，复垦手段和复垦技术多样，没有形成统一的技术标准，这就导致对不同矿山复垦时抓不住主要问题，形不成系统认知，导致矿山复垦工作难以着手。矿区土壤的修复治理亟需以土壤地带性分布规律为前提，研究土壤的成土条件和成土规律，抓住主要矛盾，找出当地矿区土壤修复的最大限制因素。

1 研究进展

我国矿区复垦依据前人的研究经验和成果形成了多种方法和成果，主要是针对矿区的宏观系统修复和侧重于复垦技术的应用和实践，然而侧重于矿区土壤修复的却少之又少。胡振琪等[3]在对矿区土壤进行重构过程中，依据矿山复垦实践经验，提出了矿山土地复垦的核心问题是土壤的重构，人工重构土壤剖面的依据是以土壤自然分层理论为指导，对土壤形成过程中的自然剖面进行人工模拟的思想，提出“分层剥离、交错回填”的土壤剖面重构原理。周锦华等[4]提出矿区土地复垦的质量要求和成果效益主要依据矿区土壤的修复，人工修复后的土壤质量决定了土壤的利用方向。路晓等[5]认为矿区土壤分类由于强烈的人工干预作用而不同于土壤的自然分类法，因此以土壤的微形态学为依据，利用矿区土壤的理化性质对矿山土壤系统分类影响开展矿区土壤分类的研究。另外,还有学者对不同矿区在不同的土壤利用方向上的土壤修复进行了研究。凌婉婷等[6]提出以农业为复垦方向的矿区土壤修复为复垦修复的一般方法。金洪涛[7]、贾伟光[8]、周启星等[9]依据东北矿山特点和矿山环境提出东北特定地区矿山修复治理的对策建议。在对黄土高原区和草原草甸区大型露天采矿废弃地土壤修复的研究工作中。白中科等[10-14]以水资源约束条件下的黄土高原区进行水资源优化利用的方案研究，并提出从土壤机理和理化性质出发，指出土壤重构的前提是对土壤微观颗粒的多重分型研究，并取得了突破性进展。韩煜等[15]通过金属矿山废弃地对环境影响的后果和类型出发，总结了金属矿山废弃地的类型。赵中秋等[16]对重金属矿区的土壤成土条件进行了分析，提出了对尾矿库和废石场进行人工重建恢复其生态系统的措施。刘景双[17]、宋杨睿[18]等通过分析东部平原矿区的总体特点和矿山地质环境，提出了东部平原地区矿区复垦的特点。通过对前人研究的分析可以看出：矿山土地复垦工作的研究主要集中于对矿区修复技术上的应用和实践，而对矿区土壤修复上的侧重并不多见，对土壤发生学和地域分异规律认识下的矿区土壤修复几乎没有研究。因此，本文立足于从土壤特性方面探究矿区土壤复垦的修复机制、矿区修复的限制因素以及侧重点，从土壤源头上把握矿区土壤修复，通过对大尺度区域下的土壤地带性分布规律和不同矿区类型在宏观地域下的组合规律进行匹配，试图利用土壤发生学的原理找出宏观地域下的矿区土壤修复限制因素，为我国大尺度矿区的土壤修复提供参考意见。

2 理论依据

以土壤地带性分异规律为基础[19]，总结我国典型矿区土壤的水土资源禀赋，并依托于土壤发生学原理进行矿区土壤分类[5]，能够更好地修复被破坏土壤并对自然性质差的土壤进行改良，在土地复垦中，使复垦土壤达到最优生产力，构造一个较优的土壤物理、化学和生物条件是最基本和最重要的内容[20-21]，对矿区土壤的修复和复垦具有重要意义[22]。本文对我国在土壤地带性分布下的典型矿区类型进行分析研究，找出矿区在地带性水土资源约束下的复垦难题、复垦重点问题及典型矿区土壤修复治理的制约因素(图1)。

3 典型矿区土壤修复模式

3.1 表层土壤限制性修复——草原草甸矿区

3.1.1 草原草甸矿区土壤发生学和水土资源禀赋分析 钙积土矿区主要分布在半干旱、干旱的黄土高原区与西部生态脆弱草原区，此区域年降水较少，年均降水量100～350 mm，并且年降水季节不均匀，季节性干旱明显，降水不足，钙积土区域内干旱是钙积土矿区的普遍现象，土壤普遍呈碱性反应；草原区域的植被分布趋势随着降水量的减少逐渐稀疏，土壤类型也随之演化，由草甸草原生长区的黑钙土、普通草原生长的栗钙土、干草原生长的棕钙土向荒漠草原生长的灰钙土和漠钙土逐渐演化，草原区的表层土壤厚度薄，生态环境脆弱。

我国的大型露天煤矿主要分布在这些区域，在水分比较湿润的草原区，其土壤类型主要是黑钙土和栗钙土，其成土条件在外界环境作用下能够积累有机质，形成土壤表层肥沃的腐殖质层，腐殖质层由于良好的理化性状和结构组成可以抑制草原的水土流失和土地沙漠化。而矿区在开采过程中对表土资源的破坏力强，造成生态系统失衡，而这种现象对于干旱草原区异常明显，给本来已经脆弱的生态系统带来严重的生态破坏。而草原区是经过多年熟化形成的表土土壤，土层薄，属于我国生态系统脆弱区，一经破坏难以恢复，加之植被覆盖度不够，造成草原区地表资源以沙漠化为主要代表的地表资源退化现象[23-24]，甚至会对周边地区带来风沙灾害。据研究，内蒙古沙漠和沙漠化土地面积居全国第二位，而沙漠化土地扩展速度和可治理沙漠化土地面积居全国第一位[25]，严重影响了该区域居民的生存和发展。

图1 我国土壤大类地带性分布与主要矿产资源匹配图

3.1.2 草原草甸矿区土壤限制性修复模式 通过以上分析得出，由于草甸草原矿区位于草原生态脆弱区，草原的露天煤矿区表土资源和水资源匮乏，采矿又加剧了表土资源的破坏，矿区土壤复垦的成败是对表土资源的修复，因此，需要合理利用表土资源保证矿区复垦工作的顺利实施，在水土资源紧缺的约束条件下选择合理的复垦模式对草原露天煤矿区的土地复垦与生态恢复将起到关键作用[26]。

3.1.2.1 形成合理的表土存放方式 通过土壤发生学和土壤剖面的理化性质得知，土壤具有层状结构，因此，地表表层的土壤对植被的生长具有重要的作用，合理地存放表土可以对矿区土壤复垦达到事半功倍的效果。实验表明，矿区土壤修复工程后期需要进行生物治理措施，在开采前对矿区表土土壤进行机械剥离和合理的存放，放置于合适的环境，保证表土结构和理化性质不被破坏，避免后期覆土顺序的颠倒[12，14]。

3.1.2.2 关注草原矿区土壤的理化特性 由于钙积土地区土层薄，普遍降水不足，干旱和风沙侵蚀比较严重，露天采矿过程中更加重了钙积土表土的流失和退化，因此干旱和风沙的影响是钙积土表土流失重点考虑的方向。在开采和复垦过程中注重水土保持工程措施的实效，避免风蚀和沙化。此外，由于钙积土本身盐碱化现象比较普遍，在开采和复垦过程中要运用排水措施避免盐碱化的产生。因此，在矿区复垦过程中应重点关注钙积土区域土壤表层钙质土的退化修复和土壤盐碱化的防治工作。

3.1.2.3 实施合理的生物工程措施 由于草原矿区水资源短缺、风沙大以及土壤养分含量普遍较低的特点，在植被选择上应该选择耐干旱、抗风沙、耐贫瘠的树种[27]。此外，研究表明在草原露天煤矿区排土场平台复垦工程中运用“覆表土+草帘+打网格+施化肥”的排土场平台复垦模式，在排土场的边坡复垦工程中运用“覆表土+覆草帘+草方格”的排土场边坡复垦模式，这2种模式下表层土壤重建和植被的恢复效果最佳[12]，为草原露天煤矿区土地复垦与生态重建提供了技术支撑和理论依据；此外，应当对农业土壤进行培肥管理，禁止过度放牧，防治土壤退化和发展灌溉技术。

3.2 水分限制性修复——高原黄土矿区

3.2.1 草原草甸矿区土壤发生学和水土资源禀赋分析 高原黄土地区主要分布于温带半干旱大陆性季风气候区，平均气温为4.8～7.8 ℃，干旱少雨，风沙严重，年降水量为450 mm左右，年蒸发量为降水量的5倍，所以黄土高原地区与草原森林地区自然条件和气候条件较为恶劣，植被稀疏，生态系统弹性小，稳定性低，系统平衡极易破坏的脆弱生态系统[28-29]。黄土高原多为丘陵沟壑地貌，源源不断的大气降尘形成了深厚却质地均一、剖面上下有机质和养分含量基本均一的黄土。土层松软深厚、沟壑纵横、坡度较陡，因此被细流冲蚀极易形成细沟和切沟等沟状侵蚀，被暴雨等冲刷极易形成面状侵蚀，造成泥石流。此外，土体松散物在自身物理作用下形成大裂隙、育沟、穿洞等沉陷侵蚀形态；黄土高原的土壤类型为栗钙土和栗褐土的过渡类型，植被覆盖度低且为耐寒植被。

黄土高原区矿产资源丰富，煤炭储量达1亿万t以上，现有特大型露天矿3个，即安太堡露天矿、安家岭露天矿和东露天矿，开采面积大，因此，矿山开采造成的土地复垦问题成为该区域的研究热点问题。由于黄土高原典型的地形地貌特征，矿产资源埋藏较深，开采过程中大量的矿山表面被剥离和开采，极易导致山坡崩塌，造成滑坡等地质灾害[30]。黄土高原矿山开采一般分布在水文网路两侧的山坡地上，由于黄土高原土体松散，植被稀少，土壤表土极易被冲蚀从而发生水土流失，破坏了表土资源。矿山开采活动对原有地表稀疏的植被造成了破坏，对原有的生态系统造成了严重逆转，因此，黄土高原区地表土壤的保护、水土流失的遏制和矿区生态系统的重建是关键[31-32]。黄土高原区地貌是干旱戈壁，气候条件恶劣，水资源利用率低下，土地复垦难度大[10]。极端条件下的黄土高原区生态重建就是进行土体再造和重塑，其主要手段是水分调控[33]。水资源是黄土高原脆弱生态采煤区发展生态产业的关键因素[34]，水资源的合理利用是关系到社会经济与生态环境可持续发展的关键。

3.2.2 高原黄土矿区水分限制性修复模式 根据高原黄土矿区的区域特性和土壤条件，对大型露天采矿生态系统重建的过程就是对其限制因素进行合理控制和有效利用的过程。黄土高原区对水分的调控是其制约因素，相反，对水分的合理利用也可以成为矿区生态系统重建过程中的有利因素，现阶段对黄土高原矿区生态系统重建的目标和可实现方法就是通过对水分的调控[35]，通过“控水”“保土”“培肥”三种手段对黄土高原矿区土壤进行修复。

3.2.2.1 实施控水措施为目的的地貌重塑 对矿区降水可设立蓄水工程和排泄工程提高有效水，降低危害水[36]。黄土高原矿区区域气候干旱，水量缺少，必须充分利用自然降水，设置蓄水工程，拦蓄降水，储存水量；但是由于矿区降水量月份集中，为保证排土场不发生暴雨引发的地质灾害，需进行有效的排水设置排洪渠系；通过改变微地貌，利用地形优势进行控水保水，改善矿区土地排土工艺和平整技术，通过微地貌拦蓄降水，阻止面状和沟状侵蚀，对于边坡的复垦技术采取增加其植被覆盖度和减少面状冲蚀为目的的覆土技术措施。

3.2.2.2 实施保土措施为目的的土壤重构 由于黄土母质层深厚，且母质资源储备量大，且土壤松散已经具备一定程度的成土阶段优势，容易获得，可考虑直接进行改善土壤养分等培肥措施，因此，在矿区土壤复垦过程中无须进行表土剥离和人工加速风化技术，大大加速了土壤复垦进程[37]。黄土高原矿区的重金属污染处理问题可利用黄土物质特有的碱性特征和淋溶特点，对重金属采取“包埋”“压埋”“稀释”等提取和稀释，减少重金属污染的危害程度。

3.2.2.3 实施培肥措施为目的的植被恢复 黄土矿区的植被恢复需要进行人工植被建设工程，由于黄土矿区生态系统极其脆弱，对外力干扰能力弱，应尽量减少对原有生态系统的扰动，保护黄土地表层增加植被覆盖度，在植物配置方面，将固氮植物和非固氮植物合理搭配，草灌乔优化组合，保持植被持续生长良好，实行植被和土壤联合演替[38]。

3.3 土壤退化限制性修复——漫岗黑土矿区

3.3.1 漫岗黑土矿区土壤发生学和水土资源禀赋分析 我国的黑土地区位于温带半湿润地区，年降水量450～650 mm，属于季节性降雨，冬季寒冷，土壤冻结层深厚，冰冻期时间较长，有机质利于积累，且分解缓慢，土壤腐殖质多，养分含量高。土壤地下水位高，通气不良，母质黏重，通水不良，土壤湿度较大，pH值呈弱酸性反应。地形为漫岗区域，坡长且平缓，坡面底部汇流速度加大，容易形成面蚀，另外，由于黑土土壤质地在雨水侵蚀下容易发生沟蚀，容易加大黑土土壤侵蚀。

东北黑土区矿产资源丰富，主要分布的矿产资源有煤、石油、天然气等，矿产资源的开发方式主要以地下开采为主，在矿产资源地下开采过程中由于矿山底部的挖采，造成了大面积地面塌陷等地质灾害，引发了土体破坏。由于煤炭的开采对地表植被造成了破坏，使原有的生态系统失衡，容易造成水土流失和滑坡[39]，对表层土壤资源形成破坏；石油资源开采过程中原油和废水的排放也对地表资源造成了污染。由于黑土在形成过程中水的作用而使它具有良好的团粒结构，然而矿产资源的开采造成了黑土地下水系统的破坏，使地下水位下降，破坏了原有的黑土土壤结构。此外，由于采矿对土地的压实作用，使黑土区特有的良好土壤结构被破坏，造成土壤退化，因此，对黑土区土壤的修复和改良成为采煤矿区环境治理中的难点问题[9]。

3.3.2 漫岗黑土矿区土壤退化限制性修复模式 东北地区黑土区是我国主要的粮食生产基地，但由于矿山开采、地貌环境等影响，黑土区土壤正在经历着黑土层肥力下降、土壤污染、腐殖质退化等土壤退化问题[40-41]，黑土区农业资源环境、矿业活动等人类干预土地的方式，使其成为目前中国表层土壤侵蚀危险性最大的地区之一。目前，黑土流失速度相当快，不少地区已经出现了成土母质露于地表的现象，土壤侵蚀严重[42]。因此，对黑土矿区的土壤修复主要注重对黑土特有的土壤资源的保护和从源头防治黑土土壤的退化。

3.3.2.1 实行多元综合整治，阻止土壤退化源头 由于黑土区矿区土壤复垦的主要核心是对退化的黑土进行修复治理，由于人类活动或者自然灾害对黑土区肥力的削减基本上是一个不可逆的过程，所以对黑土土壤肥力的恢复需要采取全方位措施进行保护[43-45]，对造成黑土土壤的退化源进行综合治理和系统修复。

3.3.2.2 建立工程设施减缓坡面径流侵蚀 由于黑土区分布在漫川漫岗地形区，受地形的影响，极易对坡面和沟道造成侵蚀，进而造成黑土土壤侵蚀，因此，应注意对黑土区地形坡度的影响，在采矿过程中合理布局，避免地形产生的汇流对黑土的侵蚀；同时，实行构筑拦截泥沙、减缓径流流速、固沟保土三道防线工程[46]。

3.3.2.3 注重对表土资源成土条件的维持 在井矿开采中应注意避免或尽量减少地下水系统平衡的破坏，避免对黑土成土条件或理化性质的影响。考虑到黑土表层的腐殖质是农业生产的宝贵资源，一旦被破坏就难以恢复，从而在复垦利用过程中注意对表土的剥离和合理堆放，为复垦区表层储存表土源。由于黑土特有的适合农业生产的土壤性状是在特有的环境、时间累积作用下的产物，因此在复垦过程中重新复制的可能性微乎其微，这就要求保护原有的黑土源，使其不受破坏，从黑土成土因素的源头考虑，会达到源头控制和避免危害的效果。

3.4 地面塌陷限制性修复——平原棕-褐矿区

3.4.1 平原棕-褐矿区土壤发生学和水土资源禀赋分析 棕壤和褐壤的发育在温带、暖温带以至北亚热带湿润季风气候区，年平均气温1～18℃，年降水量为500～1300 mm，夏季温暖多雨，冬季寒冷干燥，在温暖多雨季节，土壤淋溶强烈，矿区土质极易分解，因此属于淋溶土。自然植被类型为针阔混交林为主，草本植物以草甸和草甸沼泽类型为主，分布地形较为平坦，为低山丘陵、低平原河谷阶地、山间盆地和盆地、山前台地及部分熔岩台地，是中部平原的粮食主产区，主要种植小麦、玉米、棉花，间种谷子、甘薯、大豆等作物。

我国采煤矿区主要集中在华北平原、东北平原和长江中下游平原，在平原煤炭开采区大面积的地下开采使岩石下部采空，造成岩石坍塌[47]，另外采用的放顶煤综合采煤法，致使岩层下陷形成地面水坑。研究表明：中东部地区由于采煤引起的地面塌陷问题普遍存在，我国高潜水位平原矿区塌陷地中有85%以上为可耕地，从而造成大面积的耕地破坏[48]。其次，由于采矿活动带来的地质环境问题造成地面裂缝和地表塌陷，对土壤的理化性质也带来一定影响[49]。采矿活动引起地面塌陷，破坏了地下水平衡，使农田区潜水位过高，出现积水现象，进而引发农田水系统失衡等一系列连锁问题[50]。由于采矿活动引发的地下水位的变化和交替作用，根据褐土和棕壤的淋溶特性，加重了土壤的盐碱化问题，因此，我国东部平原矿区采矿活动形成的地质环境问题主要是地面塌陷，制约了矿区的土壤修复。

3.4.2 平原棕-褐矿区地表塌陷限制性修复模式 由于矿区连年开采，积水区域逐渐连通，形成了大面积积水区，造成了农田土地的塌陷，表土资源损毁，因此，在农田系统中，要注意地下水位的控制，通过改造成台地来进行地面排水。另外，由于淋溶土的土壤特性，水分的不合理运动极易造成土壤易溶盐和碳酸盐的周期变化，从而形成盐碱化的土壤，因此，在开采和利用过程中也要注意排盐问题。

3.4.2.1 宜农则农，宜林则林，宜水则水，因地制宜 我国中东部平原地区塌陷地在治理过程中，由于地表塌陷，水分失衡，导致采煤塌陷地土壤表层物质来源匮乏，土量严重不足，土壤表层资源匮乏也是中东部典型矿区的复垦重点，因此，在土壤剖面重构过程中选用表土替代物，是塌陷区需要考虑的主要问题[51]。常用的局部塌陷地复垦技术有充填复垦和非充填复垦2种[52]，充填复垦就是采煤塌陷地处的固体废弃物如煤矸石、粉煤灰、河湖淤泥、建筑垃圾等进行土壤表层充填[53]，如采用煤矸石-粉煤灰混合物，可显著提高土地生产力[54]，与纯粉煤灰和纯煤矸石相比，不仅解决了重构土壤的通气性和透水性问题[55]，还解决了重构土壤空隙的保水性问题[56]。非充填复垦就是运用工程方法对地形通过修整、疏排、挖深垫浅等方式进行平衡土壤表层物质来源，但是当塌陷面积较大时，上述方法无法实现表土的覆盖，应该因地制宜，选择合理的土壤再利用措施。

3.4.2.2 实施排盐排水措施，解决塌陷引起的次生灾害 由上述分析得知，在中东部平原采煤塌陷地受地表沉陷引发的次生灾害有积水和积盐问题，因此，在土地复垦过程中必须合理疏排水分和控制土壤盐碱化，可利用采煤塌陷地原有地形使积水自排或自蓄，或者进行合理规划，建立地面排水系统，解决严重区域积水问题。通过土壤地表水分的控制和地下水合理循环达到土壤盐分的合理淋溶，解决由塌陷引起的次生盐碱化问题。

3.4.2.3 塌陷区高新技术的实时监测，杜绝隐患，改善复垦方案 采煤塌陷问题是一个地质灾害问题，需要进行塌陷地整体的地形、岩分和构造分析，从而为塌陷预防做好准备，而塌陷地也是一个动态问题，它是由采矿活动造成的，塌陷地的预防和复垦离不开实时监测技术，如利用沉陷设计的演变机制和模型来模拟矿区地表塌陷过程，为土地复垦范围、复垦技术措施和复垦后的效果评价做好准备[57-59]。

3.5 重金属污染限制性修复——丘陵红壤矿区

3.5.1 丘陵红壤矿区土壤发生学和水土资源禀赋分析 丘陵红壤矿区常年高温多雨，年降水量1200～2500 mm，年均温15～28 ℃，自然植被为热带雨林、季雨林、南亚热带雨林和亚热带常绿阔叶林，地形地貌为山地丘陵，高差大，土壤的成土母质为酸性和基性岩。由于高温多雨的气候，使土壤原生矿物风化淋溶作用强烈，碳酸盐类矿物强烈分解，形成以高岭石为主的次生黏土矿物和游离氧化物，最终造成铁铝氧化物的富集，土壤呈酸性反应，质地黏重，有机质含量较低，土壤以富吕风化壳为主，主要为红壤，土壤的pH值呈酸性反应，在酸性的土壤环境中重金属离子的活性高，以游离态分布。

我国南方地区的红壤区多分布于金属矿山区，重金属成分有Pb、Zn、Cd、Cu、As以及部分非金属S，由于红壤区特有的岩性组成和气候环境，使以重金属组成的难溶性盐极易被风化和氧化分解，通过地形的作用和强烈的水分作用被冲刷到地表，经过渗透和淋溶将重金属渗透到土壤中，造成土壤的多重污染，进而抑制了植物生长。重金属离子在高温和多雨土壤环境中会加大扩散强度，又由于其流动性大的特点，造成了土壤理化性质的改变和破坏了地下水的组成成分，给农业生产和生活带来了巨大危害。此外，由于丘陵山地地区极大的高差，赋予了水分运移较大的势能和动能，从而造成水土流失、滑坡、泥石流等地质灾害问题，同时，地势的高差和崎岖又加重了重金属污染的治理难度。重金属的污染问题是金属矿生态重建和复垦效果的制约因素[60]，因此，在红壤矿区的土壤复垦问题应重点考虑污染控制和预防。

3.5.2 丘陵红壤矿区重金属污染限制性修复模式

3.5.2.1 封闭系统、循环利用，源头控制 由于土壤重金属的污染问题是通过开放系统的扩散和运移造成的，这种扩散速度快，影响危害大，且很难控制，主要集中在采矿过程中的采矿开放区域和系统边界处，如选矿池、尾矿库和废石堆，因此，对开放区域的污染控制是金属矿山复垦的重点[61]。选取选矿池或废石堆与下层土壤或周边土壤具有阻隔效果的原料，如从山坡上剥离具有一定黏性的心土层，可作为隔离层达到较好的阻隔效果，防止污染物的淋洗并向周围环境扩散。对于尾矿库堆放，要及时撒上石灰和磷矿粉等抑制重金属活性和扩散性的化学抑制剂，或者改造采矿工艺将选矿废水经过尾矿库沉淀处理后全部回收，循环利用，通过禁止外排等措施建立阻隔重金属扩散的封闭采矿系统。

3.5.2.2 表土重建，植被修复，固定污染 在改善重金属污染的土壤过程中考虑替换严重污染的土壤表层，利用煤炭垃圾或粉煤灰回填进行土壤表土的重建，选择适宜的生物工程措施如根系作用固定重金属污染，构建植被群落[62]。在表土重建初期选择耐酸、耐重金属的植被品种，如香根、长喙田菁、葛藤等，在土壤重金属修复后期，种植预防水土流失的植被如马尾松、香叶树等乔灌木[16]，土壤理化性质得到了极大改善。

3.6 以经济效益为前提限制性修复——高原漠土矿区

3.6.1 高原漠土矿区土壤发生学和水土资源禀赋分析 青藏高原年降水量少，年日照时数长达2600～3000 h，太阳辐射强度大，温度低，气候干燥，风力大，持续时间长。青藏高原高山海拔高，地势险峻，地形复杂，地形高程落差大，高山草甸土是该地区典型的土壤类型，土壤发育时间短，土层厚度薄，质地粗，不易保水保肥，高山地区土壤冻结时间长，不易发育，土壤通气不良，养分含量低。由于青藏高原恶劣的气候条件使得高原区植被长势不良，多处无植被覆盖，再加上风力作用使那些极小的已风化的岩石和土壤物质被吹蚀，难以形成残积物，造成岩石裸露，并形成风暴携带沙尘，因此，青藏高原矿区受气候干旱和外界风力以及矿区本身开采过程中产生的风沙影响，给矿区开采造成了严重的环境问题。

青藏高原大型矿区有德尔尼铜矿区、尕大坂铅锌矿区，大通煤矿区等金属矿和煤矿区，在矿区开采过程中由于土壤质地薄、地势高差大、植被脆弱、风力大等自然因素造成的恶劣条件对矿区开采本身造成了不利的影响，同时矿区的开采也对青藏高原矿区土壤造成了不可逆转的破坏，所以在青藏高原矿区开发和复垦过程中要以经济效益为前提，适量开采和采取限度修复。

3.6.2 高原漠土矿区以经济效益为前提的土壤限制性修复模式

3.6.2.1 边坡防护、粉尘控制 由于青藏高原昼夜温差大，极易形成山体矿物质的热胀冷缩现象，体积的变动会造成矿山的形变和不稳定性，另外，高山矿区的开采会加重边坡的不稳定因素，给矿区造成了严重的地质灾害，因此，高原草甸矿区的开采应该更加注重边坡的稳定性，重视边坡的整治和开采技术问题，在开采后应当及时采取措施预防边坡滑落杜绝隐患，尽量减少人为破坏以减少边坡滑落的危害。此外，由于青藏高原强烈的风灾使得开采过程中，造成的粉尘漂浮容易形成沙尘暴和粉尘污染，加之干旱的环境和持续的风力使粉尘污染影响范围大，持续时间长，因此开采过程中对粉尘源头的杜绝是关键，如在矿山开采钻孔过程中可采用湿式除尘法湿润矿岩爆堆或预先湿润矿体，并安装收尘装备，封孔时严格控制装药量采用多排孔微差挤压爆破和水炮泥，杜绝风尘产生。

3.6.2.2 因地制宜，以最大经济效益为前提 青藏高原由于特殊的地理位置和极端的气候条件，造成人烟稀少，矿产开采难度大。对于地形地貌环境条件适宜开采，恢复难度不大的地区要以恢复其原有的植被特征为原则进行治理修复；对于开采难度不大，但复垦有难度的地域以适当恢复其植被覆盖为原则进行治理修复；对于开采难度大，复垦难度也大且无人生活的地域，应以经济效益最大化为原则适当恢复；对于复垦根本不可能实现的地区，可适当评估，视情况放弃修复治理；对于开采难度大，且具有潜在经济价值和矿产储量的地区，可鼓励开采。

4 结论与讨论

矿区土壤复垦在不同地区由于矿区自然条件和开采状况各异会有不同的复垦和修复模式，矿区土壤的修复原则是恢复到被破坏前的利用状态，恢复其本来的生态系统。由于土壤是一个自然社会综合体，它是在自然因素的成土作用和人类活动经过长时间演变而来，所以不同地区的土壤有其特有的属性，因此对土壤发生学的研究和分析有利于体现土壤的形成过程和土壤特性。

本文通过对土壤发生学的分析，对不同类型土壤进行区域分析，有利于从土壤本身的发生特性进行源头上的复垦修复。根据土壤的分布规律对不同土壤类型下的矿区进行划分，找出土壤类型区不同矿区复垦修复的限制因素，根据矿区土壤破坏前的特性，对其进行针对性的源头治理，将矿区分为5种土壤类型下的矿区，分别是草原草甸矿区、高原黄土矿区、漫岗黑土矿区、平原棕-褐矿区、丘陵红壤矿区、高原草甸矿区。根据土壤特性和本区域的自然条件分析出矿区复垦的主要限制因子，草原草甸矿区的修复限制因素是土壤表土资源。草原草甸区表土资源由于采矿因素而极易退化，土层薄，在开采和修复过程中应重点防治表土资源退化。高原黄土矿区修复限制因素是水分，水的作用是影响源，是形成黄土高原区沟壑纵横地形的主要原因，进而造成水土极易流失，并产生盐碱化现象，对水资源的合理利用和水灾害的防治应成为侧重点。漫岗黑土矿区修复限制因素是土壤性状退化，黑土资源形成条件是特有的，一旦被破坏将会不可逆转，因此，对黑土矿产资源区的土地复垦着重考虑防止黑土退化和污染。平原棕-褐矿区修复限制因素是地面塌陷，是东部中原区的主要矿山地质问题，应围绕地面塌陷进行土地的平整和回填，注重土壤盐碱化问题的防治。丘陵红壤矿区修复限制因素是土壤重金属污染，由于红壤丘陵区的自然条件造成金属矿山开采过程中极易形成土壤的重金属污染问题，因此，必须考虑土壤重金属污染扩散，考虑从源头和扩散过程进行控制。高原草甸矿区由于地形和气候极端复杂，应当视经济效益最大化为前提，根据矿区情况采取不同应对措施。

5 措施与建议

本文基于土壤的地域性分布规律和矿产资源分区在宏观尺度的地形地貌条件下对矿区复垦的主导限制因素进行了分析和总结，通过摸清矿产资源的地域分布规律，对矿产资源分区进行适宜尺度的评价，运用现有的矿产资源分区规划对不同区域尺度进行了划分和研究，将其规律运用到矿区土地复垦研究中，从而保证矿区复垦工作形成一种体系从而用于指导实践，也是未来需要进一步考虑的系统问题。

不同地域不同矿种的矿区，要使土壤修复到可供利用状态，必须找出在地域分布规律和水土资源约束条件下的制约因素，抓住矿区土地复垦的重点和主要限制因素，对矿区土壤进行针对性的复垦和修复，土壤的修复是矿区复垦的重点和主要对象，要运用土壤学理论知识指导实践，宏观考虑矿区土壤的修复，为不同矿区土壤的修复提供参考建议和依据。

基于矿区自然环境、矿区种类和开采方式等的不同，对矿区开采形成的矿区土地破坏类型各异，复垦方式和复垦手段也不同，不同区域状况会加大矿区土地复垦的难度。由于矿区的自然条件不能改变，为降低开采后的复垦难度，只能采取事前规划的方法，对矿区的开采过程进行限制，这需要国家出台一系列矿山开采规定，限定开采模式和手段，加强矿区复垦规划的审查和报批，严格根据规划实施矿山开采工作，加大过程监管工作力度。

矿区土地复垦过程离不开工程和技术的支持，我国矿区复垦经历了重工程到重技术的发展阶段，矿区土地复垦是在经济可行性前提下进行的复垦，在现代化技术的发展下，尤其是3S技术的实施对土地复垦工作提供了方法，大大减少了复垦难度和复垦时间，在土地复垦过程中遵循科学理论和工程实践的基础上，加大对技术复垦的探索路径，是未来土地复垦的发展方向。

矿区开采前的自然环境承载力评价和复垦后的评价工作是保证矿区开采承载力和修复效果的必要步骤，对矿区进行资源环境承载力评价是利用矿山资源的基础工作，对矿区资源禀赋的认知不仅有利于矿区的开采工作，而且也为恢复矿区的生态系统恢复提供基础性数据。通过对矿区复垦后的评价有利于保证矿区在人类干预下进行正向演替，应遵循“绿水青山就是金山银山”的理念，保护矿区自然环境。