表土对生态复垦的影响表土是土地净第一生产力的重要基础,是复垦区非常珍贵的资源,它能使矿区复垦具有重大的灵活性。优质农田的复垦往往要求严格地构造土...
表土对生态复垦的影响
表土是土地净第一生产力的重要基础,是复垦区非常珍贵的资源,它能使矿区复垦具有重大的灵活性。优质农田的复垦往往要求严格地构造土壤剖面,对表土和心土的构造都有特定的要求,以保证复垦土壤的生产力等于或优于原土壤[121]。
土壤是植物赖以生存的基础,没有良好的土壤母质,作物与植被的建立就无从谈起或者说很难达到良好的效果。有关研究表明,现代复垦技术研究的重点应该是土壤因素的重构而不仅仅是作物因素的建立[122],为使复垦土壤达到最优的生产力,构造一个较优的土壤物理、化学和生物条件是最基本的和最重要的内容。在土壤重构的前期和中期,应该十分明确土壤重构最为重要的任务是重构、改良与培肥土壤,作物与林草措施应该十分注重以土壤的重构和快速培肥为目的。重构土壤是植被重建的基础,复垦效果的评价,应该以重构土壤的质量作为主要标准,而不仅仅在于人工措施支持下的作物与植被的效果如何,重构土壤的质量是决定复垦成败与效益高低的关键[122]。
复垦土壤重构可分为工程措施重构与生物措施重构(包括微生物重构)。工程重构主要是采用工程措施(同时使用相应的物理措施和化学措施),根据当地重构条件,按照重构土地的利用方向,对沉陷破坏土地进行的剥离、回填、挖垫、覆土与平整等处理。工程重构一般应用于土壤重构的初始阶段。生物重构是工程重构结束后或与工程重构同时进行的重构“土壤”培肥改良与种植措施,目的是加速重构“土壤”剖面发育,逐步恢复重构土壤肥力,提高重构土壤生产力,生物重构是一项长期的任务,决定了土壤重构的长期性。如果在工程中能够保证充足的、优质的表土,将缩短土壤的熟化期,迅速恢复重构土壤肥力。
不同复垦工艺对土壤养分含量的影响,反映出不同复垦技术对土壤重构质量影响较大。表土剥离复垦的土壤有机质、全氮、全磷及速效钾等土壤养分状况明显高于其他复垦方式,特别是混合复垦方式,对植物和农作物等净第一性生物量积累基本没有影响。由于表土剥离复垦碾压次数较多,土壤容重略大,总孔隙度略小,经松翻后,能够得到改善。一般表土剥离复垦2~3年后,土壤养分状况和物理性能基本与当地复垦前相同,在高潜水位塌陷区甚至高于淹没的土壤质量(表5-2)。
表5-2 不同复垦工艺对土壤的影响
土地复垦的内涵
20世纪80年代,因当时的实际条件有限,国内对土地复垦内涵的界定是“对因挖损、压占和塌陷等破坏的土地进行恢复”。它主要针对的是生产建设活动中直接损毁的土地,而间接损毁的土地(如生产建设区周边土壤的污染、水污染、建设活动造成的地下水位的上升或下降等)、大量自然灾害损毁土地和历史遗留灾毁土地都没有纳入土地复垦的范畴。
随着土地复垦政策的完善、复垦技术研究的发展,一些新理念、新技术、新措施被不断地引入土地复垦中,人们逐渐对土地复垦的内涵有了新的认识和理解。根据2021年发布的《土地复垦条例》,“土地复垦”内涵有了较大的拓展。
(1)复垦对象的拓展。从过去的因挖损、压占、塌陷等而破坏的土地,拓展到生产建设活动损毁的土地、历史遗留损毁土地和自然灾害损毁的土地。
(2)复垦目标的拓展。从过去使其“恢复到”可供利用的状态,拓展为使其“达到”可供利用的状态。这里的“恢复”只是指复垦为原貌或原地类,而“达到”则是因地制宜地对损毁土地进行复垦,宜耕则复垦为耕地,宜林则复垦为林地,宜渔则发展养殖,宜草则复垦为草地。对损毁的土地除复垦为农用地外,复垦后土地的用途还可扩展到生态旅游、商业服务等,如上海佘山世茂“深坑酒店”。
(3)土地复垦内涵的拓展。从过去主要采取工程复垦措施,拓展为土地整治的生态化学措施、生态农业措施、生物修复措施,更加注重土地的景观生态恢复、土地产能与效益恢复、土地生态系统的生物多样性和土地质量提高等。
土地复垦的意义
据有关资料介绍,国外土地复垦率一般为70%-80%,而在中国的一些地区土地复垦率还不到1%。因此,对于中国这个土地资源相对贫乏的国家,加强土地复垦工作,对于有效缓解人地矛盾,改善被破坏区的生态环境,促进社会安定团结,具有十分重要的意义。
土地复垦的作用
土地复垦是对因采掘、建材工业发展和其他工矿废弃物堆积等而被占用或破坏的土地,通过整治改造使失去的生产能力得到重新再利用。是国土整治和环境保护工作的重要组成部分,也是解决采掘、建材等工矿企业与农、林、牧、渔业争地的矛盾,防止环境污染、恢复生态平衡的有效途径。随着经济的高度发展,为获得更多矿产品,人类赖以生存的环境和最宝贵的土地资源日益遭受严重破坏。据估计,全世界约有300万公顷土地为露天采矿所破坏或荒芜。故进行矿区土地复垦,提高受破坏土地的复垦率势在必行,许多国家正继续寻求解决上述问题的途径和对策。在中国已明确规定:开采矿产资源,应当节约用地,耕地、草原、林地因受采矿破坏的,矿山企业应当因地制宜采取复垦利用,植树种草或者其他利用措施。
关于土地复垦的认识
土地复垦已经不仅仅是矿山环境问题,更是关系到国家土地安全、生态安全、粮食安全和社会稳定的战略问题。据统计分析,中国耕地数量从1996年1.345×108hm2快速减少到2007年的1.252×108hm2,共减少9.3×106hm2。这导致中国人地矛盾加重,2005年中国人均耕地面积为0.094hm2,下降幅度达11.3%,不足世界平均水平的40%。按照《全国土地利用总体规划纲要(2006~2021年)》控制要求,到2021年,耕地保有量在1.2×108hm2,可用耕地资源量只有140×104hm2,远远不能满足中国社会经济快速发展的需要。为此,国家已将1.2×108hm2耕地保有量作为一条红线,要求切实保护耕地(胡振琪,2009)。因此,如何在保证矿山开采顺利进行的前提下土地资源能够得到合理的恢复和利用成为国家关注的重点问题。
矿山开采造成的土地资源浪费等一系列问题并不是中国所独有,西方发达国家如德国、加拿大、美国等同样经历了我国目前所遇到的问题,但这些国家分别从土地复垦的制度、资金投入、管理等方面进行建设,保证了土地的恢复利用和环境的持续健康。我国从20世纪80年代开始对矿山环境问题予以重视,1988年颁布《土地复垦规定》,标志着我国的土地复垦工作纳入了法制的轨道,2009年5月1日实施的《矿山地质环境保护规定》对矿区生态保护与复垦均有明确的目标和要求。国家从2001年开始实施国家投资开发整理项目,就有专项资金用于土地复垦。近年来,土地整理复垦开发工作日益受到国家重视。2008年年初的全国国土资源管理工作会议上,要求“加大土地整理复垦开发补充耕地力度,不断拓展土地利用新空间”;2009年9月,国土资源部发布《关于进一步加强土地整理复垦开发工作的通知》;2009年10月公布的《全国土地利用总体规划纲要(2006~2021年)》明确提出,积极推进土地整理复垦开发补充耕地(吕苑鹃等,2009)。
随着土地复垦实践的逐步深入,人们逐渐认识到矿山土地复垦是一个涉及多学科、多约束条件的复杂问题。土地复垦是一个多工序的工程系统,它具有复杂性和多学科性的特征(胡振琪等,1993)。但是,目前的土地复垦研究仍处于离散状态,多学科之间的联系较差。在设计和实施过程中,土地复垦学者往往局限于用他们自己学科的理论和事实去思考。甚至至今并没有一个公认的土地复垦定义。在美国,“土地复垦(reclamation)”这一术语常用来表述为了满足联邦和州政府规程的要求所进行的复垦工作。《美国联邦法典》第30卷第7篇、美国内政部露天开采与复垦执法办公室第701.5款将其定义为:“将已采完矿的土地恢复成管理当局批准使用的采后土地的各种活动。”美国《矿井复垦》一书对其的解释为:“将因采矿而荒芜的、不用了的地区恢复到所期望状态的行动。”英国《采石场复垦指南》一书中指出:“采石场和露采场可恢复成为用于某种生产性目的的土地。”英国著名复垦专家Bradshaw (1987)提出的复垦概念是“土地复垦就是将破坏的土地恢复或重建至有益的用途,并使其生物能力得到恢复……最终的复垦土地利用方式应该满足当地的需要并与附近其他土地利用方式相适应。”前苏联《露天矿土地复垦》一书中指出:“土地复垦是指恢复破坏土地的生产效能和国民经济及改善环境条件为目标的各项工作之总和。”胡振琪(1997)认为土地复垦就是指对采矿等各种人为活动破坏的土地和各种人为及天然原因造成退化的土地,采取各种整治及弥补措施,使其因地制宜地恢复到可供利用的期望状态的活动或过程。焦华富等(1999)认为土地复垦是指对在生产建设过程中,因挖损、塌陷、压占等造成破坏的土地,采取整治措施,使其恢复到可供利用状态的活动。张绍良等(1999)对土地复垦的定义可以概括为:对地球表层的陆地部分(包括海洋滩涂和内陆水域)中,由于人为或自然营力原因遭到直接或间接破坏而丧失了原有利用价值的部分,采取各种技术和相关措施,使之恢复到可供人类持续、高效利用状态的行为。1988年国务院颁发的《土地复垦规定》对“土地复垦”的界定是:土地复垦是指在生产建设过程中,对因挖损、塌陷、压占等造成破坏的土地,采取整治措施,使其恢复到可供利用状态的活动。
有学者将土地复垦和生态重建联系起来讨论问题,如汤惠君(2004)认为土地复垦不仅是土地问题,也是环境问题;土地复垦的实质是既要恢复土地资源,又要重建生态平衡,生态重建是土地复垦的核心和目标,土地复垦和生态重建是土地和环境综合治理的系统工程。认为采矿不仅破坏土地资源,而且也带来了一系列如土壤质量下降、生态系统退化、生物多样性丧失、景观受到破坏等影响深远的环境问题。以土地破坏为核心的生态环境问题,已对工矿区人类的生存空间及社会经济的可持续发展构成巨大威胁。因此生态意义的复垦才是土地复垦的最终目的。土地复垦的实质是:既恢复土地资源,又重建生态平衡。它是人类寻求资源合理利用的必然结果;是促进土地保护与资源开采协调发展的重要环节(汤惠君,2004)。而学术界对于生态重建本身即有较大的争议,例如白中科等(1999)认为对采矿引起的结构缺损、功能失调的极度退化的生态系统,借助人工支持和诱导,对其组成、结构和功能进行超前性的计划、规划、安排和调控,同时对逐渐逼近最终目标这一逆向演替过程中可能出现的各种问题,进行跟踪评估并匹配相应的技术经济措施,最终重建一个符合代际需求和价值取向的可持续的生态系统即为生态重建。而张杰等(2002)认为生态重建是对采矿引起的土地功能退化、生态结构缺损等问题,通过工程、生物及其他综合措施来恢复和提高生态系统的功能,逐步实现矿区的可持续发展。龙花楼(1997)则认为生态重建是按照景观生态学原理,在宏观上设计出合理的景观格局,在微观上创造出合适的生态条件,把社会经济的持续发展建立在良好生态环境的基础上,实现人与自然的共生,它涵盖了复垦以外的社会、经济和环境的需要。美国生态重建学会1994年将生态重建定义为:“将人类所破坏的生态系统恢复成具有生物多样性和动态平衡的本地生态系统。其实质是将人为破坏的区域环境恢复或重建成一个与当地自然界相和谐的生态系统。”由此我们可以认为,土地复垦包含着生态重建的部分内容,但其研究目的显然与生态重建有着区别,所以二者最好不要混为一谈。
但是这并不妨碍土地复垦实践的大规模进行,在十几年的探索中,我国矿区土地复垦工作取得了较大进展,经历了从自发性零星复垦到自觉性有计划复垦、从单一型复垦到多形式复垦、从无组织到有组织、从无法可依到有法可依的巨大变化;土地复垦技术从“一平二挖三改造”的简单工程处理发展到基塘复垦、疏排降非充填复垦、煤矸石和粉煤灰等充填复垦、生态工程复垦和生物复垦等多种形式、多种途径、多种方法相结合的复垦技术体系,而且肩负着矿区持续发展、生态重建和协调矿产资源开发的重任(张绍良等,1999)。相关的理论探索也逐步深入,土地复垦是紧紧围绕破坏或退化的土地及其环境问题而展开的,其核心问题是破坏或退化土地的再生利用及其生态环境系统的恢复重建。破坏或退化土地的再生利用及其生态系统的恢复主要是确定合理的土地利用方向和生态系统结构(平面、垂直、时间和营养结构),优化土地复垦方法及恢复和提高土地生产力和生态环境容量的技术途径,这是土地复垦学的核心任务,其目的不仅仅是恢复土地生产力,而且恢复生态系统,实现经济、社会和环境的统一(胡振琪,1997)。从土地复垦的内容来看,它是利用生物的、工程的、化学的等综合技术措施,保护、恢复、建设和改善生态环境状况的一系列过程。
土地复垦受自然规律和社会经济规律的双重制约,所以土地复垦研究也以自然地理环境的地域分异规律、结构-功能理论、对应变换分析理论、人与自然相互作用系统的演变理论、系统学的熵理论、耗散结构理论、生态学的系统关联、生态平衡理论、土地经济学的土地利用原理、可持续发展理论等的融合作为其自身理论基础的生长点(张绍良和张国良,1999)。因此张绍良和张国良认为,土地复垦的基本理论包含如下四个方面:①土地破坏机理和破坏土地损失理论。具体内容有:破坏土地各要素的演替过程和演变规律;土地资源破坏的损失分析与评价;破坏土地的系统熵与非平衡状态方程;土地破坏形式与其产生背景的相互关联;破坏土地的生态经济量化评价理论等。②土地复垦的基本原理。包括仿自然原形原理、耗散结构原理、景观格局优化原理、多样性与异质性原理、因地制宜组合外部条件原理和人与自然协调与持续发展原理。③土地复垦的基本规律。包括微观和宏观两个基本层面。微观方面有:破坏土地的复垦可行性判别准则、土地复垦的阶段及其特征、复垦过程控制与优化、复垦土地正向演替机制等。宏观方面有:土地复垦的历史经验和教训、土地复垦的社会经济条件和法则等。④复垦土地持续高效利用理论。包括复垦土地经营管理的技术体系、生物复垦与土壤改良的行为模式和技术应用的环境效应等。不过持续高效利用土地的自然社会经济特征和可持续利用指标体系将成为该理论的核心。
从以上的综述可以看出,由于土地复垦是一个涉及多学科的新领域,因而在基本概念、名词术语、学科性质及体系、复垦模式等许多问题上尚未获得统一的认识,呈现零散、杂乱的状况,再加上我国土地复垦重工程实践,轻理论研究,参加研究的专家及领域还十分不足,因而使土地复垦的理论显得十分薄弱。
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