礦產(chǎn)資源的開采不可避免造成土地的挖損、塌陷和壓占，使耕地?fù)p失和生態(tài)環(huán)境惡化。隨著國家綠色發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施，礦山生態(tài)修復(fù)已經(jīng)成為綠色礦山發(fā)展的重要技術(shù)途徑，已經(jīng)成為研究熱點(diǎn)。

有關(guān)研究表明：現(xiàn)代土地復(fù)墾與生態(tài)修復(fù)技術(shù)研究的重點(diǎn)應(yīng)是土壤因素的重構(gòu)，而不僅僅是植被的建立，為使土地復(fù)墾與生態(tài)修復(fù)土壤達(dá)到最優(yōu)的生產(chǎn)力，構(gòu)造一個(gè)最優(yōu)的、合理的、穩(wěn)定的土壤物理、化學(xué)和生物條是進(jìn)行土地復(fù)墾和生態(tài)修復(fù)最基本的工作。因此，土壤是生命之基，是礦山生態(tài)修復(fù)成敗的關(guān)鍵。

由于土壤的形成需要經(jīng)過漫長的地質(zhì)成土過程， 且受到多種因素和不同地質(zhì)、地球化學(xué)等作用的影響。因此，快速成土就成為礦山生態(tài)修復(fù)中的重要任務(wù)。由于土壤形成是地質(zhì)作用的成土過程，因此，從地質(zhì)視角稱之為地質(zhì)成土。

在國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863 計(jì)劃）項(xiàng)目（2003AA322040）、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2020YFC1806505）和國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41771542）的支持下，筆者團(tuán)隊(duì)已有相關(guān)研究成果，因此本文中筆者目的是基于國內(nèi)外的礦山生態(tài)修復(fù)實(shí)踐，在總結(jié)、凝練團(tuán)隊(duì)以往研究的基礎(chǔ)上，以礦山生態(tài)修復(fù)中的成土為研究對(duì)象，試圖借鑒自然地質(zhì)成土原理，闡明成土的艱巨性、復(fù)雜性和長期性，將地質(zhì)學(xué)與土壤學(xué)相結(jié)合，提出礦山生態(tài)修復(fù)中(人工)地質(zhì)成土的概念與內(nèi)涵，探討其快速成土方法并給出實(shí)際案例，以期為礦山生態(tài)修復(fù)奠定基礎(chǔ)。

土壤是植物生長的重要基質(zhì)，是礦山生態(tài)修復(fù)成敗的關(guān)鍵。針對(duì)大多數(shù)礦山生態(tài)修復(fù)所面臨缺少土壤的現(xiàn)狀和土壤漫長的地質(zhì)成土過程的現(xiàn)實(shí)，試圖在闡述自然地質(zhì)成土原理的基礎(chǔ)上，探討礦山生態(tài)修復(fù)中的地質(zhì)成土(簡稱礦山地質(zhì)成土)的概念與方法。自然地質(zhì)成土是地質(zhì)大循環(huán)和生物小循環(huán)歷經(jīng)漫長時(shí)期將“巖石”變成“土壤”的過程，其中風(fēng)化、黏化、有機(jī)質(zhì)積聚以及元素的交換和遷移是重要的自然地質(zhì)成土過程。礦山地質(zhì)成土是指仿自然地質(zhì)成土過程，通過篩選礦區(qū)可利用的成土母質(zhì)或土壤材料，采用物理、化學(xué)和生物措施促進(jìn)土壤快速發(fā)育和熟化并在短期內(nèi)形成期望土壤功能、達(dá)到自我可持續(xù)發(fā)育狀態(tài)的過程，其實(shí)質(zhì)為人工造土。方法包含礦山地質(zhì)成土的需求分析、成土材料的篩選、土壤材料的組配和生物熟化 4 步驟。還闡述了礦山地質(zhì)成土與礦山復(fù)墾土壤重構(gòu)的關(guān)系。以內(nèi)蒙古某露天煤礦生態(tài)修復(fù)為例，詳細(xì)討論基于原始地層材料的露天礦表土的礦山地質(zhì)成土過程，篩選出原始第 3 層土壤作為新表土的最優(yōu)土壤材料組配與生物熟化方法；以礦山固體廢棄物為土壤材料，介紹利用自然地質(zhì)成土原理所構(gòu)造的煤基生物土的方法；同時(shí)對(duì)黃河泥沙基礦 山地質(zhì)成土在西部礦區(qū)生態(tài)修復(fù)中的應(yīng)用給予了展望。

圖1 自然地質(zhì)成土過程及其產(chǎn)物

圖2 礦山地質(zhì)成土過程

圖3 研究區(qū)地質(zhì)柱狀圖

圖4 紫花苜蓿生物量(地上部干重)

圖5 不同處理紫花苜蓿生物量

圖6 不同處理接種菌根后的植株生物量

圖7 煤基生物土野外場(chǎng)地植物長勢(shì)

表1 露天礦各層不同基質(zhì)粒度組成含量

表2 試驗(yàn)設(shè)計(jì) （單位：g·kg-1土）

（1）概念與內(nèi)涵

礦山生態(tài)修復(fù)的地質(zhì)成土（簡稱礦山地質(zhì)成土）是指仿自然地質(zhì)成土過程，通過礦區(qū)可利用的成土母質(zhì)或土壤材料，采用物理、化學(xué)和生物措施促進(jìn)土壤快速發(fā)育和熟化并在短期內(nèi)形成期望土壤功能、達(dá)到自我可持續(xù)發(fā)育狀態(tài)的過程?！暗V山地質(zhì)成土”就是“礦山人工成土”或“人工造土”或“造土”。

從地質(zhì)學(xué)視角，自然地質(zhì)成土的內(nèi)涵就是構(gòu)造土壤。土壤的漫長地質(zhì)成土過程是在各種地質(zhì)作用和地球化學(xué)與生物作用下，不僅形成了熟化的土壤，也形成豐富多彩的不同類型的土壤剖面結(jié)構(gòu)。

從礦山地質(zhì)成土的視角，其核心是將不同備選土壤材料，經(jīng)過物理化學(xué)和生物措施，在短時(shí)期形成期望的土壤，這也可稱之為 “造土”。

從礦山土地復(fù)墾與生態(tài)修復(fù)視角，自然地質(zhì)成土與土壤重構(gòu)二者目的和內(nèi)涵是一致的，都是重構(gòu)土壤。土壤重構(gòu)不僅需要各種不同功能、不同生態(tài)空間位的土壤，還需要科學(xué)合理的土壤剖面構(gòu)型。因此，礦山地質(zhì)成土是礦山生態(tài)修復(fù)土壤重構(gòu)的一部分，是其基礎(chǔ)和首要任務(wù)。

（2）方法與步驟

按照仿自然地質(zhì)成土的理念，礦山生態(tài)修復(fù)地質(zhì)成土方法主要包括4個(gè)步驟：

·需求分析

礦山地質(zhì)成土前，需要充分調(diào)查了解礦山土壤損毀現(xiàn)狀和采礦前原始土壤狀況，分析礦山土壤損毀特征并評(píng)價(jià)其損毀程度，基于客觀條件和區(qū)域發(fā)展需求，找出礦山土壤存在的問題和差距，提出礦山生態(tài)修復(fù)對(duì)土壤的要求，并確定礦山地質(zhì)成土的目標(biāo)。

·材料篩選

基于自然地質(zhì)成土母質(zhì)的重要性和土壤發(fā)育的長期性，需要充分利用礦山已經(jīng)擁有的熟化土壤和各種可能的成土材料（也可稱之為備選土壤材料）。備選土壤材料既包括原始土壤、損毀土壤，也包括礦山的固廢如風(fēng)化煤、煤矸石、粉煤灰等以及河湖淤泥、城市垃圾等。備選土壤材料篩選應(yīng)遵循以下原則：

①需求原則

②成土材料質(zhì)量原則

③綠色生態(tài)原則

④成本效應(yīng)原則

·材料組配

需要根據(jù)修復(fù)方向的不同，仿照自然的土壤類型選用合理的材料進(jìn)行試驗(yàn)確定組配關(guān)系礦山地質(zhì)成土的材料組配過程主要是仿自然地質(zhì)作用，進(jìn)行成土土壤材料的多源組合。將占比大且起骨架作用的材料稱之為基質(zhì)材料，將各種調(diào)節(jié)質(zhì)地、營養(yǎng)等改良材料稱之為輔助材料。因此，地質(zhì)成土材料的組配就是基質(zhì)材料加輔助材料。材料組配的最佳比例，需要通過物理化學(xué)分析以及盆栽試驗(yàn)加以研究確認(rèn)。

·生物熟化

不同的成土材料，需要接種不同的菌類、種植不同的植物等，應(yīng)具體問題具體分析。任何材料的篩選都需要通過室內(nèi)室外實(shí)驗(yàn)來確定最優(yōu)的種群和適宜的密度。通過2~3年的生物熟化，地質(zhì)成土基本達(dá)到礦區(qū)周邊土壤條件，并達(dá)到自我可持續(xù)發(fā)育狀態(tài)。