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    从废弃地到优质地:城郊白垩土矿业废弃地的生态恢复与景观重建

    关键词:风景园林;白垩土;矿业废弃地;生态恢复;景观重建

    Key words:landscape architecture; chalk; mining abandoned land; ecological restoration; landscape reconstruction

    摘要:白垩土矿业废弃地对生态环境造成了严重的破坏,生态恢复和景观重建是废弃地环境治理的有效方法。将低碳节约、低影响开发、循环利用等技术和常规技术相结合,对位于中国河南省新乡市郊区的一处白垩土矿业废弃地进行了生态恢复和景观重建。通过对大气环境、土壤环境、地形环境、水环境和植被环境的生态恢复以及对功能布局和场地风貌的景观重建,使该废弃地成为集生态保护、林果生产、休闲旅游、科普教育等功能为一体的园区。该项目为城郊白垩土矿业废弃地的生态恢复与景观重建提供了一种可行性强的治理模式。

    Abstract:The chalk mine land caused serious destruction of ecological environment, and ecological restoration and landscape reconstruction is an effective method for environmental governance of abandoned land. This article combines techniques such as low carbon and low impact development, recycle technology and conventional techniques and applies these techniques into the ecological restoration and landscape reconstruction of a chalk mine land in the suburb of Xinxiang City, Henan Province, China. Through the ecological restoration to the atmospheric environment, soil environment, terrain environment, water environment and vegetation environment and landscape reconstruction to the function layout and space features, the wasteland becomes a park with functions of ecological protection, fruit production, leisure tourism and popular science education. The model provides a feasible model for ecological restoration and landscape reconstruction of chalk mine land in suburb.

    内容:中国的工业近年来发展迅速,促进了国民经济的发展。然而资源是有限的,长时间的开采必然导致资源枯竭。新的生产、运输、通讯等技术的出现促进产业结构不断调整;高科技、新型低碳、环保、节能工业的出现都对传统工业构成了挑战;城市的更新节奏加快,城市产业结构的不断调整推动了城市用地结构的调整,造成城市中相应的功能区域出现衰退,这些变化导致了工业废弃地的产生[1]。矿业废弃地是工业废弃地中所占比重较大的类型,通常是指采矿活动所破坏和占用、非经整治而无法使用的土地,包括裸露的采矿岩口、废土(石、渣)堆、煤矸石堆、尾矿库、废弃厂房等建筑用地,地下采空塌陷地及圈定存在采空塌陷隐患的荒废地等[2]。矿业对国家的经济建设、社会发展和人民生活都具有重要意义,然而开采必然导致资源的消耗和生态环境的破坏。截至2009年,中国开矿造成的废弃地面积约为288万hm2,得到治理的仅25%,因此,中国在矿业废弃地治理上还有大量的工作要做。如何科学、有效地处理此类土地的问题也成为城市发展中所面临的难题。发达国家较早经历了工业化阶段,积累了丰富的废弃地治理经验。大量风景园林师参与废弃地环境治理后,为工业废弃地的治理提供了新的思维模式[3]。例如美国西雅图煤气厂的改造[4],德国鲁尔工业区的再开发[5]和以色列特拉维夫垃圾场改造等,都使废弃地重新焕发出活力。中国的风景园林师也积极投入到废弃地的治理工作中。例如上海的一处矿坑被改造成精致的、有特色的修复式花园,河北唐山的一处采煤塌陷区被改造为以水景为特色的生态公园[6]。中国建立的国家和省级矿山公园以矿业遗迹景观为主题,展示了矿业发展的历史和文化,成为独特的旅游和科普教育场所[7]。这些成功的案例都为矿业废弃地的改造提供了宝贵的经验。

    1  白垩土矿业废弃地的环境特点及治理难题
    1.1  白垩土矿业废弃地的环境特点
    中国正经历着世界上最大规模的城市化,城市建设导致建材的需求剧增。长期以来,水泥作为一种重要的胶凝材料,广泛应用于建筑、市政、水利、国防等工程,需求量极大。受运输成本的影响,水泥多在当地生产,原材料获取也多是就地取材。白垩土是一种石灰质原料,质地松软、易于开采、破碎和粉磨。纯度较高的白垩土碳酸钙含量可达90%以上,是制造水泥的优质原料。然而,白垩土矿石开采后会对生态环境产生较大的破坏:表土被剥离,丧失生物生产力,并导致严重的粉尘污染;植被遭到破坏,生物多样性低;地表凸凹不平,难以耕作;白垩土土质黏度大,吸水能力差,场地的水土涵养能力低导致水分流失严重。
    1.2  白垩土矿业废弃地的治理难题
    白垩土矿业废弃地的环境问题一直是治理实践中的难题,通常采用将场地平整和覆土后恢复种植的方法,但是可行性较差,主要是由于:工程量大,平整和覆土产生较大的工程量,消耗大量的能源和土壤资源;费用较高,只能依赖政府投资,无法吸引民营资本投资。因此,研究可行性强的白垩土矿业废弃地生态恢复和景观重建方法十分重要。生态恢复一般泛指改良和重建退化的生态系统,使其重新有益于利用。其目标是通过人工设计和恢复措施,在受干扰破坏的生态系统的基础上,恢复和重新建立一个具有自我恢复能力的健康的生态系统[8]。景观重建是指根据场地的发展目标和现状条件构建场地的空间布局,恢复自然生态平衡和环境承载力的同时形成一定的景观风貌[9]。将低碳节约、低影响开发[10]等理念和技术应用于白垩土矿业废弃地的环境治理具有广阔的前景。

    2  河南新乡市一处白垩土矿业废弃地的治理实践
    2.1  基址概况
    该白垩土矿业废弃地位于中国河南省新乡市凤泉区近郊,面积约37hm2(图1)。新乡市由于具有丰富的矿产资源而成为河南省北部地区最大的建材生产基地。该废弃地的主要成分是白垩土,多年的开采导致生态环境破坏严重,对周边的生产和居民的生活造成了严重的影响(图2)。凤泉区(原名北站区)原来的城市职能定位是独立工业区。2004年,根据国务院下发的国函[2003]134号文件,其城市职能调整为旅游开发区,这就对改善生态环境提出了更高的要求。凤泉区境内的矿业废弃地约有500hm2,基本上形成于20世纪90年代,但多年来由于政府难以承担高昂的费用而无法得到治理。因此,政府开始尝试市场化的治理道路,将废弃地以极其低廉的价格承包给私营业主进行治理开发。2002年,该废弃地进行了总体规划并制订了详细的生态恢复和景观重建方案。
    2.2  治理方法
    2.2.1  治理定位
    SWOT分析是一种战略研究与竞争分析方法[11]。将该方法应用于废弃地的环境治理中,可以用来确定废弃地自身的优势(strength)、劣势(weakness)、机会(opportunity)和威胁(threat),从而将废弃地的治理战略与废弃地的内部资源、外部环境有机地结合起来。通过SWOT分析(表1),该白垩土矿业废弃地占有土地资源并且靠近城区,具有较高的潜在利用价值[12]:经过合理的治理后可以重新恢复生物生产力,进行农业、林业种植以及渔业畜牧养殖并发展休闲农业旅游;具有独特的景观美学和科普教育价值。因此,对该城郊白垩土矿业废弃地的治理定位是:通过市场化途径,引入民营资本进行治理,形成新乡市的休闲生态农业园区和科普教育基地。
    2.2.2  治理阶段
    白垩土矿石废弃的环境治理是一个长期的过程,需要合理组织工程进度。通过治理阶段的合理分配,使不同的项目之间相互促进和相互融合,形成生态环境良好、景观优美的能够可持续发展的园区(表2)。
    2.2.3  技术应用
    治理中将基于先进理念的方法与技术与常规的方法和技术相结合:先进理念和技术主要体现在雨水资源收集与利用、生态循环利用和自然恢复利用上;常规技术主要包括关闭污染源、覆土、换土、施肥、节水灌溉等。
    2.3  生态环境恢复
    大气环境:2000年,该废弃地及其周边环境中的粉尘含量超过国家标准中允许最高值的3倍,对居民的健康造成严重影响。随着旅游区的建设以及南水北调工程的建设,政府自2004年开始逐步关停了火电厂、水泥厂、碎石场等污染性厂矿企业,并对运输车辆进行了限制。至2008年,粉尘含量已经恢复到正常水平,主要的污染物也都达到国家标准要求。
    土壤环境:该废弃地开采中土壤表层被完全剥离,几乎完全丧失了生物生产能力。生态环境恢复必须有能够种植的土壤,但是土壤的自然恢复过程十分漫长,需要人工干预。因此,采用1m×1m×0.9m规格局部换土的方法达到植物生长的基本要求,换土的同时置入熟化鸡粪等有机肥料以改良土壤的养分和物理结构,使其更加有利于植物生长(图3a)。部分陡峭处覆土厚度约0.2m以栽植护坡植物(图3b)。
    地形环境:该废弃地开采中对地表造成了严重的破坏,场地中的最大高差达15m左右。恢复中根据坡度进行了分级处理。地势较为平坦处进行平整后用作农林种植,地势陡峭处基本维持原貌或进行覆土后种植地被植物。
    水环境:白垩土土质黏性大,水土涵养能力差,水资源流失严重。恢复中将低影响开发的理念融入水环境改善:对低洼处进行扩大形成集雨塘进行渔业养殖(图3c);改造地形,将雨水汇集后引入集雨塘,雨水不足时采用地下水进行补给。
    植被环境:由于废弃地即使在覆土后能够供植物生长的环境条件依然恶劣,因此,恢复中应选择具有耐瘠薄、抗旱、耐盐碱的植物种类。2002—2003年,在废弃地中进行了植被的筛选实验,共引入植物种类大约60种,均为3年生的苗木,观察其成活率和生长势。最后,筛选出毛白杨、国槐、泡桐、栾树、圆柏、枫杨、合欢、臭椿、乌桕、女贞、木槿、黄杨、丁香等适宜性较强的园林苗木和苹果、梨、桃、樱桃、枣、柿子等适宜性较强的果树。
    经过12年的生态环境恢复,园区目前生态环境良好:空气的能见度高,土壤生物生产力得到恢复,水源充足,植被覆盖率高(图4)。
    2.4  景观环境重建
    功能分区:该废弃地的定位是建设成为集生态保护、林果生产、农业休闲旅游、科普教育等功能为一体的园区。园区划分为:果树生产区、渔业养殖区(休闲垂钓区)、科普教育区、餐饮娱乐区和牲畜养殖区共5个区。根据功能分区,果树种植区采用立体种植的方式,套种紫薯、花生等经济作物以及西瓜、甜瓜等瓜类,增加经济收入的同时减少病虫害和抑制杂草。充分利用果园空间,部分果园散养家禽,通过种养结合形成生物链以实现综合效益。果园使用养殖区产生的沼液和沼渣作为有机肥料;渔业养殖区兼顾水产养殖和休闲垂钓活动,使用发酵后的禽畜粪便肥化养殖水,降低养殖成本;科普教育区采用对比的方式对公众进行科普教育;餐饮娱乐区提供具有当地特色的传统美食,增加经济收入;牲畜养殖区采用标准化养殖场养殖肉牛和猪,供应当地市场。
    景观风貌:该废弃地的景观风貌定位是兼顾自然与文化特色,保留自然山水景观,强化工业遗迹景观并增加农业田园景观。自然山水景观是中国人喜爱的景观类型,尤其是在以平原为主的新乡地区。在该废弃地原有地形的基础上进行改造,将大小池塘连接成链状,形成自然风貌;该废弃地的工业遗迹景观是一种特殊的景观类型,通过保留园区紧邻的水泥制造厂房和设备,强化场地的工业历史信息。一方面通过强烈的景观对比加深公众的景观印象,另一方面通过科普教育增加公众对生态环境的保护意识;农业生产是维持可持续发展的重要内容,景观重建中将园区内果园和其他景观元素形成斑块交错景观格局。一方面,通过农业生产获得部分经济收入,产品可供给园区的餐厅使用或者销售至当地市场,平衡园区建设的资金投入;另一方面,生产性景观可供游客参与和体验,满足回归田园的心理需求(图5)。

    3  结语
    白垩土矿业废弃地较难治理,引入市场化治理是未来废弃地治理的重要途径。治理中应结合废弃地的具体条件进行合理规划,并融入低碳节约、低影响开发、循环利用等技术与方法。对位于城市近郊的废弃地,可以尝试进行休闲游憩开发。本研究中通过对大气环境、土壤环境、地形环境、水环境和植被环境的生态恢复以及对功能布局和场地风貌的景观重建,使该废弃地成为集生态保护、林果生产、休闲旅游、科普教育等功能为一体的园区(图6),为城郊白垩土矿业废弃地的生态恢复与景观重建提供了一种可行性强的治理模式。

    注:文中图片除注明外,均由作者拍摄。