人工造林对复垦深部煤矿矿渣堆中技术壤土性质的影响

为何老旧采矿堆仍然重要

在世界各地，煤矿留下了大量灰色、看似无生命的岩石和土堆。然而，这些废弃堆不仅是景观上的伤痕——它们也可能成为新的森林，能够储存碳、净化水源并支持野生动植物。本研究来自波兰南部，提出了一个务实的问题：当我们试图将这些荒凉堆体变成绿色空间时，哪种基于树木的修复方式最有助于重建健康的土壤？

三种造林路径

研究人员聚焦于上西里西亚煤田盆地的一处大型煤炭废渣堆，那里采矿废物形成了陡峭、干燥、多石且土壤极差的坡面。在过去几十年中，堆体的不同区域走上了不同的恢复路径。在一些地段，植物在裸露岩石上逐渐自然定殖，这一过程称为裸渣自然演替。另一些区域先覆盖了一层外运表土然后让自然演替继续。第三类区域则在铺上表土后主动种植选定的树种。通过并列比较这三种方法，研究团队得以观察每种方法如何改变地表下的土壤。

仔细检视脚下的土壤

为了衡量土壤恢复情况，科学家在堆体上分布的30个小样地中采集了表层10厘米的土样。他们检测了土壤的致密度或疏松性、持水能力以及砂、粉砂和粘土的含量。还分析了对植物生长重要的养分，如氮、钙、镁、钾和硫。最后，他们不仅测定了土壤有机碳的总量，还考察了碳的储存形式——或以松散、易被分解的形态存在，或以附着在矿物表面或被微小土壤团聚体保护的更稳定形式存在。

土壤结构、含水性与养分

三种修复途径产生了明显不同的土壤特征。在未添加表土且由植物自然定殖的裸渣区域，土壤仍以砂质和酸性为主，但出人意料地具有高孔隙度，意味着颗粒间有大量空隙。这种孔隙度有利于空气在土壤中流通，但疏松的材料不利于蓄水。在添加了表土并主动种植的区域，土壤变得更致密且更善于保持水分——这要归功于更细的颗粒和更多的有机质。这些种植区也含有更多的氮、钙和钾，这些都是促进植被生长的重要养分。相比之下，裸渣自然演替区含有较多的硫和镁，反映了采矿废物中富含硫和含镁矿物的分解过程。

重建土壤中的碳如何被储存

土壤中的碳并非完全相同。有些以松散的新鲜植物碎屑形式存在，微生物可以迅速分解；其它部分被锁在微小团聚体内或附着在矿物表面，因而能保持多年。在裸渣自然演替地块中，土壤含有更多松散的“自由”碳组分，可能来自尚未完全分解的细根和表层凋落物。而在有表土且被种植的区域，更多碳以受保护的形式存在，表明这些地点正在建立更持久的碳库。有趣的是，当把所有组分相加时，三种方法的土壤总碳含量相似——差别在于碳被保存的稳固程度。

这对矿区复垦意味着什么

对土地管理者来说，结论是没有一种万能配方，每种策略都有明确的权衡。让自然在裸渣上自行恢复成本更低，能产生多孔土壤并带来新鲜的有机输入，但养分仍然有限且大量碳以脆弱、易流失的形式存在。添加表土并主动种树需要更多资金、劳动力和物料，但能形成更能蓄水、保留养分并长期稳定碳的土壤。那些添加表土但让自然演替继续的区域仍可显著恢复，有时与人工种植区相似。在选取方案时需考虑当地预算、可用表土量，以及主要目标是快速绿化、长期碳储存、更好的水分管理，或三者的平衡。

引用: Pietrzykowski, M., Misebo, A.M., Woś, B. et al. Effects of afforestation on Technosol properties in reclaimed hard coal deep mining spoil heaps. Sci Rep 16, 6933 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-37992-z

关键词: 采矿后生态修复, 人工造林, 土壤健康, 碳储存, 煤矿渣堆