廣西泗頂鉛鋅礦區(qū)生態(tài)恢復(fù)與重建研究

郭維君，陳學(xué)軍，崔曉艷

(1.重慶地質(zhì)礦產(chǎn)研究院，重慶 400042；2.重慶市國土資源和房屋管理局礦產(chǎn)地質(zhì)與環(huán)境地質(zhì)重點實驗室，重慶 400042；3.煤炭資源與安全開采國家重點實驗室重慶研究中心，重慶 400042；4.桂林理工大學(xué) 土木與建筑工程學(xué)院， 廣西 桂林541004)

隨著我國新一輪的經(jīng)濟快速發(fā)展，礦山資源需求量的增加，將加速礦產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，顯著加大對環(huán)境的壓力。據(jù)統(tǒng)計，目前廣西有各類礦山6800座，累積固體廢物排放量6614萬t，廢棄地7576ha[1]。礦產(chǎn)資源開采是迄今最大規(guī)模改變地球表面景觀和破壞地表生態(tài)系統(tǒng)的有組織的人類活動[2]。礦山環(huán)境經(jīng)過采礦、選礦等過程，礦山土壤往往肥力低下，微生物含量低、重金屬污染問題突出，形成了極端的生態(tài)環(huán)境，給生態(tài)恢復(fù)重建帶來很大的困難。若任由采礦廢棄地依靠自然演替恢復(fù),可能需要 100～1 000年[3]。因此,必須采取人工協(xié)助手段進行恢復(fù)。泗頂鉛鋅礦區(qū)原屬國有大中型礦山，為我國的經(jīng)濟的發(fā)展作出了巨大的貢獻。目前，中心地帶已經(jīng)開采完畢，礦區(qū)邊緣尚有零星余礦仍在開采。目前，礦山環(huán)境地質(zhì)問題主要有：①景觀破壞，山坡面采礦槽、采礦坑、土堆相問分布，采礦后地面最大高差達20～30 m，變成坑洼不平的荒山荒坡。②由于疏干排水引起地下水大幅下降 ,導(dǎo)致部分飲用水井干涸 ,水資源大量減少。③土地資源的破壞。據(jù)不完全統(tǒng)計,泗頂河兩側(cè)一帶,該區(qū)已發(fā)生大小地表塌陷1024處,造成原泗頂鎮(zhèn)房屋出現(xiàn)大面積裂縫 ,不得不整體搬遷。④土壤、水體污染。由于大量尾礦渣石的流失和選、 冶之后的尾礦砂不時侵溢,造成礦區(qū)部分溝谷、水塘被填埋、 堵塞 ,水質(zhì)被污染。造成土地質(zhì)量下降 ,農(nóng)業(yè)減收。影響人口數(shù)千人。本文對礦區(qū)土壤重金屬含量進行調(diào)查和分析，探討其生態(tài)恢復(fù)的可行性,以及根據(jù)礦區(qū)存在的地質(zhì)環(huán)境問題，提出環(huán)境恢復(fù)治理對策措施，為我國金屬礦山復(fù)墾及環(huán)境恢復(fù)治理提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料樣品與分析方法

將土壤樣品進行風(fēng)干，去除雜質(zhì)，粉碎混勻，過100目尼龍篩,在105～110℃的烘箱中烘至恒重，測其水分含量。烘干后以備測定pH值、EC、TN、TP、有機質(zhì)、重金屬含量等。土壤pH值采用電位法，用pHs-3C型精密pH計測定；土壤電導(dǎo)率采用電導(dǎo)法，用DDS-11C型電導(dǎo)率儀測定。土壤有機質(zhì)采用重鉻酸鉀容量-稀釋熱法測定，土壤全氮用半微量凱氏定氮法測定，土壤全磷用NaOH-鉬銻抗比色法測定。土壤重金屬含量的測定，需土壤樣品經(jīng)混合酸[HCl(濃) +HNO3(濃)+HF+HClO4]消解后，用原子吸收分光光度計測定。

2 結(jié)果及分析

通過對礦區(qū)土壤檢測發(fā)現(xiàn)，pH值 5.5～6.5,有機質(zhì)1.5%～2% ,全氮 0.075%～0.1%,全磷 0.06%,全鉀0.8%,土壤肥力屬中等偏低水平。礦區(qū)土壤重金屬含量表明，礦區(qū)周邊土壤重金屬離子按平均含量大小排序為：Zn>Pb>Mn>Cu>Cr。7個采樣區(qū)土壤中重金屬含量均超過廣西和全國土壤背景值，且Zn、Pb的含量遠高于土壤質(zhì)量三級標準，分別是土壤質(zhì)量三級標準的28.3、10.1倍。Pb的含量在3區(qū)最高，為16 841mg.kg-1，為土壤三級標準值的33.6 倍；Zn最高含量出現(xiàn)在4區(qū)，為72 564mg.kg-1，為土壤三級標準值的145倍；Cu、Cr的最高值出現(xiàn)在3區(qū)，但未超過土壤環(huán)境質(zhì)量二級標準。從整個礦區(qū)土壤污染情況來看，總的趨勢是：未開采區(qū)<恢復(fù)區(qū)<尾礦壩。據(jù)王敬國[4]對土壤中植物營養(yǎng)元素的分析發(fā)現(xiàn)，土壤中w/Fe、w/Mn的適中標準分別為25×10-3～100×10-3和0.17×10-3～1.2×10-3。因此,本礦區(qū)土壤未受到Fe、Mn的污染。從以上可以看出，總體上礦區(qū)土壤中養(yǎng)分含量較低,經(jīng)過土壤基質(zhì)改良，還適合一般林木、果樹生長，但必須注意Zn、Pb污染土壤對農(nóng)業(yè)恢復(fù)的影響。

3 礦山環(huán)境恢復(fù)治理對策

礦山環(huán)境恢復(fù)治理又稱為礦山復(fù)墾，是指將礦區(qū)內(nèi)被破壞的土地采取整治措施，使礦山土地恢復(fù)到破壞前的狀態(tài)，或者恢復(fù)到可供利用的水平。礦山環(huán)境恢復(fù)治理主要是生態(tài)恢復(fù)，生態(tài)恢復(fù)是指對礦山環(huán)境進行改建等措施，使礦山生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)必要的結(jié)構(gòu)和功能,并使系統(tǒng)能夠自我維持[2]。主要包括三方面的內(nèi)容：礦山工程復(fù)墾、污染土壤治理與植被恢復(fù)、目標生態(tài)系統(tǒng)重建。

3.1 礦山工程復(fù)墾

礦山工程復(fù)墾主要為礦山植被恢復(fù)前期處理、在礦山目標生態(tài)系統(tǒng)建立之前，需要做礦山環(huán)境治理工程規(guī)劃。工程規(guī)劃主要遵循樹立科學(xué)的發(fā)展觀 ,堅持以造地為主要目標 ,同時兼顧綠化和排土利用的原則。根據(jù)復(fù)墾土地的土壤、 水資源、 地貌及當(dāng)?shù)貧夂颉?水文等自然條件 ,宜農(nóng)則農(nóng) ,宜林則林 ,宜草則草 ,選擇具有最小投入、最佳經(jīng)濟效益和社會效益的利用方向。

工程治理主要包括三方面的內(nèi)容：①場地修整；②地質(zhì)災(zāi)害治理；③土壤基質(zhì)肥力改善。場地修整是對礦區(qū)三大場地：采場、排土場、尾礦場等進行處理。對于采場山坡面采礦槽與排土場應(yīng)盡量減小邊坡坡角，減小地質(zhì)災(zāi)害及水土流失；對于尾礦壩，應(yīng)切實做好壩體的安全防護以及防滲排水問題。對于區(qū)內(nèi)的巖溶塌陷坑，應(yīng)根據(jù)用地功能的不同而選擇不同的治理方法，若該處地塊應(yīng)用于建筑用地，應(yīng)將溶洞口用塊石封閉，然后用混凝土澆灌，封閉好洞口,最后用黏土分層壓實[5]。同時，對建筑基地周圍用帷幕灌漿切斷建筑地塊和周圍水力聯(lián)系，防止巖溶塌陷的再次發(fā)生。在對農(nóng)業(yè)用地和果林復(fù)種用地的塌坑回填時，也可以先對河道進行清淤，待淤泥晾干后回填部分塌坑，既解決了黏土不足的問題，同時還防止地表水下滲，防止巖溶的發(fā)展。通過以上對泗頂?shù)V區(qū)肥力檢測發(fā)現(xiàn)，土壤肥力很低，必須進行土壤基質(zhì)改良。土壤肥力基質(zhì)改良有很多方法，一般依據(jù)成本較低、簡單易行、就地取材、安全環(huán)保等原則進行。基質(zhì)的改良有助于土壤微生物的生長，同時對植物根的生長活性有一定的影響。張學(xué)洪等[6]發(fā)現(xiàn)，在營養(yǎng)液條件下培養(yǎng)的李氏禾，對Cu的富集系數(shù)可以達到最大。從下面總結(jié)一些鉛鋅礦區(qū)的土壤基質(zhì)改良中可以看出，運用上述方法對土壤的改良，均達到了很好的效果。在運用生活垃圾與污泥等改良土壤時，應(yīng)切實注意生活垃圾和污泥的性質(zhì)，防止產(chǎn)生二次污染。

3.2 廢棄地植被恢復(fù)

廢棄地植被恢復(fù)主要包括兩個方面的內(nèi)容：污染土壤治理、植被恢復(fù)。通過以上對7個小區(qū)的土壤檢測發(fā)現(xiàn)，7個小區(qū)的金屬離子含量較高，土壤已經(jīng)受到嚴重的Pb、Zn污染，植被稀疏，作物很難生長。目前，現(xiàn)階段國內(nèi)污染土壤治理法主要有覆土法、物理和化學(xué)處理法、生物處理法等; 國外采用的較先進方法, 主要有固定法、提取法、生物降解法、動電修復(fù)法、熱解吸法等等。

近年來,植物修復(fù)技術(shù)方法,由于其原位修復(fù)、成本低、不造成二次污染等多種優(yōu)勢,而成為國際范圍的研究熱點。Cunningham[11]對利用各種技術(shù)治理一塊4.86ha鉛污染土地的成本進行了估測比較(美元)：挖掘填埋法,1200萬元；化學(xué)淋洗法，6300萬元；客土法，60萬元；植物提取法，僅為20萬元。植物穩(wěn)定修復(fù)是利用某些植物對金屬離子的超富集作用，將礦區(qū)土壤中的重金屬離子固定吸收，將植物進行妥善處理，達到污染治理與生態(tài)修復(fù)的目的[12],包括植物固定、植物提取、根際過濾、植物揮發(fā)等。由于本礦山3、4區(qū)污染比較嚴重，可以考慮采用物理或者化學(xué)法進行局部治理。目前，用于Pb污染土壤治理的超富集植物主要有：酸模[13]、土荊芥[14]、魯白[15]、印度芥菜[16]等，用于Zn污染土壤治理的超富集植物主要有：東南景天[17]、大葉相思[18]、印度芥菜[16]等。文獻[19]發(fā)現(xiàn)，利用蜈蚣草修復(fù)萃取Pb—Zn—Cu—As等復(fù)合污染土壤有重要的意義。另外還發(fā)現(xiàn)，密蒙花具有生物量大，同時對Pb也具有較大的富集作用，可以作為Pb污染土壤修復(fù)的先鋒物種。

3.3 目標生態(tài)系統(tǒng)重建

目標生態(tài)系統(tǒng)重建是項技術(shù)性很強的工作，在進行礦區(qū)廢棄地生態(tài)重建時 ,要依據(jù)礦山巖土性質(zhì)、 區(qū)域自然與社會經(jīng)濟特點以及區(qū)域發(fā)展方向等，來確定生態(tài)重建的最終目標。目前，礦區(qū)廢棄地目標生態(tài)系統(tǒng)重建，主要有重建為耕地、林地、牧業(yè)用地、旅游休閑用地等幾種形式[20]。文獻[21]將泗頂?shù)V區(qū)恢復(fù)分為3個地塊，居民住宅用地開發(fā)區(qū)(A區(qū))、農(nóng)業(yè)用地和果林用地開發(fā)區(qū)(B區(qū)和C區(qū))。在對污染土壤進行修復(fù)時，既要選擇超富集植物對污染地塊進行修復(fù)，同時應(yīng)選擇對重金屬具有排斥作用的農(nóng)作物或者經(jīng)濟作物，即：對植物由于某種原因不吸收重金屬,以此來抵御重金屬毒害, 被認為是最佳方式[22]，這樣污染土壤既能被修復(fù)，同時也能產(chǎn)生經(jīng)濟效益。文獻[19]發(fā)現(xiàn)，污染較輕的6、7區(qū)的經(jīng)濟作物稻米、白菜等的重金屬含量遠高于食品限制衛(wèi)生標準，不宜食用。因此，需加大具有回避機制的作物，果蔬類物種篩選，保證食用安全。

4 產(chǎn)生的效益及展望

通過對泗頂?shù)V區(qū)的土壤采樣、實驗分析、工程治理、目標生態(tài)系統(tǒng)建立，被破壞的土地得到了整治，極大的改善了周圍的生態(tài)環(huán)境，緩解了土地緊張的狀況，密切了群眾與地方的聯(lián)系，為同類型的礦山環(huán)境恢復(fù)提供了理論指導(dǎo)和實踐經(jīng)驗。在以后的工作中，可以考慮從以下方面著手：

(1)目前僅對礦山的表土層進行采樣，采樣深度為0～20cm，由于礦山排土場、尾礦庫土層厚度比較大，且結(jié)構(gòu)松散，土壤的過濾能力弱，因此，不能完全表征土壤的污染規(guī)律。建議對污染程度較大的礦山，在小區(qū)上進行深度采樣，以分析污染物在深度上的分布規(guī)律。

(2)大力加強超富集植物的篩選，篩選出富集能力強、生長快、易于繁殖和培養(yǎng)的可用于植物修復(fù)的理想的植物，同時利用基因工程發(fā)培養(yǎng)出出高產(chǎn)、高效和可富集多種重金屬的轉(zhuǎn)基因植物，克服天然超積累植物生長慢、生物量低和適應(yīng)環(huán)境能力差等不足。

(3)加強具有重金屬排斥性作物的篩選，對不同地域的同類型礦山作物、果樹等進行重金屬含量檢測，篩選出可食部分重金屬含量低、生命力強、產(chǎn)出大的作物。

(4)加強礦區(qū)土壤對重金屬離子的吸附、遷移修復(fù)機制研究，分析重金屬離子在土壤中的遷移演化規(guī)律，同時加強礦區(qū)地下水動力學(xué)作用研究，控制重金屬的污染范圍，尤其在廣西這種地質(zhì)環(huán)境薄弱、巖溶發(fā)育較強的地區(qū)是非常有必要的。

[1] 政協(xié)廣西壯族自治區(qū)委員會提案，2003.

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