大寶山礦區(qū)生態(tài)恢復(fù)的基本思路與途徑

摘 要：大寶山礦因長期采礦等干擾破壞，使原生植被被破壞殆盡，形成了大面積的礦山廢棄地，導(dǎo)致生態(tài)退化和環(huán)境污染，嚴(yán)重制約了當(dāng)?shù)丨h(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。根據(jù)大寶山礦區(qū)現(xiàn)狀調(diào)查，土壤性質(zhì)及水土流失是制約采礦廢棄地生態(tài)恢復(fù)的關(guān)鍵因素，并提出了通過客土與土壤改良、水土流失防治、植被恢復(fù)以及跟蹤監(jiān)測與評價等步驟為加速大寶山礦區(qū)生態(tài)恢復(fù)的基本思路與途徑，以期為礦區(qū)生態(tài)恢復(fù)提供參考。

關(guān)鍵詞：大寶山礦；土壤；水土流失；生態(tài)恢復(fù)

中圖分類號 X171.4 文獻標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-7731（2013）22-80-03

大寶山礦地處廣東曲江、翁源兩縣交界處，位于東經(jīng)l13°40′～113°43′，北緯24°30′～24°36′，主礦體為褐鐵礦、銅硫礦等多金屬共生或伴生礦體，是廣東省露天開采的大型多金屬礦礦山，也是我國南方鋼鐵工業(yè)和有色金屬工業(yè)的重要原料基地，始建于1958年，至今已有50多年歷史。礦區(qū)地處亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，全年溫暖多雨，年平均氣溫16.8℃，多年平均降雨量為2 083.5mm。礦區(qū)內(nèi)表層巖石風(fēng)化強烈，地帶性土壤類型為紅壤，隨海拔高度增加而逐漸演替為山地黃壤。地帶性植被為典型常綠闊葉林，組成本區(qū)植被的上層喬木多以樟科、山茶科、殼斗科等的一些種類為主，灌木層則多為山茶科、紫金?？?、茜草科等的一些種類，草本植物則以蕨類為主。由于長期采礦等干擾破壞，礦區(qū)原生植被已被破壞殆盡，形成了大面積的礦山廢棄地，導(dǎo)致生態(tài)退化和環(huán)境污染[1-3]，嚴(yán)重制約了當(dāng)?shù)氐目沙掷m(xù)發(fā)展。筆者在以往科研工作者[4-9]探索研究的基礎(chǔ)上，從設(shè)計角度試圖為礦山廢棄地生態(tài)恢復(fù)工作提供指導(dǎo)。

1 礦區(qū)生態(tài)影響分析與生態(tài)恢復(fù)限制性因素識別

1.1 采礦過程生態(tài)影響分析 礦區(qū)生態(tài)退化過程與采、選礦工藝直接相關(guān)，不同礦種開采工藝對生態(tài)環(huán)境的影響不同。大寶山礦區(qū)鐵礦采用露天穿孔爆破開采，在爆破前首先要大面積清除植被、剝離表土及無用層，表土及無用層運至排土場堆放，開采作業(yè)面形成巖石裸露，開采區(qū)地表徹底失去了植被及其賴以生存的土壤層的保護，生態(tài)環(huán)境退化至原生裸地，短期內(nèi)難以恢復(fù)，必須借助人工干預(yù)才能快速恢復(fù)；而排土場棄料堆放既壓埋了原有植被，直接造成生態(tài)損失，且項目區(qū)多年平均年降雨量高達(dá)2 083.5mm，將成為新的水土流失發(fā)生源，甚至引發(fā)泥石流、滑坡等水土流失災(zāi)害。

銅硫礦采用井采作業(yè)，盡管正式開采作業(yè)主要在井下施工，但在具備開采條件前首先要建主副井和巷道，建井和巷道掘進過程中將產(chǎn)生一定的棄土、石渣，堆放至排土場存在同樣的水土流失問題。井下開采后將形成采空區(qū)，有可能造成采空區(qū)塌陷，造成地下水滲漏，生態(tài)恢復(fù)困難。

1.2 選礦過程生態(tài)影響分析 鐵礦選礦工藝分為碎礦、篩分、洗礦三部分，銅硫礦選礦工藝為碎礦、磨礦浮選、精礦脫水等過程，洗選完成后成品礦外運，剩下選礦廢水及尾礦進入尾礦庫儲存成為水土流失源，特別是尾礦庫潰壩對下游水體、土壤環(huán)境以及生態(tài)系統(tǒng)造成污染和破壞，近年因尾礦庫潰壩造成的環(huán)境污染事件時有發(fā)生。尾礦庫在運行期無法恢復(fù)，只有閉礦以后庫內(nèi)才不再繼續(xù)接納尾礦和廢水，廢水逐漸滲濾、蒸發(fā)后才有可能進行恢復(fù)。尾礦庫在很長時期內(nèi)不能恢復(fù)植被，必然會造成一定的生態(tài)損失。

1.3 生態(tài)恢復(fù)限制性因素識別

1.3.1 土壤是制約廢棄地生態(tài)恢復(fù)的關(guān)鍵因素 從生態(tài)影響分析可以看出，礦山開采對于直接受到影響的區(qū)域土地而言，要么是開采區(qū)失去土壤保護退化為原生裸地，要么形成排土場或棄渣場；而選礦過程最終都要產(chǎn)生尾礦庫。我們知道，土壤是植被恢復(fù)的天然物質(zhì)載體，這些廢棄地都有一個共同的特點，那就是缺乏土壤層或者雖有一定的土壤但其不滿足植物生長的基本條件。根據(jù)測定[7]，大寶山礦區(qū)無論是水分還是土壤均呈強酸性，pH值較低，在2.22～4.51，大部分土壤呈強酸性，特別是采礦場和尾礦庫；而排土場的pH值稍高。土壤的營養(yǎng)元素含量普遍偏低，有機質(zhì)含量以各排土場最低，一般不超過5g/kg，較本地區(qū)森林土壤的1/10還低，由于酸性較強，土壤的全P和有效P含量均較低，有效N含量是本地區(qū)森林土壤的1/44，可見，礦區(qū)土壤的化學(xué)性質(zhì)普遍較差。根據(jù)對礦區(qū)采礦場、排土場等地的調(diào)查[8]，采礦場、排土場、礦坑等地的土壤物理性狀也較差，在采銅礦區(qū)，大部分為裸露的石質(zhì)場地，而其它地段的土壤也基本是C層土，含石礫多，易板結(jié)，保水保肥能力差。各采樣點的重金屬含量測定表明，礦區(qū)大部分土壤中的重金屬元素都超標(biāo)，以銅硫礦棄渣場的重金屬含量最高，其中Cu的含量超過標(biāo)準(zhǔn)植的100多倍、Zn超過標(biāo)準(zhǔn)植的17倍、Pd超過標(biāo)準(zhǔn)值的11倍，其次為銅采場和鐵采場的重金屬含量均超標(biāo)較多。由于大寶山是各種金屬的硫化物礦區(qū)，Cu的含量普遍較高，在凡洞村自然林內(nèi)的土壤中其含量也超過標(biāo)準(zhǔn)值，因此，本地區(qū)大部分土壤類型的Cu含量都可能很高。

要使廢棄地恢復(fù)植被，首先要恢復(fù)其賴以生存的土壤層。由此可見，影響采礦廢棄地生態(tài)恢復(fù)困難的限制性因素主要是土壤的理化性質(zhì)。

1.3.2 水土流失是制約廢棄地生態(tài)恢復(fù)的重要因素 采礦形成的開挖裸露面、排土場、尾礦庫等都是主要的水土流失源。即使在待恢復(fù)的跡地上覆蓋表土、滿足植物生存的條件，如果這些區(qū)域本身不穩(wěn)定的，在降雨徑流的作用下產(chǎn)生面蝕、溝蝕、滑塌、泥石流等水土流失危害，流失區(qū)土壤中的養(yǎng)分隨著徑流流失，輕則導(dǎo)致土地貧瘠化，甚至導(dǎo)致整個土層被整體剝蝕，出現(xiàn)惡性循環(huán)。保持跡地的穩(wěn)定性、保護土壤及其養(yǎng)分不被流失，必須有針對性的采取相應(yīng)的水土保持工程防治措施，為廢棄地生態(tài)修復(fù)創(chuàng)造一個相對穩(wěn)定的基礎(chǔ)環(huán)境。

2 生態(tài)修復(fù)的方法與途徑

2.1 客土覆蓋與土壤改良 既然大寶山礦采礦廢棄地難以恢復(fù)的主要限制性因素是土壤，那么其生態(tài)恢復(fù)首先要從土壤修復(fù)入手，分兩個層面：對于土壤層原生裸地必須采取客土覆蓋，確保有足夠土壤層為植被恢復(fù)提供基本的養(yǎng)分支持；對于重金屬超標(biāo)的排土場、采礦坑以及碾軋板結(jié)區(qū)域除覆蓋一定的表土外，還必須采取深層次的土壤改良措施。通過在酸性廢棄地施加不同量的石灰、混合不等量的爐渣、不同品種肥料3種試驗得出，在覆土區(qū)，采用加石灰提高土壤pH值，加爐渣減小土壤的容重及降底土壤的板結(jié)程度為最好方案[10]；而通過植穴內(nèi)換土，加入適當(dāng)?shù)氖焓摇⒌究坊蛩蓸淦せ虿菪蓟蚰拘?、適當(dāng)?shù)挠袡C肥（5kg左右）和復(fù)合肥（200g左右），可以改善種植穴土壤的理化性狀，有效提高造林成活率[8]。

2.2 水土保持工程措施 由于采礦對原地貌的破壞和重塑作用，形成各類新的地表形態(tài)，要針對各自的水土流失特點因地制宜的進行設(shè)計。采礦活動不外乎開挖、堆棄、占壓等類型，無論哪類活動都會改變地表原有狀態(tài)，原有植被和土壤對降雨的截留、攔蓄、入滲作用大大減弱，原有蝕積動態(tài)平衡被打破，從而產(chǎn)生各類侵蝕現(xiàn)象。因此，必須通過采取降雨截排水工程、攔護工程，調(diào)控降雨徑流，使土體穩(wěn)定，表層不易流失，才能夠正常發(fā)揮土壤層固有的生態(tài)功能，為植被恢復(fù)提供載體。

2.3 適生物種篩選 物種選擇是植被恢復(fù)成功與否的關(guān)鍵，而做好廢棄地立地條件分析是物種選擇的前提。大寶山采礦廢棄地的共同特征是：土壤重金屬含量嚴(yán)重超標(biāo)，且貧瘠酸化，pH值在4.0以下，土壤保水、保肥的能力差，不利于大多數(shù)植物生長發(fā)育[11]。盡管通過客土覆蓋和土壤改良措施可以起到一定的調(diào)節(jié)作用，但當(dāng)植物生長到一定階段，其根系不斷伸展逐漸穿過表土層，與重金屬高的下覆層接觸會導(dǎo)致其根系受害或中毒，輕則導(dǎo)致植被生長不良，不能達(dá)到預(yù)期目標(biāo)；重則導(dǎo)致大面積植被死亡，使植被恢復(fù)徹底失敗。另一方面，廢棄地養(yǎng)分貧乏，影響植被的快速恢復(fù)和長期穩(wěn)定。因此，所選植物種首先應(yīng)適應(yīng)不同區(qū)域的立地條件特征，不僅具有適應(yīng)酸性土壤、抗重金屬強的特性，還應(yīng)具有固氮、耐瘠薄的特性。那些在礦區(qū)廢棄地上自然定居的植物，能適應(yīng)廢棄地上的極端貧瘠條件，這一類鄉(xiāng)土植物應(yīng)該優(yōu)先考慮。丘英華[9]等針對不同區(qū)域立地條件推選了不同的植物種類，可供參考。在具體實施過程中還應(yīng)事先開展相應(yīng)的試驗研究，從中篩選出最合適的種類。

2.4 恢復(fù)進程與空間配置 遵循天然植被進展演替規(guī)律是植被恢復(fù)的基本原則。據(jù)調(diào)查，大寶山礦區(qū)及周邊植被的演替規(guī)律為[9]：次生裸地—草叢（五節(jié)芒群落）—灌草叢（夾竹桃—五節(jié)芒群落）—針葉林（馬尾松林等）—針闊葉混交林（馬尾松、泡桐等混交林）—常綠落葉闊葉混交林（南酸棗、山蒼子、荷木林，荷木、黃樟、楓香林）—典型常綠闊葉林（栲樹、鹿角栲、荷木林）或竹林（毛竹林）；在自然狀態(tài)下，次生裸地將逐漸進展演替到典型常綠闊葉林類型；相反，在人為干擾條件下，常綠闊葉林將逆向演替到草叢、灌草叢甚至次生裸地；自然條件下的進展演替是極其漫長的，而人為干擾下的逆向演替卻可以是快速的，如礦山開采直接從林地演變成次生裸地；適當(dāng)?shù)娜藶榇胧┛杉铀俅紊愕叵蛏秩郝溲萏妗Ｓ纱丝梢?，植被恢?fù)不能違背自然規(guī)律，不能超越階段，由低級到高級，由簡單到復(fù)雜，草、灌先行，優(yōu)先引入那些適應(yīng)性強的先鋒草、灌，充分依靠植被的自然恢復(fù)力，通過積極的人工干預(yù)措施加快恢復(fù)進程，縮短天然恢復(fù)時間，視立地條件的改善程度引入喬木類，有步驟、有計劃地形成多物種混交的喬、灌、草立體結(jié)構(gòu)，逐步演替至當(dāng)?shù)仨敿壢郝?，能夠自我維持其生態(tài)穩(wěn)定性，實現(xiàn)大寶山采礦廢棄地植被恢復(fù)的終極目標(biāo)。筆者分別在采礦區(qū)、棄渣堆、內(nèi)排土場采用泡桐、海桐、勒仔樹、葛藤、爬墻虎、香樟、木豆、馬占相思、香根草、狗牙根、五節(jié)芒、豬屎豆、象草等喬、灌、草樹種，進行混交造林復(fù)墾實驗，栽植穴大小40～50cm，坑深30～40cm，株行距1m×2m，取得了較好的效果[8]。

3 跟蹤監(jiān)測與效果評價

生態(tài)恢復(fù)沒有統(tǒng)一的模式可循，只能通過時間不斷的探索。大寶山庫礦區(qū)生態(tài)環(huán)境是否真的得到恢復(fù)，需要長期的定位觀測，對已經(jīng)實施的恢復(fù)措施進行跟蹤監(jiān)測，進一步研究構(gòu)建評價體系，通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)對比分析，全面考量恢復(fù)的效果。經(jīng)監(jiān)測認(rèn)為不合適措施應(yīng)進行客觀分析，提出改進的對策措施，可能需要不斷反復(fù)。

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