馬鞍山環(huán)城礦山廢棄地調(diào)查及土壤改良技術(shù)*

李書欽 白懷良 譚 輝(1.中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究院有限公司；2.國家金屬礦山固體廢物處理與處置工程技術(shù)研究中心；3.華唯金屬礦產(chǎn)資源高效循環(huán)利用國家工程研究中心有限公司)

馬鞍山環(huán)城礦山廢棄地調(diào)查及土壤改良技術(shù)*

李書欽1，2，3白懷良1，2，3譚 輝1，2，3
(1.中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究院有限公司；2.國家金屬礦山固體廢物處理與處置工程技術(shù)研究中心；3.華唯金屬礦產(chǎn)資源高效循環(huán)利用國家工程研究中心有限公司)

針對馬鞍山環(huán)城礦山廢棄地對生態(tài)環(huán)境的嚴(yán)重破壞，城市新區(qū)建設(shè)基建土石方、污水處理廠污泥處理占用大量的土地，導(dǎo)致周邊環(huán)境惡化等現(xiàn)狀，調(diào)查了馬鞍山環(huán)城礦山廢棄地情況及其土壤改良的客土來源，并根據(jù)廢棄地現(xiàn)狀、土地恢復(fù)利用方向及客土來源提出相應(yīng)的土壤改良方法，以期為礦山廢棄地生態(tài)恢復(fù)提供技術(shù)支持。

資源型城市 環(huán)城礦山 廢棄地 土壤改良

馬鞍山礦區(qū)自上世紀(jì)初至今已有百年的開采歷史。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2012年底，馬鞍山市轄區(qū)及當(dāng)涂縣區(qū)域范圍內(nèi)共有采礦權(quán)70個，且絕大部分分布在馬鞍山市城郊或規(guī)劃城區(qū)附近。隨著淺層富礦的保有量越來越少，馬鞍山市環(huán)城礦山特別是露天礦山大部分已經(jīng)進(jìn)入開采后期，產(chǎn)生大量的廢棄地，對生態(tài)環(huán)境的破壞巨大，生態(tài)治理是亟需解決的問題。另一方面，由于我國土地復(fù)墾工作開展較晚，許多地方往往注重復(fù)墾的數(shù)量，缺乏對復(fù)墾質(zhì)量的要求和控制，特別是對土壤改良重視不夠，使得一些復(fù)墾工程失敗或復(fù)墾效益低下，通過土壤改良重建一個較高土壤生產(chǎn)力的土地一直是礦山生態(tài)治理的研究重點(diǎn)和核心任務(wù)。

1 環(huán)城礦山廢棄地調(diào)查

經(jīng)過多年的治理，馬鞍山礦山生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作成效顯著，但是由于歷史原因，截至2012年底，馬鞍山市轄區(qū)及當(dāng)涂縣仍有歷史遺留工礦廢棄地8.84 km2，包括尾礦庫、采石場、選礦廠、廢棄窯廠、廢棄工業(yè)用地等，廢棄地集中分布于3個區(qū)域：雨山區(qū)銀塘-向山及花山區(qū)霍里的鐵礦、建筑石料礦集中開采區(qū)，當(dāng)涂縣太白-年陡的鐵礦、建筑石料礦集中開采區(qū)，博望東北部建筑石料礦集中開采區(qū)。

馬鞍山礦區(qū)現(xiàn)有采礦權(quán)70個，55個為露天開采，包括43個非金屬礦，12個鐵礦。馬鞍山礦區(qū)鐵礦埋藏淺，礦體多呈透鏡狀、雞窩狀，適宜露天開采，礦區(qū)在產(chǎn)大中型鐵礦幾乎全部為露天開采，如凹山鐵礦、高村鐵礦、和尚橋鐵礦、小南山鐵礦，因此排土場和尾礦庫在馬鞍山環(huán)城礦山廢棄地中占很大比重。由于主要為鐵礦，幾乎不涉及有色金屬，因此礦區(qū)土壤除部分鐵礦因礦石含硫而導(dǎo)致pH值較低外，基本滿足土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB15618—1995)三級標(biāo)準(zhǔn)值。

另外，調(diào)查結(jié)果表明，由于馬鞍山環(huán)城礦山大部分為老礦山，在基建生產(chǎn)過程中未對表土層進(jìn)行剝離保護(hù)，大量表土層被堆積在排土場的最下層，上層石礫含量較高，土壤貧瘠，水土流失嚴(yán)重，對占排土場面積主要部分的平臺而言，表土層被嚴(yán)重壓實(shí)，容重大，土壤滲透系數(shù)低，一般植物較難生長。尾礦庫面積較大，雖然尾礦粒度較細(xì)，地面平坦，透氣性好，但存在以下問題：尾礦具有沙質(zhì)土壤結(jié)構(gòu)，持水力差；缺乏黏土和有機(jī)質(zhì)，陽離子代換量低；缺乏有效氮和磷，營養(yǎng)力低；尾砂顆粒黏聚力差，對作物苗期生長不利。馬鞍山環(huán)城礦山典型排土場、尾礦庫土壤檢測結(jié)果見表1。

表1 馬鞍山環(huán)城礦山典型排土場、尾礦庫土壤檢測結(jié)果

由于土壤是植物賴以生存的基礎(chǔ)，沒有良好的土壤母質(zhì)，植被的建立很難達(dá)到良好的效果。因此，馬鞍山環(huán)城礦山廢棄地在生態(tài)恢復(fù)之前需要進(jìn)行土壤改良?？屯羴碓词鞘紫葢?yīng)該解決的問題。

2 土壤改良客土來源調(diào)查

由于大部分馬鞍山環(huán)城礦區(qū)礦山在生產(chǎn)過程中未對表土進(jìn)行剝離儲存，必須對廢棄地土壤改良的客土來源進(jìn)行調(diào)查。

(1)城市新區(qū)建設(shè)基礎(chǔ)開挖產(chǎn)生的土方。馬鞍山城市周邊現(xiàn)在有數(shù)個新區(qū)正在建設(shè)，其中雨山區(qū)銀塘-向山及花山區(qū)霍里鐵礦、建筑石料礦集中開采區(qū)周邊有秀山新區(qū)、經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)，當(dāng)涂縣太白-年陡鐵礦、建筑石料礦集中開采區(qū)周邊有安徽馬鞍山承接產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移示范園區(qū)，博望東北部建筑石料礦集中開采區(qū)周邊有博望新城。這些城市新區(qū)在建設(shè)過程中征用了大面積的耕地，場地平整和基礎(chǔ)開挖產(chǎn)生大量的土方，土石方中石礫含量較低甚至無石礫，是上好的礦山廢棄地治理客土。通過檢測，城市基建土石方滿足土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB15618—1995)二級標(biāo)準(zhǔn)值，位于規(guī)劃城區(qū)范圍內(nèi)的礦山廢棄地生態(tài)恢復(fù)，特別是擬復(fù)墾為耕地礦山廢棄地的客土應(yīng)首先使用城市新區(qū)建設(shè)場地平整及基礎(chǔ)開挖產(chǎn)生的土石方。

(2)露天礦山剝離的第四系黏土。經(jīng)過調(diào)查，馬鞍山環(huán)城礦山中部分露天礦山(如姑山鐵礦)有第四系賦存，在礦山開采過程中剝離大量的第四系黏土，通過檢測分析，從土壤質(zhì)地來看，為第四系流沙質(zhì)土壤，質(zhì)地較好，從有害元素含量方面看，流沙符合土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的二級標(biāo)準(zhǔn)，但有機(jī)質(zhì)和N、P、K等營養(yǎng)物質(zhì)含量都較貧乏，經(jīng)增施肥料后可作為農(nóng)業(yè)復(fù)墾等用途。

(3)城市污水處理廠污泥。隨著城市經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，城區(qū)建設(shè)逐漸擴(kuò)大，城市污水處理廠也將隨之增加，污泥產(chǎn)量逐年增加，污泥經(jīng)處理后大部分直接填埋，占用大量的土地，導(dǎo)致城市周邊環(huán)境惡化。另一方面，根據(jù)檢測，馬鞍山城市污水處理廠的污泥有機(jī)質(zhì)含量達(dá)68%，相當(dāng)于純豬糞有機(jī)質(zhì)含量，N、P、K等總養(yǎng)分達(dá)3.3%，利用封閉式快速發(fā)酵堆肥工藝處理的污泥是很好的復(fù)墾土壤改良材料，適用于改良礦山廢棄地土壤，增加土壤肥力。土壤改良客土材料檢測結(jié)果見表2。

3 土壤改良方法

對于規(guī)劃城區(qū)范圍內(nèi)的礦山廢棄地，如原向山硫鐵礦峴山尾礦庫、開采區(qū)及工業(yè)場地，黃梅山鐵礦尾礦庫及工業(yè)場地，城市規(guī)劃區(qū)內(nèi)的采石場等礦山廢棄地，以恢復(fù)為建設(shè)用地、景觀綠化用地為主。規(guī)劃城區(qū)范圍內(nèi)每年有大量的基建土石方可作為礦山廢棄地土壤改良客土材料，該區(qū)域內(nèi)礦山廢棄地的土壤改良方法直接參照《礦山生態(tài)環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)治理技術(shù)規(guī)范》(HJ651—2013)、《土地復(fù)墾質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)》(TD/T 1036—2013)的規(guī)定，在經(jīng)過土地平整后，直接回填城市建設(shè)基礎(chǔ)開挖產(chǎn)生的黏土，客土覆蓋厚度應(yīng)在30 cm以上，可配合使用處理后的城市污水處理廠污泥增加土壤肥力。

表2 馬鞍山環(huán)城礦山廢棄地土壤改良主要客土材料檢測結(jié)果

注：污泥全營養(yǎng)值為3.3%。

對于擬恢復(fù)為耕地的礦山廢棄地,其中大型尾礦庫、排土場等大面積且集中連片的礦山廢棄地應(yīng)優(yōu)先恢復(fù)為農(nóng)用地，位于農(nóng)業(yè)區(qū)的廢棄磚瓦廠、廢棄地選礦廠(含尾礦庫)礦山廢棄地鼓勵優(yōu)先用于農(nóng)用地。擬恢復(fù)為農(nóng)用地的礦山廢棄地復(fù)墾前應(yīng)首先對廢棄地原狀土重金屬含量進(jìn)行檢測，如不能滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，應(yīng)設(shè)置隔離層后才能覆蓋客土，復(fù)墾為農(nóng)地，隔離層應(yīng)采用無污染的黏土材料。土壤改良客土材料宜首先選用城市建設(shè)占用耕地剝離的農(nóng)田耕作層及城市新區(qū)建設(shè)基礎(chǔ)開挖產(chǎn)生的黏土，也可使用礦區(qū)內(nèi)露天礦山剝離的第四系黏土。土壤改良方法直接參照《礦山生態(tài)環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)治理技術(shù)規(guī)范》(HJ651—2013)、《土地復(fù)墾質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)》(TD/T 1036—2013)的規(guī)定，廢棄地經(jīng)過土地平整后覆蓋客土，客土覆蓋厚度應(yīng)不小于50 cm，覆蓋客土后土壤容重應(yīng)不大于1.30 kN/m3，礫石含量不大于5%，全鹽含量不大于0.3%。由于可使用的農(nóng)田耕作層有限，且客土材料有機(jī)質(zhì)及N、P、K等營養(yǎng)物質(zhì)貧乏，擬恢復(fù)為耕地的礦山廢棄地在土壤改良過程中可配合使用處理后的城市污水處理廠污泥增加土壤肥力。

對于客土材料豐富，擬恢復(fù)為林草地的礦山廢棄地，土壤改良方法直接參照《礦山生態(tài)環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)治理技術(shù)規(guī)范》(HJ651—2013)、《土地復(fù)墾質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)》(TD/T 1036—2013)的規(guī)定，在經(jīng)過土地平整后，直接回填客土，要求客土覆蓋厚度應(yīng)在30 cm以上。

對于周邊客土材料不足，擬恢復(fù)為林草地的礦山廢棄地，土壤改良需要通過試驗(yàn)確定。以姑山鐵礦鐘山排土場為例進(jìn)行了試驗(yàn)研究。

(1)平臺大坑整地回填客土試驗(yàn)。鐘山排土場3#平臺的石礫含量較高，且經(jīng)過工程車輛的壓實(shí)作用，容重較大，嚴(yán)重限制植物根系生長，本著節(jié)約成本，減少客土使用量的原則，在3#平臺靠近村莊一側(cè)設(shè)計(jì)了大坑整地回填客土的土壤改良方法。整地規(guī)格為0.8 m×0.8 m，深約0.6 m，采用礦區(qū)工程機(jī)械直接開挖成型。首先在底部回填部分客土，然后將樹苗植入，回填客土，壓實(shí)，澆水。試驗(yàn)樹種采用香樟。3 a后，對采用大坑整地回填客土土壤改良方法種植的香樟的生長情況進(jìn)行了調(diào)查，結(jié)果見表3。

表3 平臺大坑整地回填流沙試驗(yàn)結(jié)果

從表3可以看出，香樟長勢良好，生長3 a地徑就可達(dá)10.7 cm，胸徑達(dá)7.5 cm，冠幅達(dá)2 m，相比栽植時地徑增長7.2 cm。可見，在石礫含量較大，容重較大礦山廢棄地進(jìn)行植被恢復(fù)時，可以采用大坑整地覆土的方法種植喬木。

(2)斜坡穴狀整地回填流沙試驗(yàn)。鐘山排土場3#平臺斜坡是剝離巖石和流沙混排斜坡，坡度基本在25°以下。在3#平臺斜坡設(shè)計(jì)了穴狀整地回填客土的土壤改良方法。整地規(guī)格為0.5m×0.5m，深約0.5m。首先在底部回填部分客土，然后將樹苗植入，回填客土，壓實(shí)，澆水。試驗(yàn)樹種采用楊樹。3a后，對采用穴狀整地回填客土土壤改良方法種植的楊樹的生長情況進(jìn)行了調(diào)查，結(jié)果見表4。

表4 斜坡穴狀整地回填客土種植樹木試驗(yàn)結(jié)果

從表4可以看出，楊樹長勢迅速，樹形好，成材率較高，可見，在鐘山排土場斜坡可以采用穴狀整地回填客土的土壤改良方法種植楊樹等喬木樹種。由此得出鐘山排土場的基質(zhì)改良方法：在石礫含量高，容重大，復(fù)墾方向?yàn)樯鷳B(tài)林的平臺宜采用大坑整地回填客土的基質(zhì)改良方法種植喬灌木；排土場斜坡影響復(fù)墾的主要限制因素為石礫含量較高，且坡度較大，土壤基質(zhì)改良的方法為穴狀整地回填客土。鐘山排土場土壤改良方法可以應(yīng)用于擬恢復(fù)為生態(tài)林，但客土材料不足礦山廢棄地的土壤改良。

4 結(jié) 論

通過對馬鞍山環(huán)城礦山廢棄地情況及其土壤改良的客土來源的調(diào)查，針對廢棄地現(xiàn)狀、土地恢復(fù)利用方向及客土來源的不同提出相應(yīng)的土壤改良方法：規(guī)劃城區(qū)范圍內(nèi)礦山廢棄地直接采用回填城市基建開挖的土方的方式進(jìn)行土壤改良；擬恢復(fù)為農(nóng)用地的礦山廢棄地應(yīng)首先對廢棄地原狀土重金屬含量進(jìn)行檢測，如不能滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，應(yīng)設(shè)置隔離層，隔離層上部覆蓋城市建設(shè)占用耕地剝離的農(nóng)田耕作層及城市新區(qū)建設(shè)基礎(chǔ)開挖產(chǎn)生的黏土；礦山周邊客土材料豐富，擬恢復(fù)為林草地的礦山廢棄地直接回填客土進(jìn)行土壤改良；礦山周邊客土材料不足，擬恢復(fù)為林草地的礦山廢棄地宜采用大坑整地或穴狀整地回填客土的方法進(jìn)行土壤改良。結(jié)果為類似礦山廢棄地生態(tài)恢復(fù)工作提供了借鑒。

Soil Improvement Technology and Investigation of Abandoned Land of the Mines around Maanshan City

Li Shuqin1,2,3Bai Huailiang1,2,3Tan Hui1,2,3

(1.Sinosteel Maanshan Institute of Ming Research Co., Ltd.; 2.National Metal Mine Solid Waste Treatment and Disposal Engineering Technology Research Center; 3.Huawei National Engineering Research Center of High Efficient Recycle Utilization of Metal Mineral Resources Co., Ltd.)

The ecological environment is damaged severely by the abandoned land of the mines around Maanshan city, a large amount of land is occupied by the cubic meter of earth and stone of new city district infrastructure and the sludge of sewage treatment plant, which lead to the deterioration of the environment. So the basic situation of the abandoned land of the mines around Maanshan city and the source of replacing with out-soil improvement are investigated. According to the basic situation of the abandoned land of the mines around Maanshan city, direction of recovery utilization of land and source of replacing with out-soil, some corresponding soil improvement methods are proposed so as to provide technical support for ecological restoration of abandoned lands of mines.

Resource-based city, Mines around city, Abandoned land, Soil improvement

*2012年馬鞍山市科技計(jì)劃項(xiàng)目(編號：2012-30)；安徽省科技攻關(guān)項(xiàng)目(編號：1301042125)。

2014-04-30)

李書欽(1985—)，男，工程師，243000 安徽省馬鞍山市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)西塘路666號。