遼寧金屬礦山廢棄地植被重建和生態(tài)復(fù)墾規(guī)劃設(shè)計研究

摘要：

文章以撫順沃谷銅鋅礦為例，在分析預(yù)測礦區(qū)土地破壞與污染狀況的基礎(chǔ)上，結(jié)合項目區(qū)地形地貌等特點，提出了廢棄地污染控制的3個階段。根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂蚣巴寥罈l件，選擇當(dāng)?shù)剡m宜的先鋒植物種類，提出了遼寧省金屬礦山廢棄地生態(tài)復(fù)墾規(guī)劃設(shè)計方案，以重建人工生態(tài)系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：

金屬礦；尾礦庫；生態(tài)復(fù)墾

中圖分類號：S157.2

文獻標(biāo)識碼：A

DOI：1019754/jnyyjs20190315026

前言

根據(jù)遼寧省國土資源廳2001年對全省182家大中型礦山企業(yè)的調(diào)查統(tǒng)計，累計產(chǎn)生廢渣421億m3，占地面積為22026km2，破壞土地面積57939km2，復(fù)墾面積僅3249km2，復(fù)墾率只有56%[1]。采礦過程及采后留下的尾礦、廢石廢渣中的重金屬淋濾釋放、選礦廢水所含有毒元素進入到土壤、地表水、地下水等，均會造成嚴(yán)重污染[2]。尾礦庫閉庫后，庫中水分蒸發(fā)后，若不進行復(fù)墾，遇風(fēng)會產(chǎn)生嚴(yán)重的水土流失，對周圍大氣環(huán)境造成嚴(yán)重污染。因此，加強礦山廢棄地植被修復(fù)和生態(tài)規(guī)劃，已成為礦山可持續(xù)發(fā)展的重要問題。根據(jù)采礦工藝和流程，預(yù)先對礦區(qū)進行復(fù)墾規(guī)劃設(shè)計[3]，可實現(xiàn)“邊破壞、邊復(fù)墾”，保護礦區(qū)環(huán)境的前提保障。本文以撫順沃谷銅鋅礦為例，對金屬礦的尾礦庫的污染防治對策與生態(tài)復(fù)墾規(guī)劃設(shè)計方案進行研究探討，為進一步提高省內(nèi)礦山廢棄地植被重建效果和生態(tài)恢復(fù)成功率提供技術(shù)依據(jù)。

1研究區(qū)概況

沃谷銅鋅礦位于遼寧省撫順市新賓滿族自治縣葦子峪鎮(zhèn)小那吽村北側(cè)，中心地理坐標(biāo)：E124°38′00″，N41°30′20″。礦區(qū)范圍為05141km2，開采深度為720～-440m標(biāo)高。本區(qū)屬中溫帶大陸性氣候區(qū)。年平均氣溫46℃，年最高溫度36℃，最低溫度-405℃。年平均降水量780mm，降水多集中在6[CD1]8月份，占全年降水量的65%，年極端最大降雨量出現(xiàn)于1995年為12426mm，年極端最小降雨量出現(xiàn)于1978年為534mm，十年一遇1h暴雨量為5408mm，十年一遇6h暴雨量為10478mm，十年一遇24h暴雨量為15810mm；年平均無霜期127d左右；凍土深度12m左右；≥10℃積溫為3605℃；年平均蒸發(fā)量1275mm；多年風(fēng)向為S和NW；年平均風(fēng)速15～34m/s，最大風(fēng)速為16m/s。項目區(qū)地處長白山余脈東南延伸部分的低山丘陵地帶，地形起伏變化較大，地形坡度在15°～35°之間。區(qū)內(nèi)地形標(biāo)高一般海拔586～714m，相對高差15521m。最低標(biāo)高在礦區(qū)南部，高程為600m，最高標(biāo)高在礦區(qū)西北部山脊上，高程為7387m。礦區(qū)植被類型屬于長白植物區(qū)系與華北植物區(qū)系過渡帶，地帶性植被類型為溫帶（亞熱帶）落葉闊葉林，礦區(qū)主要樹種有落葉松、刺槐、楊樹、榆樹、油松；灌木有榛子、荊棘等；草本植物主要以黃背草、狗尾草、旱茅、白茅、野谷草為主。礦區(qū)周圍農(nóng)作物以玉米、大豆為主，地勢低的地方生長茂密的灌木叢，基巖出露較少，植被覆蓋率可達80%。

2污染分析

礦山開采服務(wù)期內(nèi)產(chǎn)生的尾礦全部集中堆放在尾礦庫，該尾礦庫位于選礦廠北側(cè)200m山溝內(nèi)，占地面積603hm3。尾礦庫匯水面積044km2，平均坡度129‰，尾礦庫縱向溝長250m，尾礦庫初期壩修建在溝口處，尾礦庫最終堆積標(biāo)高695m，總壩高41m，其中初期壩高25m，堆積壩高16m；尾礦庫總?cè)莘e為13133萬m3。

相比于原地貌土壤組織結(jié)構(gòu)，該尾礦庫的尾礦砂基質(zhì)中N、P、K及有機質(zhì)含量極低。保水保肥能力較差，土壤相對貧瘠。土壤基質(zhì)中含有毒重金屬Cu、Zn、Cd、As等，經(jīng)雨水沖刷和淋溶，這些有毒有害物質(zhì)極易滲到土壤之中，造成土壤的酸化、土壤重金屬污染，影響植物代謝，抑制植物生長，影響營養(yǎng)元素的吸收，最終導(dǎo)致干旱加劇[4]。因此，如何對污染進行控制是土地復(fù)墾首要解決的問題。

3污染控制與生態(tài)復(fù)墾設(shè)計

31污染控制

311 鈍化階段

尾礦主要采取分層堆放的方式，因此，鈍化措施是在每層尾礦堆存完后進行，在每個平臺堆放尾礦，并推平壓實過程中，撒上磷石灰（Ca5（PO4）3OH）[5]等化學(xué)改良劑，可促使重金屬形成不溶性化合物（磷酸鹽），其形態(tài)有利于這些重金屬的固定，同時可降低生物可利用性。

312阻隔階段

對尾礦庫內(nèi)堆存的尾礦采用高密度聚酯乙烯薄膜進行苫蓋，防止尾礦砂內(nèi)的有毒有害物質(zhì)遷移，同時防止由于降雨造成污染物的淋洗，并向周圍環(huán)境擴散。通過對尾礦砂進行薄膜苫蓋可起到阻隔污染物的作用。

313修復(fù)階段

前2個階段已初步控制了污染物的擴散和淋溶，為尾礦庫后期植被恢復(fù)創(chuàng)造了良好的基礎(chǔ)條件。在對尾礦庫進行表土回覆后，結(jié)合當(dāng)?shù)貢r節(jié)，選擇當(dāng)?shù)剡m宜的黑麥草、高羊茅、白三葉草等耐重金屬、耐酸的草種，隨后的1～2a，繼續(xù)栽植刺槐、楊樹等喬木，建立更為穩(wěn)定的喬灌草模式的植被群落，從而達到防止水土流失、固定污染物的目的。

32土壤改良

撫順沃谷礦區(qū)自然條件較為優(yōu)越，但土壤有機質(zhì)含量較低，心土層有機質(zhì)含量較少，通透性較差，需采取措施進行土壤改良。

321綠肥法[6]

綠肥是目前作為土壤改良最有效的方法之一，綠肥一般為豆科植物，在尾礦庫回覆表土后，在土地復(fù)墾第1年和最近幾年可栽植一年生或多年生的豆科草本植物，在自然條件較差，較貧瘠的土地上，豆科植物都能很好的生長。這種植物含03%～06%的氮素，含15%～25%的有機質(zhì)，腐爛后可起到膠結(jié)和團聚土粒的作用，對提高土壤有機質(zhì)含量，改善土壤理化性質(zhì)具有重要的作用。

322有機肥法

有機肥分為2種，分別為生物活性有機肥和生物惰性有機肥，其中活性有機肥包括動物糞便、人糞尿、污水污泥等；惰性有機肥包括泥炭類物質(zhì)及各種礦質(zhì)添加劑的混合物。這些有機肥含有植物生長、發(fā)育所必需的各種營養(yǎng)元素，還能夠改良土壤[7]。他們被廣泛的應(yīng)用于礦山廢棄地基質(zhì)改良[8]。

沃谷銅鋅礦區(qū)的廢棄地可采用施有機肥的方式進行土壤改良，可通過稻殼稻桿等對表土層進行覆蓋，待稻殼稻桿腐爛后增加土壤肥力，改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤的有機質(zhì)含量，適合植物生長，達到廢物綜合利用的同時，獲得良好的生態(tài)環(huán)境。

33生態(tài)復(fù)墾設(shè)計

331篩選植物種類

生態(tài)復(fù)墾設(shè)計的關(guān)鍵是能夠選出快速恢復(fù)植被的植物種類。在選擇過程中需選擇生長快、耐酸、耐重金屬能力強、適應(yīng)性強的當(dāng)?shù)貎?yōu)良樹種。根據(jù)本項目區(qū)所在地的氣候、土壤、水土流失等情況，采取喬灌草結(jié)合的植被恢復(fù)方式，確定擬選植物品種及其生態(tài)習(xí)性如表1。[FL）]

332措施設(shè)計

3321復(fù)墾初期

主要以灌草結(jié)合為主。先鋒植物有草本黑麥草、高羊茅、白三葉草及灌木沙棘。在第1年先種植黑麥草、高羊茅和白三葉草，隨后第2年，進行種植灌木沙棘和胡枝子。由于胡枝子的特性為根系發(fā)達，當(dāng)年生長速度一般，但從第2年開始生長速度加快。胡枝子地上和地下生物量積累快速，水土保持效果明顯。復(fù)墾初期，對其進行撫育管理為1a 1次，松土深5～10cm。以后每隔4a，隔帶交替修剪1次。

3322復(fù)墾中后期

部分灌草結(jié)合區(qū)改造為喬灌草地。引種的喬木采用刺槐和楊樹，兩者生長力強，同時有富集重金屬和保持水土的作用。栽植喬木可從每年的1[CD1]2月進行，需采用一年生苗，主要設(shè)計技術(shù)指標(biāo)見表2。整地規(guī)格為06m×06m×06m。栽植當(dāng)年撫育管理為2次以上，只割草，不松土，苗木扶正，適當(dāng)培土。第2年和第3年每年撫育1～2次，第4年如尚未郁閉，繼續(xù)撫育1次。喬木撫育面積要逐年擴大，松土深度不超過10cm。

4結(jié)語

對遼寧省金屬礦山廢棄地進行植被重建與生態(tài)復(fù)墾設(shè)計是礦區(qū)生態(tài)環(huán)境恢復(fù)的重要途徑。其中尾礦庫的污染控制和生態(tài)復(fù)墾是重中之重。礦區(qū)生態(tài)復(fù)墾設(shè)計規(guī)劃是一項涉及面廣、綜合性強的系統(tǒng)工程，結(jié)合國際礦區(qū)的成功經(jīng)驗，對多個學(xué)科的基本原理進行綜合應(yīng)用，按照因地制宜的原則，對每個礦區(qū)的廢棄地進行切實可行的設(shè)計，實現(xiàn)植被恢復(fù)重建，進而達到經(jīng)濟效益、社會效益及生態(tài)效益的統(tǒng)一。

參考文獻

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作者簡介：

周欣（1987-），女，遼寧省鐵嶺市人，工程師，碩士學(xué)位，研究方向：水土保持與生態(tài)復(fù)墾設(shè)計。