礦區(qū)廢棄地土壤生態(tài)恢復(fù)研究進(jìn)展

王娜

摘 ? 要 ?礦山廢棄地生態(tài)恢復(fù)是解決礦區(qū)生態(tài)問題的重要舉措之一，積極開展礦山廢棄地生態(tài)恢復(fù)對社會經(jīng)濟(jì)效益及環(huán)境保護(hù)均具有重要的意義。綜述國內(nèi)外礦山廢棄地生態(tài)恢復(fù)現(xiàn)狀，主要從土壤改良，土壤重金屬污染治理，礦區(qū)植被恢復(fù)，土壤動物、微生物恢復(fù)措施等方面闡述了礦區(qū)廢棄地生態(tài)恢復(fù)技術(shù)。

關(guān)鍵詞 ? ?礦區(qū);廢棄地土壤;生態(tài)恢復(fù);土壤改良

中圖分類號：X75 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：C ? ?DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2020.13.014

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，礦產(chǎn)開采日益頻繁，開采規(guī)模逐漸擴(kuò)大，對礦區(qū)周邊的生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重的影響，礦山廢棄地生態(tài)恢復(fù)已經(jīng)成為亟需解決的問題。開展礦區(qū)土地復(fù)墾治理，是建設(shè)資源節(jié)約型和生態(tài)友好型社會、落實(shí)耕地保護(hù)制度和節(jié)約集約用地制度的重要舉措，也是推進(jìn)礦—農(nóng)—牧復(fù)合區(qū)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式轉(zhuǎn)變的有效途徑。目前，我國在礦山生態(tài)環(huán)境治理方面已經(jīng)取得了較大突破，但與發(fā)達(dá)國家相比仍有很多不足，因此，加強(qiáng)礦山廢棄地生態(tài)恢復(fù)研究具有十分重要的意義。

1 國內(nèi)外礦區(qū)廢棄地生態(tài)恢復(fù)現(xiàn)狀

據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界范圍內(nèi)礦區(qū)廢棄地面積為6.7×106 hm2。美國年均采礦占地面積已經(jīng)達(dá)到4 600 m2，其生態(tài)恢復(fù)率僅為70%左右，進(jìn)而影響了對生態(tài)環(huán)境的有效維護(hù)[1]。德國是一個(gè)煤炭資源豐富的國家，其開采方式主要為露天開采，自19世紀(jì)20年代開始，德國就開始對煤礦廢棄地進(jìn)行生態(tài)修復(fù)和復(fù)墾，主要采用植物修復(fù)方式，截至1996年，已完成復(fù)墾、生態(tài)恢復(fù)的土地面積達(dá)8.23萬公頃，恢復(fù)率達(dá)到53.5%[2]。英國通過頒布法律法規(guī)、經(jīng)濟(jì)制裁等措施強(qiáng)制生態(tài)恢復(fù)[3]，利用8年時(shí)間，使生態(tài)修復(fù)土地面積達(dá)16 952 hm2，恢復(fù)率達(dá)到87.6%，生態(tài)恢復(fù)成果顯著[4]。

我國現(xiàn)有國營礦山企業(yè)8 000多個(gè)，個(gè)體礦山達(dá)23萬多個(gè)[5]。據(jù)統(tǒng)計(jì)[6]，全國礦區(qū)破壞面積達(dá)288萬公頃，且每年在以4.67萬公頃的速度增長。礦產(chǎn)資源需求量的增大加速了礦產(chǎn)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，顯著加大了生態(tài)環(huán)境壓力。1998年10月，國務(wù)院頒布了《土地復(fù)墾規(guī)定》，開啟了土地復(fù)墾的新時(shí)代，先后在河北、江蘇、山東、陜西等省份設(shè)置了23個(gè)土地復(fù)墾試點(diǎn)，至1992年底已復(fù)墾土地面積達(dá)3.3萬公頃。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在河北馬蘭鐵礦的復(fù)墾率達(dá)85%，廣西平果鋁礦的復(fù)墾率達(dá)73%，江西永平銅礦的復(fù)墾率達(dá)55%，陜西安康金礦的復(fù)墾率達(dá)69%，取得了較好的復(fù)墾效果[7]。目前，我國礦業(yè)廢棄地平均恢復(fù)率為10%～12%[8]，工礦廢棄地復(fù)墾工作已逐漸得到重視。

2 礦區(qū)廢棄地生態(tài)恢復(fù)技術(shù)

2.1 土壤改良

采取生物措施、工程措施能夠改良土壤的理化性質(zhì)，起到修復(fù)和重建污損土地的作用。土壤改良是生態(tài)恢復(fù)的前提，為了提高礦區(qū)廢棄地土壤孔隙度，短時(shí)間內(nèi)可以采用施有機(jī)肥、犁耕等方式。例如，在pH值大于7的礦區(qū)，可以通過施加硫磺、石膏、FeSO4等;在酸度較大的礦區(qū)可以通過添加石灰石提高土壤pH。有研究表明，廢棄尾礦區(qū)每平方米施加20 kg石灰石能有效提高其土壤pH，施用160 kg/hm2石灰石使礦區(qū)廢棄地土壤pH值從2.4上升至7.0左右。城市污水污泥、城市生活垃圾、作物秸稈、豆科綠肥和畜禽糞便能促進(jìn)土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成，降低土壤容重，增強(qiáng)土壤持水能力[9]。礦山廢棄地缺乏N、P等營養(yǎng)元素，直接限制了植物生長，Warman等的研究表明有機(jī)固體廢物可有效增加N、P含量[10];Guerrero等研究表明豬糞施用到土壤中可避免土壤無機(jī)氮的釋放，提高氮利用率[11]。生物固氮的原理是通過固氮植物、微生物等來提高土壤氮素利用率，是改良土壤氮肥的有效方法之一，有研究表明，在礦山廢棄地種植豆科植物能夠有效提高土壤氮含量。此外，微生物菌肥目前也被廣泛用于礦山廢棄地土壤改良。

2.2 土壤重金屬污染治理

礦區(qū)土壤重金屬污染主要是由尾礦庫和矸石山中所挾帶的大量重金屬通過淋溶等途徑造成的[12]。目前，治理礦區(qū)土壤重金屬污染的方法主要有物理技術(shù)、化學(xué)技術(shù)和生物技術(shù)。富集重金屬的植物約400多種，有研究發(fā)現(xiàn)，刺兒菜、虎尾草、葎草地下部分對銅、砷離子的富集能力較強(qiáng)，且在銅礦廢棄地的長勢表現(xiàn)良好;狗尾草對鉛離子，野西瓜苗對鋅離子的富集能力和轉(zhuǎn)運(yùn)能力均較強(qiáng)[13]。劉洪勝等研究表明，馬唐草和望江南這兩種植物對礦區(qū)重金屬M(fèi)n、Zn具有較強(qiáng)的吸收和轉(zhuǎn)移能力，是Mn和Zn的超富集植物[14]。黃小娟等研究表明，垂序商陸、酸模葉蓼對復(fù)合重金屬污染具有較好的修復(fù)效果，其主要是將重金屬囤積于根部;黃花蒿、長波葉山螞蝗、鉆形紫菀可種植在重金屬污染嚴(yán)重且使用價(jià)值相對較低的礦山廢棄地上[15]。將檸條、紅柳、沙木蓼、駝絨藜種植于金昌市礦山綠化地，通過對植物中重金屬含量進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)這些植物對重金屬Ni、Cu具有較好的吸收能力，且植物長勢良好[16]。劉周莉等的研究表明，忍冬在高濃度重金屬污染土壤中長勢較好[17]。面對礦山廢棄地及周邊污染土壤的特殊生境，單一的植物修復(fù)技術(shù)無法達(dá)到生態(tài)修復(fù)目的，微生物強(qiáng)化植物修復(fù)技術(shù)被廣泛應(yīng)用。有研究表明，微生物在促進(jìn)植物生長和營養(yǎng)吸收方面起著重要作用，例如接種菌根能顯著促進(jìn)植物生長，提高植物對N、P等的吸收，降低土壤重金屬濃度[18]。

2.3 礦區(qū)植被恢復(fù)

礦山廢棄地往往土層貧瘠、污染嚴(yán)重、土壤肥力低下，造林難度相對較大，因此礦山植被恢復(fù)應(yīng)根據(jù)礦山地形地貌、氣候條件及自然環(huán)境等選擇鄉(xiāng)土植物。在毒性較低的礦山廢棄地中生物固氮的利用價(jià)值越來越高。豆科植物與根瘤菌將大氣中的氮固定于土壤中，有研究顯示，豆科植物能夠在污染土壤中正常生長，并且能夠有效固定氮素，使得土壤中的氮得以積累，特別是有根瘤的一年生豆科植物，在瘠薄或重金屬污染的土壤中生長良好，可作為礦山廢棄地植被恢復(fù)的理想植物[19]。還有一些植物也具有較強(qiáng)的固氮能力，例如沙棘、楊梅等。油松是一種常青植物，具有很強(qiáng)的耐旱性，其凋零物及林下土層持水能力較好，作為礦山廢棄地植被建設(shè)樹種具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。另外，沙棘、檸條、刺槐等具有發(fā)達(dá)的根系，適應(yīng)能力較強(qiáng)，能夠固沙保水，有效增加土壤N、P、K等速效成分含量，可作為礦山廢棄地生態(tài)修復(fù)的優(yōu)選植被。