探討某廢棄冶煉廠的生態(tài)恢復(fù)方式

王璐

摘要：隨著加速開采礦山資源，礦區(qū)及附近地區(qū)的自然生態(tài)遭受急劇的破壞，礦山生態(tài)修復(fù)迫在眉睫。廢棄冶煉廠因重金屬含量高、營養(yǎng)貧乏等限制，需要人工協(xié)助恢復(fù)。本文主要探討客土覆蓋、土壤基質(zhì)改良和植物修復(fù)等目前較常用的生態(tài)恢復(fù)技術(shù)在某廢棄冶煉廠中的具體應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：生態(tài)恢復(fù)；土壤基質(zhì)改良；植物修復(fù)

廢棄冶煉廠在生產(chǎn)期間和停產(chǎn)關(guān)閉后因所處的年代和技術(shù)的原因，對礦渣未進(jìn)行或無法進(jìn)行完全的處理，經(jīng)過大自然長時間的作用，導(dǎo)致廢棄地的生態(tài)系統(tǒng)被嚴(yán)重破壞。此類廢棄地的生態(tài)恢復(fù)可近似參照礦山廢棄地的生態(tài)修復(fù)方式。礦山廢棄地生態(tài)恢復(fù)是指將受損生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)到接近于采礦前的自然狀態(tài)，或重建成符合人類某種有益用途的狀態(tài)，或恢復(fù)成與其周圍環(huán)境（景觀）相協(xié)調(diào)的其他狀態(tài)[1]。本文主要參考凡口鉛鋅礦尾礦庫廢棄地生態(tài)恢復(fù)技術(shù)，包括客土覆蓋[2]、原位基質(zhì)改良[3]和植物修復(fù)等，對某冶煉廠廢棄場地中重金屬土壤進(jìn)行綜合治理，輔以人工協(xié)助恢復(fù)其生態(tài)系統(tǒng)。

1.工程概況

原韶關(guān)市曲江區(qū)天順冶金化工廠位于曲江區(qū)大塘鎮(zhèn)，以鉛鋅銅硫原礦為原料，采用浮選法進(jìn)行濕法冶煉，于1998年停產(chǎn)關(guān)閉，雖堆積的大量酸性礦渣部分已被清運處理，但冶煉生產(chǎn)遺址、尾礦堆場遺留的環(huán)境破壞、污染問題卻未能較好解決。之后雖在2014年進(jìn)行過環(huán)境恢復(fù)治理工程，但是受限于當(dāng)時經(jīng)費與技術(shù)方法，整個工程并未達(dá)到預(yù)想的治理效果，其中治理工程中局部所種植的植物由于重金屬污染逐步枯萎死亡，治理場地光禿禿的一片，生態(tài)系統(tǒng)也未完全重建成功。因此，需要在前一次治理工程的基礎(chǔ)上，對原天順冶金化工廠遺留場地退化的生態(tài)系統(tǒng)在人為干預(yù)和輔助下逐漸恢復(fù)完善，建立新的生態(tài)平衡系統(tǒng)。

2.地質(zhì)環(huán)境條件

2.1地形地貌

韶關(guān)市曲江區(qū)境內(nèi)山地屬南嶺山脈南支，以丘陵山地為主，由于地質(zhì)構(gòu)造關(guān)系，使該區(qū)山川糾結(jié)、地形復(fù)雜，整體東高西低、南高北低，呈東南—西北的傾向。海拔500m以下山地丘陵面積的17.8%，山坡地約占25%，地勢較平緩。場區(qū)地貌屬低丘陵，地形南高北低。

2.2氣候條件

原天順冶金化工廠區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，受南嶺山脈的影響，南北冷暖氣團(tuán)常在此交鋒，形成春季陰雨連綿、夏季雨量充沛、秋季氣爽暖和、冬季寒冷干燥的氣候特征。年平均氣溫20.0℃，極端最高氣溫40.9℃（2003年7月23日），極端最低氣溫-4.8℃（1999年12月23日）；在冬季有少期霜凍現(xiàn)象出現(xiàn)（年平均約4天）；年平均降雨量1638mm，年內(nèi)暴雨主要集中在4月～9月份，約占全年降雨量的80%以上；年平均相對濕度為74.5%；年平均日照時數(shù)為1473小時～1928小時；秋、冬季以北風(fēng)為主，春、夏季以南風(fēng)為主，全年主導(dǎo)風(fēng)向為南風(fēng)，靜風(fēng)頻率較高；年平均風(fēng)速約為1.7m/s。

2.3區(qū)域地質(zhì)和水文地質(zhì)

曲江區(qū)區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造極為復(fù)雜，地層主要有二疊系灰?guī)r，石炭系灰?guī)r以及第四系松散巖類。第四系松散巖類多為第四系黃色、棕色亞粘土、亞砂土、夾砂礫石所組成。原天順冶金化工廠區(qū)內(nèi)西北方向地層為上白堊統(tǒng)，從晚白堊統(tǒng)向東為下石炭統(tǒng)、上石炭統(tǒng)，區(qū)內(nèi)東南方向地層為第四系更新統(tǒng)，向東北方向依次為上泥盆統(tǒng)、中泥盆統(tǒng)、下泥盆統(tǒng)，本項目地層主要為大灣鎮(zhèn)組（Q4dw）、石磴子組（C1s）、長垑組（C1c）。

廠區(qū)的水文地質(zhì)條件較簡單，場地地勢南高北低，地表水排泄條件較好，由南向北流。地下水主要為第四系孔隙水與裂隙水，上覆為松散巖類孔隙水，下伏為裂隙水。地下水的補(bǔ)給來源主要為大氣降水，地下水流向與地表水流向基本相同，由南向北西流。

2.4土壤植被

曲江區(qū)內(nèi)大部分表土、土層較深厚，多為砂頁巖、紅色砂頁巖、石灰?guī)r類型，是丘陵紅壤土分布區(qū)。

韶關(guān)市由于地理位置、地質(zhì)構(gòu)造和氣候條件的關(guān)系，植被具有南北交匯的特點，屬中亞熱帶常綠闊葉林地帶。其組成種類、生態(tài)結(jié)構(gòu)以亞熱帶常綠性的種類為主，但也有一定數(shù)量的熱帶、亞熱帶種類。其植物資源豐富多樣，其中以殼斗科、樟科、山茶科、木藍(lán)科等為優(yōu)勢。人工栽培常見的果樹有：桃、李、沙梨、柑橘、板栗等。場區(qū)周圍的植被主要分布有芒草、鷓鴣草、桃金娘、崗松群落，以及人工種植的水稻、蔬菜、木茨和花生等。

3.生態(tài)恢復(fù)技術(shù)

3.1技術(shù)原理

礦山廢棄地是一類特殊的退化生態(tài)系統(tǒng)，在生產(chǎn)過程中，原有的生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞，主要的生態(tài)問題表現(xiàn)為：表土層破壞，土壤基質(zhì)物理結(jié)構(gòu)不良、水分缺乏，持水保肥能力差，導(dǎo)致缺乏植物能夠自然生根和伸展的介質(zhì)；極端貧瘠，氮、磷、鉀及有機(jī)質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)不足或是養(yǎng)分不平衡；存在限制植物生長的物質(zhì)，如重金屬等有毒有害物質(zhì)含量過高，影響植物各種代謝途徑；極端pH值或鹽堿化等生境條件，影響植物的定居；生物數(shù)量和生物種類的減少或喪失，給礦區(qū)廢棄地恢復(fù)帶來了更加不利的影響[4、5]。本次場地內(nèi)由于大量尾渣堆積在場地南側(cè)地勢較高處，尾渣經(jīng)雨水浸泡浸出的酸性廢水，沿地勢自高向低流向北側(cè)低洼處，導(dǎo)致場地內(nèi)土壤重金屬鉛、鎘、砷濃度均超標(biāo)，原始基質(zhì)條件惡劣。因此針對本場地惡劣的生態(tài)條件，對原始土壤基質(zhì)改良是首先需要解決的問題也是核心問題；其次先鋒植物和定居植物的選擇也是至關(guān)重要的。

本場地主要采用物理、化學(xué)和生物的方式對原天順冶金化工廠遺留場地的土壤進(jìn)行改良，主要包括客土覆蓋、原位基質(zhì)改良和植物修復(fù)等具體措施?？屯粮采w即從異地移來人工土等質(zhì)地較好或肥力較高或有害物質(zhì)含量低的土壤（本次為熟耕土）直接覆蓋在污染土壤上，以減少作物根系和污染物的接觸。原位基質(zhì)改良即在重金屬污染嚴(yán)重土壤中添加化學(xué)物質(zhì)和營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行改良，從而使土壤肥力、pH值和重金屬毒性等指標(biāo)可以滿足植物的生長。重金屬污染土壤有關(guān)的植物修復(fù)技術(shù)主要包括植物提取、植物固定和植物揮發(fā)[2]。

3.2技術(shù)措施

該廠生產(chǎn)過程中和停產(chǎn)關(guān)閉后未進(jìn)行有效的治理措施，使得原有的植物群落和新覆蓋的植物群落被嚴(yán)重或完全破壞，局域生態(tài)功能薄弱。原天順冶金化工廠遺留場地條件與凡口鉛鋅礦尾礦庫廢棄地類似，都是原始基質(zhì)條件惡劣，具有極端的酸性，同時具有很高的鹽度和產(chǎn)酸能力。不做任何改良直接進(jìn)行植被，由于尾砂的極端酸性和營養(yǎng)貧瘠，植物并不能夠生長，而對于原始的尾砂區(qū)域和嚴(yán)重酸化的覆土區(qū)域，通過添加石灰以及改良基質(zhì)材料，種植營養(yǎng)袋苗、播撒種子和添加土壤種子庫，能夠形成很好的植物覆蓋，恢復(fù)三個月后覆蓋度即達(dá)到90%以上，植物種類多達(dá)14種，在已生長的植物中，黑麥草、高羊茅、斑茅、苧麻、紫花苜蓿、白三葉占主要優(yōu)勢，成為凡口鉛鋅礦尾礦庫廢棄地生態(tài)恢復(fù)的先鋒植物。因此本次參考凡口鉛鋅礦尾礦庫廢棄地的治理措施，對該場地輔以人工協(xié)助恢復(fù)措施，在場地內(nèi)采取種、播相結(jié)合，營養(yǎng)袋苗種植+撒播種子的方法，形成先鋒植物、長期定居植物、短期植物、四季植物更替的人工植物群落系統(tǒng)。實行草灌相結(jié)合，進(jìn)行植被的恢復(fù)與重建，進(jìn)而使生態(tài)系統(tǒng)實現(xiàn)自行恢復(fù)并逐漸達(dá)到一種新的生態(tài)平衡。恢復(fù)措施的主要有如下三種情況（具體分區(qū)見下圖）：

3.2.1平緩場地區(qū)（C+D1區(qū)、E2區(qū)）

C+D1區(qū)屬于嚴(yán)重污染區(qū)，為強(qiáng)酸性土壤，除了對植物的生長有抑制作用以外，還會加劇重金屬溶出和毒性，同時導(dǎo)致土壤養(yǎng)分不足。此外，在酸性條件下，大量的重金屬離子和毒性鹽進(jìn)入土壤，會影響土壤微生物和土壤酶活性，進(jìn)而影響植物根系對營養(yǎng)和水分的吸收，其地質(zhì)環(huán)境破壞較為嚴(yán)重。因此本區(qū)域需要利用石灰調(diào)整土壤pH值，施有機(jī)肥、土壤調(diào)節(jié)劑、微生物菌種材料改良土壤；采用合理的耕作模式改變土壤電導(dǎo)率、氧化還原電位，抑制土壤產(chǎn)酸與穩(wěn)定重金屬。沿地面人工修整“之”字形人行便道，耙松種植平臺之間隙表土2cm，進(jìn)行土地備耕與改造。對已完成備耕的土壤，采用物理、化學(xué)、生物的方法進(jìn)行一次全面的本底、表層土質(zhì)改良，表層面施中和劑、土壤改良基質(zhì)等土壤改良材料；條溝內(nèi)加施石灰、土壤改良物質(zhì)作底層改良基質(zhì)，進(jìn)行深層土壤改良。采用各種土壤改良措施調(diào)整土壤pH值，增加土壤有機(jī)質(zhì)含量及消除土壤中的有毒物質(zhì)，改良土壤結(jié)構(gòu)。實施土壤改良過程前期酸化預(yù)測與土壤改良過程中的全過程酸化控制，全過程營造有益微生物生長的適宜環(huán)境，切斷產(chǎn)酸微生物的生長繁育途徑，引入與培育有益微生物，通過有益微生物的作用持續(xù)改良土壤。之后客土覆蓋0.50m的厚度后穴植泡桐、馬尾松、夾竹桃、象草、狗牙根、五節(jié)芒、豬屎豆、山毛豆等先鋒物種，對于其他區(qū)域可以優(yōu)先采用栽種淺根灌木的方法，灌木的種植間距約為2.5m×2.5m，株間撒播灌木種、草種進(jìn)行綠化恢復(fù)。

E2區(qū)客土覆蓋0.5m厚度進(jìn)行土壤改良后可種植喬木，與灌木間種。喬木種植間距為2.5m×2.5m，采用馬尾松、木荷、杜英等喬木等當(dāng)?shù)仄贩N；灌木種可采用山紫甲（山指甲）、山毛豆、豬屎豆、紫穗槐等，若采用栽種灌木的方法，則采用的灌木苗高約為0.3m～0.5m。坡度較緩的部位可采用五節(jié)芒等當(dāng)?shù)夭莘N。

3.2.2邊坡區(qū)（D2+E1區(qū)、E3區(qū)）

D2+E1區(qū)為邊坡地形，對坡面進(jìn)行整形后覆蓋一層大約10cm基土進(jìn)行土壤改良，然后再碼砌條形植生袋進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)。植生袋內(nèi)草種要使用本地護(hù)坡物種，草、花、樹物種要多樣。

E3和E4區(qū)的治理措施與E2區(qū)一致，其中撒播草籽復(fù)綠時，草種選用寬葉雀稗、牡荊、木豆、山蒼子、多花欄、野菊、馬塘草、圓雀稗、畫眉草、百喜草、狗尾草、狗牙根、油茶、木豆、山毛豆、大蔸草、柱花草等耐酸、根系發(fā)達(dá)、適生的多年生混合草籽。撒播區(qū)域表面覆蓋無紡布，條播區(qū)域表面覆蓋椰絲草毯，以保持坡面水分并減少降雨對種子的沖刷，促使種子生長。

4.結(jié)語

礦區(qū)廢棄地逐漸成為世界各采礦大國的熱點研究課題。對于礦山廢棄地的修復(fù)多數(shù)是在礦山開采結(jié)束，廢棄地閑置多年且生態(tài)環(huán)境問題極為嚴(yán)重后才開始。這樣不但加大了修復(fù)難度，而且所需費用也成倍增長，恢復(fù)時間加長，修復(fù)效果也較邊開采邊修復(fù)的效果差，而且在礦山廢棄地開采及廢置的較長時間段內(nèi)，尾礦塵、采礦廢水、廢渣對周邊環(huán)境已經(jīng)產(chǎn)生了很大的影響，污染范圍和破壞程度均發(fā)生了擴(kuò)展[5]。Anthony[6]對未被嚴(yán)重破壞和污染的礦區(qū)土壤進(jìn)行了自然恢復(fù)的研究，結(jié)果表明在不進(jìn)行人工影響的情況下，礦區(qū)被破壞的土壤可以進(jìn)行自我恢復(fù)。但是，由于大部分礦區(qū)污染較嚴(yán)重，僅僅靠土壤自然恢復(fù)時間太長，效果也不很明顯。為了促進(jìn)廢棄物快速土壤化演化和土壤培育，消除污染，改善土壤環(huán)境質(zhì)量，恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)，可以輔以人工措施進(jìn)行修復(fù)。所以在礦山廢棄地修復(fù)中植被的作用是多方面的，植被的生長可加快廢棄地碎巖及尾礦砂的風(fēng)化進(jìn)程，修復(fù)礦區(qū)受污染土壤，有效遏制水土流失，使礦區(qū)植被的立地條件逐步得到改善，利于其他植被的自然定居，同時還能有效阻滯礦區(qū)飛揚(yáng)的礦塵，改善局域生態(tài)小環(huán)境，使生態(tài)功能遭到破壞的礦山廢棄地能夠最終實現(xiàn)自我修復(fù)，并逐漸達(dá)到一種新的生態(tài)平衡[1]。

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