礦山土壤生態(tài)修復技術研究

程愛民

摘要：我是礦產(chǎn)資源大國，礦產(chǎn)資源也是我國社會經(jīng)濟發(fā)展重要的能源類型之一，是我國工業(yè)等相關產(chǎn)業(yè)的發(fā)展基礎。但在礦山的開發(fā)過程中，對開發(fā)地的生態(tài)環(huán)境帶來了嚴重的破壞，如對地表植被造成了破壞，在開發(fā)過程中對原有地貌的嚴重破壞、開發(fā)中污染源以及廢棄材料處理不當對自然環(huán)境水體、大氣以及土壤造成的污染與破壞。上述現(xiàn)象對生態(tài)環(huán)境造成了嚴重的破壞，嚴重影響了周邊居民的生活環(huán)境以及生產(chǎn)活動，因此加強對礦山廢棄地的生態(tài)環(huán)境恢復工作迫在眉睫。

關鍵詞：礦山土壤;生態(tài)修復;研究

受我國建國初期的特殊國情決定，我國在廢棄礦山的修復研究上起步較晚，與發(fā)達國家相比研究進程較短，在治理經(jīng)驗以及治理技術方面都相對不足。但近年來我國逐漸重視礦山廢棄地的修復技術研究，對礦山廢棄地生態(tài)修復技術的研究的投資力度逐步加大，也逐漸成為業(yè)內的研究熱點，礦山生態(tài)修復的相關理論以及技術研究工作迅速發(fā)展，并取得了多項研究成果。

目前，在我國礦山廢棄地生態(tài)修復已經(jīng)成為生態(tài)修復業(yè)內重要的論題之一，并基于生態(tài)系統(tǒng)退化與機理等相關的技術理論為基礎，建立了以恢復礦山開發(fā)生產(chǎn)中破壞的生態(tài)系統(tǒng)為主要目標的技術體系，通過相應的技術手段，最大限度的對受到破壞的生態(tài)系統(tǒng)進行還原以及重新構建，降低礦山廢棄地對人類生存、生活、發(fā)展可能產(chǎn)生的影響。

目前我國在礦山廢棄地生態(tài)恢復技術研究主要有四個研究方向，分別是生態(tài)修復理論、修復技術、修復生態(tài)效益、修復質量評價等四個方面。

1 礦山廢棄地生態(tài)修復理論研究

礦山廢棄地生態(tài)修復屬于恢復生態(tài)學的范疇之內，是一門綜合性極強的學科，技術涵蓋范圍較廣，涉及到群落演替理論、景觀生態(tài)學、生物多樣性理論、限制性因子理論等多個理論技術體系。近年來雖然我國在礦山廢棄地的生態(tài)修復領域取得了巨大的進展，但目前技術體系仍不夠完善，其中在景觀生態(tài)學理論中最為欠缺。

1.1 植被演替理論在礦山廢棄地生態(tài)修復中的應用

對原有環(huán)境中地表植物的恢復與還原是一切生態(tài)系統(tǒng)恢復和重建的前提。因此對地表植被的恢復以及重建也是業(yè)內的研究焦點問題之一。

地表植被的恢復與重建需要經(jīng)歷三個過程，在礦山廢棄地植物群落恢復的前期階段，具有極強環(huán)境適應能力的豆科、菊科草本植物會成為先鋒型植物，在植物群落恢復的中期階段，大量的灌木和喬本植物群落逐步出現(xiàn)，植物群落的多樣性有了明顯的改善，在植物群落恢復的受氣階段，植物覆蓋率不斷增加，草本性植物的多樣性以及覆蓋面積要遠遠超過灌木以及喬木的群落。另外，大量研究都表明礦山廢棄地自然恢復植被物種多樣性高于人工恢復植被，從長遠來看自然恢復效果要優(yōu)于人工恢復，但礦山廢棄地自然恢復過程十分漫長，因此礦山廢棄地生態(tài)修復要考慮長期的潛在價值和深遠的修復目標，深入研究礦山廢棄地植被結構特征及其演替方式，結合成熟的人工修復技術，更好的進行礦山廢棄地生態(tài)修復。

1.2 限制性因子理論在礦山廢棄地生態(tài)修復中的應用

限制性因子是生態(tài)學的核心理論，在一定的范疇內可以認為，所有生物的生長與恢復與其所處環(huán)境中所有限制性因子的有直接的關系。在礦山廢棄地中，對生物生長恢復存在直接影響的限制性因子種類極多，如廢棄地中存在的廢物污染性、土壤條件、光照條件、水分條件等等，均會對生物的生長與恢復產(chǎn)生不同程度的影響。在上述影響因素中，影響最大的是土壤條件。伴隨礦山的常年開發(fā)，會逐步改變土壤的條件，導致土壤深度發(fā)生改變，土壤中有機物含量增加、土壤含水量變小，有害元素增加等等，導致在生態(tài)修復過程中，土壤成為了地表植被恢復重要的限制性因子。

2 礦山廢棄生態(tài)修復技術

礦山廢棄生態(tài)修復技術應以生態(tài)技術理論為基礎，基于目標修復場地的實際情況，制定相應的生態(tài)恢復手段，并制定嚴格的恢復順序，最終達成對廢棄地的重建以及資源的繼續(xù)利用。在整個恢復過程中，最為重要的環(huán)節(jié)是對廢棄地自然條件的精準評估和適宜性評價，根據(jù)評估結果，采用邊坡穩(wěn)固、土壤置換、土壤種子庫、植物物種選配等具體的修復手段，實現(xiàn)礦山廢棄地的生態(tài)修復與重建。

2.1 立地條件類型劃分與評價

如前文所述，在礦山廢棄地的生態(tài)修復工作中，最為重要的也是先驅環(huán)節(jié)就是對廢棄地進行精準的定位與評估，針對礦山廢棄地的實際情況制定生態(tài)修復的具體計劃。在礦山廢棄地的評估方面，我國目前沿用的方法以及標準尚未統(tǒng)一，從自然、社會、經(jīng)濟三個角度將廢棄礦山分為4類14個亞類，并詳細劃分出6個等級。有些學者則從礦山的坡度、土壤厚度以及基礎條件、土壤風化風度，生態(tài)恢復的綜合工程量、恢復方式、恢復所需技術等角度將廢棄礦山劃分為6個大類別以及25個立地類型，并根據(jù)不同的立地類型提出了不同的生態(tài)修復方案。雖然業(yè)界學者對礦山廢棄地的評估方式和標準各不相同。但評估的目的均是為了充分考量廢棄地實際情況，讓恢復計劃更為客觀合理。

2.2 邊坡固定以及工程綠化技術

邊坡固定技術和工程綠化技術是礦山廢棄地常用的工程手段之一，我國數(shù)十年來逐步引進了種子噴薄法、纖維綠化法、客土噴播法等多項工程技術，也自主研發(fā)了生態(tài)植被毯鋪植、vrt礦山植被恢復技術等自主知識產(chǎn)權的工程綠化技術。

2.3 土壤改良技術

根據(jù)前文所述，土壤是礦山廢棄地修復中最為重要的限制性因子之一，因此對土壤條件進行改良也是礦山廢棄地生態(tài)恢復工作的重點以及難點。土壤改良的方法較多，但從技術類別角度可以分為物理改良法、化學改良法、生物改良法三種類型。

其中，物理改良法是出現(xiàn)最早的土壤改良技術，采用排土、換土、客土等具體的施工方法，實現(xiàn)對土壤條件的改良。物理改良技術一般不單獨應用，通常作為化學改良以及生物改良的預處理技術，在使用其他改良技術前，通過物理改良法改變土壤密度以及土壤結構，如果土層過薄或土壤中污染物成份嚴重超標，客土法收效最為明顯。

化學改良法是根據(jù)實際的土壤條件，以及土壤中有機物含量和污染元素種類，向土壤中加入相應的材料以及化學試劑，實現(xiàn)改良土壤條件的目的。目前常用的添加劑有堆肥、糞肥、木屑、無毒有機污泥等等，可以增加土壤肥力，降解土壤中有害元素。城市污泥獲取難度低，同時污泥中含有大量的營養(yǎng)元素以及有機物質，并具備適當?shù)恼承砸约俺炙?，可以有效的提高土壤的肥力。石灰和碳酸鈣類添加劑適用于酸度較高的廢棄地土壤改良中，通過酸堿中和的作用，可以有效降低土壤酸性，減少土壤中重金屬離子的含量。

生物改良是目前最為高新的土壤改良技術，通過在土壤中加入土壤動物以及微生物，利用其生命活動以及特定的代謝產(chǎn)物，來實現(xiàn)對土壤條件的改良。目前常用的生物改良動植物有豆科植物、楊梅、沙棘、蜈蚣草、蚯蚓等等。近年來利用植物來提取和降低礦山廢棄地土壤中的重金屬為土壤改良提供了新途徑，大量實踐表明Pb、Cd、Cr、Mn、As、Zn、Cu、Hg等重金屬的超富集植物30多種，其中鴨跖草可以大量富集Cu，蜈蚣草可以大量富集As，東南景天、鬼針草和酸?？梢源罅扛患U，商陸可以大量富集Mn，此外通過現(xiàn)代生物技術，克隆耐重金屬污染的基因，從而用于改良和培育礦山廢棄地重金屬富集的植物種類。

2.4 微生物修復

微生物修復技術是指微生物來減少污染物以及提高土壤肥力的方法。例如，硫酸鹽還原菌可用于還原和去除采礦業(yè)酸性礦山廢水中的大量硫酸鹽。還與廢水中的重金屬一起沉淀。實驗室實驗結果表明，在p H值為5.00和停留時間為18小時的情況下，還原硫酸鹽細菌對硫酸鹽的回收率可達到46.10%，并銅、鋅、鐵含量下降非常明顯。除此之外，微生物還可以利用有機廢物，同時固定N2，改善了土壤的物理和化學性質。微生物修復技術是自然過程，因此對環(huán)境影響很小，并且可以大大降低污染物的濃度。微生物修復技術較為復雜，且時間較長，并具有一定的特異性，因此微生物修復技術的應用仍然有很大局限性。

在礦山環(huán)境修復中，一種修復技術往往具有一定的局限性，無法滿足修復需求，多種修復技術結合可以相互補充，以達到最佳修復效果。比如物理化學聯(lián)合修復技術可以快速固化，直接消除有毒有害物質，物理化學聯(lián)合修復技術成功的關鍵是選擇可以與重金屬混合的物質;微生物化學聯(lián)合修復技術通過向土壤中添加表面活性劑以促進污染物從表面活性劑的固相到膠束相的分布，增加疏水性物質在土壤中的溶解度，同時還可以增加膜對微生物的滲透性;植物化學聯(lián)合修復技術通過在土壤基質中添加螯合劑來促進植物修復，改善土壤中有害物質的解毒能力;植物微生物聯(lián)合修復技術可以協(xié)同特定的微生物，比如菌根真菌的生命活動和生理代謝可以將水、酶和其他物質轉移到附近的植物，從而促進植物的生長并和土壤中重金屬的轉化和遷移，從而增加植物對重金屬富集能力。同時應用兩種或更多種修復技術將產(chǎn)生協(xié)同效應，將大大克服一種修復技術的局限性，改善資源利用并增強生態(tài)修復的效果。因此，環(huán)境修復聯(lián)合技術無疑將成為未來礦山環(huán)境修復研究的主要重點。但是，聯(lián)合修復技術的組合是極其復雜的生化過程，比單一回收技術更容易受到環(huán)境影響，要求對每種技術都有一定的經(jīng)驗，增加了操作的復雜性。

2.5 植物修復

植物修復主要通過在廢棄礦山的表層土壤科學的種植適合的植物，以防止水土流失，并利用植被來富集，穩(wěn)定和過濾根系效果從廢棄礦山中清除污染物，從而實現(xiàn)改善土壤理化性質和生態(tài)環(huán)境的目的。很多蔡本植物具有富集重金屬和改善土壤環(huán)境的作用。比如苜蓿、白三葉草等草藥以及其他豆類植物是常用的生態(tài)恢復植物。這是由于豆類植物的共生固氮能力較強，可以顯著提高土壤肥力指數(shù)，隨著播種時間的延長可以有效提高土壤的肥力，并富集重金屬。比如，苜蓿根可以有效富銅和鋅，但是，由于草本植物通常較小，生物量不足限制了土壤中重金屬的其應用效果。而且基于草本植物的生態(tài)系統(tǒng)抗逆性較差，無法應對極端的氣候。相反，木本植物具有生物量高，抗逆性強，根系發(fā)達的優(yōu)點，已逐漸成為礦山植物恢復環(huán)境研究的趨勢。木質的越橘，沙棘等具有很強的固氮能力，可以顯著改善礦區(qū)的土壤肥力，且具有較好的重金屬富集能力。此外，銀合歡、桑樹和臭椿已成功用于廢棄礦山的修復，對鎘，鉛和銅的富集有重要影響。

植物修復技術還可以防風防沙，減少水土流失，是目前最好的生態(tài)修復方法之一，廣泛用于廢棄礦山的生態(tài)恢復，盡管耐性植物的修復效果好，由于大部分植物生長緩慢，因此，修復期也較長，僅適用于表面恢復。另外，重金屬在植物中積累較多時，需要砍伐，但傳統(tǒng)的處置方法（如焚化和熱解）會造成二次污染，仍然存在需要解決的問題，以實現(xiàn)最大限度地利用資源。

該礦區(qū)損毀土地在復墾初期比較貧瘠，礦區(qū)植被選擇適宜惠城區(qū)本土耐干旱、貧瘠、耐寒的當?shù)匾嗽灾参镒鳛橹饕臉浞N，例如：喬木（馬占相思、楓香）、灌木、野生葛藤、芒草、狗牙根及紫穗槐等，一般春季在3月～4月中旬栽植植物，栽植時適量澆水。樹穴填滿土后，適當踩實，然后在其表面覆蓋5cm～10cm松散的土;散播草籽為部分損毀區(qū)域，并適量澆水，最終實現(xiàn)喬、灌、藤、草多效結合的復墾局面。

礦區(qū)土地復墾項目施工建設、施工工藝及土地復墾各個環(huán)節(jié)要形成一個完整的系統(tǒng)，從而達到土地墾后的土地的利用和一體化經(jīng)營，形成土地復墾的規(guī)模效益和良性循環(huán)機制。在復墾治理后的土地，要采取一定量的生物化學措施，生物化學措施主要包括恢復植被與生態(tài)維護等工程。治理工作范圍，為已形成的開采邊坡及邊坡外側的排土場。經(jīng)過生態(tài)修復后將提高植被的覆蓋率，有利于提升周邊生態(tài)環(huán)境，對水、空氣和土地資源有明顯改善，同時防止地質災害的發(fā)生，環(huán)境效益、經(jīng)濟效益及社會效益顯著。

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