廢棄礦區(qū)生態(tài)環(huán)境恢復(fù)林業(yè)復(fù)墾技術(shù)的研究

高小英

（臨縣林業(yè)和草原發(fā)展中心，山西 臨縣 033200）

0 引言

早期的小規(guī)模采礦主要是露天采礦，對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重破壞。礦區(qū)的主要環(huán)境地質(zhì)問題和危險(xiǎn)性如下：①土壤和景觀破壞表現(xiàn)為山地破壞、土壤破壞（主要與侵蝕和土壤破壞有關(guān)）、植被破壞等。礦區(qū)靠近國(guó)道、省道、公路和鐵路，可見的傷口非常吸引人。②礦區(qū)邊坡易發(fā)生滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害。③在車站周圍脆弱低洼的區(qū)域有爐渣堆積；一方面，它占用大量土地，造成土地資源的浪費(fèi)；另一方面，堆積會(huì)造成嚴(yán)重的水土流失和局部滑坡。為了彌補(bǔ)過去礦產(chǎn)無序開發(fā)造成的地質(zhì)災(zāi)害和環(huán)境破壞，必須科學(xué)地進(jìn)行環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害治理和生態(tài)恢復(fù)[1]。礦區(qū)作為礦業(yè)開發(fā)的重要來源，礦區(qū)的實(shí)際開發(fā)通常會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生重要影響，不僅會(huì)占用農(nóng)林用地，還會(huì)破壞生態(tài)環(huán)境的多元化發(fā)展，從而引發(fā)社會(huì)問題。鑒于這種情況，廢棄礦區(qū)的復(fù)墾和生態(tài)恢復(fù)技術(shù)已成為生態(tài)環(huán)境相關(guān)領(lǐng)域研究的重點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上，本文對(duì)礦區(qū)廢棄地生態(tài)修復(fù)技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)要探討，總結(jié)了土壤重建和生物修復(fù)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。

1 廢棄礦區(qū)生態(tài)修復(fù)工程中的土壤重建與復(fù)墾

1.1 土壤重建和物理改良

廢棄礦區(qū)物理改良的工作內(nèi)容包括卸載、土壤清除和深耕。在選擇技術(shù)時(shí)，應(yīng)結(jié)合土壤條件、恢復(fù)目標(biāo)、工程資金和礦區(qū)設(shè)計(jì)方案，選擇合理的物理改良方法。在擾動(dòng)地表之前，應(yīng)分層收集土壤，并分析和輸入土壤結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和成分的數(shù)據(jù)，以確保生態(tài)恢復(fù)項(xiàng)目對(duì)土壤物理結(jié)構(gòu)、植物種子、微生物、動(dòng)物和養(yǎng)分的影響在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。項(xiàng)目完工后，土壤必須分層填筑，這是礦區(qū)環(huán)境恢復(fù)的標(biāo)準(zhǔn)程序之一。其中，土壤結(jié)構(gòu)主要指土壤的排列、組合形式和粒徑。土壤結(jié)構(gòu)的疏松程度直接影響植物根系的生長(zhǎng)。例如，如果植物根系的土壤類似于油炸土，則根系可以完全滲透到土壤中，以獲得植物生長(zhǎng)所需的水分和營(yíng)養(yǎng)。土壤結(jié)構(gòu)的密實(shí)度和孔隙度可以通過土壤置換來調(diào)節(jié)。廢棄礦區(qū)的土壤結(jié)構(gòu)通常相對(duì)狹窄。在實(shí)施生物修復(fù)項(xiàng)目之前，需要通過土壤置換和深加工來改變土壤顆粒的密度，然后使用剝離、固定、破碎等方法來改變土壤的化學(xué)和營(yíng)養(yǎng)特性。如果重建的荒地受到嚴(yán)重污染，土壤很薄，甚至沒有土壤覆蓋，則必須覆蓋宿主土地。土壤覆蓋工程的關(guān)鍵是土壤來源的確定、土壤覆蓋層厚度的選擇和工程方法。此外，如果土壤中的重金屬含量超過相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，則應(yīng)使用電氣修復(fù)。該方法包括將電極插入被重金屬污染的土壤中，并引入直流電。在電場(chǎng)的影響下，重金屬成分會(huì)移動(dòng)到電極上并進(jìn)行強(qiáng)化處理。近年來，這種環(huán)境修復(fù)技術(shù)在土壤重建工程中得到了廣泛應(yīng)用，但由于土壤成分的復(fù)雜性，無法充分發(fā)揮其技術(shù)優(yōu)勢(shì)[2]。

1.2 土壤重建的化學(xué)技術(shù)

大部分廢棄礦區(qū)的酸堿性嚴(yán)重。這種荒地通常用化學(xué)方法處理。例如，硫酸亞鐵和硫酸氫鈉等化學(xué)品用于將土壤中的鈉離子轉(zhuǎn)化為鈣離子，降低鹽堿化程度，提高水分子穿透土壤進(jìn)入基質(zhì)的能力。如果殘留的土壤是酸性的，可以用生石灰、碳酸鹽和其他物質(zhì)中和。氫氧化物在重金屬中的實(shí)際溶解度僅弱于硫化物。向重金屬含量高的土壤中添加石灰可以將其轉(zhuǎn)化為氫氧化物。同時(shí)，一旦pH 升高，就會(huì)導(dǎo)致重金屬離子和鈣離子的共向性，從而抑制重金屬分子向土壤中的遷移，減少重金屬在植物中的富集。此外，使用鋸末、肥料、污泥和綠色廢棄物等有機(jī)物質(zhì)也可以改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤保水能力，確保陽離子交換率。在土壤層上鋪設(shè)20cm 厚的垃圾，在每個(gè)平坦層上鋪設(shè)20kg 的石灰，對(duì)殘留物的酸化有非常顯著的抑制作用。在土壤重建中，改善原始土層中營(yíng)養(yǎng)和有機(jī)質(zhì)的缺乏也是技術(shù)研究的核心。土壤養(yǎng)分的缺乏不僅會(huì)降低植物的存活率和生長(zhǎng)速度，還會(huì)進(jìn)一步促進(jìn)生態(tài)群落的多樣性。因此，在土壤修復(fù)工程中，通常需要調(diào)整土壤中養(yǎng)分的含量和比例。研究表明，鋸末作為一種獲取途徑廣、經(jīng)濟(jì)成本低的有機(jī)材料，可以提高樹木、一些草本植物和灌木的成活率。一些植物和土壤生物生長(zhǎng)所需的氮主要來自有機(jī)氮礦化或生物固氮。因此，鋪設(shè)氮鋸末可以提高土壤的實(shí)際肥力。同時(shí)，城市污泥也可以用來提高土壤肥力。城市污泥主要是指污水處理廠在污水處理過程中產(chǎn)生的廢棄物。由于污泥富含氮、磷、鉀和有機(jī)質(zhì)，具有較強(qiáng)的粘性，可以改善廢棄礦區(qū)的土壤保水性。它是一種填料，廣泛應(yīng)用于土壤修復(fù)工程中。土壤中的過量金屬是礦區(qū)復(fù)墾的難題之一，由于其隱蔽性好、影響范圍廣、壽命長(zhǎng)、不可逆性強(qiáng)等特點(diǎn)，已成為復(fù)墾技術(shù)深入研究的重點(diǎn)。工程單位可以使用磷酸鹽處理重金屬。

2 礦區(qū)環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害治理方法

礦區(qū)環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害治理要圍繞重點(diǎn)防治區(qū)、次重點(diǎn)防治區(qū)和一般防治區(qū)，選擇不同的治理方法。

2.1 主要防治領(lǐng)域的治療方法

對(duì)礦區(qū)環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害的治理，要注重邊坡監(jiān)測(cè)，做好邊坡參數(shù)設(shè)計(jì)，設(shè)置擋土墻穩(wěn)定邊坡，開展有針對(duì)性的工程地質(zhì)勘察也至關(guān)重要。要圍繞特定的災(zāi)害點(diǎn)進(jìn)行預(yù)防，做好邊坡加固工作。嚴(yán)格落實(shí)監(jiān)測(cè)點(diǎn)、監(jiān)測(cè)分析登記，統(tǒng)一規(guī)劃，確保生態(tài)功能逐步恢復(fù)。

2.2 次重點(diǎn)防治區(qū)治理方法

修建住房和通往礦區(qū)的道路將形成大量的礦渣和廢料邊坡，并可能發(fā)生邊坡失穩(wěn)，造成滑坡和滑坡。廢棄物會(huì)導(dǎo)致水土流失和泥石流。因此，必須合理設(shè)計(jì)邊坡參數(shù)，做好支護(hù)加固處理。排水護(hù)城河可置于斜坡上方。此外，還必須科學(xué)地設(shè)置滾石砌塊結(jié)構(gòu)和植樹造林。

2.3 一般防治區(qū)治理方法

一般防治區(qū)的治理必須解決地表巖體破裂造成的水土流失問題，特別是可以從水土保持和植被保護(hù)方面入手。路塹和減載護(hù)坡、正面支護(hù)、生物防治、轉(zhuǎn)移預(yù)防和雨天預(yù)防是常見的處理方法。

3 廢棄礦區(qū)生態(tài)修復(fù)工程中的生物技術(shù)

生物修復(fù)土壤工程是指利用植物、動(dòng)物和微生物的活動(dòng)和代謝，改變土壤的化學(xué)性質(zhì)和物理結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步提高土壤肥力的復(fù)墾工程。生物修復(fù)在污染物的降解、吸收和富集方面具有很大的優(yōu)勢(shì)，且投資的經(jīng)濟(jì)成本較低。土壤重建的物理和化學(xué)改良可以改變土壤。然而，改善礦區(qū)景觀的效果并不高。相對(duì)而言，通過農(nóng)業(yè)和林業(yè)發(fā)展技術(shù)，生物修復(fù)不僅可以改善大氣和水環(huán)境，還可以減少污染的影響，體現(xiàn)礦區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展價(jià)值[3]。

3.1 植物修復(fù)技術(shù)

相關(guān)環(huán)保單位將植物修復(fù)工程定義為土壤中沉積物、污染物或其他有害物質(zhì)的提取、加工、吸收、分解和固定等技術(shù)的總稱。特別是，生物修復(fù)主要包括水生植物和土壤的植物修復(fù)。使用的主要技術(shù)包括根際過濾、人工濕地建設(shè)、填埋場(chǎng)淋濾、植物固化和蒸發(fā)。通過歸納，改變了水環(huán)境和土壤環(huán)境。生物修復(fù)技術(shù)廣泛應(yīng)用于毒性較小的環(huán)境條件：例如，豆類植物可以與根瘤菌共生，固定大氣中的氮。根據(jù)研究數(shù)據(jù)，在受污染的土壤中種植豆科植物可以提高土壤中氮的積累速度，并耐受低營(yíng)養(yǎng)水平和有毒金屬。

在土地復(fù)墾和生態(tài)恢復(fù)的初始階段，植物種類的選擇非常重要。物種分配可以運(yùn)用恢復(fù)生態(tài)學(xué)、景觀生態(tài)學(xué)和植物群落理論的原理來設(shè)計(jì)植物群落的組成、結(jié)構(gòu)和密度，從而創(chuàng)造合適的植物生存空間，避免種間競(jìng)爭(zhēng)。根據(jù)促進(jìn)穩(wěn)定性的多樣性原則，沙漠土壤造林應(yīng)盡可能配置為混交林，以增加物種多樣性和植物生態(tài)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)。群落植物結(jié)構(gòu)應(yīng)模擬自然植物結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)樹木、灌木和芳香草本植物的多層混合。實(shí)踐表明，落葉喬木和灌木應(yīng)種植少量土壤，常綠喬木應(yīng)移植土球，草本植物應(yīng)種植在地面或混合土壤中。此外，根據(jù)礦區(qū)表土開發(fā)的優(yōu)缺點(diǎn)，分別采用了土壤覆蓋栽培技術(shù)和非土壤覆蓋栽培技術(shù)。當(dāng)土壤表面厚度較低時(shí)，采礦廢棄物表面可以覆蓋一定厚度的土壤、污泥和飛灰，從而大大改善土壤環(huán)境。對(duì)于差異化程度較高的采礦廢棄物，由于地表土壤發(fā)育良好，可直接在地面種植植物進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)。

3.2 動(dòng)物土壤技術(shù)

土壤動(dòng)物在改善土壤結(jié)構(gòu)、提高土壤肥力、分解廢棄物、促進(jìn)養(yǎng)分小生物循環(huán)等方面發(fā)揮著不可替代的作用。土壤動(dòng)物作為生態(tài)系統(tǒng)食物鏈中不可或缺的一部分，扮演著初級(jí)消費(fèi)者和分解者的重要角色，是食物鏈的基礎(chǔ)。植被恢復(fù)階段后，一些低等動(dòng)物可以在地面上生長(zhǎng)。土壤動(dòng)物活動(dòng)可以改善土壤的物理結(jié)構(gòu)，增加孔隙度。通過電擊和灌溉處理蚯蚓可以降低土壤中的重金屬含量。此外，生態(tài)恢復(fù)還包括微生物恢復(fù)。

4 常用廢棄礦區(qū)生態(tài)修復(fù)技術(shù)

4.1 活性土壤修復(fù)技術(shù)

土壤活性修復(fù)技術(shù)可以加速巖土礦物體的轉(zhuǎn)化。這種技術(shù)大多與寄主土壤噴灑技術(shù)結(jié)合使用。在這兩項(xiàng)技術(shù)的支持下，巖層將迅速轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C(jī)狀態(tài)，土壤的生態(tài)環(huán)境也將形成。廢棄礦井中經(jīng)常留下大量的礦渣和水泥。為了保證植物根系的穩(wěn)定生長(zhǎng)空間，科學(xué)應(yīng)用活性土壤修復(fù)技術(shù)非常重要。該技術(shù)的具體應(yīng)用必須做好土壤生物區(qū)系多樣性的調(diào)查研究工作，以改善廢棄礦區(qū)的土壤活性；常用的措施包括機(jī)械化削坡和噴灑土壤，以激活廢棄礦井的補(bǔ)給能力。應(yīng)根據(jù)廢棄礦區(qū)的不同區(qū)域選擇邊坡的切割角度，并應(yīng)注意監(jiān)測(cè)設(shè)備的科學(xué)設(shè)置、植物種類的優(yōu)化和逐步分布。

4.2 掛網(wǎng)客土噴播技術(shù)

將保水劑、黏合劑、調(diào)節(jié)劑、植物纖維、泥炭土、緩釋復(fù)合肥和水通過噴灑機(jī)按比例混合后，混合后的混合物由液壓噴灑設(shè)備送至噴管噴嘴，經(jīng)釘網(wǎng)處理后噴灑在巖石表面。采用掛網(wǎng)噴土的方法在巖質(zhì)邊坡上建立生態(tài)層。該技術(shù)作為道路工程廣泛應(yīng)用于邊坡綠化，也適用于礦區(qū)廢棄邊坡的生態(tài)修復(fù)。掛網(wǎng)噴土技術(shù)適用于40°～70°的邊坡。種子和基礎(chǔ)材料是技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵，必須確保它們與周圍的自然環(huán)境相一致。技術(shù)的應(yīng)用還需要掌握邊坡處理、材料分配和維護(hù)等關(guān)鍵點(diǎn)，如清除邊坡巖石等危險(xiǎn)巖體、懸掛梅花花網(wǎng)、定期灌溉與維護(hù)等。

4.3 三維土工網(wǎng)技術(shù)

對(duì)于緩坡區(qū)的邊坡，采用三維土工網(wǎng)進(jìn)行播種和再綠化。該技術(shù)分為以下5 個(gè)部分。

（1）邊坡處理。清理邊坡上的浮石、礫石和屋面土，填充并涂抹低地，以確保邊坡的平整度。這一階段是在土壤調(diào)節(jié)過程中進(jìn)行的。

（2）鋪設(shè)三維網(wǎng)格。沿邊坡自上而下將三維植被網(wǎng)格鋪設(shè)在邊坡上，保持網(wǎng)格與邊坡的平滑結(jié)合，單個(gè)三維網(wǎng)格的鋪設(shè)面積不宜過大[4]。在邊坡頂部鋪設(shè)三維網(wǎng)格時(shí)，必須延伸40～80cm，埋入地下并壓實(shí)。然后自下而上使用三維網(wǎng)絡(luò)φ 三維網(wǎng)絡(luò)用大于6mm 的U 形鋼筋固定。U 型鋼筋長(zhǎng)15～30cm，寬8mm。U 形鋼筋間距為1.5～2.5m。中心用U 形鐵釘或竹釘固定。

（3）土壤覆蓋。鋪設(shè)三維植被網(wǎng)后，在三維網(wǎng)上均勻覆蓋耕地，覆蓋至無空包，并確保三維網(wǎng)上耕地厚度不小于10cm。當(dāng)寄主土壤肥力不足時(shí)，應(yīng)將肥料、生長(zhǎng)素和水泥按一定比例混合均勻，并噴灑在表面。復(fù)合肥，復(fù)合肥用量為50g/m2。

（4）播種。土壤覆蓋完成后，均勻播種混合的草籽和灌木種子。草籽可以是闊葉草、黑麥、狗牙根、薇菜、節(jié)儉假草等。灌木可為胡枝子、木蘭、女貞、火棘、鹽膚木等品種。草種播種量為20g/m2，灌木種子播種量為15g/m2。

（5）注意事項(xiàng)。用薄膜覆蓋坡面，保持坡面濕度，減少雨水對(duì)種子的摩擦，有利于種子生長(zhǎng)；如果溫度過高，則無須覆蓋，以避免疾病和寄生蟲的發(fā)生；根據(jù)植物生長(zhǎng)規(guī)律和氣候規(guī)律，定期定量施肥，同時(shí)加強(qiáng)病蟲害防治管理。

5 結(jié)語

目前，我國(guó)的土壤復(fù)墾技術(shù)和土壤復(fù)墾工程仍處于初級(jí)發(fā)展階段；雖然已經(jīng)取得了一些生態(tài)恢復(fù)成果，但與廢棄礦區(qū)的總數(shù)和面積相比，修復(fù)率較低。因此，研究有效的修復(fù)技術(shù)不僅是保護(hù)耕地、二次開發(fā)廢棄礦區(qū)潛在價(jià)值的有效途徑，也是修復(fù)生態(tài)環(huán)境、保證區(qū)域生態(tài)群落多樣性發(fā)展的重要依據(jù)。綜上所述，環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害的治理和廢棄礦區(qū)的生態(tài)恢復(fù)必須注意許多因素。在此基礎(chǔ)上，對(duì)本文涉及的地質(zhì)環(huán)境問題、地質(zhì)環(huán)境復(fù)墾和生態(tài)恢復(fù)方法進(jìn)行了分析，提供了一條較為可行的治理和恢復(fù)路徑。為了更好地開展環(huán)境地質(zhì)治理和生態(tài)恢復(fù)工作，還要注意積極應(yīng)用新技術(shù)，科學(xué)開發(fā)軟件模擬，各部門通力合作。