西部礦山開(kāi)發(fā)的生態(tài)環(huán)境修復(fù)技術(shù)研究

李道進(jìn)

（南京國(guó)環(huán)科技股份有限公司 江蘇南京 210041）

引言

綠水青山就是金山銀山，實(shí)現(xiàn)美麗中國(guó)建設(shè)目標(biāo)是基本實(shí)現(xiàn)社會(huì)主義現(xiàn)代化的重要組成部分，目前國(guó)家層面十分重視生態(tài)環(huán)境的建設(shè)，《關(guān)于深入打好污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)的意見(jiàn)》 明確提出加強(qiáng)生態(tài)修復(fù)的要求。地方環(huán)境可持續(xù)發(fā)展是社會(huì)整體穩(wěn)定運(yùn)行的保障，而礦山生態(tài)修復(fù)就是確保地方實(shí)現(xiàn)美麗中國(guó)的關(guān)鍵。據(jù)此，綜合利用生態(tài)學(xué)、資源經(jīng)濟(jì)學(xué)原理及方法，對(duì)廢棄礦山進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)及生態(tài)系統(tǒng)重建進(jìn)行探究分析具有非常重要的意義。

1 礦山生態(tài)修復(fù)意義

礦山開(kāi)采后可能會(huì)帶來(lái)水土流失、山體滑坡、土壤荒漠化等生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，礦山開(kāi)采后的廢棄工礦用地也會(huì)因具有眾多不良的土壤理化性質(zhì)，特別是土壤中的重金屬含量過(guò)高，且某些重金屬在土壤系統(tǒng)中的污染過(guò)程又具有長(zhǎng)期性、隱蔽性和不可逆性，常給周邊區(qū)域的生態(tài)環(huán)境造成較為嚴(yán)重的影響。因此，針對(duì)廢棄礦山采取生態(tài)修復(fù)就具有非常重要的生態(tài)意義。

礦山生態(tài)修復(fù)既是緩解土地出現(xiàn)荒漠化以及水土流失的重要步驟之一，也是可以通過(guò)對(duì)礦山實(shí)施生態(tài)修復(fù)及改造，挖掘其蘊(yùn)含的社會(huì)及經(jīng)濟(jì)價(jià)值重要手段之一。

目前生態(tài)恢復(fù)后選取旅游開(kāi)發(fā)模式已占據(jù)礦山修復(fù)案例的一半以上，因此考慮經(jīng)濟(jì)上的因素具有較高的修復(fù)價(jià)值。實(shí)踐中，針對(duì)廢棄場(chǎng)的改造主要是在其獨(dú)特的自然景觀和其自身所具有的土地資源基礎(chǔ)上加入一些人文景觀元素，在修復(fù)的同時(shí)將其選擇改造成城市公園、濕地公園、生態(tài)公園、礦山遺跡公園等具有旅游和休閑的景區(qū)[1]。

目前國(guó)內(nèi)外生態(tài)修復(fù)的理念主要以能夠恢復(fù)為破壞之前的狀態(tài)，要求使森林、水體和農(nóng)田恢復(fù)原狀[2]，要求控制有毒有害物質(zhì)的沉積和水蝕；保證地下水位維持原有水平和地表形態(tài)不變；保持表土層仍在原先的地方；注重酸性物質(zhì)和有害有毒物質(zhì)的預(yù)防與治理；防止礦山尾礦產(chǎn)生滑坡等次生地質(zhì)災(zāi)害。

2 礦山生態(tài)修復(fù)措施

礦山生態(tài)修復(fù)的一般步驟和措施可以分為以下幾步：

（1）尾礦治理

對(duì)尾礦進(jìn)行二次利用和開(kāi)發(fā)可以解決占用大量土地的問(wèn)題，可以通過(guò)加大尾礦的綜合利用率，將尾礦商品化，使其變廢為寶。另外還需要考慮對(duì)尾礦庫(kù)內(nèi)的滲濾廢水進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)廢水的達(dá)標(biāo)排放或回用。對(duì)于礦區(qū)的采空區(qū)、廢舊巷道的礦山，在在條件成熟時(shí)，可以考慮利用井下采空區(qū)排放尾礦，這種處置尾礦方式可以節(jié)約大量的土地資源，但是需要考慮滲濾液的井下排水的問(wèn)題。

（2）開(kāi)采邊坡治理

前期礦區(qū)開(kāi)發(fā)多少會(huì)存在一些邊坡需要處理的現(xiàn)象，邊坡治理主要工作就是對(duì)于尾礦庫(kù)、山體等穩(wěn)定邊坡，通過(guò)工程措施把邊坡的坡度降到安全角度以下，以消除滑坡等地質(zhì)災(zāi)害隱患。同時(shí)邊坡治理可以同步實(shí)施復(fù)綠工程，借助于植被的根系作用，有助于減少后期水力侵蝕以保持邊坡的進(jìn)一步穩(wěn)定。

（3）土壤改良

礦山開(kāi)采易造成土壤退化，經(jīng)破壞后的土壤中會(huì)含有大量的有毒有害物質(zhì)，導(dǎo)致其理化性質(zhì)變差，土壤養(yǎng)分丟失。因此同步實(shí)施土壤改良是礦山生態(tài)修復(fù)最重要的環(huán)節(jié)之一。

一般土壤改良可以采取的措施主要分為兩大類：一類是實(shí)施異地取土措施，即在不破壞異地土壤的前提下，取一些適量土壤（主要是表土層），將其移至目前礦山已經(jīng)受損的區(qū)域，同時(shí)在土壤上種植一些適合的本地植被，通過(guò)本地植被的生長(zhǎng)，逐步建立小區(qū)域的植被生態(tài)系統(tǒng)，以起到吸收、揮發(fā)、根濾、降解、穩(wěn)定等作用，實(shí)現(xiàn)以對(duì)受損土壤進(jìn)行修復(fù)。一類是實(shí)施土壤增肥改良措施，主要采用施肥等措施，以增強(qiáng)土壤的養(yǎng)分，可以加速植被以及土壤中微生物的生長(zhǎng)，最終通過(guò)自然生態(tài)系統(tǒng)的繁衍和更替來(lái)實(shí)現(xiàn)土壤的逐步改良。

（4）植物修復(fù)

在土壤改良基礎(chǔ)上，在自然條件允許的地方，選擇利用運(yùn)用植被修復(fù)這種生態(tài)的方式進(jìn)行修復(fù)。有時(shí)候?qū)τ谑艿揭恍┲亟饘傥廴镜牡V山，此種方式更具有針對(duì)性。

一般來(lái)講，需要針對(duì)各種礦山的情況，采取不同的適應(yīng)方式，進(jìn)行不同的種植植被方法。一般主要分為兩大類。一類就是對(duì)礦山已破壞區(qū)域種植植被直接進(jìn)行本土植被覆蓋，另一類則是采取針對(duì)性的覆土植被的方式進(jìn)行。

（5）微生物群落系統(tǒng)修復(fù)

礦山的生態(tài)恢復(fù)，通過(guò)前面的土壤改良和植被的恢復(fù)有時(shí)候還是不夠的，必要時(shí)還需要考慮局部的微生物群落系統(tǒng)的恢復(fù)，最終實(shí)現(xiàn)和促進(jìn)種群演替與生態(tài)穩(wěn)定。

修復(fù)后的礦山要想以繼續(xù)自然保持，就需要具有完善功能的生態(tài)系統(tǒng)，微生物群落的恢復(fù)有時(shí)候就很關(guān)鍵。微生物群落的恢復(fù)建議以恢復(fù)原有的群落為主，特殊情況下可以考慮接種適用的特定微生物，以起到加快消耗掉污染物的作用。

微生物的接種一般考慮兩種類型，一種是選擇抗污染不受影響活性的微生物菌種，另一種是選擇有利于生態(tài)系統(tǒng)或者主要的植被生產(chǎn)和易于吸收污染物將其轉(zhuǎn)化為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的微生物，現(xiàn)實(shí)中存在有些微生物菌種不僅可在高污染條件下生存，而且還能夠通過(guò)吃掉或轉(zhuǎn)換污染物形態(tài)并同步分泌和產(chǎn)生植物的生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)改善微環(huán)境。

（6）水資源修復(fù)

在礦山開(kāi)發(fā)利用中有些地區(qū)以對(duì)水資源的破壞及浪費(fèi)為典型的。在考慮對(duì)廢棄礦山進(jìn)行修復(fù)時(shí)一定需要標(biāo)本兼治的考慮到對(duì)水體和水資源的修復(fù)。水資源的修復(fù)包括對(duì)地表水資源和地下水資料兩種修復(fù)。

在對(duì)地表水進(jìn)行修復(fù)時(shí)，可以考慮采取人工濕地等方法進(jìn)行修復(fù)，一般結(jié)合水系的形狀，構(gòu)筑合適的人工濕地，通過(guò)在濕地中種植特定的植物并培育合適的水生生物及水中的微生物，通過(guò)其實(shí)現(xiàn)小生態(tài)圈共同的作用對(duì)污染物進(jìn)行去除。

對(duì)于地下水資源的保護(hù)，主要通過(guò)控制尾礦滲濾液等通過(guò)溶洞、地表裂隙等通道繼續(xù)污染地下水的問(wèn)題，同時(shí)針對(duì)地下水不停外流的情況需要考慮的工程措施將其封堵，以控制地下水的流失。

另外，對(duì)于地表水缺乏和地下水水位下降的情況，還需要找到原因，如是因?yàn)檫^(guò)度采水則需要通過(guò)區(qū)域減少開(kāi)采并實(shí)施區(qū)域外調(diào)水，以緩解局部區(qū)域的水資源壓力，同時(shí)通過(guò)建設(shè)水利工程實(shí)現(xiàn)蓄水和給水系統(tǒng)，逐步解決水資源調(diào)配問(wèn)題。

3 西部礦山采取的措施探討

西部地區(qū)的礦區(qū)開(kāi)發(fā)有其特殊的地理及環(huán)境特征。西部地區(qū)以新疆、甘肅、青海為代表，總體特征為干旱少雨、多大風(fēng)，具有日照充足和溫差大等特征，屬于溫帶大陸性干旱氣候。年降雨量少，蒸發(fā)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于降雨量，地表基本無(wú)常年徑流的河流。該地區(qū)礦產(chǎn)資源的開(kāi)發(fā)及土地資源優(yōu)勢(shì)的發(fā)揮完全取決于水資源的合理配置和開(kāi)發(fā)利用。在這種氣候條件下，礦區(qū)土地存在著嚴(yán)重的荒漠化趨勢(shì)。區(qū)域大部分的土壤侵蝕類型為強(qiáng)度風(fēng)力侵蝕和微度水力侵蝕，土壤長(zhǎng)期處于干旱狀態(tài)，地表植被極為稀疏。在強(qiáng)烈風(fēng)力侵蝕作用下，礫石、碎石相對(duì)增加，粗糙度也隨之加大，當(dāng)表層碎石礫石多到一定量時(shí)即達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)，地表形成一層具有棱角的碎石、礫石覆蓋層，成為保護(hù)下部土層不再受風(fēng)蝕的保護(hù)層。因此其區(qū)域生態(tài)環(huán)境十分脆弱。

一般的礦山生態(tài)的環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)治理技術(shù)均認(rèn)為：易產(chǎn)生風(fēng)沙區(qū)和荒漠區(qū)的礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)，首先應(yīng)考慮避開(kāi)易發(fā)生生態(tài)退化和風(fēng)蝕地帶，同時(shí)通過(guò)工程方案調(diào)整減少采挖、排土、堆矸和運(yùn)輸?shù)葘?duì)土壤結(jié)皮、礫幕及沙區(qū)植被的破壞和擾動(dòng)的活動(dòng)；同時(shí)對(duì)相關(guān)場(chǎng)地應(yīng)采取覆蓋或圍擋等防風(fēng)蝕的措施。

因此西部地區(qū)的礦山開(kāi)采，應(yīng)減少對(duì)植被的破壞，同時(shí)應(yīng)減少對(duì)土壤結(jié)皮、礫幕的破壞以減少風(fēng)沙。另外，還需要有機(jī)的結(jié)合當(dāng)?shù)氐淖匀画h(huán)境條件，在具備礦區(qū)生物資源（適生植被、動(dòng)物、微生物）修復(fù)的基礎(chǔ)上，需要因地適宜的開(kāi)展對(duì)應(yīng)的生態(tài)資源修復(fù)工作[3]。

4 適合西部地區(qū)采取的措施選擇

在西部地區(qū)的礦區(qū)開(kāi)發(fā)利用，首先需要做好對(duì)土壤結(jié)皮、礫幕層的保護(hù)。

（1）土壤結(jié)皮以及礫幕層保護(hù)是指礦區(qū)內(nèi)暫未開(kāi)采的區(qū)域，面積很大，主要被戈壁礫幕層所覆蓋，生境惡劣、脆弱，但是生態(tài)系統(tǒng)相對(duì)穩(wěn)定。戈壁礫幕層是自然情況下千萬(wàn)年來(lái)形成的處于地表表面的土壤保護(hù)層，在自然不被破壞情況下，具有抗風(fēng)蝕與防蒸發(fā)等重要作用，在維護(hù)戈壁生態(tài)及荒漠生態(tài)系統(tǒng)中具有十分重要作用。對(duì)礫幕層保護(hù)的要求主要采取的措施就是減少人類干擾，保護(hù)地表稀疏的植被和地表結(jié)皮不受破壞，以減少破壞后的風(fēng)蝕影響。礦區(qū)在實(shí)施開(kāi)發(fā)時(shí)必須修建的線性工程如地下管道、施工道路等長(zhǎng)度和跨度較大，如不控制好施工范圍，將會(huì)產(chǎn)生較大的工程擾動(dòng)，極易將穩(wěn)定的礫幕層變得松動(dòng)，然后在風(fēng)力的作用下，土壤侵蝕強(qiáng)度將會(huì)逐步升級(jí)，最終導(dǎo)致水土流失加劇。因此針對(duì)礦區(qū)在開(kāi)發(fā)時(shí)就需要從工程設(shè)計(jì)角度出發(fā)，首選盡可能的將工程對(duì)地表擾動(dòng)控制到最小范圍，以防止破壞后的底層流沙出露而形成新的風(fēng)沙源，降低區(qū)域水土流失；同時(shí)施工過(guò)后應(yīng)按照各類規(guī)范及時(shí)恢復(fù)施工跡地，堅(jiān)持以恢復(fù)原貌特征為原則，可以采取局部硬化或礫石壓蓋的方法恢復(fù)礫幕層功能，以保持區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)平衡穩(wěn)定。

（2）在工程施工階段，必須要采取各項(xiàng)措施，盡可能減少工程施工對(duì)戈壁礫幕的擾動(dòng)。嚴(yán)禁越界施工和偏離施工便道在戈壁灘上無(wú)序無(wú)目的的行車，以保護(hù)礫幕層。做好表土剝離產(chǎn)生的礫幕層單獨(dú)存放保護(hù)工作，后期用于恢復(fù)表土使用，對(duì)路基緩邊坡采取回覆剝離并保存的礫幕層。比如施工前，在采掘占地范圍內(nèi)，剝離礫石堆放在場(chǎng)地內(nèi)，外圍使用彩鋼板圈圍，表面覆蓋密目網(wǎng)，對(duì)表面拍實(shí)并灑水抑塵。待工業(yè)場(chǎng)地完工后，對(duì)工業(yè)場(chǎng)地裸露地表鋪蓋離石。建設(shè)中要加強(qiáng)管理，縮小施工擾動(dòng)范圍，減少無(wú)序干擾。施工完畢后應(yīng)及時(shí)平整土地并清理施工現(xiàn)場(chǎng)，按照相關(guān)要求恢復(fù)原地貌。工程建設(shè)的道路兩側(cè)布設(shè)格狀沙障，格內(nèi)使用化學(xué)粘合劑將土壤固定，起到固沙作用，防止土壤沙化。針對(duì)最終形成的采掘坑需要覆蓋礫石或巖屑，控制邊坡角度，逐步恢復(fù)礫幕層的原始地貌。

（3）有些礦區(qū)所處位置屬荒漠戈壁，區(qū)內(nèi)無(wú)植被，大部分地區(qū)地表為石礫，不具備植被恢復(fù)條件。對(duì)破壞的土地資源恢復(fù)為石礫地的恢復(fù)方向是可行的，其適宜性為比較適宜。針對(duì)煤礦的煤矸石或者金屬礦的廢石可將矸石或廢石回填礦區(qū)洼地、填作路基、平整工業(yè)場(chǎng)地等；同時(shí)后期可用于回填沉陷坑，回填前可將矸石（廢石）先分選，小塊矸石（廢石）在下，大塊矸石（廢石）在上，分層充填恢復(fù)，最后使用礦井水處理后的濃鹽水噴灑擾動(dòng)地表形成結(jié)皮層，以起到壓沙防止大風(fēng)起塵等的效果。對(duì)于金屬礦的尾礦庫(kù)，也可以采用廢石壓蓋的方式減少揚(yáng)塵。露天開(kāi)采類礦山的修復(fù)，因消除地質(zhì)災(zāi)害隱患和削坡等修復(fù)工程而產(chǎn)生的石料及原地遺留的土石料，可以進(jìn)行回收，并用于修復(fù)工程。

（4）在部分特殊的地區(qū)，區(qū)域地下無(wú)補(bǔ)給來(lái)源，因地下水本身所處的自然地理?xiàng)l件、地質(zhì)與水文地質(zhì)環(huán)境決定，含水層多為基巖深層水，地層滲透性差，其徑流緩慢，經(jīng)長(zhǎng)期地質(zhì)作用形成咸水～鹽水，表現(xiàn)出礦井涌水含鹽量極高。一方面在以風(fēng)力侵蝕為主的地方，可以以礫石壓覆加鹽水噴灑的方式，鹽結(jié)皮的膠結(jié)效果和作用較為明顯，不同的地表松散物在采取高礦化度鹽水、抑塵劑、礫石壓蓋等防風(fēng)蝕措施情況下可以有效減少土壤侵蝕方面的影響，通過(guò)礫石壓覆等方面的資料研究以及流體動(dòng)力學(xué)模型結(jié)果可以認(rèn)為主要以礫石壓覆加噴灑高濃度礦化鹽水、抑塵劑，結(jié)合少量的植物措施也是西部地區(qū)礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)減少生態(tài)環(huán)境影響的因地制宜的有效措施之一。其次，需要充分利用好有用的水資源。在部分干旱的地區(qū)，施工期及生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)期間的企業(yè)的生活污水以及礦井水是一個(gè)寶貴的資源。綜合利用標(biāo)準(zhǔn)《城市雜用水水質(zhì)》相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，用于噴灑易產(chǎn)生揚(yáng)塵的區(qū)域，如矸石山、沉陷坑、道路兩側(cè)等，在采取一定的管控措施控制住后續(xù)人為的破壞之后，地表因?yàn)樗舭l(fā)后會(huì)逐步形成一個(gè)結(jié)皮層，隨著多次反復(fù)的澆灑和蒸發(fā)，會(huì)形成一個(gè)穩(wěn)定的殼，一般能夠控制在大風(fēng)天氣下的起塵，最終會(huì)起到保護(hù)生態(tài)的作用。為積極踐行“綠水青山就是金山銀山”的發(fā)展理念，堅(jiān)持保護(hù)優(yōu)先，堅(jiān)持節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境的基本國(guó)策，積極建設(shè)綠色礦山產(chǎn)業(yè)，在礦區(qū)有可能長(zhǎng)出荒漠植被的區(qū)域，如辦公區(qū)域等空地或者規(guī)劃的林地區(qū)域，可以通過(guò)種植當(dāng)?shù)孛缒尽⒉ト鲟l(xiāng)土草種，結(jié)合土壤種子庫(kù)、漓漫灌溉等生態(tài)修復(fù)技術(shù)，充分利用植被對(duì)水分高強(qiáng)度的吸收作用，最大限度的綜合利用礦井水、生活污水開(kāi)展荒漠生態(tài)綠化工程。并在礦區(qū)內(nèi)建立長(zhǎng)期的科學(xué)試驗(yàn)基地，積極探索高鹽水下喬灌草種植的技術(shù)，降低企業(yè)對(duì)廢棄物的處理成本。植被的大面覆蓋，不僅能夠改善生態(tài)環(huán)境，提高職工的生活品質(zhì)，同時(shí)也使礦區(qū)符合國(guó)家綠色礦山要求，形成“生態(tài)+景觀+旅游”的格局，從而帶動(dòng)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)和經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)綠色礦山和荒漠綠化生態(tài)園的示范區(qū)。

（5）選擇和規(guī)劃使用好生物資源。針對(duì)西部干旱和半干旱區(qū)在沉陷地復(fù)墾面臨的干旱缺水、土地肥力不夠、植被根系受損等難題時(shí)，可以考慮推廣和利用微生物的優(yōu)勢(shì)，使用微生物菌劑修復(fù)產(chǎn)品，采取裂隙接菌方式，進(jìn)行微生物修復(fù)，即使細(xì)菌與陸生植被系統(tǒng)形成菌根共生體，菌根真菌能促進(jìn)植物根系生長(zhǎng)，增加植物對(duì)營(yíng)養(yǎng)的吸收，幫助植物脅迫環(huán)境（植被受到抗逆脅迫時(shí)，植物體內(nèi)氧代謝失調(diào)，細(xì)胞內(nèi)自由基產(chǎn)生和清楚的動(dòng)態(tài)平衡將被打破，形成氧化脅迫。接菌可以緩解氧化脅迫，調(diào)節(jié)激素分配，減緩生長(zhǎng)來(lái)適應(yīng)逆境脅迫），加速植株生長(zhǎng)和種群建立，并能優(yōu)化植被分布，改善生態(tài)格局。同時(shí)，接菌加速枯落物分解，接菌區(qū)枯落物分解速率加快，實(shí)現(xiàn)增加土壤有機(jī)碳含量，從根本上提高土壤的肥力潛力，增加植物養(yǎng)分的吸收，修復(fù)受損的植被根系，并采取措施提高水分的利用率，改善矸石的理化性質(zhì)，為礦區(qū)復(fù)墾探索一條經(jīng)濟(jì)可行的途徑，促使和加速礦區(qū)的生態(tài)修復(fù)。

結(jié)語(yǔ)

我國(guó)礦山的生態(tài)環(huán)境破壞比較復(fù)雜，土地復(fù)墾與生態(tài)修復(fù)是解決礦山環(huán)境保護(hù)和綜合治理的有效途徑。為減輕對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞，應(yīng)依據(jù)礦山不同開(kāi)采時(shí)期的特點(diǎn)和所處的自然環(huán)境等因素，制定不同的和當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境相適應(yīng)的生態(tài)修復(fù)方案，并結(jié)合多渠道參加機(jī)制[3]，推動(dòng)礦山恢復(fù)治理工作的規(guī)范開(kāi)展，以做到采礦與修復(fù)的一體化、同步化，最終實(shí)現(xiàn)礦山生態(tài)功能的修復(fù)，逐步恢復(fù)各類礦山的生態(tài)環(huán)境良好狀態(tài)。