錦州地區(qū)閉坑礦山植被生態(tài)治理中土壤基質(zhì)改良方案研究

李晟銳 楊萍 寇文婭 宋光

摘要：指出了隨著礦產(chǎn)資源開發(fā)利用工作的不斷推進(jìn)，閉坑礦山土壤復(fù)墾問題日益被多方人士所關(guān)注。以錦州地區(qū)閉坑礦山生態(tài)治理工作中土壤機(jī)制改良技術(shù)為研究出發(fā)點(diǎn)，系統(tǒng)地闡述了閉坑礦山土壤復(fù)墾工作開展過程中可能遇到的問題和解決方案。結(jié)合閉坑礦山土壤基質(zhì)改良技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，提出了富于創(chuàng)新性的參考建議，以期為我國閉坑礦山生態(tài)治理工作中土壤基質(zhì)改良環(huán)節(jié)出謀劃策。

關(guān)鍵詞：錦州地區(qū)閉坑礦山;生態(tài)治理;土壤基質(zhì)改良

中圖分類號(hào)：X171.5

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1674-9944（ 2019） 24-0086-03

1 引言

閉坑礦山是指按設(shè)計(jì)開采采空后或因意外原因而終止開采的礦山，其生態(tài)環(huán)境問題一直是社會(huì)各界所關(guān)注的焦點(diǎn)。在閉坑礦山生態(tài)環(huán)境問題中，土壤退化問題具體表現(xiàn)為由于開采過度而造成的土層破損、壓占、塌陷等等，而且其理化性質(zhì)也在一定程度上遭到了破壞，進(jìn)而導(dǎo)致土壤內(nèi)部微環(huán)境發(fā)生變化、養(yǎng)分不斷流失、保水保肥能力不斷下降、抗毒害物質(zhì)能力日益不足等問題層出不窮，可以說，這都是對(duì)土地資源的巨大浪費(fèi)[1]。

土地復(fù)墾的主要環(huán)節(jié)包括以下幾個(gè)方面，即改良土壤的物理結(jié)構(gòu)、剔除有毒有害物質(zhì)、改善基質(zhì)保水保肥能力、提供適合植物生長的環(huán)境[2]。本研究以錦州地區(qū)閉坑礦山生態(tài)治理工作中土壤基質(zhì)改良措施為切入點(diǎn)，全方位、多層次、立體化地闡述閉坑礦山生態(tài)治理工作中的突然基質(zhì)改良技術(shù)及創(chuàng)新點(diǎn)，旨在為閉坑礦山生態(tài)治理工作的健康、穩(wěn)定、可持續(xù)開展提供建設(shè)性建議和參考。

2 錦州地區(qū)閉坑礦山土壤情況

2.1 錦州地區(qū)閉坑礦山土壤環(huán)境質(zhì)量調(diào)查設(shè)計(jì)

2.1.1 深入開展錦州地區(qū)閉坑礦山土壤環(huán)境質(zhì)量調(diào)查

按照國家統(tǒng)一部署以及遼寧省工作方案要求，在現(xiàn)有相關(guān)調(diào)查基礎(chǔ)上，開展土壤污染狀況詳查，查明土壤污染的面積、分布及其對(duì)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量的影響;掌握污染地塊分布及其環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)情況[3]。根據(jù)國家關(guān)于“土壤污染狀況詳查的技術(shù)規(guī)定”，制定錦州市詳查方案。依據(jù)國家制定的工作制度，對(duì)土壤環(huán)境質(zhì)量狀況開展定期調(diào)查，每10年開展1次。

2.1.2 建設(shè)土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)

統(tǒng)一規(guī)劃、整合優(yōu)化土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，完成錦州市土壤環(huán)境質(zhì)量國控監(jiān)測(cè)點(diǎn)位設(shè)置和土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，充分發(fā)揮行業(yè)監(jiān)測(cè)網(wǎng)作用，基本形成土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)能力。根據(jù)“十三五”遼寧省土壤環(huán)境質(zhì)量國控點(diǎn)位布設(shè)要求，布設(shè)土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，土壤背景點(diǎn)位，土壤環(huán)境質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)位，并根據(jù)環(huán)境管理需要，對(duì)重點(diǎn)區(qū)域開展加密監(jiān)測(cè)。實(shí)現(xiàn)土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)位所有縣（市）區(qū)全覆蓋。

2.1.3 提升土壤環(huán)境信息化管理水平

將環(huán)保、國土資源、農(nóng)業(yè)等部門相關(guān)數(shù)據(jù)有效整合，依托全國土壤環(huán)境信息化管理平臺(tái)，根據(jù)實(shí)際，在條件允許情況下，建設(shè)市級(jí)閉坑礦山土壤環(huán)境信息化管理平臺(tái)[4]。建立錦州地區(qū)閉坑礦山土壤環(huán)境基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，發(fā)揮土壤環(huán)境大數(shù)據(jù)在閉坑礦山生態(tài)治理工作中的作用。

2.2 錦州地區(qū)閉坑礦山潛在土壤環(huán)境問題

2.2.1 土壤污染

在錦州地區(qū)礦山開發(fā)的過程當(dāng)中，不可避免地會(huì)造成土壤資源的污染。具體來說，如混入土壤當(dāng)中的尾礦粉塵，在經(jīng)過雨水的作用之后，非常容易對(duì)土壤造成強(qiáng)酸和重金屬污染。特別是化學(xué)性質(zhì)極其不穩(wěn)定的硫化物，在氧化作用之下，極易形成酸性礦山廢水，這種危害影響時(shí)間范圍可長達(dá)幾百至上千年。此外，鋅、銅、鎳等金屬物質(zhì)的毒性也極高，當(dāng)其含量超過土壤自凈承受臨界力時(shí)，就會(huì)給土壤造成嚴(yán)重負(fù)荷，破壞土壤化學(xué)和微生物結(jié)構(gòu)，進(jìn)而導(dǎo)致地表植被被不同程度破壞。此外，由于重金屬污染還具有隱蔽性和不易降解性的特征，所以很可能通過食物鏈在人體內(nèi)部富集，給當(dāng)?shù)鼐用駧砭薮蠼】惦[患。

2.2.2 土壤物理結(jié)構(gòu)破壞

礦山開采過程中的各種機(jī)械破壞，不可避免地會(huì)影響當(dāng)?shù)赝寥牢锢斫Y(jié)構(gòu)，如土壤流失、侵蝕和風(fēng)化，巖石裸露等，影響植被的正常生長。此外，過度開采還會(huì)形成大范圍的采空區(qū)，嚴(yán)重者會(huì)導(dǎo)致地表形成沉降塌陷，進(jìn)而造成水土流失等負(fù)面情況發(fā)生[5]。

2.2.3 土壤退化

土壤退化造成次生地質(zhì)災(zāi)害可造成巖石移動(dòng)和地壓活動(dòng)，而期間產(chǎn)生的地表土和松散物剝離還會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致滑坡、崩塌等次生地質(zhì)災(zāi)害，不但對(duì)礦區(qū)生態(tài)環(huán)境造成極大的破壞，還存在一定的安全隱患。

3 錦州地區(qū)閉坑礦山創(chuàng)新性土壤基質(zhì)改良手段

3.1 物理改良

從當(dāng)前情況來看，物理改良技術(shù)在閉坑礦山土壤基質(zhì)改良工作當(dāng)中應(yīng)用非常廣泛，比較常見的物理改良技術(shù)為表土回填手段，該方法的主要步驟為在礦產(chǎn)資源開發(fā)之前首先把0～30 cm和30～60 cm的試驗(yàn)區(qū)土壤加以剝離，之后再將其妥善存放，等開采工作結(jié)束后再將其回填至原有位置，此方法可以有效補(bǔ)充原區(qū)域土壤的水分、養(yǎng)分、微生物等。并且，較厚的回填土層還能夠在一定程度上避免地表植被根系扎根于毒性較大的礦土，不過值得注意的一點(diǎn)是，若填土厚度超過某一范圍，其效果將開始逐步降低。

3.2 化學(xué)改良

3.2.1 添加營養(yǎng)物質(zhì)提高土壤肥力技術(shù)

在錦州地區(qū)閉坑礦山當(dāng)中，存在氮元素、磷元素、鉀元素不足的情況，而以上物質(zhì)都是植物生長必不可缺的營養(yǎng)物質(zhì)，若不能得到有效供給，植物的生長發(fā)育必然會(huì)受到阻礙。而在土壤當(dāng)中適量添加有機(jī)質(zhì)、肥料等可以有效增加土壤肥力，促進(jìn)植物生長[4]。土壤當(dāng)中的有機(jī)質(zhì)的含量與其肥力水平有著緊密的聯(lián)系，在其他條件相同或相近的條件之下，在一定含量范圍之內(nèi)，土壤有機(jī)質(zhì)的含量和肥力水平是呈正相關(guān)關(guān)系的。

3.2.2 施加含Ca2+化合物緩解重金屬毒性技術(shù)

在錦州地區(qū)閉坑礦山當(dāng)中，重金屬污染一直都是不容忽視的問題之一。鈣離子的拈抗作用能夠在一定程度上降低重金屬離子的毒性，阻止更多重金屬離子被植物吸人。研究者通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，將適量有機(jī)肥、泥炭等摻人閉坑礦山土壤當(dāng)中，可以有效降低土壤重金屬含量，并且提升其穩(wěn)定性，減少其對(duì)植物造成的危害。

3.2.3 調(diào)節(jié)土壤酸堿度

土壤酸堿度變化情況和植物生長有著密不可分的關(guān)聯(lián)。若土壤酸度或堿度過高，植物都無法正常生長。通過pH值檢測(cè)手段，可以對(duì)錦州地區(qū)閉坑礦山土壤酸堿程度進(jìn)行全方位掌握，若土壤酸性程度較高，可利用碳酸氫鹽、石灰等物質(zhì)進(jìn)行改善，具體來說，石灰石不但可以有效提升土壤pH值，還能有效降低土壤電導(dǎo)率，進(jìn)而為植物生長塑造良好環(huán)境。與之相對(duì)應(yīng)，若土壤堿性程度較高，則可以利用硫酸、硫酸氫鹽等物質(zhì)進(jìn)行有效改善，如熟石膏能成功把土壤內(nèi)的鈉離子置換成鈣離子，降低其堿度，從根本上改善基質(zhì)的水滲透能力。

3.3 生物改良

3.3.1 動(dòng)物改良

在紛繁的生態(tài)系統(tǒng)當(dāng)中，土壤中的動(dòng)物一直都扮演著不可或缺的重要角色，它們不僅僅是土壤生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部的重要初級(jí)消費(fèi)者及分解者，與此同時(shí)，也是食物鏈的重要基礎(chǔ)組成。對(duì)于閉坑礦山而言，若在土壤基質(zhì)改良過程當(dāng)中適當(dāng)加入具有一定促進(jìn)土壤基質(zhì)改良功能的土壤動(dòng)物，如蚯蚓等等，可以不斷提升土壤生態(tài)系統(tǒng)功能，調(diào)整其理、化、生物性質(zhì)，降低重金屬富集程度，加速礦區(qū)土壤生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)。

3.3.2 植物改良

在礦山開發(fā)過程當(dāng)中，客土、覆土等都會(huì)在一定程度上對(duì)原有土壤生態(tài)系統(tǒng)造成負(fù)面影響，而植物改良技術(shù)可以有效降低這些負(fù)面影響。其原理主要為利用某些植物對(duì)于重金屬的吸收作用，將土壤深處的重金屬吸收到植物體內(nèi)，然后對(duì)相關(guān)植物進(jìn)行收割及處理，進(jìn)而達(dá)到凈化土壤的目的。有研究表明，苜蓿、蕨類植物等都具有一定的土壤修復(fù)功能。

3.3.3 微生物改良

在土壤當(dāng)中，硝化細(xì)菌、氮化細(xì)菌、反硝化細(xì)菌、固氮細(xì)菌、腐生細(xì)菌、放線菌、霉菌等微生物所起的作用一直以來都不容忽視。有效利用土壤微生物，可以降低土壤當(dāng)中有害物質(zhì)的含量，重塑土壤生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境，提升土壤活性，縮短治理工作周期。有研究顯示，植物、固氮菌及菌根真菌的協(xié)同作用可以在一定程度上吸收和降解礦區(qū)土壤污染物。

3.4 固體廢棄物改良

利用粉煤灰等固體廢棄物對(duì)土壤改良是比較常見的一種技術(shù)方法。此方法具有如下優(yōu)勢(shì)。

（1）在一定程度有效改善閉坑礦山土壤物理性質(zhì)。作為一種常見的固體廢棄物，粉煤灰不但可以提升土壤孔隙度，降低其容重，還能提升其持水能力和水力傳導(dǎo)性。

（2）有效提升土壤肥力。粉煤灰內(nèi)所含的硼元素可以有效提升部分需硼作物的品質(zhì)，其釋放的硫等物質(zhì)，能夠在一定程度上提升礦區(qū)土壤中鎂離子、鈣離子的有效性，還可以有效抑制氯離子、錳離子的危害作用。此外，還有研究表明，堿性粉煤灰和動(dòng)物糞便的混合物還可以提升無機(jī)磷的移動(dòng)性。

（3）在一定程度上改善土壤微生物含量及酶活性程度。堿性粉煤灰及石灰的混合物還具有一定的除菌作用。

（4）有效剔除重金屬污染。該物質(zhì)可以提升土壤pH值，有效降低土壤中銅、鎳、鈷、鋅等重金屬元素的的遷移能力，達(dá)到凈化礦區(qū)土壤的作用。

4 結(jié)語

閉坑礦山土壤復(fù)墾工作的最終目的是有效恢復(fù)該地區(qū)土壤的生態(tài)環(huán)境、生產(chǎn)力及經(jīng)濟(jì)價(jià)值，促進(jìn)恢復(fù)區(qū)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)的全方位可持續(xù)發(fā)展。而若想從根本上解決閉坑礦山土壤問題，就比如從以下幾個(gè)方面人手，即：從根本上改良土壤內(nèi)部的物理結(jié)構(gòu)、有效去除其中的有毒有害物質(zhì)、改良土壤保水能力及保肥能力、進(jìn)而促進(jìn)植被的健康生長。本文給出了一系列富于創(chuàng)新性的參考建議，為我國閉坑礦山生態(tài)治理工作中土壤基質(zhì)改良環(huán)節(jié)提出了極具參考價(jià)值的建設(shè)性建議。

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收稿日期：2019-11-25

作者簡介：李晟銳（1986-），男，工程師，研究方向?yàn)榱謽I(yè)。