錦州地區閉坑礦山植被生態治理中土壤基質改良方案研究

李晟銳 楊萍 寇文婭 宋光

摘要：指出了隨著礦產資源開發利用工作的不斷推進，閉坑礦山土壤復墾問題日益被多方人士所關注。以錦州地區閉坑礦山生態治理工作中土壤機制改良技術為研究出發點，系統地闡述了閉坑礦山土壤復墾工作開展過程中可能遇到的問題和解決方案。結合閉坑礦山土壤基質改良技術發展現狀，提出了富于創新性的參考建議，以期為我國閉坑礦山生態治理工作中土壤基質改良環節出謀劃策。

關鍵詞：錦州地區閉坑礦山;生態治理;土壤基質改良

中圖分類號：X171.5

文獻標識碼：A

文章編號：1674-9944（ 2019） 24-0086-03

1 引言

閉坑礦山是指按設計開采采空后或因意外原因而終止開采的礦山，其生態環境問題一直是社會各界所關注的焦點。在閉坑礦山生態環境問題中，土壤退化問題具體表現為由于開采過度而造成的土層破損、壓占、塌陷等等，而且其理化性質也在一定程度上遭到了破壞，進而導致土壤內部微環境發生變化、養分不斷流失、保水保肥能力不斷下降、抗毒害物質能力日益不足等問題層出不窮，可以說，這都是對土地資源的巨大浪費[1]。

土地復墾的主要環節包括以下幾個方面，即改良土壤的物理結構、剔除有毒有害物質、改善基質保水保肥能力、提供適合植物生長的環境[2]。本研究以錦州地區閉坑礦山生態治理工作中土壤基質改良措施為切入點，全方位、多層次、立體化地闡述閉坑礦山生態治理工作中的突然基質改良技術及創新點，旨在為閉坑礦山生態治理工作的健康、穩定、可持續開展提供建設性建議和參考。

2 錦州地區閉坑礦山土壤情況

2.1 錦州地區閉坑礦山土壤環境質量調查設計

2.1.1 深入開展錦州地區閉坑礦山土壤環境質量調查

按照國家統一部署以及遼寧省工作方案要求，在現有相關調查基礎上，開展土壤污染狀況詳查，查明土壤污染的面積、分布及其對農產品質量的影響;掌握污染地塊分布及其環境風險情況[3]。根據國家關于“土壤污染狀況詳查的技術規定”，制定錦州市詳查方案。依據國家制定的工作制度，對土壤環境質量狀況開展定期調查，每10年開展1次。

2.1.2 建設土壤環境質量監測網絡

統一規劃、整合優化土壤環境質量監測點位，完成錦州市土壤環境質量國控監測點位設置和土壤環境質量監測網絡建設，充分發揮行業監測網作用，基本形成土壤環境監測能力。根據“十三五”遼寧省土壤環境質量國控點位布設要求，布設土壤環境質量監測點位，土壤背景點位，土壤環境質量風險點位，并根據環境管理需要，對重點區域開展加密監測。實現土壤環境質量監測點位所有縣（市）區全覆蓋。

2.1.3 提升土壤環境信息化管理水平

將環保、國土資源、農業等部門相關數據有效整合，依托全國土壤環境信息化管理平臺，根據實際，在條件允許情況下，建設市級閉坑礦山土壤環境信息化管理平臺[4]。建立錦州地區閉坑礦山土壤環境基礎數據庫，發揮土壤環境大數據在閉坑礦山生態治理工作中的作用。

2.2 錦州地區閉坑礦山潛在土壤環境問題

2.2.1 土壤污染

在錦州地區礦山開發的過程當中，不可避免地會造成土壤資源的污染。具體來說，如混入土壤當中的尾礦粉塵，在經過雨水的作用之后，非常容易對土壤造成強酸和重金屬污染。特別是化學性質極其不穩定的硫化物，在氧化作用之下，極易形成酸性礦山廢水，這種危害影響時間范圍可長達幾百至上千年。此外，鋅、銅、鎳等金屬物質的毒性也極高，當其含量超過土壤自凈承受臨界力時，就會給土壤造成嚴重負荷，破壞土壤化學和微生物結構，進而導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部富集，給當地居民帶來巨大健康隱患。

2.2.2 土壤物理結構破壞

礦山開采過程中的各種機械破壞，不可避免地會影響當地土壤物理結構，如土壤流失、侵蝕和風化，巖石裸露等，影響植被的正常生長。此外，過度開采還會形成大范圍的采空區，嚴重者會導致地表形成沉降塌陷，進而造成水土流失等負面情況發生[5]。

2.2.3 土壤退化

土壤退化造成次生地質災害可造成巖石移動和地壓活動，而期間產生的地表土和松散物剝離還會進一步導致滑坡、崩塌等次生地質災害，不但對礦區生態環境造成極大的破壞，還存在一定的安全隱患。

3 錦州地區閉坑礦山創新性土壤基質改良手段

3.1 物理改良

從當前情況來看，物理改良技術在閉坑礦山土壤基質改良工作當中應用非常廣泛，比較常見的物理改良技術為表土回填手段，該方法的主要步驟為在礦產資源開發之前首先把0～30 cm和30～60 cm的試驗區土壤加以剝離，之后再將其妥善存放，等開采工作結束后再將其回填至原有位置，此方法可以有效補充原區域土壤的水分、養分、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 化學改良

3.2.1 添加營養物質提高土壤肥力技術

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

3.2.2 施加含Ca2+化合物緩解重金屬毒性技術

在錦州地區閉坑礦山當中，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。研究者通過實驗發現，將適量有機肥、泥炭等摻人閉坑礦山土壤當中，可以有效降低土壤重金屬含量，并且提升其穩定性，減少其對植物造成的危害。

3.2.3 調節土壤酸堿度

土壤酸堿度變化情況和植物生長有著密不可分的關聯。若土壤酸度或堿度過高，植物都無法正常生長。通過pH值檢測手段，可以對錦州地區閉坑礦山土壤酸堿程度進行全方位掌握，若土壤酸性程度較高，可利用碳酸氫鹽、石灰等物質進行改善，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率，進而為植物生長塑造良好環境。與之相對應，若土壤堿性程度較高，則可以利用硫酸、硫酸氫鹽等物質進行有效改善，如熟石膏能成功把土壤內的鈉離子置換成鈣離子，降低其堿度，從根本上改善基質的水滲透能力。

3.3 生物改良

3.3.1 動物改良

在紛繁的生態系統當中，土壤中的動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系統內部的重要初級消費者及分解者，與此同時，也是食物鏈的重要基礎組成。對于閉坑礦山而言，若在土壤基質改良過程當中適當加入具有一定促進土壤基質改良功能的土壤動物，如蚯蚓等等，可以不斷提升土壤生態系統功能，調整其理、化、生物性質，降低重金屬富集程度，加速礦區土壤生態系統恢復。

3.3.2 植物改良

在礦山開發過程當中，客土、覆土等都會在一定程度上對原有土壤生態系統造成負面影響，而植物改良技術可以有效降低這些負面影響。其原理主要為利用某些植物對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，然后對相關植物進行收割及處理，進而達到凈化土壤的目的。有研究表明，苜蓿、蕨類植物等都具有一定的土壤修復功能。

3.3.3 微生物改良

在土壤當中，硝化細菌、氮化細菌、反硝化細菌、固氮細菌、腐生細菌、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，可以降低土壤當中有害物質的含量，重塑土壤生態系統環境，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同作用可以在一定程度上吸收和降解礦區土壤污染物。

3.4 固體廢棄物改良

利用粉煤灰等固體廢棄物對土壤改良是比較常見的一種技術方法。此方法具有如下優勢。

（1）在一定程度有效改善閉坑礦山土壤物理性質。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性。

（2）有效提升土壤肥力。粉煤灰內所含的硼元素可以有效提升部分需硼作物的品質，其釋放的硫等物質，能夠在一定程度上提升礦區土壤中鎂離子、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，堿性粉煤灰和動物糞便的混合物還可以提升無機磷的移動性。

（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，達到凈化礦區土壤的作用。

4 結語

閉坑礦山土壤復墾工作的最終目的是有效恢復該地區土壤的生態環境、生產力及經濟價值，促進恢復區經濟、社會、生態的全方位可持續發展。而若想從根本上解決閉坑礦山土壤問題，就比如從以下幾個方面人手，即：從根本上改良土壤內部的物理結構、有效去除其中的有毒有害物質、改良土壤保水能力及保肥能力、進而促進植被的健康生長。本文給出了一系列富于創新性的參考建議，為我國閉坑礦山生態治理工作中土壤基質改良環節提出了極具參考價值的建設性建議。

參考文獻：

[1]李藝鋒，植被修復對廢棄礦山土壤理化性質的影響[J].防護林科技，2019（2）.

[2]陳金輝.礦山廢棄地植被恢復方式對土壤性質的影響[J].金屬礦山，2016（3）.

[3]李鵬，植物基質對土壤生態改良的效果研究[J].中國園藝文摘，2015 （12）.

[4]陳明，徐 慧，蔡忠萍，等.植物改良礦山廢棄地的研究進展[J].有色金屬科學與工程，2014（4）.

[5]趙默涵，礦山廢棄地土壤基質改良研究[J].中國農學通報，2008（12）.

[6]莫愛，周耀治，楊建軍.礦山廢棄地土壤基質改良研究的現狀、問題及對策[J].地球環境學報，2014（8）.

收稿日期：2019-11-25

作者簡介：李晟銳（1986-），男，工程師，研究方向為林業。