遼寧金屬礦山廢棄地植被重建和生態復墾規劃設計研究

摘要：

文章以撫順沃谷銅鋅礦為例，在分析預測礦區土地破壞與污染狀況的基礎上，結合項目區地形地貌等特點，提出了廢棄地污染控制的3個階段。根據當地氣候及土壤條件，選擇當地適宜的先鋒植物種類，提出了遼寧省金屬礦山廢棄地生態復墾規劃設計方案，以重建人工生態系統。

關鍵詞：

金屬礦；尾礦庫；生態復墾

中圖分類號：S157.2

文獻標識碼：A

DOI：1019754/jnyyjs20190315026

前言

根據遼寧省國土資源廳2001年對全省182家大中型礦山企業的調查統計，累計產生廢渣421億m3，占地面積為22026km2，破壞土地面積57939km2，復墾面積僅3249km2，復墾率只有56%[1]。采礦過程及采后留下的尾礦、廢石廢渣中的重金屬淋濾釋放、選礦廢水所含有毒元素進入到土壤、地表水、地下水等，均會造成嚴重污染[2]。尾礦庫閉庫后，庫中水分蒸發后，若不進行復墾，遇風會產生嚴重的水土流失，對周圍大氣環境造成嚴重污染。因此，加強礦山廢棄地植被修復和生態規劃，已成為礦山可持續發展的重要問題。根據采礦工藝和流程，預先對礦區進行復墾規劃設計[3]，可實現“邊破壞、邊復墾”，保護礦區環境的前提保障。本文以撫順沃谷銅鋅礦為例，對金屬礦的尾礦庫的污染防治對策與生態復墾規劃設計方案進行研究探討，為進一步提高省內礦山廢棄地植被重建效果和生態恢復成功率提供技術依據。

1研究區概況

沃谷銅鋅礦位于遼寧省撫順市新賓滿族自治縣葦子峪鎮小那吽村北側，中心地理坐標：E124°38′00″，N41°30′20″。礦區范圍為05141km2，開采深度為720～-440m標高。本區屬中溫帶大陸性氣候區。年平均氣溫46℃，年最高溫度36℃，最低溫度-405℃。年平均降水量780mm，降水多集中在6[CD1]8月份，占全年降水量的65%，年極端最大降雨量出現于1995年為12426mm，年極端最小降雨量出現于1978年為534mm，十年一遇1h暴雨量為5408mm，十年一遇6h暴雨量為10478mm，十年一遇24h暴雨量為15810mm；年平均無霜期127d左右；凍土深度12m左右；≥10℃積溫為3605℃；年平均蒸發量1275mm；多年風向為S和NW；年平均風速15～34m/s，最大風速為16m/s。項目區地處長白山余脈東南延伸部分的低山丘陵地帶，地形起伏變化較大，地形坡度在15°～35°之間。區內地形標高一般海拔586～714m，相對高差15521m。最低標高在礦區南部，高程為600m，最高標高在礦區西北部山脊上，高程為7387m。礦區植被類型屬于長白植物區系與華北植物區系過渡帶，地帶性植被類型為溫帶（亞熱帶）落葉闊葉林，礦區主要樹種有落葉松、刺槐、楊樹、榆樹、油松；灌木有榛子、荊棘等；草本植物主要以黃背草、狗尾草、旱茅、白茅、野谷草為主。礦區周圍農作物以玉米、大豆為主，地勢低的地方生長茂密的灌木叢，基巖出露較少，植被覆蓋率可達80%。

2污染分析

礦山開采服務期內產生的尾礦全部集中堆放在尾礦庫，該尾礦庫位于選礦廠北側200m山溝內，占地面積603hm3。尾礦庫匯水面積044km2，平均坡度129‰，尾礦庫縱向溝長250m，尾礦庫初期壩修建在溝口處，尾礦庫最終堆積標高695m，總壩高41m，其中初期壩高25m，堆積壩高16m；尾礦庫總容積為13133萬m3。

相比于原地貌土壤組織結構，該尾礦庫的尾礦砂基質中N、P、K及有機質含量極低。保水保肥能力較差，土壤相對貧瘠。土壤基質中含有毒重金屬Cu、Zn、Cd、As等，經雨水沖刷和淋溶，這些有毒有害物質極易滲到土壤之中，造成土壤的酸化、土壤重金屬污染，影響植物代謝，抑制植物生長，影響營養元素的吸收，最終導致干旱加劇[4]。因此，如何對污染進行控制是土地復墾首要解決的問題。

3污染控制與生態復墾設計

31污染控制

311 鈍化階段

尾礦主要采取分層堆放的方式，因此，鈍化措施是在每層尾礦堆存完后進行，在每個平臺堆放尾礦，并推平壓實過程中，撒上磷石灰（Ca5（PO4）3OH）[5]等化學改良劑，可促使重金屬形成不溶性化合物（磷酸鹽），其形態有利于這些重金屬的固定，同時可降低生物可利用性。

312阻隔階段

對尾礦庫內堆存的尾礦采用高密度聚酯乙烯薄膜進行苫蓋，防止尾礦砂內的有毒有害物質遷移，同時防止由于降雨造成污染物的淋洗，并向周圍環境擴散。通過對尾礦砂進行薄膜苫蓋可起到阻隔污染物的作用。

313修復階段

前2個階段已初步控制了污染物的擴散和淋溶，為尾礦庫后期植被恢復創造了良好的基礎條件。在對尾礦庫進行表土回覆后，結合當地時節，選擇當地適宜的黑麥草、高羊茅、白三葉草等耐重金屬、耐酸的草種，隨后的1～2a，繼續栽植刺槐、楊樹等喬木，建立更為穩定的喬灌草模式的植被群落，從而達到防止水土流失、固定污染物的目的。

32土壤改良

撫順沃谷礦區自然條件較為優越，但土壤有機質含量較低，心土層有機質含量較少，通透性較差，需采取措施進行土壤改良。

321綠肥法[6]

綠肥是目前作為土壤改良最有效的方法之一，綠肥一般為豆科植物，在尾礦庫回覆表土后，在土地復墾第1年和最近幾年可栽植一年生或多年生的豆科草本植物，在自然條件較差，較貧瘠的土地上，豆科植物都能很好的生長。這種植物含03%～06%的氮素，含15%～25%的有機質，腐爛后可起到膠結和團聚土粒的作用，對提高土壤有機質含量，改善土壤理化性質具有重要的作用。

322有機肥法

有機肥分為2種，分別為生物活性有機肥和生物惰性有機肥，其中活性有機肥包括動物糞便、人糞尿、污水污泥等；惰性有機肥包括泥炭類物質及各種礦質添加劑的混合物。這些有機肥含有植物生長、發育所必需的各種營養元素，還能夠改良土壤[7]。他們被廣泛的應用于礦山廢棄地基質改良[8]。

沃谷銅鋅礦區的廢棄地可采用施有機肥的方式進行土壤改良，可通過稻殼稻桿等對表土層進行覆蓋，待稻殼稻桿腐爛后增加土壤肥力，改善土壤結構，提高土壤的有機質含量，適合植物生長，達到廢物綜合利用的同時，獲得良好的生態環境。

33生態復墾設計

331篩選植物種類

生態復墾設計的關鍵是能夠選出快速恢復植被的植物種類。在選擇過程中需選擇生長快、耐酸、耐重金屬能力強、適應性強的當地優良樹種。根據本項目區所在地的氣候、土壤、水土流失等情況，采取喬灌草結合的植被恢復方式，確定擬選植物品種及其生態習性如表1。[FL）]

332措施設計

3321復墾初期

主要以灌草結合為主。先鋒植物有草本黑麥草、高羊茅、白三葉草及灌木沙棘。在第1年先種植黑麥草、高羊茅和白三葉草，隨后第2年，進行種植灌木沙棘和胡枝子。由于胡枝子的特性為根系發達，當年生長速度一般，但從第2年開始生長速度加快。胡枝子地上和地下生物量積累快速，水土保持效果明顯。復墾初期，對其進行撫育管理為1a 1次，松土深5～10cm。以后每隔4a，隔帶交替修剪1次。

3322復墾中后期

部分灌草結合區改造為喬灌草地。引種的喬木采用刺槐和楊樹，兩者生長力強，同時有富集重金屬和保持水土的作用。栽植喬木可從每年的1[CD1]2月進行，需采用一年生苗，主要設計技術指標見表2。整地規格為06m×06m×06m。栽植當年撫育管理為2次以上，只割草，不松土，苗木扶正，適當培土。第2年和第3年每年撫育1～2次，第4年如尚未郁閉，繼續撫育1次。喬木撫育面積要逐年擴大，松土深度不超過10cm。

4結語

對遼寧省金屬礦山廢棄地進行植被重建與生態復墾設計是礦區生態環境恢復的重要途徑。其中尾礦庫的污染控制和生態復墾是重中之重。礦區生態復墾設計規劃是一項涉及面廣、綜合性強的系統工程，結合國際礦區的成功經驗，對多個學科的基本原理進行綜合應用，按照因地制宜的原則，對每個礦區的廢棄地進行切實可行的設計，實現植被恢復重建，進而達到經濟效益、社會效益及生態效益的統一。

參考文獻

[1]

遼寧省國土資源廳.遼寧省礦山生態環境保護與治理專題研究報告[R].沈陽：遼寧省國土資源廳，2001.

[2] 周連碧. 我國礦區土地復墾與生態重建的研究與實踐[J].有色金屬， 2007， 59（2）： 90-94.

[3] Bravo R， Nawrot J R. Slurry discharge management-beach profile prediction[J]. International Journal of Surface Min-ing， Reclamation and Environment， 1996， 10（2）： 69-71.

[4] 趙中秋，周增科，梁登，等. 金屬礦復墾中的污染防治與生態復墾設計探討——以廣東云安縣高棖鉛鋅礦為例[J].環境科學與技術， 2010， 33（12）：106-110.

[5] Ma Q Y，Traina S J，Logan T J. In situ lead immobi-lization by apatite[J]. Environ. Sci. Tech，1993（27）：1803-1810.

[6] 馬彥卿.微生物復墾技術在礦區生態重建中的應用[J].采礦技術，2001（1）：66-68.

[7] 王志宏，李愛國.礦山廢棄地生態恢復基質改良研究[J].中國礦業，2005，14（3）：22-27.

[JP3][8] 鐘順清.礦區土壤污染與修復[J].資源與環境，2007，23（6）：532-534.[JP]

作者簡介：

周欣（1987-），女，遼寧省鐵嶺市人，工程師，碩士學位，研究方向：水土保持與生態復墾設計。