活性土壤生態修復技術在廢棄礦山復綠中的應用

茍帥帥，王明強，謝 飛

（1.山東省地質礦產勘查開發局八〇一水文地質工程地質大隊，山東 濟南 250000；2.山東省地礦工程勘察院，山東 濟南 250014）

由于對礦產資源的利用與破壞超出了生態環境自我修復能力范圍，需要人工技術手段的適當介入才能更好的修復廢棄礦山。活性土壤生態修復技術，是目前最為先進的生態修復技術與土壤微生物理論相結合的成果。以傳統噴播技術為基礎，將土壤微生物菌群融入其中，應用特殊技術手段制造出一種新型土壤材料，該材料具有生物活性高、纖維物質豐富、土壤團粒結構緊湊的特點，尤其適用于生物活性低、土壤團粒結構松散的地質條件。由于我國對煤炭資源的需求量較大，導致部分地區出現開采過度的情況，也因此成為我國土地資源衰減的重要原因[1]。在礦山開采過程中會出現地表土壤層剝離的情況，在風沙作用下形成一定規模的排土場，一旦遭遇強降水和大風天氣就極有可能使松散的砂石變成泥石流等自然災害的主要成因。而經過開采的礦山通常因為沒有得到有效治理變成了廢棄礦山，這種因煤炭資源開采造成的土地資源銳減亟需治理。在過去的廢棄礦山復綠工程中，面臨著治理技術比較落后的困境。應用活性土壤生態修復技術，提高土壤的儲水和透氣性能，有效修復廢棄礦山的土壤肥力以及活躍度。

1 提取活性土壤生態修復技術特征

活性土壤生態修復技術應用范圍較廣，尤其適用于被破壞的地質條件，采用特殊工藝手段，例如噴附作業或者人工種植的方式培育出所需土壤基材。培育出的土壤條件儲水能力較強、肥力較高、滲水性和透氣性能都得到有效提高，符合植被生長規律，對于自然災害的抵御能力也大幅提升。在廢棄礦山復綠的過程中，應用活性土壤生態修復技術彌補了目前噴播技術靈活度較差的不足[2]。在廢棄礦山的地質條件中，多是處于土壤肥力不足或者是礦體殘留巖石沙化嚴重導致地面表層難以與植被融合的狀態，如圖1 所示。

圖1 某廢棄礦山

活性土壤生態修復技術具有加速礦體巖石風化和土壤化的特點，使噴播技術和巖層不斷從貧瘠轉向有機狀態，以實現良性循環的生態土壤環境。由于廢棄礦山殘留的混凝土以及礦渣數量較多，在修復過程中可能出現植被無法吸附在土質松散的土壤的情況。植物需要依賴土壤結構中的團粒含水層以及人工土壤的肥料才能扎根并迅速發芽，形成穩定的根系生長空間。在以往城市建筑綠化以及園林風景區綠化作業中，起到加速綠化過程的作用。該技術還具有不受地形和地勢條件約束的特點，即便是坡度和地表條件不穩定的廢棄礦山也同樣適用。

2 設計植被噴播步驟

植被噴播技術是活性土壤生態修復技術在廢棄礦山復綠中應用的直接體現，通過加速生土變熟土和熟土腐植化的進程，短期內實現土壤自己提供養分的目的[3]。將人工土壤與活性因子進行混合，并選擇二者的濃度含量，再利用農業噴播器械把篩選后的植物種子逐層噴灑在廢棄礦山的坡面表層，因此，植被噴播需要重復至少三次以確保將廢棄礦體的表層完全覆蓋。

前期準備工作需要提取廢棄礦山的土壤樣品，檢測土壤中殘留的重金屬含量，及時清理土壤中各類重金屬。然后在噴播器械內沒有植物種子而只有人工土壤的情況下，對廢棄礦山的裸露地表進行鋪灑土壤，一般厚度須達到10cm 左右，為的是下一步噴播植物種子做好鋪墊；將植物種子混合在人工土壤里，按照劃定范圍和植物種子的數量嚴格執行，將種子鋪灑在土壤表層；最后重復鋪灑不含植物種子的人工土壤，為植物種子提供充分的生長空間。在完成以上步驟后，在室外溫度低于10℃時，還需在土壤表面鋪設一層保溫性能較好的塑料布，以保證種子的存活溫度。

3 統計土壤生物菌群多樣性

由于煤礦在開采過程中堆積了大量的礦體殘渣和碎石，地表植被和土壤環境的生態平衡都被打破，導致地表以及地下的土壤生物菌群發生改變。廢棄礦山的地下土壤生物菌群主要包括：好氧性分解菌、好氧性固N 菌、氨化細菌、硝化細菌和反硝化細菌等。不同類型的土壤生物菌群在土壤中含量也有所差距，統計出主要菌群含量，如表1 所示：

表1 土壤生物菌群含量統計

活性土壤生態修復技術在改善廢棄礦山的地質條件的同時，也是在恢復土壤中的生物菌群多樣性。因此在一定程度上，菌群的多樣性含量也反映了土壤的健康狀況。對于不同廢棄年限的礦山和周邊一定范圍內的土壤生態菌群進行統計分析，提取各類型的生物菌群生存以及活動規律，進一步縮短廢棄礦山復綠工程的耗時。

4 恢復廢棄礦山土壤活性度

對廢棄礦山內的土壤進行取樣檢測發現，土壤活性值隨著地表深度的加深而不斷降低，如圖2 所示。

圖2 土壤活性數值

結合活性土壤生態修復技術，主要采用機械化削坡和噴播的方式對廢棄礦山進的土壤活躍度進行修復。激活廢棄礦山中的供養能力，保持土壤中的水分與營養，同時選擇適合當地土壤生長的植物，以保證原生態與修復手段完美融合。由于廢棄礦山的地質條件不盡相同，針對礦山的山頂和山坡中段以及礦山的山底要采取不同的削坡角度，同時，在山頂以及山坡和山腳下分別設立監測設備。按照固定時間段對不同類型的植被生長狀況進行監測，并將植被的種植數量、高度以及冠幅等數據進行匯總整合。根據資料顯示，在廢棄礦山的山腳下1000m 范圍內，刺槐的平均生長高度可達13.2cm、平均冠幅面積可達162.5cm2；梨木的平均生長高度可達11.7cm、平均冠幅可達122.4cm2，與歷史同期相比刺槐以及梨木生長狀況良好。在高度相對較高的山頂中上段以及山頂部分適合種植黃櫨和側柏等，使植物呈階梯狀分布，據監測數據顯示，黃櫨的平均生長高度可達16.8cm、平均冠幅面積可達220cm2；側柏的平均生長高度可達17.7cm、平均冠幅可達184cm2，與廢棄礦山山腳下的植被生長狀況相比，受日照時間長，生長速度更快。

5 結束語

本文以活性土壤修復技術作為創新點，將該項技術應用到廢棄礦山復綠工程中，采用四種方式實現生態修復技術與廢棄礦山復綠兩個領域的突破與融合。

根據實踐結果顯示，活性土壤生態修復技術可在短期內形成適宜生物多樣性存在和衍生更多物種的環境。能夠使人工土壤與原生態環境協調一致，達到廢棄礦山復綠的效果。為學術界研究礦山環境治理與修復提供了豐富的理論資料，同時，為活性土壤生態修復技術的實際應用提供了可行性。