礦山廢棄物及地表污染土生態(tài)修復(fù)研究

張萬虎，袁海梁(中國化學(xué)工程重型機械化有限公司，北京 102600)

1 礦山廢棄物及地表污染土對環(huán)境的影響

1.1 對土地資源的影響

在開發(fā)礦產(chǎn)資源時，很容易破壞土地資源，造成土地貧瘠，從而成為嚴(yán)重的水土流失問題，并且開采過程中出現(xiàn)的一些廢石、尾礦等廢棄物，長期堆積不僅浪費土資源，還對土地表面造成了污染，降低了土地原有的功能[1]。再加上雨水的沖刷和大風(fēng)的作用，導(dǎo)致這些礦山廢棄物中蘊含的有毒物質(zhì)不斷滲入到土壤中，對土壤內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了損壞，還經(jīng)常引發(fā)土壤板結(jié)。

1.2 對水環(huán)境的影響

一般來說，礦石、圍巖內(nèi)都有著豐富的金屬硫化物，而尾礦、廢石大批量露天放置，經(jīng)過一系列微生物的催化氧化、徑流等影響，會產(chǎn)生很多酸性廢水，這些廢水內(nèi)有著金屬離子。一旦這些廢水排放到江河湖海中，就會令水中pH值迅速下降。同時也難以對各類金屬和金屬污染物進行降解，長期的沉淀和積累，會對水中的魚、蝦、藻等水生物造成生命威脅，還會對水生態(tài)、水環(huán)境產(chǎn)生不可逆的影響。

1.3 對大氣環(huán)境的影響

在礦山廢棄物堆放區(qū)域內(nèi)，因為廢石、尾礦長期的露天放置，且它們表層顆粒物與風(fēng)化物都不集中，一旦遇到大風(fēng)天氣，就會出現(xiàn)風(fēng)蝕揚塵現(xiàn)象，在風(fēng)的作用下直接進入大氣層，對當(dāng)?shù)卮髿猸h(huán)境造成嚴(yán)重破壞。

1.4 對地表景觀的影響

站在開采方式的角度來說，礦山開采一般有兩種，即露天與地下。其中，露天開采是指對土地進行剝離、挖損，這會導(dǎo)致地表形態(tài)、地表植被以及地表景觀都受到嚴(yán)重損壞；而地下開采則是采出礦石之后，上覆巖層就不具備相應(yīng)的支撐條件，巖體內(nèi)部應(yīng)力也失去了原有的平衡，導(dǎo)致采空區(qū)上覆巖層出現(xiàn)位移、變形等問題，嚴(yán)重時還會出現(xiàn)塌陷、裂縫[2]。

1.5 對生物多樣性的影響

礦山的開采勢必會對表層土石進行剝離，令原有植被受到清理。此種開采方式導(dǎo)致物種的原生環(huán)境遭到了極大損害，各種大型植被群落也被分割，大大降低了群落的整體功能。

2 礦山廢棄物及地表污染土生態(tài)恢復(fù)技術(shù)

通過近些年的生產(chǎn)建設(shè)等項目，礦山廢棄物和地表污染土愈發(fā)嚴(yán)重，土壤中重金屬含量超出標(biāo)準(zhǔn)，亟需修復(fù)。相關(guān)專家學(xué)者借助人工手段對土壤、植被、水系等情況進行改善研究，開展了生態(tài)系統(tǒng)的自然演替，做到了生物修復(fù)、水體治理和土地利用。盡管取得了一定成績，但是依然有植被覆蓋率小、生物種類少、抗逆性弱、植被重建的生態(tài)效應(yīng)不顯著等缺陷。對此，應(yīng)當(dāng)結(jié)合礦山廢棄物和地表污染土的實際情況，制定健全完善的生態(tài)修復(fù)機制。

2.1 土壤的改良措施

通過工程、生物等有效措施，對土壤理化性質(zhì)予以大幅改良，實現(xiàn)修復(fù)與重建被破壞土地的目標(biāo)。因此，要想令礦區(qū)廢棄地的土壤密度下降，土壤結(jié)構(gòu)得到改良，土壤孔隙度得到提升，短時間內(nèi)可優(yōu)先選擇犁耕或者施肥等方式，注意一定要用有機肥。針對偏酸性的土壤，則應(yīng)當(dāng)采用石灰、碳酸氫鈉等物質(zhì)予以整改土壤結(jié)構(gòu)。通過查閱相關(guān)資料發(fā)現(xiàn)，很多礦區(qū)因礦山廢棄物及地表污染土而匱乏營養(yǎng)物質(zhì)，比如：N、P、K以及有機質(zhì)等。為了能夠切實改善土壤的理化性質(zhì)，讓土壤充分滿足植物生長需求，一定要在土壤中摻入適當(dāng)營養(yǎng)物質(zhì)，提升生態(tài)恢復(fù)進度[3]。通過大量研究得知，增加含N的木屑有助于土壤肥料中N、P、K和石灰的功能用途得到充分發(fā)揮，從而加強樹木、花草、灌木等植物的存活幾率。同時，對低熱值的煤炭腐殖酸物質(zhì)進行合理應(yīng)用，能夠通過土壤熱化環(huán)節(jié)，提高石灰性土壤中P含量。當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛且有效的是綠肥法，其能夠改良復(fù)墾土壤，并讓土壤中營養(yǎng)成分得到顯著增多。此外，生物固氮方式的應(yīng)用效果也十分顯著，其對于土壤增肥改良有著重要作用，主要機理時通過固氮植物、微生物對土壤理化性質(zhì)予以改善，比如：楊梅、沙棘等具備較高固氮性能的植物。不僅如此，相關(guān)學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，在受污染較為嚴(yán)重的礦山種植豆科植物能夠增加土壤中N含量，其中根瘤菌以及豆科植物共生固氮效果十分顯著，對土壤中N含量的增加有很大幫助。并且，還有專家提出施用微生物菌肥能夠顯著增強微生物活性，優(yōu)化土壤環(huán)境，對植物生長也有很大積極作用。因此，該方式也得到了廣泛推廣和應(yīng)用。

2.2 土壤重金屬的污染治理

礦區(qū)土壤重金屬污染大多數(shù)是因為尾礦、矸石山等礦山廢棄物中包含的重金屬淋溶之后所導(dǎo)致的。大部分學(xué)者都是利用化學(xué)、物理以及生物治理等技術(shù)來環(huán)節(jié)礦區(qū)土壤重金屬污染。當(dāng)前，應(yīng)用較為普遍的生態(tài)修復(fù)植物大約有400種，通過研究得知，蕨類草本植物對土壤重金屬污染修復(fù)有著極佳的效果，比如：蜈蚣草、粉葉蕨等，這類植物大部分對As有著極佳的富集功能。同時，經(jīng)濟利用價值較高的藥用、食用草本植物、農(nóng)作物對土壤重金屬也有著超富集作用。其中豌豆對Pb重金屬有著極佳的富集作用；燕麥則是能夠?qū)κ艿絿?yán)重Zn重金屬污染的土壤有很好修復(fù)作用；向日葵對Cr、Pb、Zn等有富集功能。木本植物成林之后，不僅可以有效改善生態(tài)環(huán)境，還能夠?qū)κ苤亟饘傥廴镜耐寥烙枰孕迯?fù)。像忍冬就能夠在高濃度重金屬土壤環(huán)境中正常生長存活；旱柳則是能夠改善自然生態(tài)環(huán)境，屬于友好型修復(fù)植物，對Zn有著極高的富集作用。不僅如此，大量研究充分表明，楊樹對Hg、Cd有著極高的耐性與凈化功能；微生物可以降低重金屬毒性；將菌根接種在土壤中能夠促進植物吸收P、Mo等元素，從而減輕土壤中Mo污染。

2.3 礦區(qū)植被的恢復(fù)

因為礦山廢棄物和地表污染土導(dǎo)致土層瘠薄、造林難度高，所以需要結(jié)合礦區(qū)氣候、自然條件選擇最為合適的植被，可優(yōu)先選擇鄉(xiāng)土樹種，并嚴(yán)格遵循適地適數(shù)的基本原則，篩選根系發(fā)達、固氮性能高、耐瘠薄、存活率高、速生的植物當(dāng)作先鋒樹種[4]。通過研究發(fā)現(xiàn)，文冠果團聚體穩(wěn)定性強，適用于土地生產(chǎn)力不高、區(qū)域植被稀少、長年干旱的采煤沉陷區(qū)的植被恢復(fù)；油松具備極強的抗旱性與低耗水性，其枯落物、林下土壤層持水性能優(yōu)良，十分適合應(yīng)用在礦區(qū)植被建設(shè)樹種；油松與山杏混交林具備較強的生態(tài)效益；沙棘、檸條等少數(shù)灌木有著諸多生長優(yōu)勢，刺槐根系雖然淺但十分發(fā)達，適應(yīng)性極強，屬于固沙保土樹種；沙棘則是維持水土、優(yōu)化土壤的良好樹種，令沙棘成林能夠明顯減小土壤密度，加大土壤孔隙率與持水率，從而提升土壤中的速效N、P、K和有機質(zhì)；新疆楊是礦山廢棄物及地表污染土生態(tài)修復(fù)中的優(yōu)良樹種，對有毒氣體有著較強的抗性，適合應(yīng)用在露天煤礦、矸石山等和礦區(qū)相似的植被恢復(fù)區(qū)域；菊芋對礦區(qū)生態(tài)環(huán)境修復(fù)也有較大積極作用；令豆科牧草和根瘤菌共生，可以將大氣中的氮進行固定，使其成為氮素為自身提供營養(yǎng)，借此增強土壤肥沃力；比如：草木樨、稗谷等多年生豆科牧草適合在北方種植，它們對偏咸土壤最為喜愛。確定礦區(qū)植被的先鋒植物時，可優(yōu)先選擇大翼豆、白豇豆、大綠豆等豆科作物；象草、寬葉雀稗、馬唐、金色狗尾草等禾本科植物等。

按照生態(tài)學(xué)基本原理，要想確保物種的多樣性，一定要對喬木、灌木和草叢等植物比例進行科學(xué)分配，針對水土流失較為嚴(yán)重的位置可建設(shè)水土保持林。

2.4 土壤動物以及微生物恢復(fù)措施

土壤動物可有效整改土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤肥力，加快落葉分解，從而促進營養(yǎng)物質(zhì)無線循環(huán)。而且還可以在土壤中予以消化分解，成為生態(tài)系統(tǒng)中關(guān)鍵構(gòu)成部分，在礦山廢棄物及地表污染土區(qū)域引進適宜土壤動物，能夠讓重建之后的生態(tài)系統(tǒng)慢慢完善。其中蚯蚓是土壤動物中十分有益且自由的微生物種，其能夠?qū)ν寥赖睦砘再|(zhì)予以改善，令土壤得到疏通，并加大土壤孔隙度，保存水肥，緩解重金屬污染，對生態(tài)修復(fù)有很大意義。

當(dāng)前，很多礦山廢棄地在進行生態(tài)修復(fù)時都對微生物進行了合理應(yīng)用。比如施用微生物菌肥能夠降低土壤環(huán)境中有毒有害物質(zhì)的濃度，并減小其危害性，強化土壤酶活性，加快土壤的改良，促進生土朝著熟土轉(zhuǎn)化，加大縮減生態(tài)恢復(fù)周期。通過大量學(xué)者研究得知，微生物可以加快植物對營養(yǎng)的汲取，并對土壤結(jié)構(gòu)予以改善，減小重金屬的毒性等。如叢枝菌根(arbuscular mycorrhizae, AM)真菌可加快礦區(qū)土壤微生物群落的恢復(fù)，為受到損傷的生態(tài)系統(tǒng)與植被重建提供良好條件。

3 結(jié)語

雖然礦產(chǎn)資源的開采挖掘為我國帶來了很多經(jīng)濟效益，但是其所產(chǎn)生的廢棄物、地表污染土也對當(dāng)?shù)刈匀簧鷳B(tài)環(huán)境受到了較大破壞。因此，對其進行生態(tài)修復(fù)十分必要。本文共提出了土壤的改良措施、土壤重金屬的污染治理、礦區(qū)植被的恢復(fù)、土壤動物以及微生物恢復(fù)措施四種生態(tài)修復(fù)技術(shù)，希望能夠為礦區(qū)環(huán)境恢復(fù)提供幫助。