廣西某錳礦區生態環境調查及修復治理研究

林 婧，農澤喜，陸昱含，郭尚其，黃 偉

( 1.廣西交通設計集團有限公司，廣西 南寧 530029；2.中國有色桂林礦產地質研究院有限公司，廣西 桂林 541004；3.廣西環境污染控制理論與技術重點實驗室科教結合科技創新基地，廣西 桂林 541006；4.中華人民共和國工業和信息化部，北京 100804 )

0 引言

廣西地區擁有豐富的礦產資源，其中錳礦的開采規模與強度位居全國首位[1-5]。由于錳礦主要以露天開采為主，開采活動引發了諸多的生態環境問題和社會問題[6-8]。采礦造成土地的廢棄和生態系統的破壞，嚴重制約了當地經濟和社會的可持續發展。

目前我國關于礦區廢棄地的復墾和復綠研究較多，針對錳礦區生態環境相關的問題也開展了一定程度的研究[6-13]，但針對廣西錳礦區開展系統性的生態修復治理研究仍然較少。通過對廣西某錳礦區生態環境狀況的調查、分析，針對存在的問題，采取綜合的治理修復措施，恢復區域生態環境，同時產生了良好的經濟、社會及生態效益。

1 礦山概況

某錳礦區位于廣西境內，地處南亞熱帶向中亞熱帶過渡地帶，礦區面積20多平方千米，為堆積型露天錳礦，礦床均位于波狀起伏的山嶺上，含錳礦黏土覆蓋厚度為10～50 m，礦石成分較單一。礦區開采方式為露天開采，選礦則采用水洗工藝。礦區歷經幾十年的采、選礦工業活動，地表及地表植被遭到了嚴重破壞，原有的土地利用方式、地形地貌、自然景觀已徹底改變，形成了廢棄的荒山荒坡及大量的廢棄礦坑、廢石堆、尾礦庫等，嚴重破壞了礦區的生態環境。

2 礦區修復前生態環境

2.1 地形地貌

研究的錳礦區所在區域為巖溶地貌，屬于巖溶峰林谷地，礦區地勢西北高而東南低，谷地地面高程一般為100～150 m，山峰最高點高程200 m。山勢較陡峭，下緩上陡。礦區內地形地貌發了改變，形成了以露天礦坑、尾砂廢石堆場、挖損地表等組成的較特殊的錳礦山景觀。圖1為礦區治理前狀況。

圖1 礦區治理前狀況

2.2 土壤及土地利用

2.2.1 土壤

礦區分布較多的土壤類型有砂頁巖母質紅壤、砂泥巖紅砂土、礫質紅壤、潛育性水稻土、母質紅壤、礫質紅壤等，土壤普遍呈酸性，pH值為5.5～6.3。①紅壤：成土母巖為第三紀砂頁巖，具有色紅、酸性、質黏等特點，多種植玉米、甘蔗等農作物，厚度為1.0～50.0 m，分布于大部分區域中。②砂土：成土母質主要有砂巖、粉砂巖、泥巖及頁巖風化物，顏色變動于紅、紅棕、橙色之間，呈酸性，厚度為0.7～20.0 m，分布于大部分區域內。③水稻土：分布于平緩地內，為主要耕作型土壤，成土母巖為第四紀紅土，主要為潛育性水稻土，生產條件和生產性能一般，產量較低，厚度約為0.5 m，沿溝谷分布在寬谷緩丘地帶。

2.2.2 土地利用

該錳礦區主要包括采區、洗礦場、排土場和尾礦堆場，土地類型為礦產用地、林地、耕地、裸地、坑塘等。經過近40年開采，已在礦區內形成大小不等的采坑60余個、排土場16個及尾礦庫9個。表1所示為礦區土地類型及面積。

表1 礦區土地類型及面積匯總

2.3 區域植被現狀

礦區所在區域植物區系屬南亞亞熱帶常綠闊葉林地帶，由于氣候干燥、土地貧瘠及礦業開發等原因，生態環境已被嚴重破壞，原生常綠闊葉林已不存在，區域內植被多數為有林地、草坡和旱地作物。主要喬木灌木有小葉桉、馬尾松、杉木、桃金娘、三叉苦等，自然草本植物主要以野古草、畫眉草、四脈金茅、鐵芒萁、黃茅草等為主。區域主要農作物有水稻、玉米、紅薯、黃豆、甘蔗、木薯、茶葉等。

2.4 動物資源分布

礦區及周邊的土地已被長期開發利用，植被均為反復利用后的次生類型。從植被類型和生境條件看，未發現大型獸類的隱蔽地、棲息地，因此可以排除區內有大型野生動物，一些野生動物可能已遷徙異地，遠離人為活動區。區內主要為小型動物，尤其齒類動物較多，常見的有蛇類、麻雀、黃胸鼠、小家鼠、黃毛鼠、褐家鼠等。

2.5 礦區生態系統退化原因分析

調查發現礦區生態系統已嚴重退化，主要由以下幾個因素造成：

1)地表挖損和壓占。該錳礦為淋濾堆積型礦床，主要賦存于地表土層中，開采過程主要采用露天成片式開采，導致礦區地表形態嚴重改變，主要表現在以下兩個方面：一是礦區地表土層剝離，植被破壞，礦區表土形態嚴重改變；二是采選過程產生的大量廢土、廢石、尾礦壓占大量的土地。研究區域被廢土、廢石、尾礦壓占的土地高達15 km2。

2)土地質量下降及土壤污染。由于侵占、擾動，導致土地質量下降，土壤的承載力降低，土壤呈松散狀，透水性強，土壤中水、肥不易保存。由表2可知，有機質、氮、磷、鉀等含量低，土壤肥力差，而重金屬鎘的含量較值高，超過了GB15618-2018《土壤環境質量標準 農用地土壤污染風險管控標準》中的篩選值，部分超過了風險管制值，屬于重度重金屬污染。

表2 土壤肥力元素及重金屬含量

3)地質環境破壞嚴重。礦區巖溶塌陷較發育，其采用的露天式開采使礦區地表原有的植被結構遭到破壞，隨著開采面積、深度的增加，礦區土層結構變得更加疏松，降雨天氣更會增加塌陷、沉降的發生。同時開采及邊坡開挖還造成礦區600多處大小不等的坡角在40°～60°的不穩定山體、邊坡，因此在雨季常導致崩塌和滑坡等地質災害的產生。

4)水土流失及植被破壞。礦區水土流失嚴重，露天開采導致大量植被結構遭受破壞，表土裸露，降雨天氣會造成大范圍的水土流失。同時，水土流失又導致土壤中的有機質含量降低，進一步加劇了礦區土地的退化和荒漠化。

3 礦山生態環境治理技術方案

依據礦山生態環境現狀及現有生態治理經驗，提出工程治理措施、植物恢復措施等綜合運用的礦山生態治理方案，利用礦區廢棄土地，恢復礦區地表植被，抑制礦區水土流失，改善礦區生態環境，恢復礦區生態系統。

3.1 工程措施

1)削高填低，開發農林用地。研究區域內由于露天開采形成的礦坑多，礦坑無規則且深淺不一。基于礦區土層總體較厚的特點，礦區場地整治可根據場地的坡度采取平地和梯田化的復墾模式。15°以下的坡地或平地采用挖高墊低的方式，將高處土就地就近回填到礦坑內，使其達到耕種平整度要求后進行耕種；地表坡度大于15°時，可分層放坡，修坡成梯田形式，可進行林業種植，恢復地表植被。

2)整治深大礦坑，修建小型蓄水塘。礦區內存在部分深度較深、面積較大的礦坑，在對其進行進一步評估后，可將坑底地質條件好、黏土層厚、滲透系數低的礦坑修建為小型蓄水塘，用以存貯雨水作為生態用水。為減少開挖填方對礦區周邊生態環境的破壞，采用挖深填淺的方法整治，將從礦坑深部取出土，填平其周邊的淺坑洼地使之為耕地或林地。

3)修建截排水設施，減少水土流失。在礦區內修建較完善的截洪和排水系統，并對尾礦壩、檔墻等進行加固，降低其安全隱患。一方面，在尾礦庫四周修建截排水溝，導排尾礦庫周邊的匯水，可避免匯水沖刷尾礦庫；另一方面，為減少降雨對礦區的不利影響，對礦區的排洪系統進行修葺和維護，盡可能通過人為干擾將降水以面流或匯入地表溪流的形式排走。

3.2 植物措施

進行礦山生態恢復治理，最重要的任務是在采取工程措施的同時進行土地復墾和植被恢復。土地復墾可增加土地的有效利用，植被恢復可使地表穩定，防止水土流失，保土保水，增加土壤有機質含量和肥力。植物措施主要分為以下兩種。

1)食用作物。有研究表明，在錳礦山復墾土地中種植生產的食用農作物，其重金屬含量通常超過相應的國家標準[3-4]，如甘蔗莖、茶葉和花生中Pb、Cr和Cd超標嚴重，不宜作為食用作物，否則將對人體健康造成嚴重威脅，因此錳礦山土地修復以種植食用農作物種為目標時，須選擇對重金屬低累積的農作物品種，并先做好種植試驗和質量風險評估，確定糧食的質量安全后方可大量種植，同時還應做好連續監測。

2)植被植物。林業利用對土壤的質量及重金屬含量要求不高，種植經濟林木是礦山生態恢復和增加地方經濟收入比較有效的手段，且錳礦區土層普遍較厚，適宜用于林業種植。開展林業種植，一方面可以改善當地的生態環境，另一方面還可以帶來不錯的經濟效益。根據礦區試種的結果，目前推薦速生桉和黑木相思兩種經濟林木，對于以復綠為目標的地塊治理，則選擇本土植物如榕樹、桂花樹以及香根草、結縷草等。

3.3 方案確定

綜合考慮治理區的地質、降雨、邊坡高度、生態環境、施工等因素的影響，以安全可靠、經濟合理的原則為指導，選擇該區域適宜的地質環境治理和生態重建措施。地質環境治理主要是因地適宜地采用削坡、場地平整等治理技術措施，生態環境重建主要是根據礦區氣候、氣象條件、土壤條件等，選擇合適的樹(草)種進行種植復綠，相關樹(草)種的生物學特征見表3。

表3 相關樹(草)種的生物學特征

4 示范區修復實施

4.1 示范區修復目標

采用工程及植物措施綜合治理的手段，通過對治理區的泥漿池、尾礦堆、廢棄礦坑及其周邊等區域進行治理，改善區域內的地質和生態環境，使潛在的地質災害隱患得到有效的控制或消除、治理生態環境得到顯著優化。

4.2 示范區實施主要內容

根據確定的修復方案，示范工程開展了地質環境治理和生態環境重建兩方面的工作。首先將尾礦坑、洗礦池中尾礦和礦砂清除并晾干坑底，然后用廢石和附近取土進行高挖低填，將場地整平，部分低洼地段填方邊坡地段坡腳設置護腳墻，防止地表水浸泡邊坡坡腳造成失穩。選取狗牙根、黑麥草、香根草、結縷草等綠化用草和小葉榕、桂花樹等本土樹種用于工業用地和生活用地區域的生態恢復和綠化；速生桉、杉樹、黑木相思等則作為礦區廢棄地塊的經濟林木種植。

4.3 治理效果

治理后效果見圖2，礦區的地面和生態恢復均取得了良好的效果，區域生態環境得到了較大的改善。由圖2可見，礦區內采礦區及礦坑治理后地面坡度平緩，林木茂盛；廢石堆場治理后林木郁郁蔥蔥，恢復了往日的生態面貌；工業區和生活區在平整后主要種植園林觀賞植物，提亮了園區的景觀綠化，整個礦區治理效果顯著。

圖2 治理后效果

5 結論

1)錳礦開采對礦區及周邊生態環境造成了破壞，生態系統退化嚴重。其中地表土層破壞、水土流失、地質環境問題是造成其生態系統退化的主要因素，土層擾動帶來的土壤重金屬超標、土地質量下降是次要因素。

2)錳礦區宜采用以地質環境治理為主的工程措施+植樹造林為主的植物措施進行礦區生態修復。

3)錳礦區土地修復為以種植食用農作物種為目標時，必須選擇對重金屬低累積的農作物品種，若土壤未經過特別修復則不宜種植重金屬高積累的農作物。

4)當錳礦區具備林業開發的有利條件時，可種植速生桉、黑木相思等經濟林木，快速恢復礦山植被，恢復礦區生態。