廢棄礦區生態環境恢復林業復墾技術的研究

高小英

（臨縣林業和草原發展中心，山西 臨縣 033200）

0 引言

早期的小規模采礦主要是露天采礦，對環境造成了嚴重破壞。礦區的主要環境地質問題和危險性如下：①土壤和景觀破壞表現為山地破壞、土壤破壞（主要與侵蝕和土壤破壞有關）、植被破壞等。礦區靠近國道、省道、公路和鐵路，可見的傷口非常吸引人。②礦區邊坡易發生滑坡、崩塌等地質災害。③在車站周圍脆弱低洼的區域有爐渣堆積；一方面，它占用大量土地，造成土地資源的浪費；另一方面，堆積會造成嚴重的水土流失和局部滑坡。為了彌補過去礦產無序開發造成的地質災害和環境破壞，必須科學地進行環境地質災害治理和生態恢復[1]。礦區作為礦業開發的重要來源，礦區的實際開發通常會對環境產生重要影響，不僅會占用農林用地，還會破壞生態環境的多元化發展，從而引發社會問題。鑒于這種情況，廢棄礦區的復墾和生態恢復技術已成為生態環境相關領域研究的重點。在此基礎上，本文對礦區廢棄地生態修復技術進行了簡要探討，總結了土壤重建和生物修復技術的優勢。

1 廢棄礦區生態修復工程中的土壤重建與復墾

1.1 土壤重建和物理改良

廢棄礦區物理改良的工作內容包括卸載、土壤清除和深耕。在選擇技術時，應結合土壤條件、恢復目標、工程資金和礦區設計方案，選擇合理的物理改良方法。在擾動地表之前，應分層收集土壤，并分析和輸入土壤結構、性質和成分的數據，以確保生態恢復項目對土壤物理結構、植物種子、微生物、動物和養分的影響在標準范圍內。項目完工后，土壤必須分層填筑，這是礦區環境恢復的標準程序之一。其中，土壤結構主要指土壤的排列、組合形式和粒徑。土壤結構的疏松程度直接影響植物根系的生長。例如，如果植物根系的土壤類似于油炸土，則根系可以完全滲透到土壤中，以獲得植物生長所需的水分和營養。土壤結構的密實度和孔隙度可以通過土壤置換來調節。廢棄礦區的土壤結構通常相對狹窄。在實施生物修復項目之前，需要通過土壤置換和深加工來改變土壤顆粒的密度，然后使用剝離、固定、破碎等方法來改變土壤的化學和營養特性。如果重建的荒地受到嚴重污染，土壤很薄，甚至沒有土壤覆蓋，則必須覆蓋宿主土地。土壤覆蓋工程的關鍵是土壤來源的確定、土壤覆蓋層厚度的選擇和工程方法。此外，如果土壤中的重金屬含量超過相關標準，則應使用電氣修復。該方法包括將電極插入被重金屬污染的土壤中，并引入直流電。在電場的影響下，重金屬成分會移動到電極上并進行強化處理。近年來，這種環境修復技術在土壤重建工程中得到了廣泛應用，但由于土壤成分的復雜性，無法充分發揮其技術優勢[2]。

1.2 土壤重建的化學技術

大部分廢棄礦區的酸堿性嚴重。這種荒地通常用化學方法處理。例如，硫酸亞鐵和硫酸氫鈉等化學品用于將土壤中的鈉離子轉化為鈣離子，降低鹽堿化程度，提高水分子穿透土壤進入基質的能力。如果殘留的土壤是酸性的，可以用生石灰、碳酸鹽和其他物質中和。氫氧化物在重金屬中的實際溶解度僅弱于硫化物。向重金屬含量高的土壤中添加石灰可以將其轉化為氫氧化物。同時，一旦pH 升高，就會導致重金屬離子和鈣離子的共向性，從而抑制重金屬分子向土壤中的遷移，減少重金屬在植物中的富集。此外，使用鋸末、肥料、污泥和綠色廢棄物等有機物質也可以改善土壤結構，提高土壤保水能力，確保陽離子交換率。在土壤層上鋪設20cm 厚的垃圾，在每個平坦層上鋪設20kg 的石灰，對殘留物的酸化有非常顯著的抑制作用。在土壤重建中，改善原始土層中營養和有機質的缺乏也是技術研究的核心。土壤養分的缺乏不僅會降低植物的存活率和生長速度，還會進一步促進生態群落的多樣性。因此，在土壤修復工程中，通常需要調整土壤中養分的含量和比例。研究表明，鋸末作為一種獲取途徑廣、經濟成本低的有機材料，可以提高樹木、一些草本植物和灌木的成活率。一些植物和土壤生物生長所需的氮主要來自有機氮礦化或生物固氮。因此，鋪設氮鋸末可以提高土壤的實際肥力。同時，城市污泥也可以用來提高土壤肥力。城市污泥主要是指污水處理廠在污水處理過程中產生的廢棄物。由于污泥富含氮、磷、鉀和有機質，具有較強的粘性，可以改善廢棄礦區的土壤保水性。它是一種填料，廣泛應用于土壤修復工程中。土壤中的過量金屬是礦區復墾的難題之一，由于其隱蔽性好、影響范圍廣、壽命長、不可逆性強等特點，已成為復墾技術深入研究的重點。工程單位可以使用磷酸鹽處理重金屬。

2 礦區環境地質災害治理方法

礦區環境地質災害治理要圍繞重點防治區、次重點防治區和一般防治區，選擇不同的治理方法。

2.1 主要防治領域的治療方法

對礦區環境地質災害的治理，要注重邊坡監測，做好邊坡參數設計，設置擋土墻穩定邊坡，開展有針對性的工程地質勘察也至關重要。要圍繞特定的災害點進行預防，做好邊坡加固工作。嚴格落實監測點、監測分析登記，統一規劃，確保生態功能逐步恢復。

2.2 次重點防治區治理方法

修建住房和通往礦區的道路將形成大量的礦渣和廢料邊坡，并可能發生邊坡失穩，造成滑坡和滑坡。廢棄物會導致水土流失和泥石流。因此，必須合理設計邊坡參數，做好支護加固處理。排水護城河可置于斜坡上方。此外，還必須科學地設置滾石砌塊結構和植樹造林。

2.3 一般防治區治理方法

一般防治區的治理必須解決地表巖體破裂造成的水土流失問題，特別是可以從水土保持和植被保護方面入手。路塹和減載護坡、正面支護、生物防治、轉移預防和雨天預防是常見的處理方法。

3 廢棄礦區生態修復工程中的生物技術

生物修復土壤工程是指利用植物、動物和微生物的活動和代謝，改變土壤的化學性質和物理結構，進一步提高土壤肥力的復墾工程。生物修復在污染物的降解、吸收和富集方面具有很大的優勢，且投資的經濟成本較低。土壤重建的物理和化學改良可以改變土壤。然而，改善礦區景觀的效果并不高。相對而言，通過農業和林業發展技術，生物修復不僅可以改善大氣和水環境，還可以減少污染的影響，體現礦區的經濟發展價值[3]。

3.1 植物修復技術

相關環保單位將植物修復工程定義為土壤中沉積物、污染物或其他有害物質的提取、加工、吸收、分解和固定等技術的總稱。特別是，生物修復主要包括水生植物和土壤的植物修復。使用的主要技術包括根際過濾、人工濕地建設、填埋場淋濾、植物固化和蒸發。通過歸納，改變了水環境和土壤環境。生物修復技術廣泛應用于毒性較小的環境條件：例如，豆類植物可以與根瘤菌共生，固定大氣中的氮。根據研究數據，在受污染的土壤中種植豆科植物可以提高土壤中氮的積累速度，并耐受低營養水平和有毒金屬。

在土地復墾和生態恢復的初始階段，植物種類的選擇非常重要。物種分配可以運用恢復生態學、景觀生態學和植物群落理論的原理來設計植物群落的組成、結構和密度，從而創造合適的植物生存空間，避免種間競爭。根據促進穩定性的多樣性原則，沙漠土壤造林應盡可能配置為混交林，以增加物種多樣性和植物生態系統的層次結構。群落植物結構應模擬自然植物結構，以實現樹木、灌木和芳香草本植物的多層混合。實踐表明，落葉喬木和灌木應種植少量土壤，常綠喬木應移植土球，草本植物應種植在地面或混合土壤中。此外，根據礦區表土開發的優缺點，分別采用了土壤覆蓋栽培技術和非土壤覆蓋栽培技術。當土壤表面厚度較低時，采礦廢棄物表面可以覆蓋一定厚度的土壤、污泥和飛灰，從而大大改善土壤環境。對于差異化程度較高的采礦廢棄物，由于地表土壤發育良好，可直接在地面種植植物進行生態恢復。

3.2 動物土壤技術

土壤動物在改善土壤結構、提高土壤肥力、分解廢棄物、促進養分小生物循環等方面發揮著不可替代的作用。土壤動物作為生態系統食物鏈中不可或缺的一部分，扮演著初級消費者和分解者的重要角色，是食物鏈的基礎。植被恢復階段后，一些低等動物可以在地面上生長。土壤動物活動可以改善土壤的物理結構，增加孔隙度。通過電擊和灌溉處理蚯蚓可以降低土壤中的重金屬含量。此外，生態恢復還包括微生物恢復。

4 常用廢棄礦區生態修復技術

4.1 活性土壤修復技術

土壤活性修復技術可以加速巖土礦物體的轉化。這種技術大多與寄主土壤噴灑技術結合使用。在這兩項技術的支持下，巖層將迅速轉變為有機狀態，土壤的生態環境也將形成。廢棄礦井中經常留下大量的礦渣和水泥。為了保證植物根系的穩定生長空間，科學應用活性土壤修復技術非常重要。該技術的具體應用必須做好土壤生物區系多樣性的調查研究工作，以改善廢棄礦區的土壤活性；常用的措施包括機械化削坡和噴灑土壤，以激活廢棄礦井的補給能力。應根據廢棄礦區的不同區域選擇邊坡的切割角度，并應注意監測設備的科學設置、植物種類的優化和逐步分布。

4.2 掛網客土噴播技術

將保水劑、黏合劑、調節劑、植物纖維、泥炭土、緩釋復合肥和水通過噴灑機按比例混合后，混合后的混合物由液壓噴灑設備送至噴管噴嘴，經釘網處理后噴灑在巖石表面。采用掛網噴土的方法在巖質邊坡上建立生態層。該技術作為道路工程廣泛應用于邊坡綠化，也適用于礦區廢棄邊坡的生態修復。掛網噴土技術適用于40°～70°的邊坡。種子和基礎材料是技術應用的關鍵，必須確保它們與周圍的自然環境相一致。技術的應用還需要掌握邊坡處理、材料分配和維護等關鍵點，如清除邊坡巖石等危險巖體、懸掛梅花花網、定期灌溉與維護等。

4.3 三維土工網技術

對于緩坡區的邊坡，采用三維土工網進行播種和再綠化。該技術分為以下5 個部分。

（1）邊坡處理。清理邊坡上的浮石、礫石和屋面土，填充并涂抹低地，以確保邊坡的平整度。這一階段是在土壤調節過程中進行的。

（2）鋪設三維網格。沿邊坡自上而下將三維植被網格鋪設在邊坡上，保持網格與邊坡的平滑結合，單個三維網格的鋪設面積不宜過大[4]。在邊坡頂部鋪設三維網格時，必須延伸40～80cm，埋入地下并壓實。然后自下而上使用三維網絡φ 三維網絡用大于6mm 的U 形鋼筋固定。U 型鋼筋長15～30cm，寬8mm。U 形鋼筋間距為1.5～2.5m。中心用U 形鐵釘或竹釘固定。

（3）土壤覆蓋。鋪設三維植被網后，在三維網上均勻覆蓋耕地，覆蓋至無空包，并確保三維網上耕地厚度不小于10cm。當寄主土壤肥力不足時，應將肥料、生長素和水泥按一定比例混合均勻，并噴灑在表面。復合肥，復合肥用量為50g/m2。

（4）播種。土壤覆蓋完成后，均勻播種混合的草籽和灌木種子。草籽可以是闊葉草、黑麥、狗牙根、薇菜、節儉假草等。灌木可為胡枝子、木蘭、女貞、火棘、鹽膚木等品種。草種播種量為20g/m2，灌木種子播種量為15g/m2。

（5）注意事項。用薄膜覆蓋坡面，保持坡面濕度，減少雨水對種子的摩擦，有利于種子生長；如果溫度過高，則無須覆蓋，以避免疾病和寄生蟲的發生；根據植物生長規律和氣候規律，定期定量施肥，同時加強病蟲害防治管理。

5 結語

目前，我國的土壤復墾技術和土壤復墾工程仍處于初級發展階段；雖然已經取得了一些生態恢復成果，但與廢棄礦區的總數和面積相比，修復率較低。因此，研究有效的修復技術不僅是保護耕地、二次開發廢棄礦區潛在價值的有效途徑，也是修復生態環境、保證區域生態群落多樣性發展的重要依據。綜上所述，環境地質災害的治理和廢棄礦區的生態恢復必須注意許多因素。在此基礎上，對本文涉及的地質環境問題、地質環境復墾和生態恢復方法進行了分析，提供了一條較為可行的治理和恢復路徑。為了更好地開展環境地質治理和生態恢復工作，還要注意積極應用新技術，科學開發軟件模擬，各部門通力合作。