金屬礦山廢棄地生態復綠技術研究現狀及應用探討

摘要：基于對金屬礦山廢棄地主要生態環境問題及復綠難點的分析，針對性地闡明了其生態復綠思路，探討了相關技術研究現狀及實際應用情況，同時以廣東省某金屬礦山廢棄地生態復綠工程的設計實施為例，提出因地制宜和多技術組合的生態復綠思路，并就技術路線和應用前景進行了總結與展望。

關鍵詞：金屬礦山；廢棄地；生態修復；邊坡復綠；技術聯用

金屬礦山的長期粗放開采，導致營養表土幾乎全部流失，礫石裸露，寸草不生，廢棄地表面形成極端生態環境，酸性重金屬廢水不斷產生，植被難以生長，因此對金屬礦山廢棄地進行生態復綠是當務之急。近年來，關于礦山生態復綠技術的文獻，其研究對象大多集中于非金屬礦山邊坡，而對金屬礦山廢棄地的研究卻鮮有文獻記載。本文針對金屬礦山廢棄地提出適宜的生態復綠思路，探討金屬礦山生態復綠技術的研究現狀，并以筆者參與的廣東省某金屬礦山廢棄地生態復綠工程為例，提出因地制宜的多技術組合生態復綠方式，可為相關的綠色礦山建設與礦山生態修復等工作提供技術參考。

1 金屬礦山廢棄地生態環境問題及復綠難點分析

金屬礦山廢棄地是指在硫鐵礦（鐵礦）、銅礦、鉛鋅礦等礦山開采過程中，因損壞山體自然環境而遺留下來的受損害或污染場地，如采礦塌陷區、排土場、露采邊坡、尾礦庫等，對其突出的生態環境問題及復綠難點分析如下所述。

1.1 土壤酸性強

大多金屬礦山內存在金屬硫化物，裸露后經風化淋溶和氧化作用，激發其產酸潛力使得土壤pH降低，而各類鐵硫氧化產酸菌的存在也會使土壤酸化情況進一步加快，導致土壤板結。

1.2 重金屬污染物含量高

廢棄金屬礦區土壤中通常含有眾多種類的重金屬元素，如錳、銅、鐵、鉛、砷等，當這些重金屬元素超量且共存時，由于毒性的協同效應，將嚴重抑制植物生長。

1.3 營養物質含量低

礦山廢棄地的土地貧瘠問題是植被恢復的極大障礙。作為植物重要營養來源的有機質，如果匱乏，將嚴重影響土壤理化性質并導致植物難以生長，而大多金屬礦區土壤的有機質含量按照分級標準屬于缺乏狀態（＜5.0g/kg）。

1.4 邊坡高陡與表土層穩定性差

金屬礦山開采結束后，會形成大面積的裸露高陡巖質邊坡，易受雨水淋溶產生酸性廢水，觀感質量差，同時表土層在風、雨水和空氣的共同侵蝕作用下，蝕溝和裂縫現象明顯，穩定性差。

2 金屬礦山廢棄地生態復綠思路

針對金屬礦山廢棄地生態復綠難點，首先可通過添加堿性材料來中和土壤酸性，并采用必要的土壤重構及改良措施，降低產酸微生物類群的相對豐度以控制未來的潛在產酸；其次降低重金屬毒性并增加有益微生物比例，提升土壤肥力，實現土壤極端理化條件的整體改善，滿足植物生長需求；最后通過先鋒植物、耐性植物和長期植物等的合理搭配，實現快速復綠并保持長期穩定，在廢棄礦山重建立體的多品種植物群落生態防護體系，有效控制土壤產酸和重金屬溶出問題，恢復貼近周邊生態環境的自然景觀，達到自維持、不退化的目標，使周邊區域生態環境得到整體改善和提升。

3 金屬礦山廢棄地生態復綠技術現狀

金屬礦山廢棄地的生態復綠主要以各類土質或巖質邊坡為重點對象，常用技術主要有掛網客土噴播、植生毯、植生袋、植生槽、噴砼飄臺等，各項技術都有其各自的適用實施條件和優缺點。經過文獻檢索與工程案例調研，將適用于金屬礦山廢棄地的生態復綠技術總結如下。

3.1 掛網機械噴播技術

掛網機械噴播技術是一種先將鍍鋅鐵絲網掛于邊坡，再用噴播機械將漿體材料混合物噴射于坡面固定的綠化方法。由于所采用的噴播材料不同，因此該技術衍生出了高次團粒噴播和厚層基材噴播2種形式。

3.1.1 高次團粒噴播技術

高次團粒噴播技術適用于高陡邊坡，專用的噴播設備可將粘土、有機肥、粘合劑、團粒劑、保水劑、植物種子、活性菌劑等的混合材料噴播到鋪設了勾花網并錨固后的邊坡上，同時在噴播過程中混合材料內部發生“團粒反應”，形成與表土層相類似的“土壤培養基”結構。李昊等[1]將該技術應用于河南省舞鋼市經山寺鐵礦區內裸露邊坡，噴播形成的土壤培養基在強降雨沖刷下未流失，后期綠化效果顯著。

3.1.2 厚層基材噴播技術

厚層基材噴播技術的基本原理是清理坡面并在坡面鋪設鍍鋅鐵絲網錨固件加固后，將有機復合肥、粘合劑、保水劑等配置成專用輕型基質，與植壤土、植被種子按比例混合并經機械攪拌均勻，再按照設計厚度，采用客土噴播機、空壓機等設備將以上混合材料均勻噴射到巖質坡面上，形成有助于植物持續生長的土壤結構營養層。夏明強[2]將該技術應用于浙江省麗水市慶元縣廢棄鉛鋅礦裸露邊坡的坡面綠化，噴播基質由種植土、泥炭、草纖維、復合肥、粘合劑、保水劑及周邊山體表土組成，播附厚度≥15cm，實施后復綠效果良好。

3.2 柔性生態/植生袋（棒）技術

柔性生態/植生袋（棒）技術是一種近年才發展起來的適用于高陡巖質邊坡的生態復綠方法，不太適用于土質邊坡或風化嚴重的巖質邊坡。該技術應用要點是制備植被混合材料并均勻填充在生態袋（棒）中，沿坡體縱向（對應生態袋）或橫向（對應生態棒）進行鋪設，同時采取相應措施使植生袋與巖壁緊密結合，利用其具有的植物可穿透生長、耐老化、不易降解等特點構建坡面植物墻。李國平[3]將一種以聚丙烯為主的高分子聚合物生態長袋應用于江西省德興市銅礦富家塢露采邊坡的生態恢復，袋內植生土由底泥和混合改良基質、保水劑、生長劑、嗜酸硫酸鹽還原菌等微生物菌劑、谷殼鋸末等混合堆漚而成，實施半年后基本實現坡面的植被覆蓋。廖志剛[4]針對江西省上饒市鉛山縣永平銅礦露天采場邊坡采用了生態袋復綠方法，不過其袋內采用的是酸性排土場廢棄土而非底泥，實施1年后坡面植物覆蓋率達到90%以上。詹慧宗[5]將柔性生態棒技術成功應用于安徽省銅陵市桃園硫鐵礦廢棄礦坑的生態修復工程中，竣工1年多后植被成活率較高，形成了草、灌、喬、藤多層次植物群落。

3.3 微生物成礦直接植被技術

微生物成礦直接植被技術的核心在于利用成礦微生物誘導碳酸鈣礦化而形成結晶，即“生物水泥”，具有較強的膠結能力，可與土壤顆粒發生交聯，填充土壤和巖石孔隙，達到成礦防滲的效果，實現礦山土壤保水保肥和維護邊坡穩定；同時，可通過添加改良材料，如土壤改良基質、抑酸微生物菌劑、無機肥等，進一步改善土壤條件并控制酸化，增加土壤有機質含量，實現土壤環境的全面改良和提升。另外，還可采取營養袋苗種植與撒播種子相結合的方法，形成植物更替的人工群落系統，實現生態復綠。

陳濤[6]將微生物成礦直接植被技術應用于以鐵礦為主的多金屬礦山，即廣東省韶關市大寶山礦區的新山片區。新山片區為歷史遺留礦山，土壤呈極端環境條件，具有強酸性、高重金屬毒性、嚴重貧瘠的特點，實施該技術后，新山片區土壤潛在產酸能力明顯下降，重金屬溶出顯著降低，復綠后植物整體覆蓋度高達97%，已記錄植物品種達32種，實施4年后，已從最初的草本群落演替為喬灌群落，自維持、不退化的植被系統已基本成型。張秋利[7]將微生物成礦直接植被技術應用于廣東省韶關市仁化縣凡口鉛鋅礦尾礦庫，實施后土壤酸化、植物難以存活的現象趨好，生態復綠效果明顯，并基于此形成了同類礦山尾礦庫的生態環境修復技術示范基地。

3.4 多技術聯合應用

單一的礦山復綠技術往往具有一定局限性，在實際工程中通常采取2種或多種技術聯合應用的方式效果較好。受不同類型金屬礦山廢棄地的生態復綠難易程度影響，在綜合考慮技術可行性、經濟合理性、施工便利性的基礎上，可選用適宜的生態復綠方法，因地制宜地設計一坡（場）一策或一坡（場）多策。

周安云等[8]根據安徽省廬江縣廬南礬山受損山體坡度的不同，確定了不同的植被生態修復技術，即坡度＜50°的酸性污染場地，采用“微生物成礦直接植被+原位基質改良”技術；50°≤坡度≤65°的酸性污染邊坡，采用“微生物成礦直接植被+生態/植生袋”技術；60°≤坡度≤85°的無污染邊坡，采用基材噴播技術。照此實施后，修復礦區植被覆蓋率達到95%以上，土壤酸度和水土流失得到有效控制，基本實現生態復綠效果。

4 金屬礦山廢棄地生態復綠工程案例

以廣東省某金屬礦山廢棄地生態復綠工程為例，由于其金屬礦山為廢棄硫鐵礦，因此在生態復綠工程中綜合考慮應直接植被技術和柔性生態治理技術的優勢，并根據治理區域質地和酸性程度設計劃分出不同類型，分別采用對應的治理模式。

4.1 酸性土質坡面（平臺）采用微生物成礦直接植被+原位基質改良技術

微生物成礦直接植被+原位基質改良技術的工藝流程為土地備耕→噴灑石灰漿→機械噴灑成礦微生物菌劑和防滲基材混合材料→人工噴灑原位基質改良材料（含土壤改良基質、嗜酸硫酸鹽還原菌菌劑、無機肥等）→植被恢復（灌木營養袋苗種植+撒播草本植物種子）→植被養護，分期分階段進行植被恢復施工。第1階段以速生先鋒植物為主，選擇耐陽性植物，迅速固土蓄水、遮蔭防曬、改良土壤；第2階段補播其他耐性植物，選擇耐蔭性植物形成穩定的植被，實現短期植被與長期植被自然演替。

4.2 酸性巖質坡面采用生態棒掛網噴播植被技術

利用生態棒、掛網噴播等在巖質坡面構建植物生長基質層，通過添加嗜酸硫酸鹽菌劑等，實現對坡面產酸的長期控制，并通過外掛PE管構建坡面袋苗種植裝置，實現巖質坡面灌木袋苗種植，從而以增加植物多樣性的方式達到增強系統穩定性的目的，最終實現巖質坡面的生態復綠。生態棒掛網噴播植被技術的工藝流程為坡面清理→掛網施工（鍍鋅鐵絲勾花網、螺紋鋼錨釘）→生態棒施工（間距20cm橫向掛裝，內填充噴播土、改良基質及其他摻合料等）→構建坡面袋苗種植裝置（斜切PE管）→基材噴播（厚度15cm，噴播土、石灰、土壤改良基質、嗜酸硫酸鹽還原菌菌劑、EM菌劑、無機肥、磷肥、保水劑、粘合劑、膨潤土、草纖維等）→噴播草本植物種子→種植營養袋苗（灌木）→覆蓋無紡布→噴播養護。

4.3 巖質平臺及平緩場地采用覆原土改良植被恢復技術

巖質平臺缺乏植物生長所需的土壤條件，而從外部取土覆蓋又存在二次環境破壞、運輸費用高等問題。因此，采用覆原改良植被恢復技術，利用周邊酸性原土，通過添加熟石灰、土壤改良基質、嗜酸硫酸鹽還原菌菌劑和無機肥進行土壤本底改良，重建植物生長基質條件，實現巖質平臺的生態復綠。

5 復綠植被的選擇原則

5.1 選擇合適的鄉土植物品種

在進行生態復綠前，首先要對金屬礦山廢棄地區域內鄉土植物品種進行詳細地調查統計，盡量保留使用有本地生長優勢的植物品種，合理利用鄉土植物、地帶性植物，并充分考慮種間關系、植物相生相克關系，使之與礦山廢棄地周圍植物群落協調統一。

5.2 選擇合適的先鋒植物品種

先鋒植物能夠適應金屬礦山廢棄地早期惡劣的環境條件，植物根系發達、具有良好的固土效果，其地上部分能減弱雨水對地表土壤的直接沖刷，減少水土流失；地下茂密的根系可發揮加筋作用，提升表土層穩定性。通過基質改良后，先鋒植物能夠迅速生長并形成覆蓋廢棄地的植被，控制金屬礦山的酸化問題，為后續長期定居植物提供合適的生長環境。實際工程中，常考慮選用禾本科、豆科、菊科等先鋒植物品種。

5.3 選擇合適的耐性和富集植物品種

耐性，包括耐酸、耐重金屬、耐貧瘠、耐干旱、耐高溫等。在金屬礦山廢棄地環境中，以上限制性因素往往同時存在，但很多耐性植物只能忍耐其中1種或2種限制性因素。同時，大多金屬礦山廢棄地存在重金屬復合毒性，這就要求耐性植物須同時具有多種重金屬耐性。姚豐平等[9]針對鉛鋅礦山存在的Pb、Zn、Cr、Cu、Hg、As等重金屬，歸類概括出115種具有超富集潛力的植物，可為重金屬耐性和富集植物的選擇提供參考。

5.4 選擇多品種植物并組成群落

如何實現植被系統的穩定性是金屬礦山廢棄地生態復綠工程中的重點問題。有不少工程項目由于未處理好植被系統穩定性的原因，雖在極端生態環境條件下成功重建了植被，但后續卻逐漸發生系統退化并導致復綠失敗。另外，由于單一品種植物群落的穩定性小于多品種植物群落的穩定性，因此應重點關注生物多樣性和植物垂直層次的搭配與結合，在立地條件允許的情況下，以喬灌木為主、草本等地被植物為輔，組成高低錯落的復層式結構，從而形成自維持、可持續的穩定植被系統。

6 結束語

綜上所述，金屬礦山廢棄地的生態復綠，不僅要關注地表植被恢復，還要重點進行土壤環境改良和控制重金屬污染，以維持生態復綠的可持續性。如，針對酸性金屬礦山廢棄地生態復綠，可采取在植被生長基質內添加酸化控制材料的措施，抑制礦體的產酸潛力。

建議金屬礦山廢棄地生態復綠以“因地制宜，綜合考慮，技術組合”為原則，并對各種生態復綠技術的適用條件、實施要點及成功應用案例進行研究對比，在充分掌握工程區域的邊坡特征、土壤條件、技術方法可行性、工程造價經濟性、周邊環境協調性等的基礎上，因地制宜選擇合適的生態復綠技術，從而保證復綠效果及經濟性的最大化，最終實現生態效益和經濟效益的互補共贏。

參考文獻

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[8]周安云，吳盾，張乾，等.安徽廬江廬南礬山治理區受損山體植被生態修復技術與效果評價[J].安徽地質，2023，33（1）：54-59.

[9]姚豐平，李賀鵬，吳益慶，等.鉛鋅礦區生態環境現狀及其綠化修復研究進展[J].浙江林業科技，2022，42（3）：101-111.

作者簡介

劉帥（1992—），男，漢族，湖北洪湖人，工程師，碩士，主要從事固體廢棄物處理、礦山生態及地下水污染修復方面的咨詢和設計工作。

加工編輯：王玥

收稿日期：2024-05-08