團(tuán)粒噴播生態(tài)修復(fù)技術(shù)在高鹽性尾礦堆場(chǎng)的應(yīng)用
——包鋼集團(tuán)尾礦庫(kù)壩體生態(tài)修復(fù)項(xiàng)目的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)

李春林 許劍平 祁傳磊 李成亮

青島冠中生態(tài)股份有限公司 山東青島 266100

團(tuán)粒噴播生態(tài)修復(fù)技術(shù)在高鹽性尾礦堆場(chǎng)的應(yīng)用
——包鋼集團(tuán)尾礦庫(kù)壩體生態(tài)修復(fù)項(xiàng)目的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)

李春林 許劍平 祁傳磊 李成亮

青島冠中生態(tài)股份有限公司 山東青島 266100

包鋼集團(tuán)尾礦庫(kù)壩體生態(tài)修復(fù)項(xiàng)目通過(guò)對(duì)內(nèi)蒙古包頭包鋼集團(tuán)尾礦庫(kù)地質(zhì)環(huán)境的調(diào)查,分析其生態(tài)環(huán)境破壞現(xiàn)狀,探究其生態(tài)恢復(fù)方法,最后使用團(tuán)粒噴播生態(tài)修復(fù)技術(shù)(簡(jiǎn)稱團(tuán)粒技術(shù))進(jìn)行生態(tài)性修復(fù)治理,并取得了理想的植被恢復(fù)效果,為該技術(shù)在高鹽性尾礦堆場(chǎng)生態(tài)修復(fù)方面的應(yīng)用提供了參考范例。

團(tuán)粒噴播,尾礦壩,植被恢復(fù)

包鋼集團(tuán)尾礦庫(kù)包含礦石冶煉產(chǎn)生的廢渣以及未經(jīng)利用的稀土，占地面積大，且未設(shè)置防滲漏和防揚(yáng)塵設(shè)施。重金屬污染物隨雨水和渣液滲到地下，導(dǎo)致水體惡化；礦渣粉末很細(xì)，極易隨風(fēng)飄散，導(dǎo)致周邊地區(qū)空氣和土壤污染，對(duì)周?chē)h(huán)境造成嚴(yán)重危害。因此，包鋼集團(tuán)尾礦堆場(chǎng)生態(tài)環(huán)境的恢復(fù)與建設(shè)無(wú)論是對(duì)包鋼集團(tuán)還是對(duì)周邊區(qū)域都具有非常重要的意義。

1 項(xiàng)目背景

尾礦堆場(chǎng)是指筑壩攔截谷口或圍地構(gòu)成的、用以堆存金屬或非金屬礦山進(jìn)行礦石選別后排出尾礦或其他工業(yè)廢渣的場(chǎng)所，是礦山選礦廠生產(chǎn)的必要設(shè)施。目前，尾礦庫(kù)區(qū)域的治理有物理、化學(xué)、工程措施和生態(tài)恢復(fù)幾種方式[1]。物理方法和化學(xué)方法通常成本很高，而且沒(méi)有從根本上消除環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)。從長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮，生態(tài)修復(fù)被認(rèn)為是解決尾礦庫(kù)區(qū)域土地利用和生態(tài)環(huán)境問(wèn)題的最佳途徑。在尾礦壩周邊污染地區(qū)進(jìn)行生態(tài)修復(fù)，可以美化環(huán)境，在減阻地表侵蝕的同時(shí)能夠減弱風(fēng)速，減少揚(yáng)塵。生態(tài)恢復(fù)后，植物的根系可以吸收固定重金屬，根系分泌物或凋落物的分解物可以與重金屬螯合形成難溶化合物，植物還可以通過(guò)蒸騰作用減少雨水向地下的滲透，阻控重金屬等污染物的遷移擴(kuò)散，從根本上改善礦區(qū)生態(tài)環(huán)境。

但目前以植被恢復(fù)為目的進(jìn)行的尾礦污染治理工作還存在諸多問(wèn)題。魏風(fēng)華等對(duì)北大嶺鐵礦尾礦庫(kù)不同部位土壤成分和種植植物的研究發(fā)現(xiàn)，尾礦沙嚴(yán)重缺乏植物生長(zhǎng)所需的大量元素和有機(jī)質(zhì)；尾礦庫(kù)不同部位土壤元素含量的差異造成了在不同部位種植的植物生長(zhǎng)的差異。北京礦冶研究總院提出了一種無(wú)覆土條件下的尾礦庫(kù)后期壩邊坡生態(tài)修復(fù)方法，通過(guò)種植香根草，并在香根草種苗行之間播種邊坡綠化草種，構(gòu)成固砂的根系網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)[2]。該方法雖然建立了植被層，但主要是草本植物，植被群落穩(wěn)定性差，不能實(shí)現(xiàn)植被群落的自然演替。為提高植物修復(fù)效率，提升植被持水護(hù)坡能力，需要尋找一種價(jià)廉實(shí)用和環(huán)保性好的植被恢復(fù)方法。

2 包鋼集團(tuán)尾礦庫(kù)區(qū)域環(huán)境概述

包鋼尾礦庫(kù)所處地區(qū)氣候干燥，屬半干旱中溫帶大陸性季風(fēng)氣候。年最高氣溫40.4℃，最低氣溫-27.6℃，平均氣溫6.4℃。其中7月份最熱，1月份最冷。降水量少，集中于夏季，一般年平均降水量在300 mm左右。日照長(zhǎng)，蒸發(fā)量大，蒸發(fā)量為1 938～2 342 mm。無(wú)霜期為110～142天。3—5月由于冷暖空氣交換頻繁，是全年風(fēng)速最大的季節(jié)。

包鋼尾礦庫(kù)東側(cè)壩體表層大部分被尾礦粉覆蓋，尾礦粉對(duì)植被的危害相當(dāng)嚴(yán)重:一是尾礦粉缺乏植物生長(zhǎng)所需養(yǎng)料；二是尾礦粉和滲漏水中鹽分含量高(表1)；三是尾礦粉被暴曬后溫度極高，最高可達(dá)50℃以上，植被難以生長(zhǎng)[3]。

表1 包鋼尾礦壩水土檢測(cè)指標(biāo)

3 項(xiàng)目面臨的主要問(wèn)題

3.1 發(fā)芽期管理

噴播施工完成后一周左右，種子陸續(xù)發(fā)芽。植株在幼苗時(shí)期生長(zhǎng)比較脆弱，根部比較容易受到損害。5月上旬—7月下旬，氣溫較高，風(fēng)速較大，土壤毛細(xì)蒸發(fā)可直達(dá)地表，為土壤水分蒸發(fā)的強(qiáng)烈季節(jié)，幼苗很容易失水死亡。所以必須運(yùn)用有效的養(yǎng)護(hù)方案確保植物健康生長(zhǎng)。

3.2 移動(dòng)沙粒對(duì)幼苗的傷害

由于尾礦壩地區(qū)經(jīng)常遭遇大風(fēng)天氣，礦粉隨風(fēng)飛揚(yáng)，風(fēng)越大，沙粒對(duì)幼苗傷害嚴(yán)重，可以把幼苗全部打死，甚至連根拔起。

3.3 蟲(chóng)害、病害

噴播施工結(jié)束苗木出土階段，目標(biāo)植被易遭遇種蠅、蠐螬等害蟲(chóng)危害。種蠅和蠐螬等蟲(chóng)卵躲藏在土壤中，很難被發(fā)現(xiàn)。種蠅以幼蟲(chóng)鉆蛀植物莖和葉，蠐螬取食植物的根，在根、莖、葉部的傷口處病原菌乘機(jī)侵入，導(dǎo)致植株發(fā)病死亡。

3.4 礦液對(duì)植物的巨大傷害

排放到尾礦庫(kù)里的礦液有毒性，礦液沾到苗木莖葉上，莖葉枯萎死亡。由于尾礦壩多刮風(fēng)，植被恢復(fù)區(qū)極易受到礦液危害。

3.5 高溫灼傷

夏季包鋼尾礦壩地表溫度可達(dá)55℃以上，一般植物幼苗很難承受這個(gè)地表溫度。如果不采取有效的降溫措施，種子和幼苗木很難在礦粉堆上生長(zhǎng)。

4 團(tuán)粒噴播生態(tài)修復(fù)技術(shù)

團(tuán)粒噴播生態(tài)修復(fù)技術(shù)是青島冠中生態(tài)股份有限公司自主研發(fā)的植被恢復(fù)與環(huán)境生態(tài)性修復(fù)技術(shù)，是一種經(jīng)濟(jì)、安全、有效的生態(tài)修復(fù)技術(shù)，是生態(tài)修復(fù)產(chǎn)業(yè)下的一個(gè)專業(yè)技術(shù)產(chǎn)品，主要針對(duì)自然形成或挖填形成的具有一定坡度的巖土邊坡，通過(guò)重造人工土壤層的方式，再現(xiàn)自然植物群落，解決植被恢復(fù)和環(huán)境的生態(tài)性治理的難題。

團(tuán)粒噴播生態(tài)修復(fù)技術(shù)是將富含有機(jī)質(zhì)和粘土粒子的客土、有機(jī)添加物、緩釋肥、植物種子及其他添加材料均勻混合，通過(guò)專業(yè)噴播設(shè)備(團(tuán)粒噴播機(jī))，在噴播瞬間與團(tuán)粒劑混合發(fā)生團(tuán)粒反應(yīng)，制備與自然界表土具有相同團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的土壤基質(zhì)，并噴射到邊坡坡面上的噴播綠化施工法。這種瞬間制造的“人工土壤”具有團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，既有保水性，又有透水性、透氣性，還能提高土壤養(yǎng)分的有效性，促進(jìn)團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成，為土壤基質(zhì)中的微生物生長(zhǎng)提供適宜環(huán)境[4]，具有良好的耐雨水沖刷能力，使土壤培養(yǎng)基的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)穩(wěn)定持久。該技術(shù)除具有基本的坡面防護(hù)功能外，還能恢復(fù)被破壞的生態(tài)環(huán)境，培育出與周邊環(huán)境和諧一致的植被，可抑制揚(yáng)塵、凈化空氣、涵養(yǎng)水土，最終達(dá)到生態(tài)修復(fù)的目的。

4.1 團(tuán)粒噴播施工工藝

團(tuán)粒噴播的施工工藝為:1)清理、平整坡面，以消除潛在地質(zhì)隱患；2)在尾礦壩表層覆種植土10～15 cm；3)在覆土層表面噴播泥漿狀植物生長(zhǎng)土壤培養(yǎng)基，形成具有穩(wěn)定優(yōu)良團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的植物生長(zhǎng)基質(zhì)；4)噴播種子層基質(zhì)，覆蓋在植物生長(zhǎng)基質(zhì)表面，厚度約3 cm；5)采用噴灌系統(tǒng)和搭建防護(hù)網(wǎng)的管護(hù)措施對(duì)出土幼苗進(jìn)行后期養(yǎng)護(hù)。

4.2 植被組合的選擇

根據(jù)尾礦庫(kù)區(qū)域的自然生態(tài)環(huán)境特點(diǎn)，本項(xiàng)目在以植物多樣性、本土化、灌木為主的原則基礎(chǔ)上，選擇具有抗旱、耐鹽堿、耐瘠薄、抗風(fēng)沙特性的樹(shù)種作為生態(tài)修復(fù)的先鋒樹(shù)種(表2)。

表2 先鋒植物種類(lèi)選擇

5 結(jié)果與分析

通過(guò)噴播施工到后期養(yǎng)護(hù)，施工3年后，該尾壩礦的植被恢復(fù)基本能達(dá)到預(yù)期的綠化效果。為了評(píng)估生態(tài)修復(fù)效果，我們于2011年、2012年和2013年分別對(duì)不同的噴播區(qū)域選取不同的樣方對(duì)苗木生長(zhǎng)情況進(jìn)行跟蹤調(diào)查，調(diào)查結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 不同區(qū)域樣方調(diào)查結(jié)果

表3 (續(xù))

從表3可以看出，在噴播后第1個(gè)生長(zhǎng)季節(jié)，每平方米內(nèi)植被個(gè)數(shù)較多，優(yōu)勢(shì)樹(shù)種并未體現(xiàn)出來(lái)；梭梭、紫穗槐、小葉錦雞兒、胡枝子、白刺和花棒都已順利過(guò)冬，說(shuō)明6種樹(shù)種能夠適應(yīng)包鋼尾礦壩特殊環(huán)境。在第2個(gè)生長(zhǎng)季節(jié)，隨著樹(shù)種之間的競(jìng)爭(zhēng)加劇，每平方米內(nèi)樹(shù)種的個(gè)數(shù)銳減，優(yōu)勢(shì)樹(shù)種逐漸表現(xiàn)出來(lái)，小葉錦雞兒、白刺和花棒長(zhǎng)勢(shì)優(yōu)良。在第3個(gè)生長(zhǎng)季節(jié)，施工區(qū)內(nèi)植被形成喬、灌、草有機(jī)結(jié)合的森林狀態(tài)綠化結(jié)構(gòu)，優(yōu)勢(shì)樹(shù)種以白刺、檸條和花棒為主，梭梭、紫穗槐、胡枝子少量分布，野生的苜蓿等多年生雜草零星分布，實(shí)現(xiàn)了植被群落的自然演替。

6 結(jié)論

自2011年7月施工完成后，植被恢復(fù)效果優(yōu)良，坡面覆蓋率達(dá)95%以上，基本達(dá)到了“物種本土化”和“效果森林化”的目標(biāo)(圖1、圖2)，充分體現(xiàn)了恢復(fù)自然、尊重自然、與自然和諧共處的理念。重點(diǎn)選擇當(dāng)?shù)匚锓N，保證人工植被與周邊自然植被相融合，群落穩(wěn)定持久，提高了邊坡生態(tài)質(zhì)量[5]。通過(guò)包鋼尾礦庫(kù)3年的植被恢復(fù)經(jīng)驗(yàn)，得出以下結(jié)論:

1)青島冠中生態(tài)股份有限公司的團(tuán)粒噴播所提供的土壤培養(yǎng)基是實(shí)現(xiàn)“自然土壤”重現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)。這種“人工土壤”能為植物生長(zhǎng)、植被演替提供豐富的營(yíng)養(yǎng)條件與優(yōu)越的環(huán)境因素。同時(shí)，恢復(fù)后的植被演替過(guò)程可以推動(dòng)土壤養(yǎng)分循環(huán)，有效改善土壤結(jié)構(gòu)、增加土壤養(yǎng)分[6-7]。

2)團(tuán)粒噴播技術(shù)因使用喬木、灌木等木本植物護(hù)坡，發(fā)達(dá)的植物根系和繁茂枝葉遮蔽對(duì)坡面起到良好的保護(hù)作用，護(hù)坡效果顯著，而且隨著時(shí)間推移，木本植物群落愈加繁茂，護(hù)坡作用愈發(fā)明顯；綠化后形成植物的多樣化與群落化，能有效地抵抗病蟲(chóng)害，維持生態(tài)平衡。

3)為避免刮風(fēng)時(shí)風(fēng)沙損壞或埋沒(méi)幼苗現(xiàn)象的發(fā)生，使用遮陽(yáng)網(wǎng)人工制作風(fēng)沙防護(hù)帶以抵擋尾礦粉對(duì)植被的破壞。由于壩體有風(fēng)沙侵襲情況，選擇樹(shù)種時(shí)優(yōu)先選擇耐埋樹(shù)種，苗木長(zhǎng)0.5 m以上時(shí)，不必?fù)?dān)心沙埋對(duì)植物的影響，且成林后可以有效減少風(fēng)沙危害。

4)礦砂覆蓋度大，且流動(dòng)性強(qiáng)，夏季地表溫度高，溫度可達(dá)50℃以上，極易對(duì)種子和幼苗木造成灼傷。團(tuán)粒噴播技術(shù)要求在種子發(fā)芽至幼苗期(此時(shí)植物根系小，抗逆力弱)持續(xù)養(yǎng)護(hù)，龐大根系形成后可以不必人工養(yǎng)護(hù)。通過(guò)高溫期間噴淋系統(tǒng)澆水降溫等技術(shù)措施，能夠完全避免灼燒現(xiàn)象。

5)應(yīng)選擇適應(yīng)的樹(shù)種。小葉錦雞兒、紫穗槐、白刺、花棒、梭梭能夠適應(yīng)高鹽尾礦壩。在易受礦液危害區(qū)域可選擇抗性能力極強(qiáng)的白刺。

6)土壤中含有種蠅等蟲(chóng)卵。在噴播前應(yīng)對(duì)噴播基質(zhì)進(jìn)行消毒處理。在6，7月蟲(chóng)害易發(fā)生時(shí)期，采取地上幼蟲(chóng)毒殺和地下蟲(chóng)卵預(yù)防等措施，消除種蠅、蠐螬等害蟲(chóng)對(duì)苗木的損害。

7)適宜的噴播季節(jié)為4月初—7月底，種子層噴播的適宜季節(jié)為5月中旬—7月中旬。

圖1 原坡面

圖2 團(tuán)粒噴播生態(tài)修復(fù)技術(shù)施工2年后效果圖

[1]余海波，周守標(biāo)，宋靜，等.銅尾礦庫(kù)能源植物穩(wěn)定化修復(fù)過(guò)程中定居植物多樣性研究[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2010，26(18): 341-346.

[2]戴宏文.無(wú)覆土條件下的尾礦庫(kù)后期壩邊坡的生態(tài)修復(fù)方法:中國(guó)，201010285841.3[P].2012-04-18.

[3]于志剛.包鋼尾礦壩揚(yáng)塵植被治理實(shí)驗(yàn)[J].包鋼科技，1992 (4):59-60.

[4]張俊華，常慶瑞，賈科利，等.黃土高原植被恢復(fù)對(duì)土壤肥力質(zhì)量的影響研究[J].水土保持學(xué)報(bào)，2003(4):38-41.

[5]李春林，許劍平，吳剛，等.團(tuán)粒噴播在廢棄采石場(chǎng)生態(tài)恢復(fù)方面的應(yīng)用[J].環(huán)境工程，2011(S1):278-281.

[6]蘇靜，趙世偉.植被恢復(fù)對(duì)土壤團(tuán)聚體分布及有機(jī)碳、全氮含量的影響[J].水土保持研究，2005，12(3):44-46.

[7]李春林，許劍平，付曉曉，等.團(tuán)粒噴播生態(tài)修復(fù)技術(shù)在高堿性赤泥堆場(chǎng)植被恢復(fù)中的應(yīng)用:以山東鋁業(yè)赤泥堆場(chǎng)植被恢復(fù)項(xiàng)目為例[J].中國(guó)城市林業(yè)，2014，12(5):16-19.

Application of Fine Soil Aggregate in Ecological Restoration of High SalinityTailings Reservoir: Practical experiences in the Ecological RestorationProject of BaogangTailings Dam

Li Chunlin Xu Jianping Qi Chuanlei Li Chengliang
(Qingdao Greensum Ecology Co.，Ltd，Qingdao266100，China)

By investigatingthe geological environment of Baogang tailings reservoir in Inner Mongolia，this paper analyzed the present situation of ecological environment destruction there in order to explore the restoration method.Finally the authors use Fine Soil Aggregate(FSA)technique and achieve ideal effect of vegetation restoration.The technical practices provide a reference for ecological restoration of high salinity tailings reservoir.

fine soil aggregate，tailings dam，vegetationrestoration

2014-08-30

李春林,青島冠中生態(tài)股份有限公司高級(jí)工程師,研究方向?yàn)橹脖换謴?fù)