凡口鉛鋅礦尾礦庫廢棄地生態恢復實踐

王俊，張金桃，楊濤濤，劉威，張懿達

（1.深圳市中金嶺南有色金屬股份有限公司凡口鉛鋅礦，廣東韶關512325；2.廣東桃林生態環境有限公司，廣東韶關512005；3.中山大學生命科學學院，廣東廣州510275）

凡口鉛鋅礦尾礦庫廢棄地生態恢復實踐

王俊1，張金桃2，楊濤濤3，劉威1，張懿達1

（1.深圳市中金嶺南有色金屬股份有限公司凡口鉛鋅礦，廣東韶關512325；2.廣東桃林生態環境有限公司，廣東韶關512005；3.中山大學生命科學學院，廣東廣州510275）

在凡口鉛鋅礦2號尾礦庫建立生態恢復試驗樣地.研究結果表明：未經改良的對照區前后則無明顯變化，而尾砂區和覆土區在生態恢復3個月后，在pH、EC、NAG-pH方面與恢復前相比有顯著改善，但尾砂區和覆土區兩者間比較則并無顯著差異.恢復后試驗區植被覆蓋度達到90%以上，植物種類多達14種.其中黑麥草、高羊茅、斑茅、苧麻、紫花苜蓿、白三葉在試驗區生長植物中占主要優勢，可以作為尾礦庫生態恢復先鋒物種的候選植物.該研究能夠為凡口鉛鋅礦尾礦庫以及其他同類礦業廢棄地的生態修復工作提供參考.

凡口鉛鋅礦；尾礦庫廢棄地；生態恢復

礦業廢棄地是指因采礦活動所造成破壞和占用的，非經治理便無法再次使用的土地［1］.尾礦庫廢棄地代表了一類主要的礦業廢棄地，它是由礦石經提煉后產生的尾礦堆積形成.我國尾礦排放量巨大，以有色金屬礦山為例，有色金屬礦山每采出1 t礦石平均約產出0.92 t尾砂，尾砂年產生量達7 780萬t，累計量約11億t，除了少部分尾砂得到應用外，相當數量的尾砂都堆存在尾礦庫中［2］，造成了極大的土地占用和破壞.據統計，截至2005年底，全國采礦活動破壞的土地總面積已經多達400萬hm2，并且每年以大約4.67萬hm2的速度增長［3］，其中尾礦庫廢棄地在采礦業占地比例達到13%［4］.不僅如此，尾礦庫廢棄地還能造成嚴重的土壤、水體重金屬污染，對環境造成嚴重危害.因此，尾礦庫廢棄地的修復一直是人們關注和研究的熱點問題.

生態恢復是一種解決尾礦庫廢棄地生態環境問題的有效途徑，它具有環境友好、經濟有效、效果持久等特點［5-6］.它可被定義為通過使用微生物、綠色植物以及它們產生的酶和其他一些措施來使得被破壞的生態系統恢復到其初始狀態的一個過程［7］.基質改良和植被重建兩大部分可以認為是尾礦庫廢棄地生態恢復的核心內容.然而，由于尾礦庫廢棄地常表現為表面高溫、高重金屬毒性以及營養元素嚴重匱乏［8］，特別的，尾礦庫廢棄地往往還具有極端的酸性，這些不利植物生長的條件都限制生態恢復在尾礦庫廢棄地中的應用.因此，就目前而言，這種極端酸性尾礦庫廢棄地的生態恢復仍然是一個巨大的挑戰.本研究通過在凡口鉛鋅礦尾礦庫廢棄地建立生態恢復試驗區，并對生態恢復前后的土壤理化指標進行了簡單監測與分析，同時詳細調查了恢復3個月后生長的植物種類情況，為凡口鉛鋅礦尾礦庫廢棄地的大面積生態恢復及國內其他礦業廢棄地的恢復提供參考依據.

1　材料與方法

1.1研究地點概況

研究地點位于廣東省韶關市凡口鉛鋅礦2號尾礦庫（25°2′57.5″N，113°39′34.1″E）.該區域屬于亞熱帶季風氣候，年平均氣溫19.7℃，年平均降雨量為1 858.6 mm.該礦2號尾礦庫于1975年投入使用，1999年2月停用，距今已有17年.尾砂庫區域表面平坦，尾砂為粉末狀，下層則密實粘連，部分區域表面形成致密的鐵氧化層，板結現象十分嚴重；基本無植物生長，表面溫度高，尾砂保水性差，嚴重阻礙了植物的生長定居.尾礦庫標示牌下方有一塊面積約7 000 m2的覆土區域，土層厚度約為10～30 cm，是早期由凡口鉛鋅礦從外圍運輸土壤鋪設形成，距今已有數年，同樣未有植物生長.

1.2試驗區建立及樣品采集

2015年10月在凡口鉛鋅礦2號尾礦庫建立生態恢復試驗區樣地.試驗區包括覆土恢復區域（簡稱覆土區）和尾砂恢復區域（簡稱尾砂區），同時設置對照區.覆土區面積為3 500 m2，劃分為5個（70 m×10 m）的平行小區，編號為1#～5#；尾砂區面積為1 500 m2，劃分為3個（10 m×50 m）平行小區，編號為6#～8#；對照區也是原始尾礦，面積約為100 m2.各區塊之間采用人工挖溝、人行道分隔，可以兼起到排水的作用；小區內部也設置30 cm×20 cm的小型人工溝排水.相同區域的各平行小區處理一致，試驗區處理情況見表1.

分兩次進行樣品采集，分別是恢復前和生態恢復3個月后.在覆土區和尾砂區各平行小區隨機設置2個采樣點，采集表層覆蓋土或尾砂；在對照區則設置3個采樣點，以上樣品采集深度均為0～20 cm，每個樣品由3～5個子樣品混合而成.每次采集19個樣品，兩次共采集38個樣品.采集覆蓋土時，如果土層厚度不足20 cm，則在避免采集到土層下面尾砂的前提下采集最大深度的覆蓋土.采樣生態恢復后的樣品時，首先剝離表面的改良基質和石灰以避免造成污染，影響結果準確性.樣品運回實驗室后，首先放置在干燥通風處風干，剔除石塊和植物殘體，過20目篩后儲存，用于后續的理化分析.

表1　試驗區處理設計

1.3理化指標分析及植物調查

pH、EC：稱取4 g過20目篩的土壤樣品，加入10 mL純水，磁力攪拌器攪拌3 min，pH采用電位法測定，EC則采用電導法.

NAG-pH：稱取2.5 g過20目篩的土壤樣品于500 mL錐形瓶中，加入250 mL 15%的H2O2，放置于通風櫥中充分反應24 h，加熱煮沸去除殘留的H2O2，冷卻后測定pH值，即為NAG-pH［9］.

植物蓋度采用目測法.植物種類是通過采集植物制成標本，并拍攝照片，參考《中國植物科屬檢索表》確定植物種類名稱.多度采用德魯捷（Drude）等級標準，劃分為極多（soc）、很多（cop3）、多(cop2)、尚多(cop1)、尚少(sp)、少(sol)、個別(un)等七個層次［10］.

1.4數據分析

數據分析均采用SPSS19.0版本進行.不同處理間的差異分析使用單因素方差分析，設置顯著水平為P<0.05，使用LSD檢驗.作圖軟件使用Sigmaplot12.5版本.

2　結果與分析

2.1尾礦庫廢棄地試驗區原始情況調查

圖1　各區域恢復前后pH、EC、NAG-pH均值對比

試驗區原始情況見圖1.首先，對于對照區和尾砂區，pH均值為2.4和2.4，屬于強酸性土壤.由于大多數植物適宜生長在接近中性的土壤中，所以這種強酸性土壤對植物的生長有強烈的抑制作用.這種強酸性除了對植物的生長有抑制作用以外，還會加劇重金屬溶出和毒性，同時導致土壤養分不足.此外，在酸性條件下，大量的重金屬離子和毒性鹽進入土壤，會影響土壤微生物和土壤酶活性，進而影響植物根系對營養和水分的吸收［11］.EC的均值分別為1 252 μS/cm和1 388 μS/cm，都遠超正常土壤EC值.土壤電導率是測定土壤水溶性鹽的指標，而土壤水溶性鹽是土壤的一個重要屬性，是判定土壤中鹽類離子是否限制作物生長的因素.高EC值顯示出土壤中存在高濃度的游離離子，這類土壤，干旱時返鹽現象明顯，土壤板結嚴重，而降雨時酸性物質和鹽極易溶解，可強烈抑制植物定居和生長，極其不適宜普通植物生存.對照區和尾砂區NAG-pH均值分別為2.5和2.7，具有中高度產酸潛力.NAG-pH是檢測土壤是否具有繼續酸化能力的一項指標［9］，當條件合適時，這些潛在酸就有可能變為實在酸，在試驗地土壤原本呈現強酸性的背景下進一步加劇其酸化問題，帶來更為嚴重的一系列環境問題.

另外，對于覆土區，可以發現其pH、EC以及NAG-pH等數據與對照區、尾砂區并無顯著差異，分別為2.5，1 218 μS/cm以及2.7.這表明覆土區表面的土壤層也由于長期與尾砂接觸也發生了嚴重的酸化.這提醒在尾礦庫覆土以后，必須立即采取有效措施例如植被重建等進行處理，否則，隨著時間的延長，酸性尾砂長期對表面覆蓋的土層進行影響，原來土壤條件良好的覆土層也會發生嚴重的酸化，造成覆蓋土層隔離作用的喪失，影響后續的尾礦庫修復工作.

2.2尾礦庫廢棄地試驗區生態恢復效果分析

總體來看，尾砂區和覆土區在生態恢復后，pH、EC、NAG-pH等指標與恢復前相比均有顯著改善，但兩者間比較則并無顯著差異；而對照區在生態恢復前后則無明顯變化，故不贅述（圖1）.具體來說，在pH方面，尾砂區pH均值由恢復前的2.4上升至5.9，覆土區pH均值由恢復前的2.5上升至6.2，當土壤pH大于4.0時，大多數植物已經基本能夠在這種pH條件下定居生長，所以目前試驗區的pH已經能夠滿足大多數植物的生長要求；在EC方面，尾砂區EC均值由恢復前的1 388 μS/cm下降至736 μS/cm，覆土區EC均值由恢復前的1 218 μS/cm下降至708 μS/cm，土壤中水溶性鹽濃度已大幅降低；在NAG-pH方面，尾砂區NAG-pH均值由恢復前的2.7上升至3.9，覆土區NAG-pH均值由恢復前的2.7上升至4.0，土壤產酸潛力由中高度產酸變為低度產酸，產酸情況已得到較好改善.可以得出，隨著生態恢復的進行，試驗區土壤情況已得到顯著改善，能初步滿足植物生長所需基本條件，能夠預見的是，隨著恢復時間的延長，土壤的情況將會越適宜于植物的定居.

2.3尾礦庫廢棄地試驗區生態恢復三個月后植物統計

表2統計了尾礦庫廢棄地試驗區生態恢復三個月后的植物種類情況.

表2　尾礦庫廢棄地試驗區恢復三個月后植物種類統計

植被重建是礦業廢棄地生態恢復的核心.在礦業廢棄地的表面覆蓋植物層能夠起到控制重金屬污染，減少對人類健康威脅的作用［12］.然而，植被重建并不僅僅是在礦業廢棄地里種上植物這么簡單，而是需要建立起一個自維持的穩定的植被系統.因此，篩選能夠在這種土壤條件下生長繁殖的植物種類是關乎到整個植被重建過程成功與否的關鍵步驟［13］.從表2可以得出，黑麥草、高羊茅、斑茅、苧麻、紫花苜蓿、白三葉在尾礦庫廢棄地試驗區占主要優勢.其中，黑麥草、高羊茅、斑茅均屬于禾本科植物，紫花苜蓿和白三葉屬于豆科植物.禾本科和豆科植物由于它們對于寡營養環境的適應和較快的生長速度，成為先鋒植物的良好選擇.并且，多年生的豆科植物能夠與根瘤菌互生，通過固定大氣中的N2促進氮素累積，逐漸改善尾礦原有的營養匱乏狀態［1,14-15］.苧麻，又名中國草，是蕁麻科多年生半灌木，它具有抗逆性強，生長迅速，根系發達等特點，是一種Cd重金屬耐性植物，對Cd、As、Pb、Sb等重金屬復合污染土壤也有一定的耐性［16-18］.礦業廢棄地的重金屬離子含量往往都很高，而重金屬耐性植物不僅能夠耐重金屬毒性，同時往往還能適應礦業廢棄地的極端惡劣的環境，因而在礦業廢棄地的生態恢復中也得到了廣泛應用.另外，從統計的植物種類數目來看，生長出的植物種類明顯高于種植的袋苗及種子種類數目，并且有一些未曾播種的植物種類.這些多出來的植物種類大多是土壤種子庫所帶來的.土壤種子庫含有大量的植物種子，并且多為植物系統演替中的先鋒物種和鄉土種，對于極端惡劣的生長環境具有較強的適應能力［1,19］.在植被重建過程中施加一些土壤種子庫，對于提升植被系統建立的成功率和增加植物種類組成具有較好的效果.張志權等［20］在廣東省樂昌鉛鋅礦尾礦庫進行土壤種子庫研究，發現尾礦地表層20 cm翻耕后施用復合顆粒肥，再鋪放8 cm厚度的表土，一年后能夠形成較好的植被，共有15種植物定居，覆蓋度達100%.

3　結論

凡口鉛鋅礦尾礦庫廢棄地原始基質條件惡劣，具有極端的酸性，同時具有很高的鹽度和產酸能力.不做任何改良直接進行植被，由于尾砂的極端酸性和營養貧瘠，植物并不能夠生長.而對于原始的尾砂區域和嚴重酸化的覆土區域，通過添加石灰以及改良基質材料，種植營養袋苗、播撒種子和添加土壤種子庫，能夠形成很好的植物覆蓋，恢復三個月后覆蓋度即達到90%以上，植物種類多達14種，但兩種不同類型區域的恢復效果并無顯著差異.在已生長的植物中，黑麥草、高羊茅、斑茅、苧麻、紫花苜蓿、白三葉在試驗區占主要優勢，能夠作為凡口鉛鋅礦尾礦庫廢棄地生態恢復的先鋒植物.本項研究能夠為凡口鉛鋅礦尾礦庫廢棄地以及其他礦業廢棄地的生態修復工作提供參考.

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Ecological Restoration of Fankou Pb/Zn M ine Tailings W asteland

WANG Jun1，ZHANG Jin-tao2，YANG Tao-tao3，LIU Wei1，ZHANG Yi-da1
（Fankou Pb/Zn Mine，Shaoguan 512325,Guangdong，China; 2.Guangdong Taoling Ecology and EnvironmentCo.,Ltd.，Shaoguan 512005,Guangdong，China；3.Life of School，Sun Yat-sen University，Guangzhou 510275,Guangdong，China）

Studied site of this research was located atNO.2 tailing pond of Fankou Pb/Znmine.The result indicated that no significant variation could be seen in the control plot,while signs of significant improvements were clearly shown in the tailing plots(TP)and soil-covered plots(SP)afterecological restoration.Overall,however,no significant differencewithin pH,electrical conductivity and NAG-pH could be seen between TP and SP.Vegetation coverageof theexperimental site reached up toninety percentafter restoration for threemonthsand fourteen plant species could be observed,within which Lolium perenne,Festuca arundinacea,Saccharum arundinaceum,Boehmeria nivea, Medicago sativa,Trifolium repens were prominent and those plants could be selected as pioneer plants in the mine tailings wasteland restoration.Hopefully,this work could provide some new insights into the restoration of extreme acidic mine tailingswasteland and such likeworks.

Fankou Pb/Znmine；mine tailingswasteland；ecological restoration

Q 89

A

1007-5348（2016）08-0044-06

2016-06-12

王俊（1987-），男，廣東吳川人，凡口鉛鋅礦環保管理中心環保工程師，碩士；研究方向：環保治理.

（責任編輯：邵曉軍）