礦區廢棄地土壤生態恢復研究進展

王娜

摘 ? 要 ?礦山廢棄地生態恢復是解決礦區生態問題的重要舉措之一，積極開展礦山廢棄地生態恢復對社會經濟效益及環境保護均具有重要的意義。綜述國內外礦山廢棄地生態恢復現狀，主要從土壤改良，土壤重金屬污染治理，礦區植被恢復，土壤動物、微生物恢復措施等方面闡述了礦區廢棄地生態恢復技術。

關鍵詞 ? ?礦區;廢棄地土壤;生態恢復;土壤改良

中圖分類號：X75 ? ?文獻標志碼：C ? ?DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2020.13.014

隨著社會經濟的發展，礦產開采日益頻繁，開采規模逐漸擴大，對礦區周邊的生態環境造成了嚴重的影響，礦山廢棄地生態恢復已經成為亟需解決的問題。開展礦區土地復墾治理，是建設資源節約型和生態友好型社會、落實耕地保護制度和節約集約用地制度的重要舉措，也是推進礦—農—牧復合區區域經濟發展方式轉變的有效途徑。目前，我國在礦山生態環境治理方面已經取得了較大突破，但與發達國家相比仍有很多不足，因此，加強礦山廢棄地生態恢復研究具有十分重要的意義。

1 國內外礦區廢棄地生態恢復現狀

據統計，世界范圍內礦區廢棄地面積為6.7×106 hm2。美國年均采礦占地面積已經達到4 600 m2，其生態恢復率僅為70%左右，進而影響了對生態環境的有效維護[1]。德國是一個煤炭資源豐富的國家，其開采方式主要為露天開采，自19世紀20年代開始，德國就開始對煤礦廢棄地進行生態修復和復墾，主要采用植物修復方式，截至1996年，已完成復墾、生態恢復的土地面積達8.23萬公頃，恢復率達到53.5%[2]。英國通過頒布法律法規、經濟制裁等措施強制生態恢復[3]，利用8年時間，使生態修復土地面積達16 952 hm2，恢復率達到87.6%，生態恢復成果顯著[4]。

我國現有國營礦山企業8 000多個，個體礦山達23萬多個[5]。據統計[6]，全國礦區破壞面積達288萬公頃，且每年在以4.67萬公頃的速度增長。礦產資源需求量的增大加速了礦產產業的發展，顯著加大了生態環境壓力。1998年10月，國務院頒布了《土地復墾規定》，開啟了土地復墾的新時代，先后在河北、江蘇、山東、陜西等省份設置了23個土地復墾試點，至1992年底已復墾土地面積達3.3萬公頃。據統計，在河北馬蘭鐵礦的復墾率達85%，廣西平果鋁礦的復墾率達73%，江西永平銅礦的復墾率達55%，陜西安康金礦的復墾率達69%，取得了較好的復墾效果[7]。目前，我國礦業廢棄地平均恢復率為10%～12%[8]，工礦廢棄地復墾工作已逐漸得到重視。

2 礦區廢棄地生態恢復技術

2.1 土壤改良

采取生物措施、工程措施能夠改良土壤的理化性質，起到修復和重建污損土地的作用。土壤改良是生態恢復的前提，為了提高礦區廢棄地土壤孔隙度，短時間內可以采用施有機肥、犁耕等方式。例如，在pH值大于7的礦區，可以通過施加硫磺、石膏、FeSO4等;在酸度較大的礦區可以通過添加石灰石提高土壤pH。有研究表明，廢棄尾礦區每平方米施加20 kg石灰石能有效提高其土壤pH，施用160 kg/hm2石灰石使礦區廢棄地土壤pH值從2.4上升至7.0左右。城市污水污泥、城市生活垃圾、作物秸稈、豆科綠肥和畜禽糞便能促進土壤團粒結構的形成，降低土壤容重，增強土壤持水能力[9]。礦山廢棄地缺乏N、P等營養元素，直接限制了植物生長，Warman等的研究表明有機固體廢物可有效增加N、P含量[10];Guerrero等研究表明豬糞施用到土壤中可避免土壤無機氮的釋放，提高氮利用率[11]。生物固氮的原理是通過固氮植物、微生物等來提高土壤氮素利用率，是改良土壤氮肥的有效方法之一，有研究表明，在礦山廢棄地種植豆科植物能夠有效提高土壤氮含量。此外，微生物菌肥目前也被廣泛用于礦山廢棄地土壤改良。

2.2 土壤重金屬污染治理

礦區土壤重金屬污染主要是由尾礦庫和矸石山中所挾帶的大量重金屬通過淋溶等途徑造成的[12]。目前，治理礦區土壤重金屬污染的方法主要有物理技術、化學技術和生物技術。富集重金屬的植物約400多種，有研究發現，刺兒菜、虎尾草、葎草地下部分對銅、砷離子的富集能力較強，且在銅礦廢棄地的長勢表現良好;狗尾草對鉛離子，野西瓜苗對鋅離子的富集能力和轉運能力均較強[13]。劉洪勝等研究表明，馬唐草和望江南這兩種植物對礦區重金屬Mn、Zn具有較強的吸收和轉移能力，是Mn和Zn的超富集植物[14]。黃小娟等研究表明，垂序商陸、酸模葉蓼對復合重金屬污染具有較好的修復效果，其主要是將重金屬囤積于根部;黃花蒿、長波葉山螞蝗、鉆形紫菀可種植在重金屬污染嚴重且使用價值相對較低的礦山廢棄地上[15]。將檸條、紅柳、沙木蓼、駝絨藜種植于金昌市礦山綠化地，通過對植物中重金屬含量進行分析，發現這些植物對重金屬Ni、Cu具有較好的吸收能力，且植物長勢良好[16]。劉周莉等的研究表明，忍冬在高濃度重金屬污染土壤中長勢較好[17]。面對礦山廢棄地及周邊污染土壤的特殊生境，單一的植物修復技術無法達到生態修復目的，微生物強化植物修復技術被廣泛應用。有研究表明，微生物在促進植物生長和營養吸收方面起著重要作用，例如接種菌根能顯著促進植物生長，提高植物對N、P等的吸收，降低土壤重金屬濃度[18]。

2.3 礦區植被恢復

礦山廢棄地往往土層貧瘠、污染嚴重、土壤肥力低下，造林難度相對較大，因此礦山植被恢復應根據礦山地形地貌、氣候條件及自然環境等選擇鄉土植物。在毒性較低的礦山廢棄地中生物固氮的利用價值越來越高。豆科植物與根瘤菌將大氣中的氮固定于土壤中，有研究顯示，豆科植物能夠在污染土壤中正常生長，并且能夠有效固定氮素，使得土壤中的氮得以積累，特別是有根瘤的一年生豆科植物，在瘠薄或重金屬污染的土壤中生長良好，可作為礦山廢棄地植被恢復的理想植物[19]。還有一些植物也具有較強的固氮能力，例如沙棘、楊梅等。油松是一種常青植物，具有很強的耐旱性，其凋零物及林下土層持水能力較好，作為礦山廢棄地植被建設樹種具有良好的經濟效益。另外，沙棘、檸條、刺槐等具有發達的根系，適應能力較強，能夠固沙保水，有效增加土壤N、P、K等速效成分含量，可作為礦山廢棄地生態修復的優選植被。