探討某廢棄冶煉廠的生態恢復方式

王璐

摘要：隨著加速開采礦山資源，礦區及附近地區的自然生態遭受急劇的破壞，礦山生態修復迫在眉睫。廢棄冶煉廠因重金屬含量高、營養貧乏等限制，需要人工協助恢復。本文主要探討客土覆蓋、土壤基質改良和植物修復等目前較常用的生態恢復技術在某廢棄冶煉廠中的具體應用。

關鍵詞：生態恢復；土壤基質改良；植物修復

廢棄冶煉廠在生產期間和停產關閉后因所處的年代和技術的原因，對礦渣未進行或無法進行完全的處理，經過大自然長時間的作用，導致廢棄地的生態系統被嚴重破壞。此類廢棄地的生態恢復可近似參照礦山廢棄地的生態修復方式。礦山廢棄地生態恢復是指將受損生態系統恢復到接近于采礦前的自然狀態，或重建成符合人類某種有益用途的狀態，或恢復成與其周圍環境（景觀）相協調的其他狀態[1]。本文主要參考凡口鉛鋅礦尾礦庫廢棄地生態恢復技術，包括客土覆蓋[2]、原位基質改良[3]和植物修復等，對某冶煉廠廢棄場地中重金屬土壤進行綜合治理，輔以人工協助恢復其生態系統。

1.工程概況

原韶關市曲江區天順冶金化工廠位于曲江區大塘鎮，以鉛鋅銅硫原礦為原料，采用浮選法進行濕法冶煉，于1998年停產關閉，雖堆積的大量酸性礦渣部分已被清運處理，但冶煉生產遺址、尾礦堆場遺留的環境破壞、污染問題卻未能較好解決。之后雖在2014年進行過環境恢復治理工程，但是受限于當時經費與技術方法，整個工程并未達到預想的治理效果，其中治理工程中局部所種植的植物由于重金屬污染逐步枯萎死亡，治理場地光禿禿的一片，生態系統也未完全重建成功。因此，需要在前一次治理工程的基礎上，對原天順冶金化工廠遺留場地退化的生態系統在人為干預和輔助下逐漸恢復完善，建立新的生態平衡系統。

2.地質環境條件

2.1地形地貌

韶關市曲江區境內山地屬南嶺山脈南支，以丘陵山地為主，由于地質構造關系，使該區山川糾結、地形復雜，整體東高西低、南高北低，呈東南—西北的傾向。海拔500m以下山地丘陵面積的17.8%，山坡地約占25%，地勢較平緩。場區地貌屬低丘陵，地形南高北低。

2.2氣候條件

原天順冶金化工廠區屬亞熱帶季風氣候區，受南嶺山脈的影響，南北冷暖氣團常在此交鋒，形成春季陰雨連綿、夏季雨量充沛、秋季氣爽暖和、冬季寒冷干燥的氣候特征。年平均氣溫20.0℃，極端最高氣溫40.9℃（2003年7月23日），極端最低氣溫-4.8℃（1999年12月23日）；在冬季有少期霜凍現象出現（年平均約4天）；年平均降雨量1638mm，年內暴雨主要集中在4月～9月份，約占全年降雨量的80%以上；年平均相對濕度為74.5%；年平均日照時數為1473小時～1928小時；秋、冬季以北風為主，春、夏季以南風為主，全年主導風向為南風，靜風頻率較高；年平均風速約為1.7m/s。

2.3區域地質和水文地質

曲江區區域地質構造極為復雜，地層主要有二疊系灰巖，石炭系灰巖以及第四系松散巖類。第四系松散巖類多為第四系黃色、棕色亞粘土、亞砂土、夾砂礫石所組成。原天順冶金化工廠區內西北方向地層為上白堊統，從晚白堊統向東為下石炭統、上石炭統，區內東南方向地層為第四系更新統，向東北方向依次為上泥盆統、中泥盆統、下泥盆統，本項目地層主要為大灣鎮組（Q4dw）、石磴子組（C1s）、長垑組（C1c）。

廠區的水文地質條件較簡單，場地地勢南高北低，地表水排泄條件較好，由南向北流。地下水主要為第四系孔隙水與裂隙水，上覆為松散巖類孔隙水，下伏為裂隙水。地下水的補給來源主要為大氣降水，地下水流向與地表水流向基本相同，由南向北西流。

2.4土壤植被

曲江區內大部分表土、土層較深厚，多為砂頁巖、紅色砂頁巖、石灰巖類型，是丘陵紅壤土分布區。

韶關市由于地理位置、地質構造和氣候條件的關系，植被具有南北交匯的特點，屬中亞熱帶常綠闊葉林地帶。其組成種類、生態結構以亞熱帶常綠性的種類為主，但也有一定數量的熱帶、亞熱帶種類。其植物資源豐富多樣，其中以殼斗科、樟科、山茶科、木藍科等為優勢。人工栽培常見的果樹有：桃、李、沙梨、柑橘、板栗等。場區周圍的植被主要分布有芒草、鷓鴣草、桃金娘、崗松群落，以及人工種植的水稻、蔬菜、木茨和花生等。

3.生態恢復技術

3.1技術原理

礦山廢棄地是一類特殊的退化生態系統，在生產過程中，原有的生態系統遭到破壞，主要的生態問題表現為：表土層破壞，土壤基質物理結構不良、水分缺乏，持水保肥能力差，導致缺乏植物能夠自然生根和伸展的介質；極端貧瘠，氮、磷、鉀及有機質等營養物質不足或是養分不平衡；存在限制植物生長的物質，如重金屬等有毒有害物質含量過高，影響植物各種代謝途徑；極端pH值或鹽堿化等生境條件，影響植物的定居；生物數量和生物種類的減少或喪失，給礦區廢棄地恢復帶來了更加不利的影響[4、5]。本次場地內由于大量尾渣堆積在場地南側地勢較高處，尾渣經雨水浸泡浸出的酸性廢水，沿地勢自高向低流向北側低洼處，導致場地內土壤重金屬鉛、鎘、砷濃度均超標，原始基質條件惡劣。因此針對本場地惡劣的生態條件，對原始土壤基質改良是首先需要解決的問題也是核心問題；其次先鋒植物和定居植物的選擇也是至關重要的。

本場地主要采用物理、化學和生物的方式對原天順冶金化工廠遺留場地的土壤進行改良，主要包括客土覆蓋、原位基質改良和植物修復等具體措施?？屯粮采w即從異地移來人工土等質地較好或肥力較高或有害物質含量低的土壤（本次為熟耕土）直接覆蓋在污染土壤上，以減少作物根系和污染物的接觸。原位基質改良即在重金屬污染嚴重土壤中添加化學物質和營養物質進行改良，從而使土壤肥力、pH值和重金屬毒性等指標可以滿足植物的生長。重金屬污染土壤有關的植物修復技術主要包括植物提取、植物固定和植物揮發[2]。

3.2技術措施

該廠生產過程中和停產關閉后未進行有效的治理措施，使得原有的植物群落和新覆蓋的植物群落被嚴重或完全破壞，局域生態功能薄弱。原天順冶金化工廠遺留場地條件與凡口鉛鋅礦尾礦庫廢棄地類似，都是原始基質條件惡劣，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，在已生長的植物中，黑麥草、高羊茅、斑茅、苧麻、紫花苜蓿、白三葉占主要優勢，成為凡口鉛鋅礦尾礦庫廢棄地生態恢復的先鋒植物。因此本次參考凡口鉛鋅礦尾礦庫廢棄地的治理措施，對該場地輔以人工協助恢復措施，在場地內采取種、播相結合，營養袋苗種植+撒播種子的方法，形成先鋒植物、長期定居植物、短期植物、四季植物更替的人工植物群落系統。實行草灌相結合，進行植被的恢復與重建，進而使生態系統實現自行恢復并逐漸達到一種新的生態平衡。恢復措施的主要有如下三種情況（具體分區見下圖）：

3.2.1平緩場地區（C+D1區、E2區）

C+D1區屬于嚴重污染區，為強酸性土壤，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，其地質環境破壞較為嚴重。因此本區域需要利用石灰調整土壤pH值，施有機肥、土壤調節劑、微生物菌種材料改良土壤；采用合理的耕作模式改變土壤電導率、氧化還原電位，抑制土壤產酸與穩定重金屬。沿地面人工修整“之”字形人行便道，耙松種植平臺之間隙表土2cm，進行土地備耕與改造。對已完成備耕的土壤，采用物理、化學、生物的方法進行一次全面的本底、表層土質改良，表層面施中和劑、土壤改良基質等土壤改良材料；條溝內加施石灰、土壤改良物質作底層改良基質，進行深層土壤改良。采用各種土壤改良措施調整土壤pH值，增加土壤有機質含量及消除土壤中的有毒物質，改良土壤結構。實施土壤改良過程前期酸化預測與土壤改良過程中的全過程酸化控制，全過程營造有益微生物生長的適宜環境，切斷產酸微生物的生長繁育途徑，引入與培育有益微生物，通過有益微生物的作用持續改良土壤。之后客土覆蓋0.50m的厚度后穴植泡桐、馬尾松、夾竹桃、象草、狗牙根、五節芒、豬屎豆、山毛豆等先鋒物種，對于其他區域可以優先采用栽種淺根灌木的方法，灌木的種植間距約為2.5m×2.5m，株間撒播灌木種、草種進行綠化恢復。

E2區客土覆蓋0.5m厚度進行土壤改良后可種植喬木，與灌木間種。喬木種植間距為2.5m×2.5m，采用馬尾松、木荷、杜英等喬木等當地品種；灌木種可采用山紫甲（山指甲）、山毛豆、豬屎豆、紫穗槐等，若采用栽種灌木的方法，則采用的灌木苗高約為0.3m～0.5m。坡度較緩的部位可采用五節芒等當地草種。

3.2.2邊坡區（D2+E1區、E3區）

D2+E1區為邊坡地形，對坡面進行整形后覆蓋一層大約10cm基土進行土壤改良，然后再碼砌條形植生袋進行生態恢復。植生袋內草種要使用本地護坡物種，草、花、樹物種要多樣。

E3和E4區的治理措施與E2區一致，其中撒播草籽復綠時，草種選用寬葉雀稗、牡荊、木豆、山蒼子、多花欄、野菊、馬塘草、圓雀稗、畫眉草、百喜草、狗尾草、狗牙根、油茶、木豆、山毛豆、大蔸草、柱花草等耐酸、根系發達、適生的多年生混合草籽。撒播區域表面覆蓋無紡布，條播區域表面覆蓋椰絲草毯，以保持坡面水分并減少降雨對種子的沖刷，促使種子生長。

4.結語

礦區廢棄地逐漸成為世界各采礦大國的熱點研究課題。對于礦山廢棄地的修復多數是在礦山開采結束，廢棄地閑置多年且生態環境問題極為嚴重后才開始。這樣不但加大了修復難度，而且所需費用也成倍增長，恢復時間加長，修復效果也較邊開采邊修復的效果差，而且在礦山廢棄地開采及廢置的較長時間段內，尾礦塵、采礦廢水、廢渣對周邊環境已經產生了很大的影響，污染范圍和破壞程度均發生了擴展[5]。Anthony[6]對未被嚴重破壞和污染的礦區土壤進行了自然恢復的研究，結果表明在不進行人工影響的情況下，礦區被破壞的土壤可以進行自我恢復。但是，由于大部分礦區污染較嚴重，僅僅靠土壤自然恢復時間太長，效果也不很明顯。為了促進廢棄物快速土壤化演化和土壤培育，消除污染，改善土壤環境質量，恢復生態系統，可以輔以人工措施進行修復。所以在礦山廢棄地修復中植被的作用是多方面的，植被的生長可加快廢棄地碎巖及尾礦砂的風化進程，修復礦區受污染土壤，有效遏制水土流失，使礦區植被的立地條件逐步得到改善，利于其他植被的自然定居，同時還能有效阻滯礦區飛揚的礦塵，改善局域生態小環境，使生態功能遭到破壞的礦山廢棄地能夠最終實現自我修復，并逐漸達到一種新的生態平衡[1]。

參考文獻：

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