礦山廢棄地生態修復技術研究

劉 峰

我國是一個礦產資源大國。礦產資源也是我國社會經濟發展的重要能源類型之一，是我國工業及其他相關產業的發展基礎。但在礦山的開發過程中，對開發地的生態環境帶來了嚴重的破壞，如對地表植被造成了破壞，在開發過程中對原有地貌的嚴重破壞、開發中污染源以及廢棄材料處理不當對自然環境水體、大氣以及土壤造成的污染與破壞。上述現象對生態環境造成了嚴重的破壞，嚴重影響了周邊居民的生活環境以及生產活動，因此加強對礦山廢棄地的生態環境恢復工作迫在眉睫。受我國建國初期的特殊國情決定，我國在廢棄礦山的修復研究上起步較晚，與發達國家相比研究進程較短，在治理經驗以及治理技術方面都相對不足。但近年來我國逐漸重視礦山廢棄地的修復技術研究，對礦山廢棄地生態修復技術的研究的投資力度逐步加大，也逐漸成為業內的研究熱點，礦山生態修復的相關理論以及技術研究工作迅速發展，并取得了多項研究成果。目前，在我國礦山廢棄地生態修復已經成為生態修復業內重要的論題之一，并基于生態系統退化與機理等相關的技術理論為基礎，建立了以恢復礦山開發生產中破壞的生態系統為主要目標的技術體系，通過相應的技術手段，最大限度的對受到破壞的生態系統進行還原以及重新構建，降低礦山廢棄地對人類生存、生活、發展可能產生的影響。

1 礦山廢棄地土地資源生態修復的重要性

礦堆廢棄所有者主要是指在采礦活動中受到嚴重破壞，沒有得到完全有效管理，不能再使用的一塊土地，主要類型有廢棄的石堆礦山廢棄地、采礦用的坑石堆廢棄地、尾礦石堆廢棄地和其他不同類型礦山廢棄地等。由于大型礦山化工廢棄物埋地的大量存在，不僅為礦山周圍環境資源帶來了嚴重污染，也在一定程度上破壞了自然景觀，易直接引起各種自然地質災害與生產安全隱患。會嚴重破壞一些礦區地下水所含有的水層，導致嚴重浪費礦區土地的水資源，并引起各種新的社會矛盾。因此，要充分結合現有礦山處理廢棄地，采取一套科學合理的礦山生態環境修復治理方法，并不斷提高對生態景觀環境營造的重視程度，為礦區整體生態環境持續保護發展創造更加有利的環境條件。

2 廢棄礦山現狀與危害

“十二五”以來，通過礦產資源整合，先后關閉了一批資源枯竭、在“三帶兩線”可視范圍內、對生態環境影響較大的磚瓦小粘土礦。礦山關閉后因未及時進行修復治理，形成了一批生產廠房、坑塘水面、地表堆積物等形式的廢棄露天礦山，由此造成地貌景觀、土地資源以及水土環境的破壞，安全隱患突出。廢棄礦山的生態環境危害按其表現形式有以下幾點：一是廢棄黏土礦山整體生態系統基本結構功能遭到嚴重破壞，耕地被大量廢棄、地表土質嚴重沙化、水土資源嚴重流失；同時采礦者在生產經營過程中從礦體內部排出的大量有害粉塵、有毒有害金屬化學物和氣體也直接影響周圍環境；二是下游農業河道區域整體地質生態系統及其功能結構遭到嚴重破壞，礦區土地開采項目廢棄導致下游礦區農業河道區域水土資源淤塞，影響下游河道灌溉和防洪安全，破壞下游農業河道區域整體地質生態系統。由于人工挖掘和大量廢棄巖土堆積，礦區地面形成嚴重起伏及地下溝槽的復雜分布，地表山體植被也因此遭受到了嚴重破壞，使礦區坡面山體沖刷活動強度不斷加大，導致整個礦區的主要水土資源流失。

3 礦山廢棄地生態修復技術

3.1 構建生態產品價值補償機制

通過對生態產品價值的分析，可以明確生態補償的主體、客體（未做詳細介紹）和對象，建立產品價值核算方法。通過以上步驟分析，構建生態補償機制，并使其向著多元化和市場化的方向轉變，在生態補償機制中，主要環節是補償主體、補償對象的確認。依據受益者原則進行分析，明確生態補償機制中的受益者是生態產品供給方，而生態產品的供給者作為客體存在。針對生態修復進行分析可知，該過程中的生態補償主體，包括個人、區域政府等。考慮到生態修復方案的實施現狀，將承受損失的企業、地方政府等機構作為補償機制中的客體。用市場價值法和機會成本法進行生態產品價值合理分析，從而獲取生態補償標準數據，降低生態修復成本。基于生態產品價值識別建立生態產品價值實現模式。依據礦山廢棄地的特性進行分析，綜合原生態環境實現、生態環境保護、生態環境治理三個方面完成生態產品價值提升。在生態修復過程中，面對市場模式出現失靈的情況，需要政府主導進行補償方式的組合。尤其是補償機制開始之初，需要地方政府承擔起生態產品價值提升的職責。補償機制中的補償對象以及受償人群都確定后，可以完成補償實施方案的設計。在補償方案實施過程中，以生態產品價值流轉步驟為基礎，由政府建立交易平臺和規則，使得交易成本得以降低，提升生態產品交易的合理性。通過生態產品價值提升，激發人們生態修復積極性，推動生態產品價值的實現，從而保證生態修復方案長期有效進行，促進礦山廢棄地生態保護，以及環境質量提升。

3.2 平整礦山廢棄地生態地形

我國許多礦山由于存在歷史遺留問題及不規范開采，忽視了安全管理，導致大量腐朽廢礦密集堆積在路邊和開采巷道頂部，存在大量用于山體塌方挖掘的斷面，極易因此引起山體塌方與礦區泥石流等地質災害。基于此，要更加注重通過引入建筑坡道表面污水處理的新技術，提升建筑坡道表面的穩固性，達到斜坡平整性和處理廢棄物的目的。對深層下部土層堆放一些含有不良土壤成分的優質巖土，在上部分別安排易發生風化性變質巖層等巖土品質較為適宜的優良土層，在地下排土場頂部與巖體表層則分別安排其他富含不良養分的優質土層。在選礦加工區基層剝離時，檢出任何含有有害成分或放射性物質成分后，則應通過磨砂碎石方法進行基層深度處理覆蓋，并同時做好基層防滲防水處理。結合國家規劃設計中的規定，在一些有較大海拔高差、高度變化的特殊地方，選擇逐級調整修建大型種植觀賞平臺的一種方式，可構成多個不同層次的種植觀賞面。

3.3 土壤改良技術

土壤是礦山廢棄地恢復中最重要的限制因素之一，因此土壤條件的改善也是礦山廢棄地生態恢復的重點和難點。土壤改良的方法較多，但從技術類別角度可以分為物理改良法、化學改良法、生物改良法三種類型。其中，物理改良法是出現最早的土壤改良技術，采用排土、換土、客土等具體的施工方法，實現對土壤條件的改良。物理改良技術一般不單獨應用，通常作為化學改良以及生物改良的預處理技術，在使用其他改良技術前，通過物理改良法改變土壤密度以及土壤結構，如果土層過薄或土壤中污染物成份嚴重超標，客土法收效最為明顯。化學改良法是根據實際的土壤條件，以及土壤中有機物含量和污染元素種類，向土壤中加入相應的材料以及化學試劑，實現改良土壤條件的目的。目前常用的添加劑有堆肥、糞肥、木屑、無毒有機污泥等等，可以增加土壤肥力，降解土壤中有害元素。城市污泥獲取難度低，同時污泥中含有大量的營養元素以及有機物質，并具備適當的粘性以及持水性，可以有效的提高土壤的肥力。石灰和碳酸鈣類添加劑適用于酸度較高的廢棄地土壤改良中，通過酸堿中和的作用，可以有效降低土壤酸性，減少土壤中重金屬離子的含量。生物改良是目前最為高新的土壤改良技術，通過在土壤中加入土壤動物以及微生物，利用其生命活動以及特定的代謝產物，來實現對土壤條件的改良。

3.4 植物修復技術

植物修復是植被對污染土壤和沉積物進行原位處理的方法，植物在生態系統中起著不可或缺的作用，在礦山土壤改良中不僅能夠固定或修復重金屬污染土壤，還能改善土壤理化性質，提高土壤肥力等。植物對土壤改良的原理大致可歸納為：通過植物的吸收、揮發、降解、穩定等作用，從而降低土壤環境中的污染物。我國許多學者對植物修復方面做了大量研究，下面主要綜述幾種改良礦山廢棄地優選植物及效果。

3.4.1 超富集植物

超富集植物是指從土壤中超量富集重金屬并能將其轉移到地上部，對重金屬的吸收量超過一般植物100倍以上的植物，積累Cd 在100μg/g，積累Cr、Co、Ni、Cu、Pb 含量一般在1000μg/g，積累Mn、Zn含量一般在10mg/g（干重）以上，且不影響正常生理活動的植物。如運用砷超富集植物蜈蚣草將土壤中的砷吸收并轉運到植物的地上組織中，發現其地上部分砷含量達到植物干重的2.3%，從而降低土壤中砷的含量，達到土壤修復的效果。近幾年來關于砷超富集植物又有了新發現，如粉葉蕨、大葉井口邊草、長葉甘草蕨，以及狹眼鳳尾蕨和琉球鳳尾蕨等均能夠富集砷，這些砷超富集植物中除了粉葉蕨外都屬于鳳尾蕨。通過對已廢棄3000余年的湖北銅綠山古冶煉渣堆進行了植被和土壤調查，發現鴨跖草可富集大量Cu，其地上部分和根部的Cu2+質量分數分別達到1034mg/kg和1224mg/kg，故超富集植物鴨跖草可用于銅污染土壤的植物修復。盡管至今已發現很多重金屬超富集植物，但大都是針對單一重金屬的超富集植物，而實際環境中土壤一般包含兩種或兩種以上重金屬的復合污染，故篩選出多金屬耐性植物以修復多金屬復合污染廢棄地仍有待進一步研究。

3.4.2 先鋒植物

先鋒植物是指在某種惡劣環境下仍能正常生長的植物。因礦山廢棄地土壤物理結構差，植被生長條件極差，故在植被恢復過程中對植被的選擇是至關重要的，應本著生長快、適應性強、抗逆性好的原則篩選植物，以達到最好的修復效果。要根據廢棄地污染物的性質選擇適宜的先鋒植物。在高濃度重金屬廢棄地中，可種植抗重金屬較強的植物。

3.4.3 綠肥

綠肥是一種養分完全的生物肥源，它多數是豆科植物，也有禾本科、十字花科等非豆科植物，它是一種良好的天然綠色土壤改良劑，對改良土壤環境也有很大作用。豆科植物可以將空氣中的氮通過根瘤固定下來，從而增加土壤中氮含量，故目前豆科植物的運用較為廣泛。研究表明，對于煤矸石廢棄地的植物復墾，選用豆科植物不僅能快速地適應土壤條件，還能有效改善土壤肥力。不同的科屬綠肥間具有不同的養分作用，因此，根據具體情況實行綠肥混播，能更好地改善土壤理化性質。

3.4.4 植物輔助

為了植物可以在不良的土壤環境下正常生長，可以采取一些輔助措施以提高植物修復效率的方法：①可以在土壤中施加有機化合物，阻擋重金屬離子的沉淀，增強重金屬活性，加快植物對各種重金屬元素的吸收；②可以添加螯合劑來促進植物修復，螯合劑可以與金屬離子形成可溶性的絡合物，從而提高植物修復的效率，但螯合劑本身是一種難分解物質，使用時需注意，以防引發二次污染；③利用植物激素促進植物生長、調劑植物的生理代謝過程，可用來解決目前超富集植物植株矮小的問題；④針對有機污染，可以添加生物碳和黑炭等吸附劑來加速清除干凈土壤中有機污染物；⑤將基因工程和現代分子生物技術結合到植物修復技術中，鑒定和克隆抵抗重金屬的植物基因，并通過轉基因技術創造一批新的植物品種，提高超富集植物的提取能力和生物產量。

3.4.5 本土地域植被

本土地域植被的應用應因地制宜，結合我國各地區的實際情況，對特定地區的工礦廢棄地進行具體分析，利用當地的資源要素，特別是適應性強、抗逆性好、成活率高、成本低、地方特色鮮明的地域植被，突出地域特色，使當地居民產生強烈的認同感和歸屬感，加速實現國內工礦廢棄地生態修復景觀設計的目標。

3.5 微生物修復技術

對于廢棄金屬礦山的生態恢復，僅僅恢復土壤和植被是不夠的，還要恢復礦山微生物群落。改善生態系統的功能，才能使恢復后的廢棄礦山生態系統得以自然維持。微生物群落的恢復不僅要恢復該地區原有的群落，還要接種其他微生物，以除去或減少污染物。微生物的接種有兩種方式：一是抗污染的菌種，這些細菌有的能把污染物質作為自己的營養物質，把污染物質分解成無污染物質，或是把高毒物質轉化為低毒物質；二是利于植物吸收營養物質的微生物，有些微生物不但能在高污染條件下生存，而且能為植物的生長提供營養物質，如固氮菌、固磷菌，改善微環境。

4 礦山廢棄地水土保持生態恢復與重建研究展望

礦山廢棄地水土保持生態修復重建的關鍵問題是土壤基質改良，為植物生長發育創造環境條件。自然界中存在著對廢棄地極端環境具有適應性的一些先鋒植物種類，能同時改善大氣、水體和土壤的環境質量，研究植物生長特性，篩選出適宜的先鋒植物對礦山廢棄地的植被恢復與重建具有重要意義。另外，土壤微生物和動物的生命活動及其代謝產物對土壤理化性質改善和土壤肥力的提高等方面發揮著重要作用，研究土壤微生物和動物的功能特性也是礦山廢棄地水土保持生態恢復與重建的重要研究課題。土壤與植被是一種相互依賴和制約的關系，并隨著植物群落的演替而發生變化。在土壤 - 植被系統中，兩者的關系復雜且同時受到其它多種環境因子的影響，土壤與植被相互影響機制和演替規律目前尚不明確，需要對礦山廢棄地的植被恢復與重建開展長期定位監測研究，才能了解恢復過程中土壤與植物群落的演替規律與作用機制，為礦山廢棄地水土保持生態恢復與重建提供科學依據。同時，植被類型影響著植物群落特征和土壤基質改良效果，不同植物恢復模式產生的恢復效果存在差異，需要通過長期監測植被恢復情況，綜合評價不同植物配置模式的植被恢復效果，才能篩選出礦山廢棄地的適宜的植物種類和恢復效果顯著的植物配置模式，加快水土保持生態恢復與重建的進程。

5 結語

綜上所述，在礦山廢棄地生態環境修復中，要注重生態新技術的綜合應用，特別是礦山廢棄地的再開發利用和礦山資源的循環利用，并積極結合礦山生態學、美學等相關學科，提升利用礦山處理廢棄物用地在生態環境修復與自然景觀環境營造中的效果。