活性土壤生態(tài)修復(fù)技術(shù)在廢棄礦山復(fù)綠中的應(yīng)用

茍帥帥，王明強，謝 飛

（1.山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局八〇一水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊，山東 濟南 250000；2.山東省地礦工程勘察院，山東 濟南 250014）

由于對礦產(chǎn)資源的利用與破壞超出了生態(tài)環(huán)境自我修復(fù)能力范圍，需要人工技術(shù)手段的適當(dāng)介入才能更好的修復(fù)廢棄礦山。活性土壤生態(tài)修復(fù)技術(shù)，是目前最為先進(jìn)的生態(tài)修復(fù)技術(shù)與土壤微生物理論相結(jié)合的成果。以傳統(tǒng)噴播技術(shù)為基礎(chǔ)，將土壤微生物菌群融入其中，應(yīng)用特殊技術(shù)手段制造出一種新型土壤材料，該材料具有生物活性高、纖維物質(zhì)豐富、土壤團粒結(jié)構(gòu)緊湊的特點，尤其適用于生物活性低、土壤團粒結(jié)構(gòu)松散的地質(zhì)條件。由于我國對煤炭資源的需求量較大，導(dǎo)致部分地區(qū)出現(xiàn)開采過度的情況，也因此成為我國土地資源衰減的重要原因[1]。在礦山開采過程中會出現(xiàn)地表土壤層剝離的情況，在風(fēng)沙作用下形成一定規(guī)模的排土場，一旦遭遇強降水和大風(fēng)天氣就極有可能使松散的砂石變成泥石流等自然災(zāi)害的主要成因。而經(jīng)過開采的礦山通常因為沒有得到有效治理變成了廢棄礦山，這種因煤炭資源開采造成的土地資源銳減亟需治理。在過去的廢棄礦山復(fù)綠工程中，面臨著治理技術(shù)比較落后的困境。應(yīng)用活性土壤生態(tài)修復(fù)技術(shù)，提高土壤的儲水和透氣性能，有效修復(fù)廢棄礦山的土壤肥力以及活躍度。

1 提取活性土壤生態(tài)修復(fù)技術(shù)特征

活性土壤生態(tài)修復(fù)技術(shù)應(yīng)用范圍較廣，尤其適用于被破壞的地質(zhì)條件，采用特殊工藝手段，例如噴附作業(yè)或者人工種植的方式培育出所需土壤基材。培育出的土壤條件儲水能力較強、肥力較高、滲水性和透氣性能都得到有效提高，符合植被生長規(guī)律，對于自然災(zāi)害的抵御能力也大幅提升。在廢棄礦山復(fù)綠的過程中，應(yīng)用活性土壤生態(tài)修復(fù)技術(shù)彌補了目前噴播技術(shù)靈活度較差的不足[2]。在廢棄礦山的地質(zhì)條件中，多是處于土壤肥力不足或者是礦體殘留巖石沙化嚴(yán)重導(dǎo)致地面表層難以與植被融合的狀態(tài)，如圖1 所示。

圖1 某廢棄礦山

活性土壤生態(tài)修復(fù)技術(shù)具有加速礦體巖石風(fēng)化和土壤化的特點，使噴播技術(shù)和巖層不斷從貧瘠轉(zhuǎn)向有機狀態(tài)，以實現(xiàn)良性循環(huán)的生態(tài)土壤環(huán)境。由于廢棄礦山殘留的混凝土以及礦渣數(shù)量較多，在修復(fù)過程中可能出現(xiàn)植被無法吸附在土質(zhì)松散的土壤的情況。植物需要依賴土壤結(jié)構(gòu)中的團粒含水層以及人工土壤的肥料才能扎根并迅速發(fā)芽，形成穩(wěn)定的根系生長空間。在以往城市建筑綠化以及園林風(fēng)景區(qū)綠化作業(yè)中，起到加速綠化過程的作用。該技術(shù)還具有不受地形和地勢條件約束的特點，即便是坡度和地表條件不穩(wěn)定的廢棄礦山也同樣適用。

2 設(shè)計植被噴播步驟

植被噴播技術(shù)是活性土壤生態(tài)修復(fù)技術(shù)在廢棄礦山復(fù)綠中應(yīng)用的直接體現(xiàn)，通過加速生土變熟土和熟土腐植化的進(jìn)程，短期內(nèi)實現(xiàn)土壤自己提供養(yǎng)分的目的[3]。將人工土壤與活性因子進(jìn)行混合，并選擇二者的濃度含量，再利用農(nóng)業(yè)噴播器械把篩選后的植物種子逐層噴灑在廢棄礦山的坡面表層，因此，植被噴播需要重復(fù)至少三次以確保將廢棄礦體的表層完全覆蓋。

前期準(zhǔn)備工作需要提取廢棄礦山的土壤樣品，檢測土壤中殘留的重金屬含量，及時清理土壤中各類重金屬。然后在噴播器械內(nèi)沒有植物種子而只有人工土壤的情況下，對廢棄礦山的裸露地表進(jìn)行鋪灑土壤，一般厚度須達(dá)到10cm 左右，為的是下一步噴播植物種子做好鋪墊；將植物種子混合在人工土壤里，按照劃定范圍和植物種子的數(shù)量嚴(yán)格執(zhí)行，將種子鋪灑在土壤表層；最后重復(fù)鋪灑不含植物種子的人工土壤，為植物種子提供充分的生長空間。在完成以上步驟后，在室外溫度低于10℃時，還需在土壤表面鋪設(shè)一層保溫性能較好的塑料布，以保證種子的存活溫度。

3 統(tǒng)計土壤生物菌群多樣性

由于煤礦在開采過程中堆積了大量的礦體殘渣和碎石，地表植被和土壤環(huán)境的生態(tài)平衡都被打破，導(dǎo)致地表以及地下的土壤生物菌群發(fā)生改變。廢棄礦山的地下土壤生物菌群主要包括：好氧性分解菌、好氧性固N 菌、氨化細(xì)菌、硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌等。不同類型的土壤生物菌群在土壤中含量也有所差距，統(tǒng)計出主要菌群含量，如表1 所示：

表1 土壤生物菌群含量統(tǒng)計

活性土壤生態(tài)修復(fù)技術(shù)在改善廢棄礦山的地質(zhì)條件的同時，也是在恢復(fù)土壤中的生物菌群多樣性。因此在一定程度上，菌群的多樣性含量也反映了土壤的健康狀況。對于不同廢棄年限的礦山和周邊一定范圍內(nèi)的土壤生態(tài)菌群進(jìn)行統(tǒng)計分析，提取各類型的生物菌群生存以及活動規(guī)律，進(jìn)一步縮短廢棄礦山復(fù)綠工程的耗時。

4 恢復(fù)廢棄礦山土壤活性度

對廢棄礦山內(nèi)的土壤進(jìn)行取樣檢測發(fā)現(xiàn)，土壤活性值隨著地表深度的加深而不斷降低，如圖2 所示。

圖2 土壤活性數(shù)值

結(jié)合活性土壤生態(tài)修復(fù)技術(shù)，主要采用機械化削坡和噴播的方式對廢棄礦山進(jìn)的土壤活躍度進(jìn)行修復(fù)。激活廢棄礦山中的供養(yǎng)能力，保持土壤中的水分與營養(yǎng)，同時選擇適合當(dāng)?shù)赝寥郎L的植物，以保證原生態(tài)與修復(fù)手段完美融合。由于廢棄礦山的地質(zhì)條件不盡相同，針對礦山的山頂和山坡中段以及礦山的山底要采取不同的削坡角度，同時，在山頂以及山坡和山腳下分別設(shè)立監(jiān)測設(shè)備。按照固定時間段對不同類型的植被生長狀況進(jìn)行監(jiān)測，并將植被的種植數(shù)量、高度以及冠幅等數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總整合。根據(jù)資料顯示，在廢棄礦山的山腳下1000m 范圍內(nèi)，刺槐的平均生長高度可達(dá)13.2cm、平均冠幅面積可達(dá)162.5cm2；梨木的平均生長高度可達(dá)11.7cm、平均冠幅可達(dá)122.4cm2，與歷史同期相比刺槐以及梨木生長狀況良好。在高度相對較高的山頂中上段以及山頂部分適合種植黃櫨和側(cè)柏等，使植物呈階梯狀分布，據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，黃櫨的平均生長高度可達(dá)16.8cm、平均冠幅面積可達(dá)220cm2；側(cè)柏的平均生長高度可達(dá)17.7cm、平均冠幅可達(dá)184cm2，與廢棄礦山山腳下的植被生長狀況相比，受日照時間長，生長速度更快。

5 結(jié)束語

本文以活性土壤修復(fù)技術(shù)作為創(chuàng)新點，將該項技術(shù)應(yīng)用到廢棄礦山復(fù)綠工程中，采用四種方式實現(xiàn)生態(tài)修復(fù)技術(shù)與廢棄礦山復(fù)綠兩個領(lǐng)域的突破與融合。

根據(jù)實踐結(jié)果顯示，活性土壤生態(tài)修復(fù)技術(shù)可在短期內(nèi)形成適宜生物多樣性存在和衍生更多物種的環(huán)境。能夠使人工土壤與原生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)一致，達(dá)到廢棄礦山復(fù)綠的效果。為學(xué)術(shù)界研究礦山環(huán)境治理與修復(fù)提供了豐富的理論資料，同時，為活性土壤生態(tài)修復(fù)技術(shù)的實際應(yīng)用提供了可行性。