礦山廢棄物及地表污染土生態(tài)修復研究

張萬虎，袁海梁(中國化學工程重型機械化有限公司，北京 102600)

1 礦山廢棄物及地表污染土對環(huán)境的影響

1.1 對土地資源的影響

在開發(fā)礦產資源時，很容易破壞土地資源，造成土地貧瘠，從而成為嚴重的水土流失問題，并且開采過程中出現的一些廢石、尾礦等廢棄物，長期堆積不僅浪費土資源，還對土地表面造成了污染，降低了土地原有的功能[1]。再加上雨水的沖刷和大風的作用，導致這些礦山廢棄物中蘊含的有毒物質不斷滲入到土壤中，對土壤內部結構產生了損壞，還經常引發(fā)土壤板結。

1.2 對水環(huán)境的影響

一般來說，礦石、圍巖內都有著豐富的金屬硫化物，而尾礦、廢石大批量露天放置，經過一系列微生物的催化氧化、徑流等影響，會產生很多酸性廢水，這些廢水內有著金屬離子。一旦這些廢水排放到江河湖海中，就會令水中pH值迅速下降。同時也難以對各類金屬和金屬污染物進行降解，長期的沉淀和積累，會對水中的魚、蝦、藻等水生物造成生命威脅，還會對水生態(tài)、水環(huán)境產生不可逆的影響。

1.3 對大氣環(huán)境的影響

在礦山廢棄物堆放區(qū)域內，因為廢石、尾礦長期的露天放置，且它們表層顆粒物與風化物都不集中，一旦遇到大風天氣，就會出現風蝕揚塵現象，在風的作用下直接進入大氣層，對當地大氣環(huán)境造成嚴重破壞。

1.4 對地表景觀的影響

站在開采方式的角度來說，礦山開采一般有兩種，即露天與地下。其中，露天開采是指對土地進行剝離、挖損，這會導致地表形態(tài)、地表植被以及地表景觀都受到嚴重損壞；而地下開采則是采出礦石之后，上覆巖層就不具備相應的支撐條件，巖體內部應力也失去了原有的平衡，導致采空區(qū)上覆巖層出現位移、變形等問題，嚴重時還會出現塌陷、裂縫[2]。

1.5 對生物多樣性的影響

礦山的開采勢必會對表層土石進行剝離，令原有植被受到清理。此種開采方式導致物種的原生環(huán)境遭到了極大損害，各種大型植被群落也被分割，大大降低了群落的整體功能。

2 礦山廢棄物及地表污染土生態(tài)恢復技術

通過近些年的生產建設等項目，礦山廢棄物和地表污染土愈發(fā)嚴重，土壤中重金屬含量超出標準，亟需修復。相關專家學者借助人工手段對土壤、植被、水系等情況進行改善研究，開展了生態(tài)系統(tǒng)的自然演替，做到了生物修復、水體治理和土地利用。盡管取得了一定成績，但是依然有植被覆蓋率小、生物種類少、抗逆性弱、植被重建的生態(tài)效應不顯著等缺陷。對此，應當結合礦山廢棄物和地表污染土的實際情況，制定健全完善的生態(tài)修復機制。

2.1 土壤的改良措施

通過工程、生物等有效措施，對土壤理化性質予以大幅改良，實現修復與重建被破壞土地的目標。因此，要想令礦區(qū)廢棄地的土壤密度下降，土壤結構得到改良，土壤孔隙度得到提升，短時間內可優(yōu)先選擇犁耕或者施肥等方式，注意一定要用有機肥。針對偏酸性的土壤，則應當采用石灰、碳酸氫鈉等物質予以整改土壤結構。通過查閱相關資料發(fā)現，很多礦區(qū)因礦山廢棄物及地表污染土而匱乏營養(yǎng)物質，比如：N、P、K以及有機質等。為了能夠切實改善土壤的理化性質，讓土壤充分滿足植物生長需求，一定要在土壤中摻入適當營養(yǎng)物質，提升生態(tài)恢復進度[3]。通過大量研究得知，增加含N的木屑有助于土壤肥料中N、P、K和石灰的功能用途得到充分發(fā)揮，從而加強樹木、花草、灌木等植物的存活幾率。同時，對低熱值的煤炭腐殖酸物質進行合理應用，能夠通過土壤熱化環(huán)節(jié)，提高石灰性土壤中P含量。當前應用最為廣泛且有效的是綠肥法，其能夠改良復墾土壤，并讓土壤中營養(yǎng)成分得到顯著增多。此外，生物固氮方式的應用效果也十分顯著，其對于土壤增肥改良有著重要作用，主要機理時通過固氮植物、微生物對土壤理化性質予以改善，比如：楊梅、沙棘等具備較高固氮性能的植物。不僅如此，相關學者研究發(fā)現，在受污染較為嚴重的礦山種植豆科植物能夠增加土壤中N含量，其中根瘤菌以及豆科植物共生固氮效果十分顯著，對土壤中N含量的增加有很大幫助。并且，還有專家提出施用微生物菌肥能夠顯著增強微生物活性，優(yōu)化土壤環(huán)境，對植物生長也有很大積極作用。因此，該方式也得到了廣泛推廣和應用。

2.2 土壤重金屬的污染治理

礦區(qū)土壤重金屬污染大多數是因為尾礦、矸石山等礦山廢棄物中包含的重金屬淋溶之后所導致的。大部分學者都是利用化學、物理以及生物治理等技術來環(huán)節(jié)礦區(qū)土壤重金屬污染。當前，應用較為普遍的生態(tài)修復植物大約有400種，通過研究得知，蕨類草本植物對土壤重金屬污染修復有著極佳的效果，比如：蜈蚣草、粉葉蕨等，這類植物大部分對As有著極佳的富集功能。同時，經濟利用價值較高的藥用、食用草本植物、農作物對土壤重金屬也有著超富集作用。其中豌豆對Pb重金屬有著極佳的富集作用；燕麥則是能夠對受到嚴重Zn重金屬污染的土壤有很好修復作用；向日葵對Cr、Pb、Zn等有富集功能。木本植物成林之后，不僅可以有效改善生態(tài)環(huán)境，還能夠對受重金屬污染的土壤予以修復。像忍冬就能夠在高濃度重金屬土壤環(huán)境中正常生長存活；旱柳則是能夠改善自然生態(tài)環(huán)境，屬于友好型修復植物，對Zn有著極高的富集作用。不僅如此，大量研究充分表明，楊樹對Hg、Cd有著極高的耐性與凈化功能；微生物可以降低重金屬毒性；將菌根接種在土壤中能夠促進植物吸收P、Mo等元素，從而減輕土壤中Mo污染。

2.3 礦區(qū)植被的恢復

因為礦山廢棄物和地表污染土導致土層瘠薄、造林難度高，所以需要結合礦區(qū)氣候、自然條件選擇最為合適的植被，可優(yōu)先選擇鄉(xiāng)土樹種，并嚴格遵循適地適數的基本原則，篩選根系發(fā)達、固氮性能高、耐瘠薄、存活率高、速生的植物當作先鋒樹種[4]。通過研究發(fā)現，文冠果團聚體穩(wěn)定性強，適用于土地生產力不高、區(qū)域植被稀少、長年干旱的采煤沉陷區(qū)的植被恢復；油松具備極強的抗旱性與低耗水性，其枯落物、林下土壤層持水性能優(yōu)良，十分適合應用在礦區(qū)植被建設樹種；油松與山杏混交林具備較強的生態(tài)效益；沙棘、檸條等少數灌木有著諸多生長優(yōu)勢，刺槐根系雖然淺但十分發(fā)達，適應性極強，屬于固沙保土樹種；沙棘則是維持水土、優(yōu)化土壤的良好樹種，令沙棘成林能夠明顯減小土壤密度，加大土壤孔隙率與持水率，從而提升土壤中的速效N、P、K和有機質；新疆楊是礦山廢棄物及地表污染土生態(tài)修復中的優(yōu)良樹種，對有毒氣體有著較強的抗性，適合應用在露天煤礦、矸石山等和礦區(qū)相似的植被恢復區(qū)域；菊芋對礦區(qū)生態(tài)環(huán)境修復也有較大積極作用；令豆科牧草和根瘤菌共生，可以將大氣中的氮進行固定，使其成為氮素為自身提供營養(yǎng)，借此增強土壤肥沃力；比如：草木樨、稗谷等多年生豆科牧草適合在北方種植，它們對偏咸土壤最為喜愛。確定礦區(qū)植被的先鋒植物時，可優(yōu)先選擇大翼豆、白豇豆、大綠豆等豆科作物；象草、寬葉雀稗、馬唐、金色狗尾草等禾本科植物等。

按照生態(tài)學基本原理，要想確保物種的多樣性，一定要對喬木、灌木和草叢等植物比例進行科學分配，針對水土流失較為嚴重的位置可建設水土保持林。

2.4 土壤動物以及微生物恢復措施

土壤動物可有效整改土壤結構，增加土壤肥力，加快落葉分解，從而促進營養(yǎng)物質無線循環(huán)。而且還可以在土壤中予以消化分解，成為生態(tài)系統(tǒng)中關鍵構成部分，在礦山廢棄物及地表污染土區(qū)域引進適宜土壤動物，能夠讓重建之后的生態(tài)系統(tǒng)慢慢完善。其中蚯蚓是土壤動物中十分有益且自由的微生物種，其能夠對土壤的理化性質予以改善，令土壤得到疏通，并加大土壤孔隙度，保存水肥，緩解重金屬污染，對生態(tài)修復有很大意義。

當前，很多礦山廢棄地在進行生態(tài)修復時都對微生物進行了合理應用。比如施用微生物菌肥能夠降低土壤環(huán)境中有毒有害物質的濃度，并減小其危害性，強化土壤酶活性，加快土壤的改良，促進生土朝著熟土轉化，加大縮減生態(tài)恢復周期。通過大量學者研究得知，微生物可以加快植物對營養(yǎng)的汲取，并對土壤結構予以改善，減小重金屬的毒性等。如叢枝菌根(arbuscular mycorrhizae, AM)真菌可加快礦區(qū)土壤微生物群落的恢復，為受到損傷的生態(tài)系統(tǒng)與植被重建提供良好條件。

3 結語

雖然礦產資源的開采挖掘為我國帶來了很多經濟效益，但是其所產生的廢棄物、地表污染土也對當地自然生態(tài)環(huán)境受到了較大破壞。因此，對其進行生態(tài)修復十分必要。本文共提出了土壤的改良措施、土壤重金屬的污染治理、礦區(qū)植被的恢復、土壤動物以及微生物恢復措施四種生態(tài)修復技術，希望能夠為礦區(qū)環(huán)境恢復提供幫助。