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      廣西某錳礦區(qū)生態(tài)環(huán)境調(diào)查及修復(fù)治理研究

      2021-10-21 09:23:06農(nóng)澤喜陸昱含郭尚其
      礦產(chǎn)與地質(zhì) 2021年4期
      關(guān)鍵詞:礦坑錳礦植被

      林 婧,農(nóng)澤喜,陸昱含,郭尚其,黃 偉

      ( 1.廣西交通設(shè)計集團(tuán)有限公司,廣西 南寧 530029;2.中國有色桂林礦產(chǎn)地質(zhì)研究院有限公司,廣西 桂林 541004;3.廣西環(huán)境污染控制理論與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室科教結(jié)合科技創(chuàng)新基地,廣西 桂林 541006;4.中華人民共和國工業(yè)和信息化部,北京 100804 )

      0 引言

      廣西地區(qū)擁有豐富的礦產(chǎn)資源,其中錳礦的開采規(guī)模與強(qiáng)度位居全國首位[1-5]。由于錳礦主要以露天開采為主,開采活動引發(fā)了諸多的生態(tài)環(huán)境問題和社會問題[6-8]。采礦造成土地的廢棄和生態(tài)系統(tǒng)的破壞,嚴(yán)重制約了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)和社會的可持續(xù)發(fā)展。

      目前我國關(guān)于礦區(qū)廢棄地的復(fù)墾和復(fù)綠研究較多,針對錳礦區(qū)生態(tài)環(huán)境相關(guān)的問題也開展了一定程度的研究[6-13],但針對廣西錳礦區(qū)開展系統(tǒng)性的生態(tài)修復(fù)治理研究仍然較少。通過對廣西某錳礦區(qū)生態(tài)環(huán)境狀況的調(diào)查、分析,針對存在的問題,采取綜合的治理修復(fù)措施,恢復(fù)區(qū)域生態(tài)環(huán)境,同時產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)、社會及生態(tài)效益。

      1 礦山概況

      某錳礦區(qū)位于廣西境內(nèi),地處南亞熱帶向中亞熱帶過渡地帶,礦區(qū)面積20多平方千米,為堆積型露天錳礦,礦床均位于波狀起伏的山嶺上,含錳礦黏土覆蓋厚度為10~50 m,礦石成分較單一。礦區(qū)開采方式為露天開采,選礦則采用水洗工藝。礦區(qū)歷經(jīng)幾十年的采、選礦工業(yè)活動,地表及地表植被遭到了嚴(yán)重破壞,原有的土地利用方式、地形地貌、自然景觀已徹底改變,形成了廢棄的荒山荒坡及大量的廢棄礦坑、廢石堆、尾礦庫等,嚴(yán)重破壞了礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境。

      2 礦區(qū)修復(fù)前生態(tài)環(huán)境

      2.1 地形地貌

      研究的錳礦區(qū)所在區(qū)域?yàn)閹r溶地貌,屬于巖溶峰林谷地,礦區(qū)地勢西北高而東南低,谷地地面高程一般為100~150 m,山峰最高點(diǎn)高程200 m。山勢較陡峭,下緩上陡。礦區(qū)內(nèi)地形地貌發(fā)了改變,形成了以露天礦坑、尾砂廢石堆場、挖損地表等組成的較特殊的錳礦山景觀。圖1為礦區(qū)治理前狀況。

      圖1 礦區(qū)治理前狀況

      2.2 土壤及土地利用

      2.2.1 土壤

      礦區(qū)分布較多的土壤類型有砂頁巖母質(zhì)紅壤、砂泥巖紅砂土、礫質(zhì)紅壤、潛育性水稻土、母質(zhì)紅壤、礫質(zhì)紅壤等,土壤普遍呈酸性,pH值為5.5~6.3。①紅壤:成土母巖為第三紀(jì)砂頁巖,具有色紅、酸性、質(zhì)黏等特點(diǎn),多種植玉米、甘蔗等農(nóng)作物,厚度為1.0~50.0 m,分布于大部分區(qū)域中。②砂土:成土母質(zhì)主要有砂巖、粉砂巖、泥巖及頁巖風(fēng)化物,顏色變動于紅、紅棕、橙色之間,呈酸性,厚度為0.7~20.0 m,分布于大部分區(qū)域內(nèi)。③水稻土:分布于平緩地內(nèi),為主要耕作型土壤,成土母巖為第四紀(jì)紅土,主要為潛育性水稻土,生產(chǎn)條件和生產(chǎn)性能一般,產(chǎn)量較低,厚度約為0.5 m,沿溝谷分布在寬谷緩丘地帶。

      2.2.2 土地利用

      該錳礦區(qū)主要包括采區(qū)、洗礦場、排土場和尾礦堆場,土地類型為礦產(chǎn)用地、林地、耕地、裸地、坑塘等。經(jīng)過近40年開采,已在礦區(qū)內(nèi)形成大小不等的采坑60余個、排土場16個及尾礦庫9個。表1所示為礦區(qū)土地類型及面積。

      表1 礦區(qū)土地類型及面積匯總

      2.3 區(qū)域植被現(xiàn)狀

      礦區(qū)所在區(qū)域植物區(qū)系屬南亞亞熱帶常綠闊葉林地帶,由于氣候干燥、土地貧瘠及礦業(yè)開發(fā)等原因,生態(tài)環(huán)境已被嚴(yán)重破壞,原生常綠闊葉林已不存在,區(qū)域內(nèi)植被多數(shù)為有林地、草坡和旱地作物。主要喬木灌木有小葉桉、馬尾松、杉木、桃金娘、三叉苦等,自然草本植物主要以野古草、畫眉草、四脈金茅、鐵芒萁、黃茅草等為主。區(qū)域主要農(nóng)作物有水稻、玉米、紅薯、黃豆、甘蔗、木薯、茶葉等。

      2.4 動物資源分布

      礦區(qū)及周邊的土地已被長期開發(fā)利用,植被均為反復(fù)利用后的次生類型。從植被類型和生境條件看,未發(fā)現(xiàn)大型獸類的隱蔽地、棲息地,因此可以排除區(qū)內(nèi)有大型野生動物,一些野生動物可能已遷徙異地,遠(yuǎn)離人為活動區(qū)。區(qū)內(nèi)主要為小型動物,尤其齒類動物較多,常見的有蛇類、麻雀、黃胸鼠、小家鼠、黃毛鼠、褐家鼠等。

      2.5 礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)退化原因分析

      調(diào)查發(fā)現(xiàn)礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)已嚴(yán)重退化,主要由以下幾個因素造成:

      1)地表挖損和壓占。該錳礦為淋濾堆積型礦床,主要賦存于地表土層中,開采過程主要采用露天成片式開采,導(dǎo)致礦區(qū)地表形態(tài)嚴(yán)重改變,主要表現(xiàn)在以下兩個方面:一是礦區(qū)地表土層剝離,植被破壞,礦區(qū)表土形態(tài)嚴(yán)重改變;二是采選過程產(chǎn)生的大量廢土、廢石、尾礦壓占大量的土地。研究區(qū)域被廢土、廢石、尾礦壓占的土地高達(dá)15 km2。

      2)土地質(zhì)量下降及土壤污染。由于侵占、擾動,導(dǎo)致土地質(zhì)量下降,土壤的承載力降低,土壤呈松散狀,透水性強(qiáng),土壤中水、肥不易保存。由表2可知,有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀等含量低,土壤肥力差,而重金屬鎘的含量較值高,超過了GB15618-2018《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)》中的篩選值,部分超過了風(fēng)險管制值,屬于重度重金屬污染。

      表2 土壤肥力元素及重金屬含量

      3)地質(zhì)環(huán)境破壞嚴(yán)重。礦區(qū)巖溶塌陷較發(fā)育,其采用的露天式開采使礦區(qū)地表原有的植被結(jié)構(gòu)遭到破壞,隨著開采面積、深度的增加,礦區(qū)土層結(jié)構(gòu)變得更加疏松,降雨天氣更會增加塌陷、沉降的發(fā)生。同時開采及邊坡開挖還造成礦區(qū)600多處大小不等的坡角在40°~60°的不穩(wěn)定山體、邊坡,因此在雨季常導(dǎo)致崩塌和滑坡等地質(zhì)災(zāi)害的產(chǎn)生。

      4)水土流失及植被破壞。礦區(qū)水土流失嚴(yán)重,露天開采導(dǎo)致大量植被結(jié)構(gòu)遭受破壞,表土裸露,降雨天氣會造成大范圍的水土流失。同時,水土流失又導(dǎo)致土壤中的有機(jī)質(zhì)含量降低,進(jìn)一步加劇了礦區(qū)土地的退化和荒漠化。

      3 礦山生態(tài)環(huán)境治理技術(shù)方案

      依據(jù)礦山生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀及現(xiàn)有生態(tài)治理經(jīng)驗(yàn),提出工程治理措施、植物恢復(fù)措施等綜合運(yùn)用的礦山生態(tài)治理方案,利用礦區(qū)廢棄土地,恢復(fù)礦區(qū)地表植被,抑制礦區(qū)水土流失,改善礦區(qū)生態(tài)環(huán)境,恢復(fù)礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)。

      3.1 工程措施

      1)削高填低,開發(fā)農(nóng)林用地。研究區(qū)域內(nèi)由于露天開采形成的礦坑多,礦坑無規(guī)則且深淺不一?;诘V區(qū)土層總體較厚的特點(diǎn),礦區(qū)場地整治可根據(jù)場地的坡度采取平地和梯田化的復(fù)墾模式。15°以下的坡地或平地采用挖高墊低的方式,將高處土就地就近回填到礦坑內(nèi),使其達(dá)到耕種平整度要求后進(jìn)行耕種;地表坡度大于15°時,可分層放坡,修坡成梯田形式,可進(jìn)行林業(yè)種植,恢復(fù)地表植被。

      2)整治深大礦坑,修建小型蓄水塘。礦區(qū)內(nèi)存在部分深度較深、面積較大的礦坑,在對其進(jìn)行進(jìn)一步評估后,可將坑底地質(zhì)條件好、黏土層厚、滲透系數(shù)低的礦坑修建為小型蓄水塘,用以存貯雨水作為生態(tài)用水。為減少開挖填方對礦區(qū)周邊生態(tài)環(huán)境的破壞,采用挖深填淺的方法整治,將從礦坑深部取出土,填平其周邊的淺坑洼地使之為耕地或林地。

      3)修建截排水設(shè)施,減少水土流失。在礦區(qū)內(nèi)修建較完善的截洪和排水系統(tǒng),并對尾礦壩、檔墻等進(jìn)行加固,降低其安全隱患。一方面,在尾礦庫四周修建截排水溝,導(dǎo)排尾礦庫周邊的匯水,可避免匯水沖刷尾礦庫;另一方面,為減少降雨對礦區(qū)的不利影響,對礦區(qū)的排洪系統(tǒng)進(jìn)行修葺和維護(hù),盡可能通過人為干擾將降水以面流或匯入地表溪流的形式排走。

      3.2 植物措施

      進(jìn)行礦山生態(tài)恢復(fù)治理,最重要的任務(wù)是在采取工程措施的同時進(jìn)行土地復(fù)墾和植被恢復(fù)。土地復(fù)墾可增加土地的有效利用,植被恢復(fù)可使地表穩(wěn)定,防止水土流失,保土保水,增加土壤有機(jī)質(zhì)含量和肥力。植物措施主要分為以下兩種。

      1)食用作物。有研究表明,在錳礦山復(fù)墾土地中種植生產(chǎn)的食用農(nóng)作物,其重金屬含量通常超過相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)[3-4],如甘蔗莖、茶葉和花生中Pb、Cr和Cd超標(biāo)嚴(yán)重,不宜作為食用作物,否則將對人體健康造成嚴(yán)重威脅,因此錳礦山土地修復(fù)以種植食用農(nóng)作物種為目標(biāo)時,須選擇對重金屬低累積的農(nóng)作物品種,并先做好種植試驗(yàn)和質(zhì)量風(fēng)險評估,確定糧食的質(zhì)量安全后方可大量種植,同時還應(yīng)做好連續(xù)監(jiān)測。

      2)植被植物。林業(yè)利用對土壤的質(zhì)量及重金屬含量要求不高,種植經(jīng)濟(jì)林木是礦山生態(tài)恢復(fù)和增加地方經(jīng)濟(jì)收入比較有效的手段,且錳礦區(qū)土層普遍較厚,適宜用于林業(yè)種植。開展林業(yè)種植,一方面可以改善當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境,另一方面還可以帶來不錯的經(jīng)濟(jì)效益。根據(jù)礦區(qū)試種的結(jié)果,目前推薦速生桉和黑木相思兩種經(jīng)濟(jì)林木,對于以復(fù)綠為目標(biāo)的地塊治理,則選擇本土植物如榕樹、桂花樹以及香根草、結(jié)縷草等。

      3.3 方案確定

      綜合考慮治理區(qū)的地質(zhì)、降雨、邊坡高度、生態(tài)環(huán)境、施工等因素的影響,以安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理的原則為指導(dǎo),選擇該區(qū)域適宜的地質(zhì)環(huán)境治理和生態(tài)重建措施。地質(zhì)環(huán)境治理主要是因地適宜地采用削坡、場地平整等治理技術(shù)措施,生態(tài)環(huán)境重建主要是根據(jù)礦區(qū)氣候、氣象條件、土壤條件等,選擇合適的樹(草)種進(jìn)行種植復(fù)綠,相關(guān)樹(草)種的生物學(xué)特征見表3。

      表3 相關(guān)樹(草)種的生物學(xué)特征

      4 示范區(qū)修復(fù)實(shí)施

      4.1 示范區(qū)修復(fù)目標(biāo)

      采用工程及植物措施綜合治理的手段,通過對治理區(qū)的泥漿池、尾礦堆、廢棄礦坑及其周邊等區(qū)域進(jìn)行治理,改善區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)和生態(tài)環(huán)境,使?jié)撛诘牡刭|(zhì)災(zāi)害隱患得到有效的控制或消除、治理生態(tài)環(huán)境得到顯著優(yōu)化。

      4.2 示范區(qū)實(shí)施主要內(nèi)容

      根據(jù)確定的修復(fù)方案,示范工程開展了地質(zhì)環(huán)境治理和生態(tài)環(huán)境重建兩方面的工作。首先將尾礦坑、洗礦池中尾礦和礦砂清除并晾干坑底,然后用廢石和附近取土進(jìn)行高挖低填,將場地整平,部分低洼地段填方邊坡地段坡腳設(shè)置護(hù)腳墻,防止地表水浸泡邊坡坡腳造成失穩(wěn)。選取狗牙根、黑麥草、香根草、結(jié)縷草等綠化用草和小葉榕、桂花樹等本土樹種用于工業(yè)用地和生活用地區(qū)域的生態(tài)恢復(fù)和綠化;速生桉、杉樹、黑木相思等則作為礦區(qū)廢棄地塊的經(jīng)濟(jì)林木種植。

      4.3 治理效果

      治理后效果見圖2,礦區(qū)的地面和生態(tài)恢復(fù)均取得了良好的效果,區(qū)域生態(tài)環(huán)境得到了較大的改善。由圖2可見,礦區(qū)內(nèi)采礦區(qū)及礦坑治理后地面坡度平緩,林木茂盛;廢石堆場治理后林木郁郁蔥蔥,恢復(fù)了往日的生態(tài)面貌;工業(yè)區(qū)和生活區(qū)在平整后主要種植園林觀賞植物,提亮了園區(qū)的景觀綠化,整個礦區(qū)治理效果顯著。

      圖2 治理后效果

      5 結(jié)論

      1)錳礦開采對礦區(qū)及周邊生態(tài)環(huán)境造成了破壞,生態(tài)系統(tǒng)退化嚴(yán)重。其中地表土層破壞、水土流失、地質(zhì)環(huán)境問題是造成其生態(tài)系統(tǒng)退化的主要因素,土層擾動帶來的土壤重金屬超標(biāo)、土地質(zhì)量下降是次要因素。

      2)錳礦區(qū)宜采用以地質(zhì)環(huán)境治理為主的工程措施+植樹造林為主的植物措施進(jìn)行礦區(qū)生態(tài)修復(fù)。

      3)錳礦區(qū)土地修復(fù)為以種植食用農(nóng)作物種為目標(biāo)時,必須選擇對重金屬低累積的農(nóng)作物品種,若土壤未經(jīng)過特別修復(fù)則不宜種植重金屬高積累的農(nóng)作物。

      4)當(dāng)錳礦區(qū)具備林業(yè)開發(fā)的有利條件時,可種植速生桉、黑木相思等經(jīng)濟(jì)林木,快速恢復(fù)礦山植被,恢復(fù)礦區(qū)生態(tài)。

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