礦山廢棄地生態(tài)修復(fù)技術(shù)研究

劉 峰

我國是一個礦產(chǎn)資源大國。礦產(chǎn)資源也是我國社會經(jīng)濟發(fā)展的重要能源類型之一，是我國工業(yè)及其他相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展基礎(chǔ)。但在礦山的開發(fā)過程中，對開發(fā)地的生態(tài)環(huán)境帶來了嚴重的破壞，如對地表植被造成了破壞，在開發(fā)過程中對原有地貌的嚴重破壞、開發(fā)中污染源以及廢棄材料處理不當對自然環(huán)境水體、大氣以及土壤造成的污染與破壞。上述現(xiàn)象對生態(tài)環(huán)境造成了嚴重的破壞，嚴重影響了周邊居民的生活環(huán)境以及生產(chǎn)活動，因此加強對礦山廢棄地的生態(tài)環(huán)境恢復(fù)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(fù)研究上起步較晚，與發(fā)達國家相比研究進程較短，在治理經(jīng)驗以及治理技術(shù)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(fù)技術(shù)研究，對礦山廢棄地生態(tài)修復(fù)技術(shù)的研究的投資力度逐步加大，也逐漸成為業(yè)內(nèi)的研究熱點，礦山生態(tài)修復(fù)的相關(guān)理論以及技術(shù)研究工作迅速發(fā)展，并取得了多項研究成果。目前，在我國礦山廢棄地生態(tài)修復(fù)已經(jīng)成為生態(tài)修復(fù)業(yè)內(nèi)重要的論題之一，并基于生態(tài)系統(tǒng)退化與機理等相關(guān)的技術(shù)理論為基礎(chǔ)，建立了以恢復(fù)礦山開發(fā)生產(chǎn)中破壞的生態(tài)系統(tǒng)為主要目標的技術(shù)體系，通過相應(yīng)的技術(shù)手段，最大限度的對受到破壞的生態(tài)系統(tǒng)進行還原以及重新構(gòu)建，降低礦山廢棄地對人類生存、生活、發(fā)展可能產(chǎn)生的影響。

1 礦山廢棄地土地資源生態(tài)修復(fù)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(huán)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(zhì)災(zāi)害與生產(chǎn)安全隱患。會嚴重破壞一些礦區(qū)地下水所含有的水層，導致嚴重浪費礦區(qū)土地的水資源，并引起各種新的社會矛盾。因此，要充分結(jié)合現(xiàn)有礦山處理廢棄地，采取一套科學合理的礦山生態(tài)環(huán)境修復(fù)治理方法，并不斷提高對生態(tài)景觀環(huán)境營造的重視程度，為礦區(qū)整體生態(tài)環(huán)境持續(xù)保護發(fā)展創(chuàng)造更加有利的環(huán)境條件。

2 廢棄礦山現(xiàn)狀與危害

“十二五”以來，通過礦產(chǎn)資源整合，先后關(guān)閉了一批資源枯竭、在“三帶兩線”可視范圍內(nèi)、對生態(tài)環(huán)境影響較大的磚瓦小粘土礦。礦山關(guān)閉后因未及時進行修復(fù)治理，形成了一批生產(chǎn)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(huán)境的破壞，安全隱患突出。廢棄礦山的生態(tài)環(huán)境危害按其表現(xiàn)形式有以下幾點：一是廢棄黏土礦山整體生態(tài)系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)功能遭到嚴重破壞，耕地被大量廢棄、地表土質(zhì)嚴重沙化、水土資源嚴重流失；同時采礦者在生產(chǎn)經(jīng)營過程中從礦體內(nèi)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(huán)境；二是下游農(nóng)業(yè)河道區(qū)域整體地質(zhì)生態(tài)系統(tǒng)及其功能結(jié)構(gòu)遭到嚴重破壞，礦區(qū)土地開采項目廢棄導致下游礦區(qū)農(nóng)業(yè)河道區(qū)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(nóng)業(yè)河道區(qū)域整體地質(zhì)生態(tài)系統(tǒng)。由于人工挖掘和大量廢棄巖土堆積，礦區(qū)地面形成嚴重起伏及地下溝槽的復(fù)雜分布，地表山體植被也因此遭受到了嚴重破壞，使礦區(qū)坡面山體沖刷活動強度不斷加大，導致整個礦區(qū)的主要水土資源流失。

3 礦山廢棄地生態(tài)修復(fù)技術(shù)

3.1 構(gòu)建生態(tài)產(chǎn)品價值補償機制

通過對生態(tài)產(chǎn)品價值的分析，可以明確生態(tài)補償?shù)闹黧w、客體（未做詳細介紹）和對象，建立產(chǎn)品價值核算方法。通過以上步驟分析，構(gòu)建生態(tài)補償機制，并使其向著多元化和市場化的方向轉(zhuǎn)變，在生態(tài)補償機制中，主要環(huán)節(jié)是補償主體、補償對象的確認。依據(jù)受益者原則進行分析，明確生態(tài)補償機制中的受益者是生態(tài)產(chǎn)品供給方，而生態(tài)產(chǎn)品的供給者作為客體存在。針對生態(tài)修復(fù)進行分析可知，該過程中的生態(tài)補償主體，包括個人、區(qū)域政府等。考慮到生態(tài)修復(fù)方案的實施現(xiàn)狀，將承受損失的企業(yè)、地方政府等機構(gòu)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(tài)產(chǎn)品價值合理分析，從而獲取生態(tài)補償標準數(shù)據(jù)，降低生態(tài)修復(fù)成本?；谏鷳B(tài)產(chǎn)品價值識別建立生態(tài)產(chǎn)品價值實現(xiàn)模式。依據(jù)礦山廢棄地的特性進行分析，綜合原生態(tài)環(huán)境實現(xiàn)、生態(tài)環(huán)境保護、生態(tài)環(huán)境治理三個方面完成生態(tài)產(chǎn)品價值提升。在生態(tài)修復(fù)過程中，面對市場模式出現(xiàn)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(tài)產(chǎn)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(shè)計。在補償方案實施過程中，以生態(tài)產(chǎn)品價值流轉(zhuǎn)步驟為基礎(chǔ)，由政府建立交易平臺和規(guī)則，使得交易成本得以降低，提升生態(tài)產(chǎn)品交易的合理性。通過生態(tài)產(chǎn)品價值提升，激發(fā)人們生態(tài)修復(fù)積極性，推動生態(tài)產(chǎn)品價值的實現(xiàn)，從而保證生態(tài)修復(fù)方案長期有效進行，促進礦山廢棄地生態(tài)保護，以及環(huán)境質(zhì)量提升。

3.2 平整礦山廢棄地生態(tài)地形

我國許多礦山由于存在歷史遺留問題及不規(guī)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(qū)泥石流等地質(zhì)災(zāi)害?；诖?，要更加注重通過引入建筑坡道表面污水處理的新技術(shù)，提升建筑坡道表面的穩(wěn)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(yōu)質(zhì)巖土，在上部分別安排易發(fā)生風化性變質(zhì)巖層等巖土品質(zhì)較為適宜的優(yōu)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(yǎng)分的優(yōu)質(zhì)土層。在選礦加工區(qū)基層剝離時，檢出任何含有有害成分或放射性物質(zhì)成分后，則應(yīng)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(jié)合國家規(guī)劃設(shè)計中的規(guī)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(diào)整修建大型種植觀賞平臺的一種方式，可構(gòu)成多個不同層次的種植觀賞面。

3.3 土壤改良技術(shù)

土壤是礦山廢棄地恢復(fù)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(tài)恢復(fù)的重點和難點。土壤改良的方法較多，但從技術(shù)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(xiàn)最早的土壤改良技術(shù)，采用排土、換土、客土等具體的施工方法，實現(xiàn)對土壤條件的改良。物理改良技術(shù)一般不單獨應(yīng)用，通常作為化學改良以及生物改良的預(yù)處理技術(shù)，在使用其他改良技術(shù)前，通過物理改良法改變土壤密度以及土壤結(jié)構(gòu)，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(jù)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(yīng)的材料以及化學試劑，實現(xiàn)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(yǎng)元素以及有機物質(zhì)，并具備適當?shù)恼承砸约俺炙?，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(shù)，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(chǎn)物，來實現(xiàn)對土壤條件的改良。

3.4 植物修復(fù)技術(shù)

植物修復(fù)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(tài)系統(tǒng)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(fù)重金屬污染土壤，還能改善土壤理化性質(zhì)，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(fā)、降解、穩(wěn)定等作用，從而降低土壤環(huán)境中的污染物。我國許多學者對植物修復(fù)方面做了大量研究，下面主要綜述幾種改良礦山廢棄地優(yōu)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(zhuǎn)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(zhuǎn)運到植物的地上組織中，發(fā)現(xiàn)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(fù)的效果。近幾年來關(guān)于砷超富集植物又有了新發(fā)現(xiàn)，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(diào)查，發(fā)現(xiàn)鴨跖草可富集大量Cu，其地上部分和根部的Cu2+質(zhì)量分數(shù)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(fù)。盡管至今已發(fā)現(xiàn)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(huán)境中土壤一般包含兩種或兩種以上重金屬的復(fù)合污染，故篩選出多金屬耐性植物以修復(fù)多金屬復(fù)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(huán)境下仍能正常生長的植物。因礦山廢棄地土壤物理結(jié)構(gòu)差，植被生長條件極差，故在植被恢復(fù)過程中對植被的選擇是至關(guān)重要的，應(yīng)本著生長快、適應(yīng)性強、抗逆性好的原則篩選植物，以達到最好的修復(fù)效果。要根據(jù)廢棄地污染物的性質(zhì)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(yǎng)分完全的生物肥源，它多數(shù)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(huán)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(fù)墾，選用豆科植物不僅能快速地適應(yīng)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(yǎng)分作用，因此，根據(jù)具體情況實行綠肥混播，能更好地改善土壤理化性質(zhì)。

3.4.4 植物輔助

為了植物可以在不良的土壤環(huán)境下正常生長，可以采取一些輔助措施以提高植物修復(fù)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(fù)，螯合劑可以與金屬離子形成可溶性的絡(luò)合物，從而提高植物修復(fù)的效率，但螯合劑本身是一種難分解物質(zhì)，使用時需注意，以防引發(fā)二次污染；③利用植物激素促進植物生長、調(diào)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(xiàn)代分子生物技術(shù)結(jié)合到植物修復(fù)技術(shù)中，鑒定和克隆抵抗重金屬的植物基因，并通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)創(chuàng)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(chǎn)量。

3.4.5 本土地域植被

本土地域植被的應(yīng)用應(yīng)因地制宜，結(jié)合我國各地區(qū)的實際情況，對特定地區(qū)的工礦廢棄地進行具體分析，利用當?shù)氐馁Y源要素，特別是適應(yīng)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?shù)鼐用癞a(chǎn)生強烈的認同感和歸屬感，加速實現(xiàn)國內(nèi)工礦廢棄地生態(tài)修復(fù)景觀設(shè)計的目標。

3.5 微生物修復(fù)技術(shù)

對于廢棄金屬礦山的生態(tài)恢復(fù)，僅僅恢復(fù)土壤和植被是不夠的，還要恢復(fù)礦山微生物群落。改善生態(tài)系統(tǒng)的功能，才能使恢復(fù)后的廢棄礦山生態(tài)系統(tǒng)得以自然維持。微生物群落的恢復(fù)不僅要恢復(fù)該地區(qū)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(zhì)作為自己的營養(yǎng)物質(zhì)，把污染物質(zhì)分解成無污染物質(zhì)，或是把高毒物質(zhì)轉(zhuǎn)化為低毒物質(zhì)；二是利于植物吸收營養(yǎng)物質(zhì)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(yǎng)物質(zhì)，如固氮菌、固磷菌，改善微環(huán)境。

4 礦山廢棄地水土保持生態(tài)恢復(fù)與重建研究展望

礦山廢棄地水土保持生態(tài)修復(fù)重建的關(guān)鍵問題是土壤基質(zhì)改良，為植物生長發(fā)育創(chuàng)造環(huán)境條件。自然界中存在著對廢棄地極端環(huán)境具有適應(yīng)性的一些先鋒植物種類，能同時改善大氣、水體和土壤的環(huán)境質(zhì)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(fù)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(chǎn)物對土壤理化性質(zhì)改善和土壤肥力的提高等方面發(fā)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(tài)恢復(fù)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(guān)系，并隨著植物群落的演替而發(fā)生變化。在土壤 - 植被系統(tǒng)中，兩者的關(guān)系復(fù)雜且同時受到其它多種環(huán)境因子的影響，土壤與植被相互影響機制和演替規(guī)律目前尚不明確，需要對礦山廢棄地的植被恢復(fù)與重建開展長期定位監(jiān)測研究，才能了解恢復(fù)過程中土壤與植物群落的演替規(guī)律與作用機制，為礦山廢棄地水土保持生態(tài)恢復(fù)與重建提供科學依據(jù)。同時，植被類型影響著植物群落特征和土壤基質(zhì)改良效果，不同植物恢復(fù)模式產(chǎn)生的恢復(fù)效果存在差異，需要通過長期監(jiān)測植被恢復(fù)情況，綜合評價不同植物配置模式的植被恢復(fù)效果，才能篩選出礦山廢棄地的適宜的植物種類和恢復(fù)效果顯著的植物配置模式，加快水土保持生態(tài)恢復(fù)與重建的進程。

5 結(jié)語

綜上所述，在礦山廢棄地生態(tài)環(huán)境修復(fù)中，要注重生態(tài)新技術(shù)的綜合應(yīng)用，特別是礦山廢棄地的再開發(fā)利用和礦山資源的循環(huán)利用，并積極結(jié)合礦山生態(tài)學、美學等相關(guān)學科，提升利用礦山處理廢棄物用地在生態(tài)環(huán)境修復(fù)與自然景觀環(huán)境營造中的效果。