程愛民

摘要：我是礦產(chǎn)資源大國(guó)，礦產(chǎn)資源也是我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展重要的能源類型之一，是我國(guó)工業(yè)等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展基礎(chǔ)。但在礦山的開發(fā)過(guò)程中，對(duì)開發(fā)地的生態(tài)環(huán)境帶來(lái)了嚴(yán)重的破壞，如對(duì)地表植被造成了破壞，在開發(fā)過(guò)程中對(duì)原有地貌的嚴(yán)重破壞、開發(fā)中污染源以及廢棄材料處理不當(dāng)對(duì)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(duì)生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重的破壞，嚴(yán)重影響了周邊居民的生活環(huán)境以及生產(chǎn)活動(dòng)，因此加強(qiáng)對(duì)礦山廢棄地的生態(tài)環(huán)境恢復(fù)工作迫在眉睫。

關(guān)鍵詞：礦山土壤;生態(tài)修復(fù);研究

受我國(guó)建國(guó)初期的特殊國(guó)情決定，我國(guó)在廢棄礦山的修復(fù)研究上起步較晚，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比研究進(jìn)程較短，在治理經(jīng)驗(yàn)以及治理技術(shù)方面都相對(duì)不足。但近年來(lái)我國(guó)逐漸重視礦山廢棄地的修復(fù)技術(shù)研究，對(duì)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(diǎn)，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(xiàng)研究成果。

目前，在我國(guó)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(jī)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(biāo)的技術(shù)體系，通過(guò)相應(yīng)的技術(shù)手段，最大限度的對(duì)受到破壞的生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行還原以及重新構(gòu)建，降低礦山廢棄地對(duì)人類生存、生活、發(fā)展可能產(chǎn)生的影響。

目前我國(guó)在礦山廢棄地生態(tài)恢復(fù)技術(shù)研究主要有四個(gè)研究方向，分別是生態(tài)修復(fù)理論、修復(fù)技術(shù)、修復(fù)生態(tài)效益、修復(fù)質(zhì)量評(píng)價(jià)等四個(gè)方面。

1 礦山廢棄地生態(tài)修復(fù)理論研究

礦山廢棄地生態(tài)修復(fù)屬于恢復(fù)生態(tài)學(xué)的范疇之內(nèi)，是一門綜合性極強(qiáng)的學(xué)科，技術(shù)涵蓋范圍較廣，涉及到群落演替理論、景觀生態(tài)學(xué)、生物多樣性理論、限制性因子理論等多個(gè)理論技術(shù)體系。近年來(lái)雖然我國(guó)在礦山廢棄地的生態(tài)修復(fù)領(lǐng)域取得了巨大的進(jìn)展，但目前技術(shù)體系仍不夠完善，其中在景觀生態(tài)學(xué)理論中最為欠缺。

1.1 植被演替理論在礦山廢棄地生態(tài)修復(fù)中的應(yīng)用

對(duì)原有環(huán)境中地表植物的恢復(fù)與還原是一切生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)和重建的前提。因此對(duì)地表植被的恢復(fù)以及重建也是業(yè)內(nèi)的研究焦點(diǎn)問題之一。

地表植被的恢復(fù)與重建需要經(jīng)歷三個(gè)過(guò)程，在礦山廢棄地植物群落恢復(fù)的前期階段，具有極強(qiáng)環(huán)境適應(yīng)能力的豆科、菊科草本植物會(huì)成為先鋒型植物，在植物群落恢復(fù)的中期階段，大量的灌木和喬本植物群落逐步出現(xiàn)，植物群落的多樣性有了明顯的改善，在植物群落恢復(fù)的受氣階段，植物覆蓋率不斷增加，草本性植物的多樣性以及覆蓋面積要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)灌木以及喬木的群落。另外，大量研究都表明礦山廢棄地自然恢復(fù)植被物種多樣性高于人工恢復(fù)植被，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看自然恢復(fù)效果要優(yōu)于人工恢復(fù)，但礦山廢棄地自然恢復(fù)過(guò)程十分漫長(zhǎng)，因此礦山廢棄地生態(tài)修復(fù)要考慮長(zhǎng)期的潛在價(jià)值和深遠(yuǎn)的修復(fù)目標(biāo)，深入研究礦山廢棄地植被結(jié)構(gòu)特征及其演替方式，結(jié)合成熟的人工修復(fù)技術(shù)，更好的進(jìn)行礦山廢棄地生態(tài)修復(fù)。

1.2 限制性因子理論在礦山廢棄地生態(tài)修復(fù)中的應(yīng)用

限制性因子是生態(tài)學(xué)的核心理論，在一定的范疇內(nèi)可以認(rèn)為，所有生物的生長(zhǎng)與恢復(fù)與其所處環(huán)境中所有限制性因子的有直接的關(guān)系。在礦山廢棄地中，對(duì)生物生長(zhǎng)恢復(fù)存在直接影響的限制性因子種類極多，如廢棄地中存在的廢物污染性、土壤條件、光照條件、水分條件等等，均會(huì)對(duì)生物的生長(zhǎng)與恢復(fù)產(chǎn)生不同程度的影響。在上述影響因素中，影響最大的是土壤條件。伴隨礦山的常年開發(fā)，會(huì)逐步改變土壤的條件，導(dǎo)致土壤深度發(fā)生改變，土壤中有機(jī)物含量增加、土壤含水量變小，有害元素增加等等，導(dǎo)致在生態(tài)修復(fù)過(guò)程中，土壤成為了地表植被恢復(fù)重要的限制性因子。

2 礦山廢棄生態(tài)修復(fù)技術(shù)

礦山廢棄生態(tài)修復(fù)技術(shù)應(yīng)以生態(tài)技術(shù)理論為基礎(chǔ)，基于目標(biāo)修復(fù)場(chǎng)地的實(shí)際情況，制定相應(yīng)的生態(tài)恢復(fù)手段，并制定嚴(yán)格的恢復(fù)順序，最終達(dá)成對(duì)廢棄地的重建以及資源的繼續(xù)利用。在整個(gè)恢復(fù)過(guò)程中，最為重要的環(huán)節(jié)是對(duì)廢棄地自然條件的精準(zhǔn)評(píng)估和適宜性評(píng)價(jià)，根據(jù)評(píng)估結(jié)果，采用邊坡穩(wěn)固、土壤置換、土壤種子庫(kù)、植物物種選配等具體的修復(fù)手段，實(shí)現(xiàn)礦山廢棄地的生態(tài)修復(fù)與重建。

2.1 立地條件類型劃分與評(píng)價(jià)

如前文所述，在礦山廢棄地的生態(tài)修復(fù)工作中，最為重要的也是先驅(qū)環(huán)節(jié)就是對(duì)廢棄地進(jìn)行精準(zhǔn)的定位與評(píng)估，針對(duì)礦山廢棄地的實(shí)際情況制定生態(tài)修復(fù)的具體計(jì)劃。在礦山廢棄地的評(píng)估方面，我國(guó)目前沿用的方法以及標(biāo)準(zhǔn)尚未統(tǒng)一，從自然、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)三個(gè)角度將廢棄礦山分為4類14個(gè)亞類，并詳細(xì)劃分出6個(gè)等級(jí)。有些學(xué)者則從礦山的坡度、土壤厚度以及基礎(chǔ)條件、土壤風(fēng)化風(fēng)度，生態(tài)恢復(fù)的綜合工程量、恢復(fù)方式、恢復(fù)所需技術(shù)等角度將廢棄礦山劃分為6個(gè)大類別以及25個(gè)立地類型，并根據(jù)不同的立地類型提出了不同的生態(tài)修復(fù)方案。雖然業(yè)界學(xué)者對(duì)礦山廢棄地的評(píng)估方式和標(biāo)準(zhǔn)各不相同。但評(píng)估的目的均是為了充分考量廢棄地實(shí)際情況，讓恢復(fù)計(jì)劃更為客觀合理。

2.2 邊坡固定以及工程綠化技術(shù)

邊坡固定技術(shù)和工程綠化技術(shù)是礦山廢棄地常用的工程手段之一，我國(guó)數(shù)十年來(lái)逐步引進(jìn)了種子噴薄法、纖維綠化法、客土噴播法等多項(xiàng)工程技術(shù)，也自主研發(fā)了生態(tài)植被毯鋪植、vrt礦山植被恢復(fù)技術(shù)等自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的工程綠化技術(shù)。

2.3 土壤改良技術(shù)

根據(jù)前文所述，土壤是礦山廢棄地修復(fù)中最為重要的限制性因子之一，因此對(duì)土壤條件進(jìn)行改良也是礦山廢棄地生態(tài)恢復(fù)工作的重點(diǎn)以及難點(diǎn)。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(xué)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(shí)現(xiàn)對(duì)土壤條件的改良。物理改良技術(shù)一般不單獨(dú)應(yīng)用，通常作為化學(xué)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(guò)物理改良法改變土壤密度以及土壤結(jié)構(gòu)，如果土層過(guò)薄或土壤中污染物成份嚴(yán)重超標(biāo)，客土法收效最為明顯。

化學(xué)改良法是根據(jù)實(shí)際的土壤條件，以及土壤中有機(jī)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(xué)試劑，實(shí)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(wú)毒有機(jī)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(shí)污泥中含有大量的營(yíng)養(yǎng)元素以及有機(jī)物質(zhì)，并具備適當(dāng)?shù)恼承砸约俺炙裕梢杂行У奶岣咄寥赖姆柿?。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(guò)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(guò)在土壤中加入土壤動(dòng)物以及微生物，利用其生命活動(dòng)以及特定的代謝產(chǎn)物，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤條件的改良。目前常用的生物改良動(dòng)植物有豆科植物、楊梅、沙棘、蜈蚣草、蚯蚓等等。近年來(lái)利用植物來(lái)提取和降低礦山廢棄地土壤中的重金屬為土壤改良提供了新途徑，大量實(shí)踐表明Pb、Cd、Cr、Mn、As、Zn、Cu、Hg等重金屬的超富集植物30多種，其中鴨跖草可以大量富集Cu，蜈蚣草可以大量富集As，東南景天、鬼針草和酸?？梢源罅扛患U，商陸可以大量富集Mn，此外通過(guò)現(xiàn)代生物技術(shù)，克隆耐重金屬污染的基因，從而用于改良和培育礦山廢棄地重金屬富集的植物種類。

2.4 微生物修復(fù)

微生物修復(fù)技術(shù)是指微生物來(lái)減少污染物以及提高土壤肥力的方法。例如，硫酸鹽還原菌可用于還原和去除采礦業(yè)酸性礦山廢水中的大量硫酸鹽。還與廢水中的重金屬一起沉淀。實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在p H值為5.00和停留時(shí)間為18小時(shí)的情況下，還原硫酸鹽細(xì)菌對(duì)硫酸鹽的回收率可達(dá)到46.10%，并銅、鋅、鐵含量下降非常明顯。除此之外，微生物還可以利用有機(jī)廢物，同時(shí)固定N2，改善了土壤的物理和化學(xué)性質(zhì)。微生物修復(fù)技術(shù)是自然過(guò)程，因此對(duì)環(huán)境影響很小，并且可以大大降低污染物的濃度。微生物修復(fù)技術(shù)較為復(fù)雜，且時(shí)間較長(zhǎng)，并具有一定的特異性，因此微生物修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用仍然有很大局限性。

在礦山環(huán)境修復(fù)中，一種修復(fù)技術(shù)往往具有一定的局限性，無(wú)法滿足修復(fù)需求，多種修復(fù)技術(shù)結(jié)合可以相互補(bǔ)充，以達(dá)到最佳修復(fù)效果。比如物理化學(xué)聯(lián)合修復(fù)技術(shù)可以快速固化，直接消除有毒有害物質(zhì)，物理化學(xué)聯(lián)合修復(fù)技術(shù)成功的關(guān)鍵是選擇可以與重金屬混合的物質(zhì);微生物化學(xué)聯(lián)合修復(fù)技術(shù)通過(guò)向土壤中添加表面活性劑以促進(jìn)污染物從表面活性劑的固相到膠束相的分布，增加疏水性物質(zhì)在土壤中的溶解度，同時(shí)還可以增加膜對(duì)微生物的滲透性;植物化學(xué)聯(lián)合修復(fù)技術(shù)通過(guò)在土壤基質(zhì)中添加螯合劑來(lái)促進(jìn)植物修復(fù)，改善土壤中有害物質(zhì)的解毒能力;植物微生物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)可以協(xié)同特定的微生物，比如菌根真菌的生命活動(dòng)和生理代謝可以將水、酶和其他物質(zhì)轉(zhuǎn)移到附近的植物，從而促進(jìn)植物的生長(zhǎng)并和土壤中重金屬的轉(zhuǎn)化和遷移，從而增加植物對(duì)重金屬富集能力。同時(shí)應(yīng)用兩種或更多種修復(fù)技術(shù)將產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，將大大克服一種修復(fù)技術(shù)的局限性，改善資源利用并增強(qiáng)生態(tài)修復(fù)的效果。因此，環(huán)境修復(fù)聯(lián)合技術(shù)無(wú)疑將成為未來(lái)礦山環(huán)境修復(fù)研究的主要重點(diǎn)。但是，聯(lián)合修復(fù)技術(shù)的組合是極其復(fù)雜的生化過(guò)程，比單一回收技術(shù)更容易受到環(huán)境影響，要求對(duì)每種技術(shù)都有一定的經(jīng)驗(yàn)，增加了操作的復(fù)雜性。

2.5 植物修復(fù)

植物修復(fù)主要通過(guò)在廢棄礦山的表層土壤科學(xué)的種植適合的植物，以防止水土流失，并利用植被來(lái)富集，穩(wěn)定和過(guò)濾根系效果從廢棄礦山中清除污染物，從而實(shí)現(xiàn)改善土壤理化性質(zhì)和生態(tài)環(huán)境的目的。很多蔡本植物具有富集重金屬和改善土壤環(huán)境的作用。比如苜蓿、白三葉草等草藥以及其他豆類植物是常用的生態(tài)恢復(fù)植物。這是由于豆類植物的共生固氮能力較強(qiáng)，可以顯著提高土壤肥力指數(shù)，隨著播種時(shí)間的延長(zhǎng)可以有效提高土壤的肥力，并富集重金屬。比如，苜蓿根可以有效富銅和鋅，但是，由于草本植物通常較小，生物量不足限制了土壤中重金屬的其應(yīng)用效果。而且基于草本植物的生態(tài)系統(tǒng)抗逆性較差，無(wú)法應(yīng)對(duì)極端的氣候。相反，木本植物具有生物量高，抗逆性強(qiáng)，根系發(fā)達(dá)的優(yōu)點(diǎn)，已逐漸成為礦山植物恢復(fù)環(huán)境研究的趨勢(shì)。木質(zhì)的越橘，沙棘等具有很強(qiáng)的固氮能力，可以顯著改善礦區(qū)的土壤肥力，且具有較好的重金屬富集能力。此外，銀合歡、桑樹和臭椿已成功用于廢棄礦山的修復(fù)，對(duì)鎘，鉛和銅的富集有重要影響。

植物修復(fù)技術(shù)還可以防風(fēng)防沙，減少水土流失，是目前最好的生態(tài)修復(fù)方法之一，廣泛用于廢棄礦山的生態(tài)恢復(fù)，盡管耐性植物的修復(fù)效果好，由于大部分植物生長(zhǎng)緩慢，因此，修復(fù)期也較長(zhǎng)，僅適用于表面恢復(fù)。另外，重金屬在植物中積累較多時(shí)，需要砍伐，但傳統(tǒng)的處置方法（如焚化和熱解）會(huì)造成二次污染，仍然存在需要解決的問題，以實(shí)現(xiàn)最大限度地利用資源。

該礦區(qū)損毀土地在復(fù)墾初期比較貧瘠，礦區(qū)植被選擇適宜惠城區(qū)本土耐干旱、貧瘠、耐寒的當(dāng)?shù)匾嗽灾参镒鳛橹饕臉浞N，例如：?jiǎn)棠荆R占相思、楓香）、灌木、野生葛藤、芒草、狗牙根及紫穗槐等，一般春季在3月～4月中旬栽植植物，栽植時(shí)適量澆水。樹穴填滿土后，適當(dāng)踩實(shí)，然后在其表面覆蓋5cm～10cm松散的土;散播草籽為部分損毀區(qū)域，并適量澆水，最終實(shí)現(xiàn)喬、灌、藤、草多效結(jié)合的復(fù)墾局面。

礦區(qū)土地復(fù)墾項(xiàng)目施工建設(shè)、施工工藝及土地復(fù)墾各個(gè)環(huán)節(jié)要形成一個(gè)完整的系統(tǒng)，從而達(dá)到土地墾后的土地的利用和一體化經(jīng)營(yíng)，形成土地復(fù)墾的規(guī)模效益和良性循環(huán)機(jī)制。在復(fù)墾治理后的土地，要采取一定量的生物化學(xué)措施，生物化學(xué)措施主要包括恢復(fù)植被與生態(tài)維護(hù)等工程。治理工作范圍，為已形成的開采邊坡及邊坡外側(cè)的排土場(chǎng)。經(jīng)過(guò)生態(tài)修復(fù)后將提高植被的覆蓋率，有利于提升周邊生態(tài)環(huán)境，對(duì)水、空氣和土地資源有明顯改善，同時(shí)防止地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益顯著。

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