王璐

摘要：随着加速开采矿山资源，矿区及附近地区的自然生态遭受急剧的破坏，矿山生态修复迫在眉睫。废弃冶炼厂因重金属含量高、营养贫乏等限制，需要人工协助恢复。本文主要探讨客土覆盖、土壤基质改良和植物修复等目前较常用的生态恢复技术在某废弃冶炼厂中的具体应用。

关键词：生态恢复；土壤基质改良；植物修复

废弃冶炼厂在生产期间和停产关闭后因所处的年代和技术的原因，对矿渣未进行或无法进行完全的处理，经过大自然长时间的作用，导致废弃地的生态系统被严重破坏。此类废弃地的生态恢复可近似参照矿山废弃地的生态修复方式。矿山废弃地生态恢复是指将受损生态系统恢复到接近于采矿前的自然状态，或重建成符合人类某种有益用途的状态，或恢复成与其周围环境（景观）相协调的其他状态[1]。本文主要参考凡口铅锌矿尾矿库废弃地生态恢复技术，包括客土覆盖[2]、原位基质改良[3]和植物修复等，对某冶炼厂废弃场地中重金属土壤进行综合治理，辅以人工协助恢复其生态系统。

1.工程概况

原韶关市曲江区天顺冶金化工厂位于曲江区大塘镇，以铅锌铜硫原矿为原料，采用浮选法进行湿法冶炼，于1998年停产关闭，虽堆积的大量酸性矿渣部分已被清运处理，但冶炼生产遗址、尾矿堆场遗留的环境破坏、污染问题却未能较好解决。之后虽在2014年进行过环境恢复治理工程，但是受限于当时经费与技术方法，整个工程并未达到预想的治理效果，其中治理工程中局部所种植的植物由于重金属污染逐步枯萎死亡，治理场地光秃秃的一片，生态系统也未完全重建成功。因此，需要在前一次治理工程的基础上，对原天顺冶金化工厂遗留场地退化的生态系统在人为干预和辅助下逐渐恢复完善，建立新的生态平衡系统。

2.地质环境条件

2.1地形地貌

韶关市曲江区境内山地属南岭山脈南支，以丘陵山地为主，由于地质构造关系，使该区山川纠结、地形复杂，整体东高西低、南高北低，呈东南—西北的倾向。海拔500m以下山地丘陵面积的17.8%，山坡地约占25%，地势较平缓。场区地貌属低丘陵，地形南高北低。

2.2气候条件

原天顺冶金化工厂区属亚热带季风气候区，受南岭山脉的影响，南北冷暖气团常在此交锋，形成春季阴雨连绵、夏季雨量充沛、秋季气爽暖和、冬季寒冷干燥的气候特征。年平均气温20.0℃，极端最高气温40.9℃（2003年7月23日），极端最低气温-4.8℃（1999年12月23日）；在冬季有少期霜冻现象出现（年平均约4天）；年平均降雨量1638mm，年内暴雨主要集中在4月～9月份，约占全年降雨量的80%以上；年平均相对湿度为74.5%；年平均日照时数为1473小时～1928小时；秋、冬季以北风为主，春、夏季以南风为主，全年主导风向为南风，静风频率较高；年平均风速约为1.7m/s。

2.3区域地质和水文地质

曲江区区域地质构造极为复杂，地层主要有二叠系灰岩，石炭系灰岩以及第四系松散岩类。第四系松散岩类多为第四系黄色、棕色亚粘土、亚砂土、夹砂砾石所组成。原天顺冶金化工厂区内西北方向地层为上白垩统，从晚白垩统向东为下石炭统、上石炭统，区内东南方向地层为第四系更新统，向东北方向依次为上泥盆统、中泥盆统、下泥盆统，本项目地层主要为大湾镇组（Q4dw）、石磴子组（C1s）、长垑组（C1c）。

厂区的水文地质条件较简单，场地地势南高北低，地表水排泄条件较好，由南向北流。地下水主要为第四系孔隙水与裂隙水，上覆为松散岩类孔隙水，下伏为裂隙水。地下水的补给来源主要为大气降水，地下水流向与地表水流向基本相同，由南向北西流。

2.4土壤植被

曲江区内大部分表土、土层较深厚，多为砂页岩、红色砂页岩、石灰岩类型，是丘陵红壤土分布区。

韶关市由于地理位置、地质构造和气候条件的关系，植被具有南北交汇的特点，属中亚热带常绿阔叶林地带。其组成种类、生态结构以亚热带常绿性的种类为主，但也有一定数量的热带、亚热带种类。其植物资源丰富多样，其中以壳斗科、樟科、山茶科、木蓝科等为优势。人工栽培常见的果树有：桃、李、沙梨、柑橘、板栗等。场区周围的植被主要分布有芒草、鹧鸪草、桃金娘、岗松群落，以及人工种植的水稻、蔬菜、木茨和花生等。

3.生态恢复技术

3.1技术原理

矿山废弃地是一类特殊的退化生态系统，在生产过程中，原有的生态系统遭到破坏，主要的生态问题表现为：表土层破坏，土壤基质物理结构不良、水分缺乏，持水保肥能力差，导致缺乏植物能够自然生根和伸展的介质；极端贫瘠，氮、磷、钾及有机质等营养物质不足或是养分不平衡；存在限制植物生长的物质，如重金属等有毒有害物质含量过高，影响植物各种代谢途径；极端pH值或盐碱化等生境条件，影响植物的定居；生物数量和生物种类的减少或丧失，给矿区废弃地恢复带来了更加不利的影响[4、5]。本次场地内由于大量尾渣堆积在场地南侧地势较高处，尾渣经雨水浸泡浸出的酸性废水，沿地势自高向低流向北侧低洼处，导致场地内土壤重金属铅、镉、砷浓度均超标，原始基质条件恶劣。因此针对本场地恶劣的生态条件，对原始土壤基质改良是首先需要解决的问题也是核心问题；其次先锋植物和定居植物的选择也是至关重要的。

本场地主要采用物理、化学和生物的方式对原天顺冶金化工厂遗留场地的土壤进行改良，主要包括客土覆盖、原位基质改良和植物修复等具体措施。客土覆盖即从异地移来人工土等质地较好或肥力较高或有害物质含量低的土壤（本次为熟耕土）直接覆盖在污染土壤上，以减少作物根系和污染物的接触。原位基质改良即在重金属污染严重土壤中添加化学物质和营养物质进行改良，从而使土壤肥力、pH值和重金属毒性等指标可以满足植物的生长。重金属污染土壤有关的植物修复技术主要包括植物提取、植物固定和植物挥发[2]。

3.2技术措施

该厂生产过程中和停产关闭后未进行有效的治理措施，使得原有的植物群落和新覆盖的植物群落被严重或完全破坏，局域生态功能薄弱。原天顺冶金化工厂遗留场地条件与凡口铅锌矿尾矿库废弃地类似，都是原始基质条件恶劣，具有极端的酸性，同时具有很高的盐度和产酸能力。不做任何改良直接进行植被，由于尾砂的极端酸性和营养贫瘠，植物并不能够生长，而对于原始的尾砂区域和严重酸化的覆土区域，通过添加石灰以及改良基质材料，种植营养袋苗、播撒种子和添加土壤种子库，能够形成很好的植物覆盖，恢复三个月后覆盖度即达到90%以上，植物种类多达14种，在已生长的植物中，黑麦草、高羊茅、斑茅、苎麻、紫花苜蓿、白三叶占主要优势，成为凡口铅锌矿尾矿库废弃地生态恢复的先锋植物。因此本次参考凡口铅锌矿尾矿库废弃地的治理措施，对该场地辅以人工协助恢复措施，在场地内采取种、播相结合，营养袋苗种植+撒播种子的方法，形成先锋植物、长期定居植物、短期植物、四季植物更替的人工植物群落系统。实行草灌相结合，进行植被的恢复与重建，进而使生态系统实现自行恢复并逐渐达到一种新的生态平衡。恢复措施的主要有如下三种情况（具体分区见下图）：

3.2.1平缓场地区（C+D1区、E2区）

C+D1区属于严重污染区，为强酸性土壤，除了对植物的生长有抑制作用以外，还会加剧重金属溶出和毒性，同时导致土壤养分不足。此外，在酸性条件下，大量的重金属离子和毒性盐进入土壤，会影响土壤微生物和土壤酶活性，进而影响植物根系对营养和水分的吸收，其地质环境破坏较为严重。因此本区域需要利用石灰调整土壤pH值，施有机肥、土壤调节剂、微生物菌种材料改良土壤；采用合理的耕作模式改变土壤电导率、氧化还原电位，抑制土壤产酸与稳定重金属。沿地面人工修整“之”字形人行便道，耙松种植平台之间隙表土2cm，进行土地备耕与改造。对已完成备耕的土壤，采用物理、化学、生物的方法进行一次全面的本底、表层土质改良，表层面施中和剂、土壤改良基质等土壤改良材料；条沟内加施石灰、土壤改良物质作底层改良基质，进行深层土壤改良。采用各种土壤改良措施调整土壤pH值，增加土壤有机质含量及消除土壤中的有毒物质，改良土壤结构。实施土壤改良过程前期酸化预测与土壤改良过程中的全过程酸化控制，全过程营造有益微生物生长的适宜环境，切断产酸微生物的生长繁育途径，引入与培育有益微生物，通过有益微生物的作用持续改良土壤。之后客土覆盖0.50m的厚度后穴植泡桐、马尾松、夹竹桃、象草、狗牙根、五节芒、猪屎豆、山毛豆等先锋物种，对于其他区域可以优先采用栽种浅根灌木的方法，灌木的种植间距约为2.5m×2.5m，株间撒播灌木种、草种进行绿化恢复。

E2区客土覆盖0.5m厚度进行土壤改良后可种植乔木，与灌木间种。乔木种植间距为2.5m×2.5m，采用马尾松、木荷、杜英等乔木等当地品种；灌木种可采用山紫甲（山指甲）、山毛豆、猪屎豆、紫穗槐等，若采用栽种灌木的方法，则采用的灌木苗高约为0.3m～0.5m。坡度较缓的部位可采用五节芒等当地草种。

3.2.2边坡区（D2+E1区、E3区）

D2+E1区为边坡地形，对坡面进行整形后覆盖一层大约10cm基土进行土壤改良，然后再码砌条形植生袋进行生态恢复。植生袋内草种要使用本地护坡物种，草、花、树物种要多样。

E3和E4区的治理措施与E2区一致，其中撒播草籽复绿时，草种选用宽叶雀稗、牡荆、木豆、山苍子、多花栏、野菊、马塘草、圆雀稗、画眉草、百喜草、狗尾草、狗牙根、油茶、木豆、山毛豆、大蔸草、柱花草等耐酸、根系发达、适生的多年生混合草籽。撒播区域表面覆盖无纺布，条播区域表面覆盖椰丝草毯，以保持坡面水分并减少降雨对种子的冲刷，促使种子生长。

4.结语

矿区废弃地逐渐成为世界各采矿大国的热点研究课题。对于矿山废弃地的修复多数是在矿山开采结束，废弃地闲置多年且生态环境问题极为严重后才开始。这样不但加大了修复难度，而且所需费用也成倍增长，恢复时间加长，修复效果也较边开采边修复的效果差，而且在矿山废弃地开采及废置的较长时间段内，尾矿尘、采矿废水、废渣对周边环境已经产生了很大的影响，污染范围和破坏程度均发生了扩展[5]。Anthony[6]对未被严重破坏和污染的矿区土壤进行了自然恢复的研究，结果表明在不进行人工影响的情况下，矿区被破坏的土壤可以进行自我恢复。但是，由于大部分矿区污染较严重，仅仅靠土壤自然恢复时间太长，效果也不很明显。为了促进废弃物快速土壤化演化和土壤培育，消除污染，改善土壤環境质量，恢复生态系统，可以辅以人工措施进行修复。所以在矿山废弃地修复中植被的作用是多方面的，植被的生长可加快废弃地碎岩及尾矿砂的风化进程，修复矿区受污染土壤，有效遏制水土流失，使矿区植被的立地条件逐步得到改善，利于其他植被的自然定居，同时还能有效阻滞矿区飞扬的矿尘，改善局域生态小环境，使生态功能遭到破坏的矿山废弃地能够最终实现自我修复，并逐渐达到一种新的生态平衡[1]。

参考文献：

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[5]张鸿龄，孙丽娜，孙铁珩，陈丽芳，等；矿山废弃地生态修复过程中基质改良与植被重建研究进展[J].生态学杂志， 2012， 31（02）： 460-467.

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