石鶴飛 周亞鵬 張 利 陳 影 許 暤 趙文廷

(1.河北農業(yè)大學資源與環(huán)境科學學院；2.河北農業(yè)大學國土資源學院；

3.河北省保定市生態(tài)文明研究院；4.河北省農田生態(tài)環(huán)境重點實驗室)

基于種植混合土的礦山生態(tài)環(huán)境修復試驗*

石鶴飛1,4周亞鵬1,3,4張 利1,3陳 影1,3許 暤1,2,3,4趙文廷2,3,4

(1.河北農業(yè)大學資源與環(huán)境科學學院；2.河北農業(yè)大學國土資源學院；

3.河北省保定市生態(tài)文明研究院；4.河北省農田生態(tài)環(huán)境重點實驗室)

我國礦山固體廢棄物生產量大、堆存量大、綜合利用率低，成為威脅礦山生態(tài)環(huán)境等問題的關鍵因素。為探索礦山固體廢棄物在生態(tài)環(huán)境修復中的作用，以銅鐵礦廢石為研究對象，利用校園內中壤土與其配比成“種植混合土”，進行欒樹盆栽試驗。結果表明：細粒土的摻入顯著提高了欒樹的成活率，當細粒土摻入量約為銅鐵礦廢石的1.1倍時，可以顯著提高欒樹的各指標生長量；當細粒土摻入量約為銅鐵礦廢石的1.4倍時，可以滿足欒樹正常生長。細粒成分含量是影響礦山固體廢棄物植物成活與生長的重要因素，“種植混合土”可以為礦山生態(tài)環(huán)境修復提供支持。

礦山固體廢棄物 種植混合土 生態(tài)環(huán)境修復

礦產資源的開發(fā)利用是人類社會進步的動力，在現(xiàn)代社會經(jīng)濟發(fā)展中，礦產資源起著重要的基礎性作用。但是礦產資源在為人類做出巨大貢獻的同時也產生了眾多的負面影響，大量的礦山固體廢棄物對生態(tài)環(huán)境造成了嚴重的破壞。礦山固體廢棄物主要是指礦山開采產生的廢石和選礦產生的尾礦，其中廢石的堆存量遠大于尾礦。據(jù)統(tǒng)計，截止到2013年底，我國廢石堆存量不低于438億t，尾礦累積堆存量約146億t，但是綜合利用率均不到20%[1-2]；截止到2012年底全國礦山開采損毀土地面積約2.308 km2還未有效恢復[3]。

礦山固體廢棄物基本上堆放在排渣場或隨意堆放在山谷、山坡上，在壓占大量土地的同時，由于其結構的松散性，造成許多災害隱患，對礦山生態(tài)環(huán)境產生嚴重破壞和威脅。目前礦山廢棄地的治理大多數(shù)是進行復墾，這就要求有充足的土源，而各個礦區(qū)情況不盡相同，總體來看，礦區(qū)土源仍是礦山廢棄地復墾的主要問題之一。因此，如何立足于礦山的實際情況，有效消耗利用礦山固體廢棄物是解決礦山生態(tài)環(huán)境問題、保護土地資源，甚至緩解土地資源供需矛盾的關鍵。

1 種植混合土的提出

土壤具有不斷供應和協(xié)調植物生長發(fā)育所必需的水分、養(yǎng)分、空氣、熱量和其他生存必須條件的能力，同時在自然界中尤其是山區(qū)也經(jīng)?？梢钥吹街参锷L于土石混合體中，通過查閱文獻資料，有研究表明土壤中加入適量的固體廢棄物可以促進植物的生長[4-6]。因此，礦山固體廢棄物與一定量的細粒土混合也具備支持植物生長條件，這對于礦山固體廢棄物有效消耗與利用、改善礦山生態(tài)環(huán)境有著重要意義。目前這種土、石混合體稱謂不統(tǒng)一，為便于研究與敘述，本研究把這種利用礦山固體廢棄物，在人為干預下形成的具有植物生長功能的混合體稱為“種植混合土”。以銅鐵礦廢石為例，進行盆栽試驗，論證這種礦山修復新途徑的可行性。

2 試驗方案

2.1 供試材料

試驗用廢石來自淶源縣白石口聯(lián)營銅鐵礦。由表1、表2可知，廢石大于2 mm以上顆粒已經(jīng)達到85.92%，小于0.075mm顆粒很少，并且pH值屬強堿性，營養(yǎng)元素極端缺乏；試驗用土壤為河北農業(yè)大學校內荒地土壤(中壤土)，采用室外盆栽試驗法，試驗盆規(guī)格為360 mm×270 mm×200 mm(配帶盆托)，種植植物選擇抗逆性較強的常用綠化樹種欒樹；試驗地位于河北農業(yè)大學西校區(qū)生態(tài)試驗田。

2.2 試驗設計

提前將試驗用廢石及校內土風干，校內土風干后過2 mm篩；根據(jù)顆粒分析結果，按質量以不同配比將廢石與校內土充分混合后，取相同體積裝入試驗盆(圖1)，同時將1 a生欒樹苗植入試驗盆中；為模擬自然狀態(tài)，將試驗盆埋在一定量的建筑垃圾的試驗場中，株距與行距均為1 m，試驗盆下放置盆托，以免根系進入試驗盆外，影響試驗；設置全銅鐵礦廢石及全校內土對照，共7組試驗，每組5次，于2014年3月22日開始，定期澆水，并測定植株的地徑、冠福、株高。種植混合土配比見表3。

表1 銅鐵礦廢石顆粒分析

表2 銅鐵礦廢石化學性質

圖1 盆載試驗裝置

表3 種植混合土配比

3 試驗結果與分析

欒樹的生長情況能夠對種植混合土的適宜的摻土量進行說明，試驗過程中CK0處理中的欒樹有的沒有成活，有的后期死亡，因此，不能進行植物生長定量分析。本文利用Duncan新復極差法比較不同數(shù)據(jù)組間的差異，圖2～圖4為其他6組銅鐵礦廢石種植混合土中欒樹生長狀況。

圖2為欒樹地徑生長情況，可知，6月下旬～8月下旬為欒樹地徑主要生長期；從8月下旬開始，B3～B5組地徑生長情況與CK組差異不顯著，并且B3～B5組地徑生長情況明顯優(yōu)于B1、B2組；5月下旬～9月下旬，B5組欒樹地徑生長情況優(yōu)于CK組。

圖3為欒樹冠福生長情況，可知，各組欒樹冠幅到9月下旬基本停止生長，并且B1、B2組欒樹冠幅在7月下旬就已經(jīng)有停止生長的跡象；從8月下旬開始，B4、B5組與CK組冠幅生長情況差異不顯著，并且明顯優(yōu)于B1～B3組；B5組欒樹冠幅生長情況優(yōu)于CK組。

圖2 欒樹地徑生長情況

圖3 欒樹冠福生長情況

圖4 欒樹株高生長情況

圖4為欒樹株高生長情況，可知，B1、B2組株高生長量很少，幾乎是沒有生長；B3～B5組株高生長情況與CK組差異不顯著，并且明顯優(yōu)于B1、B2組；B3～B5組在4月下旬～5月下旬株高生長明顯后有1個月左右的生長緩慢期，這可能是欒樹在生長初期消耗了混合土大量營養(yǎng)物質，缺乏營養(yǎng)，經(jīng)過一段時間的自我適應調整后，在6月下旬株高生長量又開始較大幅度增加；8月下旬以后B4組生長情況略優(yōu)于CK組。

表4為欒樹各指標凈生長量情況，可知B4、B5組欒樹各指標凈生長量與CK組差異均不顯著，并且明顯優(yōu)于B1～B3組；B3組欒樹各指標凈生長量與B1、B2組差異顯著，B1、B2組欒樹各指標凈生長量差異不顯著。通過對不同組欒樹地徑、平均冠福、株高等指標凈生長量的綜合分析，可以歸納為3個區(qū)間：生長不良區(qū)B1、B2組，生長過渡區(qū)B3組，以及生長良好區(qū)B4、B5組。

由以上試驗結果可以得出：

(1)CK0組欒樹沒有成活，而B1～B5組欒樹均成活，說明銅鐵礦摻入細粒土后有助于欒樹生長，細粒成分含量與欒樹生長有關；主要是因為細粒土的摻入可以改善銅鐵礦廢石的理化性質，建立植物生長的立地條件。

表4 種植混合土欒樹凈生長量

注：同列中不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。

(2)不同試驗組欒樹各生長指標在第2個月時明顯降低，經(jīng)過1.5個月的時間，各指標生長量開始顯著增加，主要是因為各處理養(yǎng)分含量有限，欒樹生長初期需要吸收較多養(yǎng)分，而此時欒樹根系處于生長期，對根際環(huán)境影響較弱，待一段時間的適應以及根系質量及數(shù)量增加后，通過影響根際環(huán)境，提供欒樹生長所需營養(yǎng)。因此，在植物種植一段時間后，最好施用一定量的肥料以提供植物所需營養(yǎng)。

(3)按照不同試驗組欒樹地徑、平均冠幅、株高生長情況可以歸納為3類：生長不良類B1、B2組，生長過渡類B3組，生長良好類B4、B5組。B4、B5組欒樹地徑、冠幅、株高生長情況與CK組差異不顯著，甚至優(yōu)于CK組；B4、B5組欒樹地徑、冠幅、株高凈生長量與CK組差異不顯著。因此，當校內土(中壤土)摻入量約為銅鐵礦廢石質量的1.4倍時，可以滿足欒樹正常生長；當校內土(中壤土)摻入量約為銅鐵礦廢石質量的1.1倍時，可以顯著提高欒樹的各指標生長量。

(4)植物能夠生存是檢驗種植混合土理論成功的關鍵，本試驗主要是通過欒樹的直觀表現(xiàn)來評價種植混合土的可行性，但試驗也存在欠缺之處，本次試驗是在不摻加任何外加物質的情況下進行的，假如再添加一些有助于種植混合土保水保肥的物質或采取其他措施，細粒土的摻入量有可能會更少，這也是今后的主要研究方向之一。

4 結 語

礦山固體廢棄物雖然被叫做廢棄物，但其實是沒有發(fā)現(xiàn)它的潛在價值，“種植混合土”是根據(jù)礦山固體廢棄物利用現(xiàn)狀和礦山生態(tài)恢復現(xiàn)狀提出的，具有較強烈的現(xiàn)實意義?！胺N植混合土”的研究剛剛起步，本研究團隊已經(jīng)取得初步成果，從中也發(fā)現(xiàn)一些待解決的問題，今后需要繼續(xù)進行更深入的研究，以期為實現(xiàn)礦山固體廢棄物“減量化”、“資源化”、“無害化”，提高我國的礦產資源保障能力，改善礦山生態(tài)環(huán)境以及合理利用礦山土地資源提供新的解決思路。

[1] 國家發(fā)展和改革委員會.中國資源綜合利用年度報告(2014)[J].再生資源與循環(huán)經(jīng)濟,2014(10):49-56.

[2] 中國國土資源經(jīng)濟研究院.我國礦產資源節(jié)約與綜合利用現(xiàn)狀分析[EB/OL].(2014-04-18)[2015-01-05]. http://www.360doc.com/content/14/0420/18/13335947_370610769.shtml.

[3] 國土資源部.國土資源十二五規(guī)劃中期評估報告[R].北京：國土資源部，2013.

[4] 吳宏亮.寧夏中部干旱區(qū)砂石覆蓋對土壤水熱特性及西瓜生長發(fā)育的影響[D].北京：中國農業(yè)大學,2013.

[5] 趙 梅.黃土區(qū)土石混合土壤水分有效性研究[D].楊凌：西北農林科技大學,2010.

*國土資源部公益性行業(yè)項目(編號：201311060)；河北省科技支撐計劃重點項目(編號：12235401)；河北省高等學?？茖W技術研究項目(編號：QN2015168)。

2015-04-03)

石鶴飛(1988—)，男，碩士研究生，071000 河北省保定市。