廖正家

(廣東省大寶山礦業(yè)有限公司，廣東 韶關(guān) 512000)

1 項目概述

新山片區(qū)歷史遺留礦山生態(tài)恢復(fù)治理工程(一期)的地理位置，位于大寶山礦露天采礦場東南側(cè)、白石坳南部，行政上歸屬于曲江區(qū)沙溪鎮(zhèn)與翁源縣鐵龍鎮(zhèn)管轄，其紅線范圍面積為191974.54 m2(投影面積)。由于大范圍的露天開采和不規(guī)范的民采，對地表造成了強(qiáng)烈的擾動和破壞，使得大寶山礦區(qū)山體破碎、植被毀壞殆盡，造成了嚴(yán)重的土壤侵蝕問題。非法民采礦窿亂挖亂采排放的廢土、石和低品級的礦石，使外排廢水污染因子的數(shù)量和濃度大大增加，極大縮短了攔泥庫的服務(wù)年限。暴雨期水土流失十分嚴(yán)重。酸性廢水在排土場等多處產(chǎn)生并沿溝道泄流至李屋攔泥庫，造成下游土壤環(huán)境質(zhì)量受到嚴(yán)重影響。

2 大寶山礦區(qū)新山片區(qū)廢棄地現(xiàn)狀

新山片區(qū)民采和民選產(chǎn)生的大量廢土、廢石、邊坡礦和鉛鋅尾礦都排入了當(dāng)時李屋攔泥庫庫區(qū)范圍內(nèi)，含重金屬超標(biāo)的酸性廢水長年外排下游李屋溪匯入礬洞水，并對下游橫石水水質(zhì)產(chǎn)生了較大的影響。通過對新山片區(qū)區(qū)域現(xiàn)場進(jìn)行詳細(xì)地實地勘察，治理區(qū)域內(nèi)邊坡以人工挖方邊坡與自然山坡為主，場地內(nèi)兩處因挖方形成的高陡邊坡地形陡峻但已相對穩(wěn)定，無明顯泥石流現(xiàn)象；該治理區(qū)域的地下水資源破壞、地形地貌景觀破壞、土地資源壓占、現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害等礦山地質(zhì)環(huán)境問題突出，還潛在發(fā)生泥石流地質(zhì)災(zāi)害的可能。治理區(qū)地形地貌為峰谷地貌，地形陡峻，尖棱狀山脊和V字形沖溝相間，山坡坡度15°～45°，局部60°～80°。礦山經(jīng)歷長期開采后，地表植被已基本破壞，原始地形地貌破壞較嚴(yán)重?，F(xiàn)場原貌如圖1～4所示。

3 大寶山新山片區(qū)礦業(yè)廢棄地基質(zhì)質(zhì)地評價

礦山廢棄地植被恢復(fù)，要依據(jù)其立地特征，有針對性地改善土壤營養(yǎng)成分，給植物提供必需的營養(yǎng)物質(zhì)，才能做到恢復(fù)植被和生態(tài)環(huán)境改善。新山片區(qū)廢棄地土壤環(huán)境質(zhì)量評價，通過要以區(qū)域土壤背景值為參考來評價礦區(qū)廢棄地養(yǎng)分成分含量。

圖1 尖棱狀山脊現(xiàn)狀

圖2 挖方形成的高陡邊坡

圖3 挖方形成的平臺

圖4 挖方形成的松方

依據(jù)取樣樣品最大可能代表實際土壤情況的原則，采集深度為0～20 cm，共采集5個混合樣品，每個樣品由3～5個子樣品混合而成，采樣量為1 kg左右。土壤樣品采集完成后，立即運(yùn)回實驗室，于干燥通風(fēng)處風(fēng)干，剔除石頭和植物殘體，分別過20目和100目篩，貯存在干燥通風(fēng)處用以后續(xù)的理化分析。

采用玻璃電極測定土壤懸濁液中的pH值；NAG-pH的值利用過氧化氫的氧化進(jìn)行測定的。重金屬用微波消解法、離子體發(fā)射光譜法進(jìn)行測定，結(jié)果如表1。

表1 新山片區(qū)廢棄地原始土壤理化數(shù)據(jù)結(jié)果

從表1中數(shù)據(jù)分析，可以看出，大寶山礦新山片區(qū)一期項目區(qū)域的土壤表現(xiàn)為較強(qiáng)酸性，高酸化潛力，同時重金屬含量如鉛、鋅、銅、砷均較高，初始土壤條件十分惡劣，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足植物生長定居所需的基本條件。因此，必須經(jīng)過一定的基質(zhì)改良措施和合適的植物物種選擇才有可能在項目區(qū)域內(nèi)建立起比較良好、合理的植被系統(tǒng)，從而改善整個項目區(qū)域的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，為新山片區(qū)后期大面積的生態(tài)恢復(fù)工作提供有效指導(dǎo)。

4 新山片區(qū)廢棄地生態(tài)恢復(fù)與可持續(xù)技術(shù)方法研究

4.1 廢棄地生態(tài)恢復(fù)整體技術(shù)方案選擇

本文采用國際領(lǐng)先的“原位基質(zhì)改良+直接植被”生態(tài)恢復(fù)技術(shù)體系，提出用生態(tài)學(xué)的思想解決新山片歷史遺留礦山環(huán)境問題。該技術(shù)不改變礦業(yè)廢棄地的地形與土壤結(jié)構(gòu)，無需客土，柔性改良土壤結(jié)構(gòu)，通過調(diào)控微生物群落與控制產(chǎn)酸的微生物類群，重建一個人工或半人工的生態(tài)系統(tǒng)。通過植物穩(wěn)定重金屬，降低重金屬的遷移性，達(dá)到環(huán)境污染治理的目標(biāo)，實現(xiàn)源頭控制重金屬污染，最終形成自然良性循環(huán)的生態(tài)系統(tǒng)。

4.2 技術(shù)原理簡介

4.2.1 控制酸化的原理

重金屬礦業(yè)廢棄地的酸化是一個普遍的現(xiàn)象，因為有色金屬礦大都含有一定量的黃鐵礦，廢棄物露天棄置后能迅速產(chǎn)酸。極端酸性不僅對植物有直接的作用，導(dǎo)致植物不能萌發(fā)，影響植物的營養(yǎng)吸收，同時也會加劇重金屬溶出，導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)境問題。

對于礦業(yè)廢棄地酸化問題，常用的方法是投放堿性材料，其中石灰由于價格低廉，中和效果良好，在礦山生態(tài)修復(fù)的土壤改良中得到廣泛的應(yīng)用。這種方式能夠有效地解決礦業(yè)廢棄地的現(xiàn)有酸性，但如果不及時采取其他有效措施控制產(chǎn)酸，廢棄地含有的金屬硫化物會繼續(xù)酸化，導(dǎo)致最終石灰效果失效，出現(xiàn)返酸現(xiàn)象。

考慮到礦業(yè)廢棄地產(chǎn)酸是廢棄地含有的金屬硫化物在氧氣、水和產(chǎn)酸微生物的共同作用下發(fā)生的。因此，在添加石灰中和現(xiàn)有酸性的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步通過在礦業(yè)廢棄地表面覆蓋專用土壤改良基質(zhì)形成“耗氧層”，由于改良基質(zhì)富含各種有機(jī)物質(zhì)，能夠通過氧化過程消耗氧氣，因而減少礦業(yè)廢棄地與氧氣的接觸，在缺乏氧氣的情況下，礦業(yè)廢棄地的產(chǎn)酸過程受到極大地抑制。同時，對土壤產(chǎn)酸微生物群落進(jìn)行調(diào)控，降低產(chǎn)酸微生物在群落中的豐度，增加有益微生物的比例，實現(xiàn)在源頭解決廢棄地的未來產(chǎn)酸問題。

通過以上措施，現(xiàn)有的酸性和未來的產(chǎn)酸問題都得到了有效解決，從而保證了該技術(shù)長期有效的酸化控制效果。

4.2.2 植被恢復(fù)的原理

植被系統(tǒng)穩(wěn)定性如何實現(xiàn)是廢棄地生態(tài)恢復(fù)中一個重要問題。過往有很多項目雖然成功地在極端條件下重建了植被系統(tǒng)，但往往在第二年就發(fā)生退化并最終失敗，這是沒有解決好植被系統(tǒng)穩(wěn)定性的典型案例。

過往很多項目植被系統(tǒng)退化的原因，其中很重要的一點就是物種過于單一，在遇到一些對這單一物種不利的條件，例如病蟲害、不良天氣等，該物種就會大面積死亡并導(dǎo)致整個系統(tǒng)的退化。而具有生物多樣性的植被系統(tǒng)，某一物種的死亡并不會導(dǎo)致整個系統(tǒng)的退化，因為其他植物物種會頂替該物種的地位和功能，從而保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。并且，生物多樣性也有利于群落的演替，使得整個植被群落從原生裸地逐漸向高層次不斷發(fā)展，從而逐步恢復(fù)到該區(qū)域的原始原貌。綜上，必須避免物種單一，實現(xiàn)生物多樣性，從而保證重建的植被系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

遵循這一原理，基于對植物重金屬耐性機(jī)制與耐性物種選擇和原生演替的研究成果，根據(jù)礦業(yè)廢棄地的生境情況，充分考慮到生物多樣性，提出了植物配置以草本為主，灌木次之，小喬木為輔為原則，并按照不同植物地上地下部分的分層布局，充分利用多層次空間生態(tài)位，盡量避免兩個植物物種間直接相互競爭，使有限的光、氣、熱、水、肥等資源得到合理利用，同時又可產(chǎn)生為動物、低等生物生存和生活的適宜生態(tài)位，最大限度地減少資源浪費，增加生物產(chǎn)量，從而保證整個植被系統(tǒng)的穩(wěn)定性(表2)。

表2 大寶山礦區(qū)植物種類匯總

4.2.3 防治重金屬污染的原理

土壤中重金屬可分為可利用態(tài)、潛在可利用態(tài)以及不可利用態(tài)3種類型。土壤有效態(tài)重金屬主要是指可利用態(tài)的重金屬。礦業(yè)廢棄地造成的重金屬污染主要是以含重金屬的地表水形式排放遷移，而地表水中重金屬主要是來自土壤有效態(tài)重金屬，兩者存在很高的相關(guān)性。雨水在流經(jīng)土壤時會將土壤中的有效態(tài)重金屬溶出，這是地表水中重金屬的主要來源。

通過前面的多項措施控制酸化，提高廢棄地土壤pH值，能夠有效地降低重金屬溶出，從源頭降低對周邊造成污染的重金屬總量。此外，根據(jù)以上原理添加的石灰以及其他改良材料，也能夠通過拮抗、螯合作用等降低重金屬的毒性。最后，通過上面原理建立的穩(wěn)定存在的植被系統(tǒng)實現(xiàn)長期有效地降低重金屬污染。植物穩(wěn)定主要是指通過耐性植物根系分泌物質(zhì)來積累和沉淀根際圈重金屬，使其失去生物有效性，以減少污染物質(zhì)的毒害作用。但更重要的是利用植物在污染土壤上的生長來減少污染土壤的風(fēng)蝕和水蝕，防止重金屬向下淋移而污染地下水或向四周擴(kuò)散進(jìn)一步污染周圍環(huán)境。通過前期研究，已選出數(shù)10種適宜在金屬礦山生長的重金屬耐性植物。此外，植物還能通過根際微生物、重金屬的酸-堿反應(yīng)、氧化-還原反應(yīng)、絡(luò)合-解離反應(yīng)、吸附-解吸反應(yīng)等行為，使重金屬的形態(tài)發(fā)生變化，促進(jìn)重金屬從溶解態(tài)向固定態(tài)或低毒形態(tài)轉(zhuǎn)化，從而進(jìn)一步降低重金屬污染。

4.3 礦山廢棄地治理效果

礦山廢棄地治理效果見圖5、6。

圖5 大寶山廢棄礦區(qū)生態(tài)恢復(fù)項目實施一年后對比

圖6 廣東大寶山礦中東部排土場生態(tài)治理二年后對比

5 結(jié)論

廣東省大寶山礦新山片區(qū)歷史遺留礦山生態(tài)恢復(fù)治理工程，整體采用國際領(lǐng)先水平的“原位基質(zhì)改良+直接植被”技術(shù)方案。區(qū)域土壤和地表水污染情況均得到有效治理，在植被恢復(fù)效果方面，項目區(qū)域現(xiàn)已被綠色覆蓋，初步形成多種植物匹配互長的生長態(tài)勢，有效地防止了水土流失，顯著提升了新山片區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，對于韶關(guān)市建設(shè)國家山水林田湖草試點城市和土壤污染綜合防治先行區(qū)均具有十分積極的促進(jìn)作用，對于保障下游北江清遠(yuǎn)段及佛山段飲用水源保護(hù)區(qū)的水質(zhì)安全具有重要意義。