杜瑛娜， 林廣清2， 謝鍵泓， 林煊塏

(1. 廣東中大新華水環(huán)境工程研究院， 東莞523000； 2. 汕頭市生態(tài)環(huán)境澄海監(jiān)測站， 汕頭 515000)

礦山生態(tài)修復是踐行“兩山”理論的重要抓手，也是降低地質(zhì)災害發(fā)生幾率、建設生態(tài)文明的重要措施[1]。我國礦山生態(tài)修復起步于20世紀50年代，主要開展零散的造田植樹活動[2]?！锻恋貜蛪l例》和《礦山地質(zhì)環(huán)境保護規(guī)定》的出臺，標志著我國礦山生態(tài)修復進入規(guī)范化管理階段[3]。目前，我國礦山生態(tài)修復已由簡單復綠轉變?yōu)樽⒅厣鷳B(tài)修復模式[4]，如李國政研究了礦山生態(tài)修復與多產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展的3.0模式[5]。國外礦山修復走在前列的包括美國、德國、澳大利亞等國家[6]，注重將礦山修復為原來的用地狀態(tài)[7]。澳大利亞將大部分礦山恢復為以桉樹為主的生態(tài)系統(tǒng)[8]，或?qū)⑵湫迯蜑檗r(nóng)業(yè)、休閑和建筑用地[9]，如HOWIESON等[10]成功將圣誕島上部分礦山修復為農(nóng)田。然而，僅采用單一技術難以實現(xiàn)對礦山生態(tài)系統(tǒng)的修復[11]，也難以將其完全恢復到初始狀態(tài)，需根據(jù)礦山類型及狀態(tài)，綜合考慮修復時間、成本、目標等因素以選擇合適的修復模式[12]。本文以粵東蓮花山礦區(qū)生態(tài)修復一期工程為例進行研究，旨在驗證其修復模式的可行性和有效性，為鎢礦山生態(tài)修復提供參考。

1 研究方法

1.1 研究區(qū)概況及主要環(huán)境問題

粵東蓮花山鎢礦系屬地下開采的中型礦山，位于潮澄饒三縣(區(qū))交界處，面積約2.122 km2，屬粵東蓮花山脈，地形為低山丘陵。礦區(qū)屬于南亞熱帶季風氣候，年平均氣溫達21.2 ℃，年平均降雨量為1 512.7 mm。蓮花山鎢礦始建于1956年，1991年因資源枯竭閉礦。蓮花山礦區(qū)地勢南高北低，地表徑流通道有山前、山后2條，山前水集中在礦區(qū)原精選尾礦庫——山前庫區(qū)，下游流入澄海市鹽鴻地界，通過7 km長的排污溝排入大海，以三君橋斷面(W1)作為地表水常規(guī)監(jiān)控斷面；山后庫區(qū)包括1～5號庫以及廢礦石堆攔石壩和錐形山，山后水集中在4號庫區(qū)，流入下游饒平縣錢東鎮(zhèn)經(jīng)徑南村地界延續(xù)至潮安縣鐵鋪鎮(zhèn)地界，流經(jīng)樟厝堤水庫、白石嶺水庫和崗山水庫，最后流入韓江，以4號壩底滲流、排水涵洞匯合點下游10 m處作為跨界監(jiān)控點(W2)。研究區(qū)域位置如圖1所示。

圖1 蓮花山礦區(qū)的監(jiān)測點位置

2010年，蓮花山礦區(qū)生態(tài)修復一期工程被列入有色金屬資源枯竭礦山尾礦庫閉庫安全治理工程項目，2016年完成尾礦庫消庫手續(xù)，不再列為尾礦庫管理[13]，安全方面的隱患已經(jīng)消除，但環(huán)境污染問題沒有得到全面治理，存在較多環(huán)保遺留問題。主要體現(xiàn)為：山體大面積裸露，缺乏表層土及植物必需的養(yǎng)分元素，同時Cu、Cd、Pb、Ni、As等重金屬含量較高，尤其是作為鎢礦特征重金屬因子As的質(zhì)量分數(shù)高達893.17 mg/kg[14]，比As的礦區(qū)背景值(167 mg/kg)高出4.3倍，植被難以生長，需要進行基質(zhì)改良才能恢復植被；另外，礦區(qū)雨污分流不徹底，雨水浸泡產(chǎn)生的含重金屬滲流直接超標排放影響了周圍水體環(huán)境，山前地表水三君橋斷面(W1)As超標倍數(shù)為1.33倍，山后排水跨界監(jiān)控點(W2)Cu、Cd、As等主要重金屬指標均超標，超標倍數(shù)分別高達6.14、48.60、33.56倍(表1)。

表1 修復前礦區(qū)地表水及表層土中金屬元素監(jiān)測結果 Table1 The metal monitoring results of surface water and surface soil in the mining area before restoration

1.2 環(huán)境質(zhì)量效果評估方法

1.2.1 樣品采集 樣品采集包括3項共18個，具體布設見圖2，包括：(1)生態(tài)復綠區(qū)域布設14個土壤表層采樣點(T1～T14);(2)在山前、山后2套重金屬廢水治理設施出水口各設置1個水污染物排放情況監(jiān)測點(D1～D2);(3)在山前地表水常規(guī)監(jiān)測斷面(三君橋斷面)、山后排水跨界監(jiān)控點(4號壩底滲流、排水涵洞匯合點下游10 m處)各設置1個監(jiān)測點(W1～W2)。樣品采集與樣品檢測工作委托具有中國計量認證(CMA)資質(zhì)的公司進行監(jiān)測并出具報告，土壤樣品的采集及測定按照《土壤環(huán)境監(jiān)測技術規(guī)范》(HJ/T 166—2004)的要求實施，平行樣采集比例為10%，相對偏差低于7.3%，均小于允許的相對偏差；地表水和水污染物排放樣品的采集按照《地表水和污水監(jiān)測技術規(guī)范》(HJ/T 91—2002)要求進行，地表水和水污染物排放平行樣采集比例分別為12.5%、11.3%，相對偏差低于9.0%，均小于允許的相對偏差。

圖2 樣品采集布點圖

1.2.2 評價方法 選取鎢礦山的特征重金屬指標As、Cd、Pb、Cu、Ni，與該項重金屬污染物評價標準進行比對，評價其是否達標；將礦區(qū)環(huán)境質(zhì)量作為一個整體，與當?shù)乇尘爸祷蚺c歷史資料進行比較，從而評價該礦區(qū)生態(tài)修復一期工程實施后的環(huán)境質(zhì)量改善情況。

1.3 生態(tài)復綠效果評估方法

1.3.1 樣方設置及群落調(diào)查 在蓮花山礦區(qū)4個生態(tài)復綠區(qū)域設置5個樣方，并在礦區(qū)外設置1個參照樣方，每個樣方調(diào)查面積為10 m×10 m，共設置6個樣方。 采用樣點記錄法進行群落調(diào)查，記錄所有植物種類、數(shù)量及蓋度等各項指標。調(diào)查內(nèi)容包括群落組成、總蓋度、物種數(shù)、群落結構等。植被群落分類采用《中國植被》的分類原則和方法進行。

1.3.2 植被生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價方法 綠色植物的生物量和凈生產(chǎn)量是生態(tài)系統(tǒng)物流和能流的基礎，是生態(tài)系統(tǒng)的重要特征和本質(zhì)標志，物種量是環(huán)境植被組成的基礎。植被是綜合反映生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的重要指標，但目前尚無統(tǒng)一的評價標準。本調(diào)查中，采用植物群落的生物量、凈生產(chǎn)量、物種量作為生態(tài)環(huán)境評價的基本參數(shù)[15]。

根據(jù)目前對地帶性植被南亞熱帶常綠闊葉林的研究，其生物量的最大值約400 t/hm2，凈生產(chǎn)量的最大值約25 t/(hm2·a)，最大物種量(1 000 m2內(nèi)的物種數(shù)，全文同)約100種[16]，以此值作為最高一級生物量、凈生產(chǎn)量、物種量以及標定生物量、標定凈生產(chǎn)量、標定物種量，并將它們各分為6級(見表2)，每一級評價參數(shù)與標定評價參數(shù)的比值為標定相對參數(shù)值。將標定相對生物量、標定相對凈生產(chǎn)量、標定相對物種量相加得到生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合指數(shù)，該指數(shù)在很大程度上反映了環(huán)境生態(tài)質(zhì)量的變化[17]。

Ba=Bi/Bmax，

(1)

其中，Ba為標定相對生物量，Bi為生物量(t/hm2)，Bmax為標定生物量(t/hm2)，取400 t/hm2。

Pa=Pi/Pmax，

(2)

其中，Pa為標定相對凈生產(chǎn)量，Pi為凈生產(chǎn)量(t/(hm-2·a-1))，Pmax為標定凈生產(chǎn)量(t/(hm-2·a-1))，取25 t/(hm2·a)。

Sa=Si/Smax，

(3)

其中，Sa為標定物種量，Si為物種量，Smax為每千平方米的標定物種量，取100種。

表2 南亞熱帶各級植被的生物量、凈生產(chǎn)量、物種量及其標定量的分級表標準

2 結果與討論

2.1 環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測結果與效果評估

2.1.1 表層土壤主要重金屬污染情況 蓮花山礦區(qū)一期工程實施前后表層土壤主要重金屬指標監(jiān)測數(shù)據(jù)見表3，As作為鎢礦最重要的重金屬特征指標，經(jīng)過一期工程實施后，表層土中As的平均質(zhì)量分數(shù)為206.86 mg/kg，比修復前削減了76.8%，但14個測點中仍有8個測點超標，超標率達57.1%，尤其是T1、T4和T7點表層覆土中As質(zhì)量分數(shù)明顯超標，分別處在1號庫、5號庫和錐形山。蓮花山礦區(qū)一期工程覆土主要來自蓮花山附近饒平縣轄區(qū)臺地，修復過程未對覆土土壤主要重金屬指標進行檢測，T1、T4和T7點相比As的礦區(qū)背景值(167 mg/kg)分別高出3.9、1.6、6.3倍，其原因可能是由于修復植被尚處在幼苗階段，修復面上覆土受到雨水沖刷現(xiàn)象明顯。雨水沖刷將少部分覆土層下的受覆蓋物翻動到表層，導致修復面低洼處局部表層覆土As質(zhì)量分數(shù)明顯超標。隨著復綠植被的生長，對土壤固著能力的增加，這種修復面覆土被雨水沖刷的現(xiàn)象將會消失。而Cu、Cd、Pb、Ni等4種重金屬的質(zhì)量分數(shù)在一期工程實施前后均能滿足評價標準的要求，修復后4種重金屬的平均質(zhì)量分數(shù)分別為76.36、0.27、137.77、3.64 mg/kg，比修復前分別削減了61.4%、95.7%、72.2%、82.8%。表層土壤As、Cu、Cd、Pb、Ni等5種重金屬指標監(jiān)測結果(表3)表明：在礦區(qū)1號庫、5號庫、錐形山、攔石壩4個區(qū)域采取的工程措施及生態(tài)復綠措施有效控制了廢石堆和尾礦砂中重金屬的淋溶沖刷，并且未見明顯的污染輸入問題，修復效果明顯?？梢娫撔迯头桨赣行ВV區(qū)As的質(zhì)量分數(shù)超標問題并非僅僅一期工程就能解決，還有賴于下一階段工程的持續(xù)努力。

2.1.2 水污染物排放及地表水影響 山前、山后2套重金屬廢水治理設施出水口監(jiān)測結果詳見表4。2020年1月監(jiān)測值表明，山前重金屬廢水治理設施出水口Cu、Ni、Pb等3項重金屬指標均未被檢出，Cd、As的平均質(zhì)量濃度分別為0.007 5、0.2 mg/L，均能達到廣東省《水污染物排放限值》(DB44/26—2001)第二時段一級標準要求；山后重金屬廢水治理設施出水口Cu、Cd、Pb、Ni、As等5項重金屬指標均未被檢出，而廢水處理設施2019年臺賬也表明As、Cu這2項重金屬指標均能穩(wěn)定達標?？梢姴捎谩扒岸窝趸?石灰中和沉淀”、“石灰中和+混凝沉淀”的主體工藝處理礦區(qū)重金屬廢水可行。

山前、山后地表水監(jiān)控點的監(jiān)測結果(表5)表明：在修復前山前地表水三君橋斷面5種重金屬指標中，As的質(zhì)量濃度嚴重超標，平均值為1.164 mg/L，比評價標準0.1 mg/L高出10.6倍，一期工程實施后，As的平均質(zhì)量濃度為0.609 mg/L，比修復前削減47.7%，但仍是評價標準的6倍。而Cu、Cd、Pb、Ni等4種重金屬指標修復前后均能達標，修復后比修復前分別削減84.1%、86.4%、89.4%、90.0%，可見一期修復工程在阻滯礦區(qū)重金屬的淋溶流失中起到了較為明顯的效果。

在山后監(jiān)測點4號壩底滲流、排水涵洞匯合點下游10 m處，修復前5項重金屬指標中有3項超標，為Cu、Cd、As，超標倍數(shù)分別為6.1、48.6、33.6倍，而一期工程修復后，Cu、Cd、Pb、Ni、As等5種重金屬指標均能達標，尤其是As未被檢出，相對于修復前削減了98.8%以上，修復效果顯著，跨界污染得到非常有效的阻隔。

在一期工程實施的11個子工程中，僅有蓮花山鎢礦專線排污清淤工程、山前庫壩頂硬底化工程、山前庫區(qū)重金屬廢水治理工程這3項子工程位于山前，其余8項子工程均位于山后。以上監(jiān)測結果也表明，山后地表水修復效果明顯優(yōu)于山前。因此，山前三君橋斷面中As超標問題應引起重視，山前庫治理應作為下一階段的修復重點。

表3 蓮花山礦區(qū)一期工程實施前后表層土壤中主要重金屬的質(zhì)量分數(shù)

表4 山前、山后2套重金屬廢水治理設施出水口中重金屬的質(zhì)量濃度

表5 山前、山后監(jiān)控點地表水中重金屬質(zhì)量濃度的監(jiān)測結果 Table 5 The monitoring results of surface water at monitoring points in front and back of the mountain mg/L

2.2 植被復綠效果評估

2.2.1 樣方主要植物群落及生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合指數(shù) 經(jīng)調(diào)查，6個樣方的植物群落分別為馬尾松-皇竹草群落、尾葉桉+馬尾松+馬占相思-皇竹草群落、樟+馬尾松+馬占相思-皇竹草群落、秋楓-灰莉-五節(jié)芒群落、尾葉桉-五節(jié)芒群落和尾葉桉群落等。在6個群落中，有5個群落的灌木層/草本層不成層，2個群落無藤本植物。6個樣方主要植物群落的生物量、凈生產(chǎn)量范圍分別為7.2～28.0、3.1～7.1 t/(hm2·a)，每千平方米物種量為6～14種，標定相對生物量、標定相對凈生產(chǎn)量、標定相對物種量以及生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合指數(shù)范圍分別為0.018～0.070、0.124～0.284、0.06～0.14、0.212～0.444，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合指數(shù)均為Vb級(表6)。

表6 一期工程修復后植被恢復區(qū)樣方調(diào)查結果Table 6 The survey results of vegetation restoration area after the first-phase ecological restoration project

2.2.2 生態(tài)復綠效果評估 一期修復工程實施后，蓮花山礦區(qū)4個生態(tài)復綠工程區(qū)域5個樣方全部存活每千平方米擁有3～5種植物形成的植被群落，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合指數(shù)均為Vb級，錐形山生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合指數(shù)最低(0.212)，是礦區(qū)外參照樣方的47.7%；5號庫復綠效果最佳(0.350)，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合指數(shù)達到參照樣方的78.8%。

總體上，粵東蓮花山礦區(qū)環(huán)境整治工程植被修復效果顯著，下一階段工程需要持續(xù)精心撫育本次工程修復成活的植被，及時補種錐形山廢石植被修復面約占12.5%的修復植物未成活的裸露面，以期增加修復面上植物群落的凈生產(chǎn)量，強化其固化修復面土壤的功效。

3 結論

粵東蓮花山礦區(qū)生態(tài)修復一期工程實施后有效改善了礦區(qū)的景觀；控制了礦區(qū)雨水、礦坑涌水和尾礦庫滲出水對礦區(qū)廢石及尾礦砂的淋溶；遏制了礦區(qū)酸性含重金屬廢水對下游水環(huán)境質(zhì)量造成的影響，跨界污染問題得以解決，修復環(huán)境效益明顯，可見采用“工程措施加生態(tài)復綠”的生態(tài)修復模式對鎢礦山進行生態(tài)修復是可行的，可為其他鎢礦山初期生態(tài)修復提供借鑒與參考。

礦山生態(tài)修復是恢復綠水青山、建設金山銀山的過程，也是持續(xù)推進的過程，下一階段通過尋求更有價值的修復模式盤活礦區(qū)周邊用地，是緩解城鎮(zhèn)建設用地緊張局面和提高生態(tài)系統(tǒng)服務價值重要舉措，而生態(tài)修復資源再利用帶來的土地供應的增加與增值，也將反哺下一輪生態(tài)修復工程，成為持續(xù)生態(tài)修復的源動力。