楊森林

（江西省新余市分宜縣水利局，江西 新余 336600）

1 研究背景

分宜縣松山鐵礦位于江西省新余市分宜縣鈐山鎮(zhèn)古家村，主要從事磁性鐵礦石開采、鐵精粉加工。 受到產(chǎn)品特點和生產(chǎn)工藝技術(shù)等因素的影響，其環(huán)境污染問題一直比較突出。 在磁鐵礦開采以及選礦的過程中， 會產(chǎn)生大量影響生態(tài)環(huán)境的固體廢棄物。 該硫鐵礦區(qū)的廢水池用水泥和磚塊修砌而成， 主要目的是沉積洗礦和選礦過程產(chǎn)生的礦物顆粒， 廢水池在使用過程中會產(chǎn)生底泥沉積層。 在沉積層厚度超過0.8m 時，需要將其挖出在露天環(huán)境堆放。 由于底泥中含有大量的酸性物質(zhì)和重金屬，底泥堆積體在遭受暴雨侵襲的情況下，其中的有害物質(zhì)還會通過地表徑流進入河湖水體，造成水體環(huán)境污染。 開采的硫鐵礦經(jīng)分選和清洗， 特別是選礦和冶煉過程中的廢水處理會產(chǎn)生大量的酸性底泥， 不僅會造成大量的土地資源浪費，還會造成比較嚴(yán)重的環(huán)境污染[1]。 在當(dāng)?shù)赝恋刭Y源日趨緊缺、 生態(tài)環(huán)境亟待進行整治和改善的背景下，對底泥等固體廢棄物進行合理處置，實現(xiàn)礦山環(huán)境的生態(tài)修復(fù)就成為亟待解決的問題[2]。 目前，礦山生態(tài)修復(fù)技術(shù)主要包括工程修復(fù)、物理化學(xué)修復(fù)以及生物修復(fù)技術(shù)[3]。 其中，生物修復(fù)技術(shù)具有經(jīng)濟性和環(huán)保性優(yōu)勢， 日漸受到廣大學(xué)者的關(guān)注。 生物修復(fù)中的植物修復(fù)技術(shù)可以重塑污染土壤的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)以及微生物環(huán)境條件，具有廣闊的發(fā)展前景[4]。 西方發(fā)達國家在生態(tài)修復(fù)領(lǐng)域的研究起步相對較早，早在上世紀(jì)30 年代就開始該領(lǐng)域的相關(guān)研究， 如Emma Sandell Festin等以非洲贊比亞銅礦礦區(qū)為例進行植物影響研究，結(jié)果顯示，像大葉漆樹這類植物在銅尾礦壩早期演替環(huán)境中可以良好生長， 可以用于相關(guān)工程的生態(tài)修復(fù)工程。 受到環(huán)保觀念等諸多因素的影響，我國的礦區(qū)生態(tài)修復(fù)領(lǐng)域的研究起步較晚，在上世紀(jì)80 年代開始才進行相關(guān)研究。 近年來，隨著生態(tài)理念不斷深入， 國內(nèi)理論界以及企業(yè)開始大量引進生態(tài)修復(fù)領(lǐng)域的新技術(shù)， 結(jié)合我國的實際情況展開研究。 目前，我國的礦山復(fù)墾往往需要使用大量的客土， 造成礦山復(fù)墾的成本投入居高不下， 在引入地大量取土也不可避免地造成二次環(huán)境破壞。 針對礦山生產(chǎn)中的固體廢棄物資源化利用手段較多，主要有再選回收、混凝土制備、采空區(qū)充填以及建筑材料生產(chǎn)等。 雖然上述方式可以消耗大量的固體廢棄物， 但是并沒有從根本上實現(xiàn)綜合利用。 此次研究通過現(xiàn)場試驗的方式，選擇9 種草本植物、 灌木植物和喬木植物進行底泥種植試驗， 根據(jù)試驗結(jié)果進行種植植物的初步篩選，以便為修復(fù)工程的設(shè)計和建設(shè)提供必要支持。

2 試驗材料和方法

2.1 試驗材料

由于植物種類數(shù)量繁多， 因此在試驗過程中首先需要對植物進行初步篩選[5]。 國內(nèi)學(xué)者比較重視生態(tài)修復(fù)領(lǐng)域的植物篩選工作， 并在污染土壤的耐性植物的篩選方面取得了一系列重要的研究成果。 但是，在耐受植物的篩選和使用方面仍舊存在諸多亟待解決的問題： 選擇的修復(fù)植物主要為草本植物，灌、喬木選擇較少，特別是缺乏針對草本植物、灌木和喬木修復(fù)效果的對比研究；在植物選擇方面比較側(cè)重于鄉(xiāng)土植物， 引種培育方面的研究不多； 在修復(fù)植物的選擇上僅考慮其生態(tài)修復(fù)效果， 對基于資源化利用的經(jīng)濟和社會價值關(guān)注不足。 由此，在篩選過程中，應(yīng)該充分考慮植物對地理和氣候特征的適應(yīng)性、 抗逆性以及外來和鄉(xiāng)土植物相結(jié)合的原則， 同時照顧到植物本身的經(jīng)濟性價值。 基于上述原則和當(dāng)?shù)氐膶嶋H情況，初步篩選出3 種草本植物、3 種灌木植物和3 種喬木植物，共9 種。 其中，草本植物分別是金錢草、平車前和玉米草；灌木植物為小葉黃楊、觀音竹以及大葉女貞；喬木植物分別為濕地松、馬尾松和泡桐。

試驗中所使用的植物基質(zhì)選擇的是分宜縣松山鐵礦生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的底泥。 對選擇的樣本進行理化性質(zhì)測定，其結(jié)果如表1 所示。

表1 底泥樣本理化性質(zhì)測定結(jié)果

2.2 試驗方法

研究中選擇的是室外現(xiàn)場試驗的方式進行，試驗地點選擇在分宜縣松山鐵礦礦山下的公路旁，試驗區(qū)的面積為330m2，其中草本和灌木植物的試驗區(qū)面積為20m2， 喬木植物的試驗區(qū)面積為50m2。 在試驗中將鐵礦的原始底泥作為對照組，將添加20%客土的混合基質(zhì)作為試驗組[6]。 在按照試驗要求將底泥攪拌堆積完成之后， 分別種植選擇的3 組9 種植物，其中，草本植物種植150 棵，灌木植物和喬木植物種植15 棵。 種植時間設(shè)計為60d，試驗從2018 年5 月1 日開始，至當(dāng)年的6 月30 日結(jié)束。在種植結(jié)束之后，對各組不同植物的生長情況進行測量、記錄和分析，通過對比，獲得最佳植物種類。

在研究中按照《國際種子發(fā)芽規(guī)程》的相關(guān)規(guī)定和計算公式， 計算獲取三種草本植物的發(fā)芽勢和發(fā)芽率。 在試驗60d 之后，對種植的草本植物進行成活率統(tǒng)計，統(tǒng)計方法采用五點取樣法[7]。 喬木和灌木則利用成活株數(shù)計算獲取成活率。 對各種試驗植物利用卷尺測量其株高[8]。 草本植物采用隨機抽樣的方式測量20 株， 灌木和喬木全部測量，并將測量結(jié)果的均值作為最終試驗結(jié)果。

3 試驗結(jié)果與分析

3.1 草本植物試驗結(jié)果

根據(jù)草本植物的試驗數(shù)據(jù)， 統(tǒng)計計算其發(fā)芽率和發(fā)芽勢，結(jié)果如表2 所示。 由試驗結(jié)果可知，采用混合底泥與原狀底泥相比， 三種草本植物的發(fā)芽勢和發(fā)芽率均有一定程度的提高， 但是除了平車前的發(fā)芽勢之外，提高幅度并不大，所以添加一定量的客土可以提高種子的萌發(fā)效果， 但是效果并不是特別明顯。 從不同草本植物的種類對比來看， 玉米草的發(fā)芽勢和發(fā)芽率均有十分明顯的對比優(yōu)勢，其次是平車前，發(fā)芽勢和發(fā)芽率水平最低的是金錢草。

表2 不同草本植物萌發(fā)情況試驗結(jié)果

根據(jù)試驗中獲取的數(shù)據(jù)， 對三種草本植物的成活率進行計算， 根據(jù)計算結(jié)果繪制出如圖1 所示的成活率分布圖。 兩種不同底泥的草本植物成活率存在十分顯著的差別，采用原狀底泥時，三種草本植物的成活率均較低，都在20%左右，而采用混合底泥的情況下，成活率達到了80%左右。 由此可見，在原狀底泥中摻加一定量的客土，雖然不能明顯提升草本植物的萌發(fā)效果， 但是可以大幅提升成活率，具有一定的工程意義。 從不同草本植物的對比來看， 玉米草的成活率最高， 其次是金錢草，成活率最低的是平車前。

圖1 三種草本植物成活率試驗結(jié)果

對試驗中結(jié)束之后的株高數(shù)據(jù)進行整理和計算， 繪制出如圖2 所示的三種草本植物株高分布圖。 由圖可以看出，與成活率類似，采用混合底泥的情況下，三種草本植物的株高也有明顯的增加。因此，建議在工程建設(shè)中摻加一定量的客土，以利于草本植物的生長。 從不同草本植物的對比來看，玉米草的株高存在十分明顯的優(yōu)勢，建議選用。

圖2 三種草本植物株高試驗結(jié)果

3.2 喬、灌木試驗結(jié)果

鑒于喬木和灌木試驗條件基本相同， 因此對試驗結(jié)果進行統(tǒng)一分析。 首先，根據(jù)試驗數(shù)據(jù)計算出不同底泥條件、不同植物種類的成活率數(shù)據(jù)，繪制出如如圖3 所示的成活率柱狀圖。 由圖可以看出，與草本植物類似，采用混合底泥時，灌木和喬木的成活率均有大幅提升， 說明在原狀底泥中加入一定量的客土可以顯著提高植物的成活率，對工程建設(shè)十分有利。 從不同植物種類的對比結(jié)果來看，灌木植物中成活率最高的是小葉黃楊，其次是大葉女貞，成活率最低的為觀音竹；喬木中成活率最高的為馬尾松，其次是濕地松，泡桐的成活率最低。 從成活率的視角來看，小葉黃楊為最佳灌木植物，馬尾松為最佳喬木植物。

圖3 灌木和喬木成活率試驗結(jié)果

鑒于不同灌木和喬木種類以及個體之間的原始高度相差較多， 因此根據(jù)試驗數(shù)據(jù)計算獲取不同種類灌木和喬木的株高增量， 并計算獲取其平均值。 根據(jù)計算結(jié)果，繪制出如圖4 所示的不同底泥條件、不同植物種類的株高增量柱狀圖。 圖4 可以看出， 原始底泥和混合底泥條件下的株高增量存在比較顯著的差異， 且混合底泥條件下的株高增量明顯偏大。 由此可見，采用混合底泥更有利于植被的生長。 另一方面，從不同種類喬木和灌木的株高增量對比結(jié)果來看， 灌木植物中的小葉黃楊株高增量最大，觀音竹次之，大葉女貞最?。粏棠局参镏械鸟R尾松株高增量最大，濕地松次之，泡桐最小。 從株高增量的視角來看，小葉黃楊為最佳灌木植物，馬尾松為最佳喬木植物，該結(jié)果與成活率的試驗結(jié)果一致。

圖4 灌木和喬木株高增量試驗結(jié)果

4 工程效果評價

根據(jù)試驗結(jié)果， 在生態(tài)項目整治工程中選擇玉米草、 小葉黃楊以及馬尾松對底泥沉積區(qū)進行生態(tài)修復(fù)， 在修復(fù)過程中按照20%的比例添加客土，并與表層30cm 厚的底泥進行充分攪拌，然后栽植玉米草、小葉黃楊和馬尾松。 生態(tài)工程整治工程從2019 年春季開始， 在2021 年夏季對各類植物的長勢進行現(xiàn)場測定。 結(jié)果發(fā)現(xiàn)，玉米草由于是一年生草本植物， 已經(jīng)被小葉黃楊和馬尾松兩種優(yōu)勢物種所替代， 因此主要測定了小葉黃楊和馬尾松的長勢情況。 測定工作采用抽樣方式進行并求其均值，結(jié)果如表3 所示。 由表中的結(jié)果可以看出，兩種植物的長勢良好。 整個工程區(qū)的灌木基本成片，喬木基本成林，生態(tài)環(huán)境顯著改善。

表3 植被長勢現(xiàn)場統(tǒng)計結(jié)果

5 結(jié)語

植物修復(fù)技術(shù)在礦山修復(fù)領(lǐng)域具有十分重要的作用和價值。 此次研究以具體工程為背景，利用種植試驗的方式，對初選的9 種草本植物、灌木植物和喬木植物進行篩選分析， 最終選擇出優(yōu)勢植物種類，并進行工程應(yīng)用。 結(jié)果顯示，選擇的植物具有良好的長勢， 可以發(fā)揮出重要的生態(tài)改善價值。 研究結(jié)果本身對相關(guān)類似工程的設(shè)計和建設(shè)具有一定的指導(dǎo)和借鑒意義。 當(dāng)然，此次研究結(jié)果還顯示，在底泥中加入一定量的客土，有利于提高植物的成活率和生長量， 但是并沒有結(jié)合工程的經(jīng)濟性對最佳摻量進行分析和試驗， 在今后的研究中需要在該方面進行進一步的分析和試驗，以便為工程建設(shè)提供更有利的支持。 □