辽宁金属矿山废弃地植被重建和生态复垦规划设计研究
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摘要：
文章以抚顺沃谷铜锌矿为例，在分析预测矿区土地破坏与污染状况的基础上，结合项目区地形地貌等特点，提出了废弃地污染控制的3个阶段。根据当地气候及土壤条件，选择当地适宜的先锋植物种类，提出了辽宁省金属矿山废弃地生态复垦规划设计方案，以重建人工生态系统。
关键词：
金属矿；尾矿库；生态复垦
中图分类号：S157.2
文献标识码：A
DOI：1019754/jnyyjs20190315026
前言
根据辽宁省国土资源厅2001年对全省182家大中型矿山企业的调查统计，累计产生废渣421亿m3，占地面积为22026km2，破坏土地面积57939km2，复垦面积仅3249km2，复垦率只有56%[1]。采矿过程及采后留下的尾矿、废石废渣中的重金属淋滤释放、选矿废水所含有毒元素进入到土壤、地表水、地下水等，均会造成严重污染[2]。尾矿库闭库后，库中水分蒸发后，若不进行复垦，遇风会产生严重的水土流失，对周围大气环境造成严重污染。因此，加强矿山废弃地植被修复和生态规划，已成为矿山可持续发展的重要问题。根据采矿工艺和流程，预先对矿区进行复垦规划设计[3]，可实现“边破坏、边复垦”，保护矿区环境的前提保障。本文以抚顺沃谷铜锌矿为例，对金属矿的尾矿库的污染防治对策与生态复垦规划设计方案进行研究探讨，为进一步提高省内矿山废弃地植被重建效果和生态恢复成功率提供技术依据。
1研究区概况
沃谷铜锌矿位于辽宁省抚顺市新宾满族自治县苇子峪镇小那吽村北侧，中心地理坐标：E124°38′00″，N41°30′20″。矿区范围为05141km2，开采深度为720～-440m标高。本区属中温带大陆性气候区。年平均气温46℃，年最高温度36℃，最低温度-405℃。年平均降水量780mm，降水多集中在6[CD1]8月份，占全年降水量的65%，年极端最大降雨量出现于1995年为12426mm，年极端最小降雨量出现于1978年为534mm，十年一遇1h暴雨量为5408mm，十年一遇6h暴雨量为10478mm，十年一遇24h暴雨量为15810mm；年平均无霜期127d左右；冻土深度12m左右；≥10℃积温为3605℃；年平均蒸发量1275mm；多年风向为S和NW；年平均风速15～34m/s，最大风速为16m/s。项目区地处长白山余脈东南延伸部分的低山丘陵地带，地形起伏变化较大，地形坡度在15°～35°之间。区内地形标高一般海拔586～714m，相对高差15521m。最低标高在矿区南部，高程为600m，最高标高在矿区西北部山脊上，高程为7387m。矿区植被类型属于长白植物区系与华北植物区系过渡带，地带性植被类型为温带（亚热带）落叶阔叶林，矿区主要树种有落叶松、刺槐、杨树、榆树、油松；灌木有榛子、荆棘等；草本植物主要以黄背草、狗尾草、旱茅、白茅、野谷草为主。矿区周围农作物以玉米、大豆为主，地势低的地方生长茂密的灌木丛，基岩出露较少，植被覆盖率可达80%。
2污染分析
矿山开采服务期内产生的尾矿全部集中堆放在尾矿库，该尾矿库位于选矿厂北侧200m山沟内，占地面积603hm3。尾矿库汇水面积044km2，平均坡度129‰，尾矿库纵向沟长250m，尾矿库初期坝修建在沟口处，尾矿库最终堆积标高695m，总坝高41m，其中初期坝高25m，堆积坝高16m；尾矿库总容积为13133万m3。
相比于原地貌土壤组织结构，该尾矿库的尾矿砂基质中N、P、K及有机质含量极低。保水保肥能力较差，土壤相对贫瘠。土壤基质中含有毒重金属Cu、Zn、Cd、As等，经雨水冲刷和淋溶，这些有毒有害物质极易渗到土壤之中，造成土壤的酸化、土壤重金属污染，影响植物代谢，抑制植物生长，影响营养元素的吸收，最终导致干旱加剧[4]。因此，如何对污染进行控制是土地复垦首要解决的问题。
3污染控制与生态复垦设计
31污染控制
311 钝化阶段
尾矿主要采取分层堆放的方式，因此，钝化措施是在每层尾矿堆存完后进行，在每个平台堆放尾矿，并推平压实过程中，撒上磷石灰（Ca5（PO4）3OH）[5]等化学改良剂，可促使重金属形成不溶性化合物（磷酸盐），其形态有利于这些重金属的固定，同时可降低生物可利用性。
312阻隔阶段
对尾矿库内堆存的尾矿采用高密度聚酯乙烯薄膜进行苫盖，防止尾矿砂内的有毒有害物质迁移，同时防止由于降雨造成污染物的淋洗，并向周围环境扩散。通过对尾矿砂进行薄膜苫盖可起到阻隔污染物的作用。
313修复阶段
前2个阶段已初步控制了污染物的扩散和淋溶，为尾矿库后期植被恢复创造了良好的基础条件。在对尾矿库进行表土回覆后，结合当地时节，选择当地适宜的黑麦草、高羊茅、白三叶草等耐重金属、耐酸的草种，随后的1～2a，继续栽植刺槐、杨树等乔木，建立更为稳定的乔灌草模式的植被群落，从而达到防止水土流失、固定污染物的目的。
32土壤改良
抚顺沃谷矿区自然条件较为优越，但土壤有机质含量较低，心土层有机质含量较少，通透性较差，需采取措施进行土壤改良。
321绿肥法[6]
绿肥是目前作为土壤改良最有效的方法之一，绿肥一般为豆科植物，在尾矿库回覆表土后，在土地复垦第1年和最近几年可栽植一年生或多年生的豆科草本植物，在自然条件较差，较贫瘠的土地上，豆科植物都能很好的生长。这种植物含03%～06%的氮素，含15%～25%的有机质，腐烂后可起到胶结和团聚土粒的作用，对提高土壤有机质含量，改善土壤理化性质具有重要的作用。
322有机肥法
有机肥分为2种，分别为生物活性有机肥和生物惰性有机肥，其中活性有机肥包括动物粪便、人粪尿、污水污泥等；惰性有机肥包括泥炭类物质及各种矿质添加剂的混合物。这些有机肥含有植物生长、发育所必需的各种营养元素，还能够改良土壤[7]。他们被广泛的应用于矿山废弃地基质改良[8]。 沃谷铜锌矿区的废弃地可采用施有机肥的方式进行土壤改良，可通过稻壳稻杆等对表土层进行覆盖，待稻壳稻杆腐烂后增加土壤肥力，改善土壤结构，提高土壤的有机质含量，适合植物生长，达到废物综合利用的同时，获得良好的生态环境。
33生态复垦设计
331筛选植物种类
生态复垦设计的关键是能够选出快速恢复植被的植物种类。在选择过程中需选择生长快、耐酸、耐重金属能力强、适应性强的当地优良树种。根据本项目区所在地的气候、土壤、水土流失等情况，采取乔灌草结合的植被恢复方式，确定拟选植物品种及其生态习性如表1。[FL）]
332措施设计
3321复垦初期
主要以灌草结合为主。先锋植物有草本黑麦草、高羊茅、白三叶草及灌木沙棘。在第1年先种植黑麦草、高羊茅和白三叶草，随后第2年，进行种植灌木沙棘和胡枝子。由于胡枝子的特性为根系发达，當年生长速度一般，但从第2年开始生长速度加快。胡枝子地上和地下生物量积累快速，水土保持效果明显。复垦初期，对其进行抚育管理为1a 1次，松土深5～10cm。以后每隔4a，隔带交替修剪1次。
3322复垦中后期
部分灌草结合区改造为乔灌草地。引种的乔木采用刺槐和杨树，两者生长力强，同时有富集重金属和保持水土的作用。栽植乔木可从每年的1[CD1]2月进行，需采用一年生苗，主要设计技术指标见表2。整地规格为06m×06m×06m。栽植当年抚育管理为2次以上，只割草，不松土，苗木扶正，适当培土。第2年和第3年每年抚育1～2次，第4年如尚未郁闭，继续抚育1次。乔木抚育面积要逐年扩大，松土深度不超过10cm。
4结语
对辽宁省金属矿山废弃地进行植被重建与生态复垦设计是矿区生态环境恢复的重要途径。其中尾矿库的污染控制和生态复垦是重中之重。矿区生态复垦设计规划是一项涉及面广、综合性强的系统工程，结合国际矿区的成功经验，对多个学科的基本原理进行综合应用，按照因地制宜的原则，对每个矿区的废弃地进行切实可行的设计，实现植被恢复重建，进而达到经济效益、社会效益及生态效益的统一。
参考文献
[1]
辽宁省国土资源厅.辽宁省矿山生态环境保护与治理专题研究报告[R].沈阳：辽宁省国土资源厅，2001.
[2] 周连碧. 我国矿区土地复垦与生态重建的研究与实践[J].有色金属， 2007， 59（2）： 90-94.
[3] Bravo R， Nawrot J R. Slurry discharge management-beach profile prediction[J]. International Journal of Surface Min-ing， Reclamation and Environment， 1996， 10（2）： 69-71.
[4] 赵中秋，周增科，梁登，等. 金属矿复垦中的污染防治与生态复垦设计探讨——以广东云安县高枨铅锌矿为例[J].环境科学与技术， 2010， 33（12）：106-110.
[5] Ma Q Y，Traina S J，Logan T J. In situ lead immobi-lization by apatite[J]. Environ. Sci. Tech，1993（27）：1803-1810.
[6] 马彦卿.微生物复垦技术在矿区生态重建中的应用[J].采矿技术，2001（1）：66-68.
[7] 王志宏，李爱国.矿山废弃地生态恢复基质改良研究[J].中国矿业，2005，14（3）：22-27.
[JP3][8] 钟顺清.矿区土壤污染与修复[J].资源与环境，2007，23（6）：532-534.[JP]
作者简介：
周欣（1987-），女，辽宁省铁岭市人，工程师，硕士学位，研究方向：水土保持与生态复垦设计。
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