薛愛愛 ,張 磊

(1.山西林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,山西 太原 030009;2.賽鼎工程有限公司,山西 太原 030006)

礦業(yè)廢棄地是指采礦活動所破壞的,非經(jīng)治理而無法使用的土地。主要包括:1)由剝離表土、開采的巖石碎塊和劣質(zhì)礦石堆積而成的廢石堆、廢棄地。2)隨著礦物開采而形成的大量采空區(qū)和塌陷區(qū)。3)開采的礦石篩選出精礦后剩余物排放堆積形成的尾礦廢棄地。4)采礦作業(yè)面、機(jī)械設(shè)施、礦山輔助建筑物和道路交通等先占用而后廢棄的土地。據(jù)統(tǒng)計資料分析,目前,全國經(jīng)采礦活動破壞的土地面積達(dá) 400×104hm2,平均每年增加近2×104hm2,其中露天采場、排土場和尾礦場占其面積的 70%左右。礦區(qū)廢棄地的增多不僅破壞了土地資源,同時加劇了礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的惡化,引發(fā)了一系列經(jīng)濟(jì)、生態(tài)、社會等方面的問題。因此,礦區(qū)廢棄地的生態(tài)恢復(fù)成為我國迫切需要解決的問題。

1 礦區(qū)廢棄地對環(huán)境的影響

1.1 大量占用和破壞土地資源

目前,我國大部分露天礦均采用外排土場方式開采。露天開采外排土壓占的土地約是挖掘土地量的1.5倍 ～2.5倍。露天礦正常生產(chǎn)后,每采 1×104t煤,排土場壓占土地 0.04 hm2～0.33 hm2.現(xiàn)在,我國露天外排土場壓占土地面積達(dá)16 300 hm2.

矸石堆存于地面,破壞大量土地資源。據(jù)統(tǒng)計,全國有煤矸石山 1 900座,儲有 38×108t煤矸石,占地約 2×104hm2.另外,礦山固體廢渣(煤矸石等)經(jīng)雨水沖刷和淋溶后,極易將其中的有毒、有害成分滲入土壤中,造成土壤的酸堿污染和重金屬污染。

1.2 誘發(fā)多種地質(zhì)災(zāi)害

在礦山的開采活動中,對地表與地下結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性產(chǎn)生的強(qiáng)烈破壞,引發(fā)地表沉陷、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害。如:開采閉坑后形成的巨大采空區(qū),地下水浸入后會使圍巖體內(nèi)軟弱夾層的力學(xué)強(qiáng)度降低,從而造成邊坡的大規(guī)?；?。目前,我國由于礦山開采引起地表沉陷的面積已超過 6 000 km2,按我國煤炭開采強(qiáng)度測算,每年還將新增土地沉陷面積約210×104hm2.

1.3 污染環(huán)境

礦山廢棄地造成水體污染和破壞的主要形式有:1)地下水轉(zhuǎn)化為礦井水,水質(zhì)遭受污染。2)煤矸石淋溶對地表水、地下水的污染。3)采礦引起地下水流場的改變,嚴(yán)重時會使河溪斷流。如:露天堆放的礦物經(jīng)雨水淋溶、地表水沖刷,形成濁流,對礦區(qū)及周邊河流、湖泊水域造成嚴(yán)重的污染,抑制水生生物的生長和繁殖,進(jìn)而影響礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的健康和人類及動植物的生存。

廢石堆場、尾礦庫在氧化、風(fēng)蝕等作用下,成為一個周期性的塵暴源。煤矸石中含有硫鐵礦、煤粉等大量有害元素,極易引起矸石山自燃,釋放出大量的有害氣體,如 SO2,CO,H2S等,嚴(yán)重污染大氣環(huán)境,給人類健康造成危害。

1.4 影響生物多樣性

礦區(qū)植被的破壞主要是由于礦區(qū)工業(yè)廣場建設(shè)、矸石堆放、開山修路、地面塌陷和露天采礦引起的。采礦活動破壞了一些地區(qū)的原生生境,如:作為物種源的大型植被因采礦被破碎成為一些小型的殘遺斑塊,使生物遷徙受到阻隔;鄉(xiāng)土植物群落受到破壞,植被急劇發(fā)生向下的演替過程,直接影響了種群內(nèi)部的物種數(shù)量和質(zhì)量,造成野生物種的減少及生物多樣性的降低。

2 礦區(qū)廢棄地的生態(tài)恢復(fù)技術(shù)

2.1 土地復(fù)墾

土地復(fù)墾技術(shù)主要有疏干法、挖深墊淺復(fù)墾法、充填復(fù)墾法、直接利用法和生態(tài)工程復(fù)墾法。

2.1.1 疏干法

疏干法適用于有少量塌陷地的緩坡地段。開挖大量排水渠,將塌陷區(qū)的積水排干,再加以必要的修整,使塌陷區(qū)不再積水,并得以恢復(fù)利用。

2.1.2 挖深墊淺復(fù)墾法

當(dāng)沉陷區(qū)潛水位較高、積水深淺不一時,可以將塌陷區(qū)內(nèi)深度較大的區(qū)域挖成水塘,用于養(yǎng)殖。再將挖出的土填墊到較淺的塌陷區(qū)域內(nèi),使其恢復(fù)成為農(nóng)業(yè)用地,達(dá)到水產(chǎn)養(yǎng)殖和農(nóng)業(yè)種植并舉的目的。這種復(fù)墾技術(shù)成本低、投資少、效率高,可以獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益。

2.1.3 充填復(fù)墾法

充填復(fù)墾是一種常用的復(fù)墾方法,是將無污染或污染可以有效防治的充填物 (如粉煤灰、煤矸石等)充填塌陷地。充填復(fù)墾既使沉陷礦區(qū)得以復(fù)墾,又解決了礦山固體廢棄物處理的問題,具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。

2.1.4 直接利用法

直接利用法是針對大面積的塌陷地,特別是大面積積水、積水較深、穩(wěn)定塌陷地以及暫難復(fù)墾的塌陷地。根據(jù)塌陷地現(xiàn)狀,因地制宜地直接加以利用。如在塌陷地網(wǎng)箱養(yǎng)魚,養(yǎng)鴨,種植耐濕作物或?qū)⑺莸馗脑斐删包c(diǎn)等。

2.1.5 生態(tài)工程復(fù)墾法

生態(tài)工程復(fù)墾法目前已成為礦區(qū)復(fù)墾關(guān)注的焦點(diǎn),是將土地復(fù)墾工程技術(shù)與生態(tài)工程技術(shù)結(jié)合起來,綜合運(yùn)用生物學(xué)、生態(tài)學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、環(huán)境科學(xué)、農(nóng)業(yè)科學(xué)、系統(tǒng)工程的理論,及生態(tài)系統(tǒng)物種共生和物質(zhì)循環(huán)再生等原理,結(jié)合系統(tǒng)工程對破壞土地所設(shè)計的多層次利用的工藝技術(shù)。生態(tài)工程復(fù)墾法已在全國多個礦區(qū)推廣,具有較大的社會綜合效益和發(fā)展前景。

2.2 土壤基質(zhì)改良

礦業(yè)廢棄地土壤中一般缺乏氮、磷、鉀等肥料,因此,在礦山廢棄地恢復(fù)過程中,通常添加一些有效物質(zhì)或種植固氮植物使土壤得到改良,縮短植被演替進(jìn)程,加快礦山廢棄地的生態(tài)重建步伐。

2.2.1 添加有效物質(zhì)

適量施用有機(jī)肥可以降低汞的遷移能力,防止作物被汞污染。但有機(jī)肥對各種污染物的作用在不同的土壤中表現(xiàn)不一,因此,在施加有機(jī)肥時應(yīng)根據(jù)不同的土壤擇優(yōu)選擇。

污水、污泥、泥炭、垃圾及動物糞便等富含氮、磷,被廣泛應(yīng)用于礦山廢棄地的基質(zhì)改良。這些改良物質(zhì)可以改善基質(zhì)的營養(yǎng)狀況,還可以螯合部分重金屬離子,緩解其毒性。這些改良物質(zhì)與基質(zhì)本身均屬固體廢棄物,這種以廢治廢的做法具有良好的綜合效益。

2.2.2 種植固氮植物

豆科植物能夠與根瘤菌形成固氮根瘤,從而將空氣中的氮?dú)廪D(zhuǎn)化為氨固定下來。因此,種植豆科植物改良廢棄地,可以提高氮肥的利用率,經(jīng)濟(jì)與生態(tài)效益俱佳。

2.3 植被恢復(fù)

植被恢復(fù)首先可以起到構(gòu)建退化生態(tài)系統(tǒng)初始植物群落的作用。其次,還可促進(jìn)土壤結(jié)構(gòu)、肥力的恢復(fù)以及土壤微生物與動物的繁殖,從而促進(jìn)整個生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能的恢復(fù)與重建。樹種的選擇是植被恢復(fù)當(dāng)中的重要環(huán)節(jié),應(yīng)該選擇生長快、適應(yīng)性強(qiáng)、抗逆性好的樹種,優(yōu)先選擇固氮樹種(如沙棘)、鄉(xiāng)土樹種和先鋒樹種,也可以引進(jìn)外來速生樹種。禾草與豆科植物屬于先鋒物種,將喬木、灌木、草本、藤本多層次配植,進(jìn)行多植被間種、套種、混種,以形成豐富的生態(tài)系統(tǒng),獲得持久、穩(wěn)定的植被體系。

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