陳偉，寧平，黎慧娟，游萍，朱安玲

1.昆明理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，云南 昆明 650504 2.湖南有色金屬研究院，湖南 長(zhǎng)沙 410100

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礦山廢棄地生態(tài)環(huán)境恢復(fù)治理進(jìn)展

陳偉1,2，寧平1*，黎慧娟2，游萍2，朱安玲2

1.昆明理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，云南 昆明 650504 2.湖南有色金屬研究院，湖南 長(zhǎng)沙 410100

礦產(chǎn)資源是我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，但其開(kāi)發(fā)帶來(lái)了侵占耕地、破壞生態(tài)、污染環(huán)境、地質(zhì)災(zāi)害等嚴(yán)重問(wèn)題，礦山廢棄地生態(tài)環(huán)境恢復(fù)越來(lái)越受到專家學(xué)者和政府部門(mén)的重視。對(duì)我國(guó)礦山資源開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀及問(wèn)題、相關(guān)政策及修復(fù)現(xiàn)狀進(jìn)行了概述，分析了礦山廢棄地的特點(diǎn)及生態(tài)環(huán)境恢復(fù)目標(biāo)。著重介紹了現(xiàn)階段礦山生態(tài)修復(fù)涉及的基質(zhì)改良、生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)手段，并指出各類(lèi)技術(shù)在礦山廢棄地生態(tài)修復(fù)實(shí)踐中的適用性和優(yōu)缺點(diǎn)。最后，針對(duì)礦山廢棄地生態(tài)修復(fù)存在的投入資金不足、不到位、技術(shù)缺乏等問(wèn)題提出可行性方法，以期為礦山廢棄地生態(tài)環(huán)境修復(fù)提供參考。

礦山；廢棄地；修復(fù)現(xiàn)狀；基質(zhì)改良；生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)

礦產(chǎn)資源是經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，我國(guó)一次性能源、工業(yè)原料和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料來(lái)自于礦產(chǎn)資源的比例分別高達(dá)95%、80%、70%以上[1]，開(kāi)發(fā)利用礦產(chǎn)資源是現(xiàn)代化建設(shè)的必然要求。我國(guó)礦產(chǎn)資源豐富且產(chǎn)量巨大。2005—2011年，我國(guó)礦產(chǎn)資源總產(chǎn)量從54.8億t增至93.7億t，增長(zhǎng)了近1倍；2014年，我國(guó)粗鋼、10種有色金屬、黃金產(chǎn)量均居全球首位[2]。但是礦產(chǎn)資源的開(kāi)發(fā)，特別是不合理的開(kāi)發(fā)，對(duì)礦山及其周?chē)h(huán)境造成了污染，誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害及破壞生態(tài)環(huán)境。

我國(guó)對(duì)礦區(qū)生態(tài)環(huán)境修復(fù)工作十分重視：1988年國(guó)務(wù)院頒布了《土地復(fù)墾規(guī)定》；2011年，進(jìn)一步修訂為更詳細(xì)和嚴(yán)格的《土地復(fù)墾條例》；2013年，環(huán)境保護(hù)部頒發(fā)了《礦山生態(tài)環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)治理技術(shù)規(guī)范(試行)》，規(guī)范了礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)過(guò)程中的生態(tài)環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)治理工作，促進(jìn)礦區(qū)生態(tài)環(huán)境保護(hù)，規(guī)定了礦區(qū)生態(tài)環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)治理的指導(dǎo)性技術(shù)要求；近期，國(guó)務(wù)院公布的《土壤污染防治行動(dòng)計(jì)劃》，為打好大氣、水、土壤污染防治“三大戰(zhàn)役”提供了有力武器，為應(yīng)對(duì)土壤污染問(wèn)題提供了行動(dòng)綱領(lǐng)。然而，我國(guó)還有大量的礦山亟待修復(fù)。

中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)入“新常態(tài)”，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值(GDP)雖然維持在中高速增長(zhǎng)階段，但對(duì)大宗礦產(chǎn)仍保持較高需求，高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)對(duì)相關(guān)礦產(chǎn)資源的需求量也在快速增長(zhǎng)。因此，在生態(tài)文明建設(shè)提出了綠色礦業(yè)要求的背景下，探索礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境修復(fù)變得十分必要。

1 礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)及環(huán)境影響現(xiàn)狀

1.1 礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀

目前，我國(guó)10余萬(wàn)家礦山企業(yè)，每天采掘出礦產(chǎn)品3 000萬(wàn)t，每年向國(guó)家輸送礦產(chǎn)品近100億t，為國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展作出了重大貢獻(xiàn)。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明[2]，2005—2013年，中國(guó)礦業(yè)呈快速發(fā)展趨勢(shì)，整體集中度不斷提高，礦山企業(yè)數(shù)量呈下降趨勢(shì)，從12.8萬(wàn)個(gè)降至10萬(wàn)個(gè)；建材企業(yè)和煤炭企業(yè)數(shù)量分別由5.5萬(wàn)和2.4萬(wàn)個(gè)降至3.9萬(wàn)和1.2萬(wàn)個(gè)，是過(guò)去10年中國(guó)礦山企業(yè)總量下降的主要影響因素。與此同時(shí)，油氣、鐵礦、銅礦、鉛礦、銀礦、鎳礦和鋁土礦等礦山企業(yè)數(shù)量卻呈上升趨勢(shì)，各礦產(chǎn)資源企業(yè)數(shù)量見(jiàn)表1。

表1 2013年礦山企業(yè)數(shù)量Table 1 Number of mining enterprises in 2013

我國(guó)主要的礦業(yè)大省多數(shù)分布在中部，依次為山西、內(nèi)蒙古、山東、陜西、安徽、河南、河北、貴州、云南和遼寧，這10個(gè)省(區(qū))固體礦產(chǎn)產(chǎn)值占全國(guó)的73%，其中，山西、內(nèi)蒙古、山東、陜西等主要是煤炭資源豐富。新疆、西藏等地區(qū)雖然礦產(chǎn)資源稟賦較好，但是礦產(chǎn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展相對(duì)落后。

統(tǒng)計(jì)表明[2]，2013年我國(guó)固體礦山企業(yè)總數(shù)量為99 536個(gè)，主要分布在云南、湖南、四川、貴州、江西、陜西、內(nèi)蒙古、山西、新疆以及河北，10個(gè)省(區(qū))固體礦山企業(yè)占全國(guó)的58%。礦產(chǎn)企業(yè)多的省份主要是有色金屬分布廣泛的地區(qū)，如云南、湖南、貴州、江西等省，山西、陜西、內(nèi)蒙古、新疆等煤炭省(區(qū))的排名相對(duì)靠后，說(shuō)明有色金屬企業(yè)數(shù)量眾多(表2)。

表2 2013年我國(guó)礦山企業(yè)分布Table 2 Distribution of mining enterprises in China in 2013

1.2 環(huán)境影響現(xiàn)狀

礦山開(kāi)發(fā)造成的環(huán)境問(wèn)題主要分為地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題、生態(tài)環(huán)境問(wèn)題、環(huán)境污染問(wèn)題三大類(lèi)(表3)[3]。

表3 礦山開(kāi)發(fā)造成的主要環(huán)境問(wèn)題Table 3Main environmental problems caused by mine exploitation

目前，我國(guó)礦山環(huán)境總體不容樂(lè)觀。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2012年底，我國(guó)合法采礦用地面積226.7×104hm2(3 400萬(wàn)畝)，歷史遺留礦山開(kāi)采損毀土地總面積280.4×104hm2(4 206萬(wàn)畝)，其中未復(fù)墾土地面積約230.8×104hm2(3 462萬(wàn)畝)[4]；而據(jù)專家估計(jì)，我國(guó)約有0.8×108hm2(12億畝)國(guó)土面積賦存有煤炭資源，其中煤炭資源保有儲(chǔ)量與耕地分布范圍重疊率約10.8%，有近1.3×107hm2(2億畝)耕地將受到采煤的影響。目前因采煤損毀土地面積已達(dá)133.3×104hm2(2 000萬(wàn)畝)。國(guó)土資源部數(shù)據(jù)表明[4]，煤炭礦山環(huán)境問(wèn)題嚴(yán)重的占19.54%，較嚴(yán)重的占48.53%；有色金屬礦山環(huán)境問(wèn)題嚴(yán)重的占21.66%，較嚴(yán)重的占43.42%；建材和一般的非金屬礦山環(huán)境問(wèn)題較嚴(yán)重以上的占20.85%。2014年公布的《全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》數(shù)據(jù)表明，在調(diào)查的70個(gè)礦區(qū)(不含采油區(qū))的1 672個(gè)土壤點(diǎn)位中，超標(biāo)點(diǎn)位高達(dá)33.4%，主要污染物為鎘、鉛、砷和多環(huán)芳烴。有色金屬礦區(qū)周邊土壤鎘、砷、鉛等污染較為嚴(yán)重。

2 國(guó)家政策和修復(fù)現(xiàn)狀

2.1 國(guó)家法律和政策

1989年，國(guó)務(wù)院針對(duì)采礦等造成土地破壞的生產(chǎn)建設(shè)活動(dòng)專門(mén)出臺(tái)了與《土地管理法》配套實(shí)施的《土地復(fù)墾規(guī)定》，對(duì)破壞土地的復(fù)墾做了規(guī)劃和指導(dǎo)；2011年，在吸收國(guó)外優(yōu)秀經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，國(guó)務(wù)院出臺(tái)了《土地復(fù)墾條例》，提出許多新的具體措施，其中把土地復(fù)墾方案編制和復(fù)墾費(fèi)用及保證金繳納納入采礦許可證制度，有效地推動(dòng)了礦山廢棄地的修復(fù)工作；為了合理利用土地和嚴(yán)格保護(hù)耕地，加強(qiáng)礦山環(huán)境恢復(fù)，2012年，國(guó)土資源部發(fā)布了《關(guān)于開(kāi)展工礦廢棄地復(fù)墾利用試點(diǎn)工作的通知》，開(kāi)展歷史遺留礦山廢棄地復(fù)墾試點(diǎn)工作，經(jīng)過(guò)3年實(shí)踐，2015年國(guó)土資源部根據(jù)生態(tài)文明建設(shè)等新形勢(shì)、新要求制定了《歷史遺留工礦廢棄地復(fù)墾利用試點(diǎn)管理辦法》，有效期5年。

在政策指導(dǎo)和引導(dǎo)方面，近幾年，為了推動(dòng)礦產(chǎn)資源節(jié)約和綜合利用，國(guó)土資源部針對(duì)主要的20個(gè)礦種開(kāi)采發(fā)布了綜合利用評(píng)價(jià)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)；在礦產(chǎn)資源綜合利用、資源枯竭型城市礦山地質(zhì)環(huán)境治理方面，優(yōu)選出159項(xiàng)先進(jìn)適用技術(shù)予以推廣；為有效落實(shí)綠色礦業(yè)發(fā)展，通過(guò)嚴(yán)格審核，國(guó)土資源部批準(zhǔn)661家礦山企業(yè)為國(guó)家級(jí)綠色礦山試點(diǎn)單位。對(duì)綠色礦山企業(yè)，國(guó)家將進(jìn)行政策扶持和激勵(lì)約束，如稅收減免、礦產(chǎn)資源補(bǔ)償費(fèi)和資源稅與綠色礦山建設(shè)情況掛鉤、優(yōu)先獲得環(huán)境修復(fù)治理等專項(xiàng)資金支持等。與此同時(shí)，為了改善礦區(qū)環(huán)境、實(shí)現(xiàn)礦區(qū)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，國(guó)土資源部已經(jīng)批準(zhǔn)建設(shè)了72座國(guó)家礦山公園，投入資金22.94億元，實(shí)現(xiàn)了礦山環(huán)境保護(hù)、治理和利用，創(chuàng)造了生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。此外，對(duì)在計(jì)劃經(jīng)濟(jì)時(shí)期形成的或責(zé)任人已經(jīng)滅失的礦山廢棄地，中央財(cái)政提供了環(huán)境恢復(fù)治理專項(xiàng)資金，到目前為止，累計(jì)安排專項(xiàng)基金近千億元。

2.2 修復(fù)現(xiàn)狀

近年來(lái)，我國(guó)在礦山廢棄地環(huán)境修復(fù)方面加大了資金投入力度：2000—2006年，投入24億元組織實(shí)施礦山環(huán)境修復(fù)治理項(xiàng)目797個(gè)；此后，國(guó)家治理力度進(jìn)一步加大，到2014年底，已累計(jì)投入的礦山環(huán)境修復(fù)資金已達(dá)901億元。據(jù)國(guó)土資源部數(shù)據(jù)[4]，截至2014年，全國(guó)累計(jì)毀損土地達(dá)303萬(wàn)hm2，已完成治理恢復(fù)土地僅81萬(wàn)hm2，治理率為26.7%，遠(yuǎn)低于國(guó)際礦山復(fù)墾率。目前，國(guó)際上礦山復(fù)墾率已經(jīng)達(dá)到50%～70%，其中，美國(guó)和德國(guó)的復(fù)墾率分別達(dá)到85%和90%以上[5]。

然而，我國(guó)礦山廢棄地環(huán)境治理歷史欠賬比較多，治理壓力比較大，目前主要依靠政府財(cái)政撥款，但全國(guó)近10萬(wàn)家礦山企業(yè)，只有百余家能夠得到財(cái)政補(bǔ)貼，更多的企業(yè)需要自行承擔(dān)修復(fù)成本。國(guó)土資源部最新的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，全國(guó)有70%以上的礦山未得到有效治理。盡管2006年財(cái)政部、國(guó)土資源部和國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于逐步建立礦山環(huán)境治理和生態(tài)恢復(fù)責(zé)任機(jī)制的指導(dǎo)意見(jiàn)》(以下簡(jiǎn)稱保證金)，據(jù)國(guó)土資源部統(tǒng)計(jì)，截至2014年12月，全國(guó)有86.76%的礦山繳納了保證金，但總繳保證金僅為應(yīng)繳總額的40.02%，采礦權(quán)人完成治理義務(wù)返還(使用)保證金數(shù)額僅占已繳保證金的35.4%。而2011年后，隨著原材料價(jià)格的下跌，我國(guó)礦業(yè)形勢(shì)持續(xù)低迷，礦山企業(yè)更不愿意投入資金做礦山的后期生態(tài)修復(fù)，甚至不少礦山企業(yè)寧可放棄此前上交的礦山修復(fù)保證金，直接申請(qǐng)破產(chǎn)也不愿背負(fù)后期治理的巨大包袱。

缺乏良好的商業(yè)模式，政府投資未能吸引社會(huì)資本的加入是導(dǎo)致目前礦山廢棄地修復(fù)困境的主要原因。目前，在環(huán)保市場(chǎng)，土壤污染修復(fù)〔分為場(chǎng)地(指工業(yè)地塊，集中在城市)、耕地和礦區(qū)修復(fù)〕中，場(chǎng)地修復(fù)由于修復(fù)后的地塊具有較高的商業(yè)價(jià)值，因此其商業(yè)模式已基本形成，在技術(shù)和市場(chǎng)方面已開(kāi)始走向成熟，也是目前土壤修復(fù)的主要市場(chǎng)。耕地由于直接關(guān)系到食品安全問(wèn)題，政府已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)行大面積工程示范，而礦區(qū)地塊由于地理位置相對(duì)偏僻、生態(tài)環(huán)境較差，一直未能探索到好的市場(chǎng)模式。但從土壤環(huán)境角度來(lái)說(shuō)，礦山污染土地的危害非常大，而且這種危害是緩慢積累的、隱蔽的，具有不可逆性，礦山環(huán)境修復(fù)與治理勢(shì)在必行。

3 礦山生態(tài)環(huán)境修復(fù)技術(shù)

3.1 生態(tài)修復(fù)目標(biāo)

礦山生態(tài)修復(fù)需要解決礦產(chǎn)開(kāi)采過(guò)程中產(chǎn)生的地質(zhì)問(wèn)題、環(huán)境污染問(wèn)題和生態(tài)問(wèn)題，修復(fù)的土地類(lèi)型及特征詳見(jiàn)表4[6]。

表4 礦山廢棄地特點(diǎn)Table 4 Characteristics of mining wasteland

在自然條件下，礦山廢棄地經(jīng)過(guò)自然演替可以恢復(fù)上述地質(zhì)問(wèn)題、環(huán)境污染問(wèn)題和生態(tài)問(wèn)題，但需要100年以上，因此，通過(guò)人工干預(yù)在相對(duì)較短的時(shí)間內(nèi)盡快恢復(fù)礦山廢棄地的生態(tài)環(huán)境顯得尤為必要。對(duì)于生態(tài)修復(fù)的目標(biāo)，專家學(xué)者逐漸形成了更完善的認(rèn)識(shí)。20世紀(jì)90年代，美國(guó)科學(xué)家提出生態(tài)修復(fù)是使一個(gè)退化生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)到接近干擾前狀態(tài)[7]。目前，學(xué)者們認(rèn)為，生態(tài)環(huán)境修復(fù)不是簡(jiǎn)單的復(fù)綠，不僅是植被恢復(fù)和生物多樣性的修復(fù)，而是要建立一個(gè)完整的自然生態(tài)系統(tǒng)，恢復(fù)其自然功能，并要因地制宜地考慮其經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和文化功能，要保持生態(tài)系統(tǒng)和人類(lèi)傳統(tǒng)文化功能的持續(xù)性[8-9]。

3.2 礦山生態(tài)環(huán)境修復(fù)技術(shù)

Li[10]統(tǒng)計(jì)了1994—2004年中國(guó)知網(wǎng)和Science Direct上發(fā)表的有關(guān)于礦區(qū)生態(tài)恢復(fù)的原創(chuàng)性研究，結(jié)果顯示，中國(guó)礦山生態(tài)恢復(fù)剛開(kāi)始研究并不多，10年期間發(fā)表的研究論文為149篇，其中英文論文21篇。在時(shí)間分布上，1994年僅有2篇論文發(fā)表，1999年發(fā)表論文達(dá)到17篇，隨著第十個(gè)“五年計(jì)劃”的推進(jìn)，政府加大對(duì)礦區(qū)生態(tài)恢復(fù)項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)投入和技術(shù)研究，在2000—2004年平均每年發(fā)表18篇相關(guān)論文。據(jù)中國(guó)知網(wǎng)搜索資料統(tǒng)計(jì)，2005—2016年從事我國(guó)的礦區(qū)生態(tài)恢復(fù)研究的機(jī)構(gòu)有40個(gè)，參與基金項(xiàng)目39個(gè)，相關(guān)論文288篇，其中，30.6%是綜述，40.6%是技術(shù)研究，16.0%是應(yīng)用實(shí)例研究，12.9%是法律政策研究。由此可見(jiàn)，在環(huán)保成為我國(guó)熱點(diǎn)行業(yè)的大背景下，礦山廢棄地生態(tài)修復(fù)研究關(guān)注度相對(duì)較少。

3.2.1 基質(zhì)改良、土地重構(gòu)及地貌重塑

物理法主要是通過(guò)表土或客土回填。《礦山生態(tài)環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)治理技術(shù)規(guī)范》要求排土場(chǎng)、采場(chǎng)、尾礦庫(kù)、礦區(qū)專用道路等各類(lèi)礦山場(chǎng)地建設(shè)前，應(yīng)對(duì)表土進(jìn)行剝離并妥善堆存，防止水土流失，其將作為后續(xù)修復(fù)的回填用土。

生態(tài)修復(fù)前，生態(tài)修復(fù)區(qū)地表裸露，土壤層缺失，地形陡峭，邊坡不穩(wěn)定，幾乎沒(méi)有植被。蘆迪等[11]對(duì)南京10多年前的修復(fù)礦山進(jìn)行評(píng)估研究發(fā)現(xiàn)，幕府山生態(tài)修復(fù)采用客土覆蓋法治理礦山廢棄地(采礦區(qū)與堆渣區(qū))，覆蓋土壤主要是建筑棄土與建筑垃圾、玄武湖隧道建設(shè)施工棄土與湖底清淤產(chǎn)生的淤泥，修復(fù)區(qū)平均增厚土層1.3 m，最厚的覆土達(dá)7 m。生態(tài)修復(fù)前，用玄武湖隧道建設(shè)施工棄土與湖底清淤產(chǎn)生的淤泥覆土，有效提高了土壤有機(jī)質(zhì)含量，從而改善了土壤結(jié)構(gòu)，為植物生長(zhǎng)提供了良好的基礎(chǔ)。

在地質(zhì)方面還需要進(jìn)行邊坡穩(wěn)定措施和截排水措施。尾渣廢棄地中，礦主體為各種已礦化及氧化的中細(xì)?；◢弾r，結(jié)構(gòu)松散，強(qiáng)度低，含砂石多，非常貧瘠，持水能力差，抗軟化能力弱，抗剪切強(qiáng)度低，故邊坡的穩(wěn)定性相對(duì)較差。該類(lèi)廢棄地修復(fù)的第一步是固坡。采取分級(jí)削坡和修筑馬道削坡，減緩上部陡坡，通過(guò)削坡取碴，減輕滑坡體上部的荷載和減小滑體的體積，然后將其反壓在下部緩坡(阻滑體)上，形成自然安息角，增加阻滑體的阻滑力量，防止上部邊坡向下滑動(dòng)。進(jìn)行排碴邊坡水路引導(dǎo)工程，減小地表水對(duì)邊坡的沖刷，主要有邊坡周邊截水和坡面徑流引流2種方法。邊坡周邊截水法是在邊坡邊界設(shè)置截流溝，充分利用斜坡坡頂現(xiàn)有的平臺(tái)和道路，并對(duì)坡頂馬道進(jìn)行硬化，用混凝土加固外側(cè)擋墻，在馬道與擋墻間形成U形排水溝，將馬道、道路面修成內(nèi)低外高的斜面，以利于內(nèi)側(cè)的排水溝匯集水流。坡面徑流分流法是在每級(jí)邊坡頂部修建擋水墻和截流溝，引流上部邊坡匯水，目的是不讓邊坡頂部的匯水沖刷邊坡，同時(shí)，在邊坡合適位置修建消能臺(tái)階，減少水流的貫性，防止匯水流速過(guò)快、過(guò)猛，沖刷邊坡。

化學(xué)法是通過(guò)添加化學(xué)物質(zhì)改善土壤酸堿度，或通過(guò)化肥、堆肥、生活垃圾、城市污泥和畜禽糞便等有機(jī)質(zhì)來(lái)提供土壤的持水力和持肥力。多數(shù)金屬礦山廢棄地存在酸堿化問(wèn)題，對(duì)于堿性廢棄地，宜采用硫酸亞鐵、碳酸氫鹽和石膏等進(jìn)行改良[12]；對(duì)于酸性廢棄地，可以在基質(zhì)中投入碳酸氫鹽和石灰中和廢棄地的酸性[13]。但在工程項(xiàng)目中，要考慮成本及實(shí)施的可操作性和效果，該方法可能更適用于局部地區(qū)的恢復(fù)污染。如紫金山金銅礦的銅礦堆浸場(chǎng)pH為2.0，并含有大量銅離子，后期如果與水接觸會(huì)有很強(qiáng)的產(chǎn)酸潛力，由于銅礦的堆積面積大，且礦渣堆積厚度深，施用石灰的話，很難保證下層的銅礦渣反應(yīng)完全，且用量大，恢復(fù)成本較高[14]。

生物改良也是基質(zhì)改良中常用的一種技術(shù)，如土壤動(dòng)物蚯蚓、菌根、酶和微生物等的存在可以改良土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤保水保肥能力[15]，雖然生物措施對(duì)廢棄地的基質(zhì)改良能起到一定作用，但是由于改善作用較小，效果非常緩慢，往往要和植物修復(fù)結(jié)合使用，而且不適用于缺乏土壤物質(zhì)、極端貧瘠的廢棄地。

3.2.2 污染土壤修復(fù)技術(shù)

污染土壤修復(fù)是使遭受污染的土壤恢復(fù)正常功能的技術(shù)措施，通過(guò)轉(zhuǎn)移、吸收、降解和轉(zhuǎn)化土壤中的污染物，使其濃度降低到可接受水平，或?qū)⒂卸居泻Φ奈廴疚镛D(zhuǎn)化為無(wú)害的物質(zhì)。從根本上說(shuō)，污染土壤修復(fù)的技術(shù)原理可概括為降低其在環(huán)境中的可遷移性與生物有效性、降低土壤中有害物質(zhì)的濃度。根據(jù)工藝原理，可分為物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)以及生物修復(fù)三大類(lèi)。

陳前臺(tái)走過(guò)來(lái)，看著魚(yú)缸里的三只金魚(yú)，說(shuō)：“這幾只金魚(yú)真可憐，從圓形魚(yú)缸中看到的世界會(huì)變形，歐洲有國(guó)家專門(mén)立法要用方形魚(yú)缸，我給范總建議了好幾回，他就是不聽(tīng)?！币缓贾皇青培培诺貞?yīng)付著，眼睛在身邊的書(shū)柜上亂掃。

3.2.2.1 物理修復(fù)

物理修復(fù)是指用物理方法(如換土、固化、電動(dòng)力學(xué)、熱解吸、熱力學(xué)、玻璃化等)進(jìn)行污染土壤的修復(fù)。研究表明[16]，電動(dòng)力學(xué)技術(shù)可以同時(shí)去除土壤中的多種重金屬污染物，在陰極添加絡(luò)合劑EDTA能提高修復(fù)過(guò)程中的電流，進(jìn)一步提高修復(fù)效率，且EDTA與重金屬的絡(luò)合提高了污染物向電極液的遷移效率，從而強(qiáng)化了電動(dòng)力學(xué)修復(fù)效果，0.1 molL的EDTA污染土壤中的總銅、總鉛和總鎘的去除率分別為90.2%、68.1%和95.1%。物理修復(fù)的優(yōu)點(diǎn)是修復(fù)效果好，但成本高，且土壤修復(fù)后較難再農(nóng)用，因此，該方法僅適用于污染程度高、污染面積小的情況。

3.2.2.2 化學(xué)修復(fù)

化學(xué)修復(fù)是指通過(guò)添加各種化學(xué)物質(zhì)使其與土壤中重金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)(如沉淀、吸附、氧化還原、催化氧化等)，使重金屬在土壤中的水溶性、遷移性和生物有效性降低。含磷材料通過(guò)吸附、沉淀、離子交換等作用與鉛離子形成穩(wěn)定的磷氯鉛礦類(lèi)物質(zhì)〔Pb5(PO4)3X;X=F, Cl, Br或OH〕，其可作為鉛污染土壤的穩(wěn)定修復(fù)劑的特性被廣泛地接受。常用的含磷材料主要有磷酸二氫鈣、磷酸一氫鈣、磷酸鈉、羥磷灰石、正磷酸鹽、磷礦石、過(guò)磷酸鈣及羥磷灰石和過(guò)磷酸鈣的混合物。石灰、粉煤灰、含磷礦物對(duì)Cd、Pb、Cu、Zn等陽(yáng)離子型重金屬的固定效果明顯[17-19]；鐵鹽、亞鐵鹽、鐵氧化物等，特別是硫酸高鐵和硫酸亞鐵能夠有效降低As的移動(dòng)性和抑制植物對(duì)As的吸收[20-21]；而鐵基與磷基鈍化劑復(fù)配可以同時(shí)固定土壤中的Pb、Cd、As[22]；焦亞硫酸鈉對(duì)鉻污染土壤有還原穩(wěn)定效果及長(zhǎng)期穩(wěn)定性，硫化鈣的加入能顯著提高六價(jià)鉻去除率以及總鉻和六價(jià)鉻的穩(wěn)定化率[23]；EDTA和NTA淋洗能有效去除酸溶態(tài)和可還原態(tài)的重金屬，可降低重金屬的生物有效性和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，且不會(huì)對(duì)土壤中微生物群落造成影響，因而EDTA和NTA淋洗對(duì)土壤的生產(chǎn)力影響較小[24]；α-淀粉酶是較理想的重金屬絡(luò)合劑，對(duì)酸提取態(tài)、可還原態(tài)和可氧化態(tài)的重金屬有一定的去除效果[25]。腐植酸是土壤有機(jī)質(zhì)的組分，其表面含有大量的醇羥基、酚羥基、羧基等官能團(tuán)，可以與重金屬發(fā)生吸附絡(luò)合作用，是一種良好的重金屬鈍化劑。研究表明，當(dāng)投加2%的胡敏素時(shí)，土壤中重金屬Cu2+和Pb2+的浸出濃度分別下降45.16%和56.97%，農(nóng)田常用的氮肥、磷肥還能進(jìn)一步促進(jìn)胡敏素對(duì)鉛的鈍化[26]。該技術(shù)易操作、費(fèi)用合理、效果較好，但最好進(jìn)行長(zhǎng)期的跟蹤監(jiān)測(cè)。

3.2.2.3 生物修復(fù)

生物修復(fù)可分為植物修復(fù)和微生物修復(fù)。植物修復(fù)是利用植物對(duì)土壤中重金屬進(jìn)行吸收提取或穩(wěn)定固定的修復(fù)技術(shù)。目前國(guó)際上報(bào)道的重金屬超富集植物有500多種，文獻(xiàn)報(bào)道的部分超富集植物如表5所示。

表5 文獻(xiàn)報(bào)道的部分超富集植物Table 5 Some plants were reported in the literature

(續(xù)表5)

微生物修復(fù)主要是通過(guò)其代謝產(chǎn)物對(duì)重金屬的溶解、轉(zhuǎn)化與固定來(lái)實(shí)現(xiàn)的，從而使土壤重金屬的生物有效性降低，或提高植物對(duì)重金屬的吸收效率。如從鉻渣堆場(chǎng)中分離出的Bacillussp.[56]，制革廢物污染土壤中分離出的arthrobactersp.[57]，活性污泥中分離出的generaAcinetobacte和Ochrobactrum，Pannonibacterphragmitetus[58]菌株均能還原Cr(Ⅵ)。柴立元等[59]研發(fā)了鉻渣及渣土筑堆、菌液循環(huán)噴淋浸出治理技術(shù)，能有效去除鉻渣及渣土中90%以上的六價(jià)鉻，實(shí)現(xiàn)其高效治理和長(zhǎng)期穩(wěn)定，修復(fù)快速、徹底、無(wú)二次污染、修復(fù)與改良同步，治理后鉻渣及渣土六價(jià)鉻浸出毒性濃度低于GB 5085.3—2007《危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn) 浸出毒性鑒別》限值，鉻污染土壤達(dá)到鉻渣污染治理環(huán)境技術(shù)規(guī)范中用作路基材料和混凝土骨料的限值。Chanmugathas等[60]發(fā)現(xiàn)，土壤微生物能夠利用有效的營(yíng)養(yǎng)和能源，在土壤濾瀝過(guò)程中通過(guò)分泌有機(jī)酸絡(luò)合并溶解土壤中的重金屬。生物修復(fù)成本低，不改變土壤性質(zhì)，沒(méi)有二次污染，但是耗時(shí)較長(zhǎng)。

3.2.3 生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)

礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)除了實(shí)現(xiàn)對(duì)污染物的移除、固定，更重要的是對(duì)植被的恢復(fù)。目前常用的先鋒植物雖然重金屬富集系數(shù)達(dá)不到超富集植物的要求，但其具有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力，對(duì)保護(hù)表土、減少侵蝕和水土流失有重要作用。目前常用的先鋒植物大多數(shù)是草本植物和灌木，而喬木較少。據(jù)報(bào)道[61-64]，對(duì)于中國(guó)南部的鉛鋅礦，香根草、雙穗雀稗、百喜草、長(zhǎng)喙田菁、銀合歡等作為先鋒植物不僅有很好的耐受性，同時(shí)能改良尾礦土壤；對(duì)于銅礦，目前有13種植物被應(yīng)用于生態(tài)修復(fù)，常用的先鋒植物有香蒲、彎葉畫(huà)眉草、狗牙草、百喜草、狼尾草、香根草等[65]；對(duì)于中國(guó)北部干旱與半干旱地區(qū)的煤礦，王文英等[66]研究發(fā)現(xiàn)，沙棘是很好的先鋒植物；除此之外，還有一些固氮能力強(qiáng)的植物作為先鋒植物應(yīng)用于礦區(qū)生態(tài)修復(fù)，如豆科植物天藍(lán)苜蓿、馬棘、小苜蓿等在銅陵尾礦廢棄地長(zhǎng)勢(shì)良好[67]，鷹嘴豆和豇豆具有莖瘤和根瘤，是理想的鉛礦生態(tài)修復(fù)先鋒植物[68]。

在礦區(qū)植被初步恢復(fù)的基礎(chǔ)上，還應(yīng)注重植被搭配，構(gòu)建完整的生態(tài)過(guò)程、物質(zhì)和能量循環(huán)，再現(xiàn)當(dāng)?shù)氐纳锒鄻有浴Ｈ绾?jiǎn)麗華[69]根據(jù)稀土廢礦區(qū)土壤特點(diǎn)選用香根草、類(lèi)蘆和鴨拓草等耐旱性強(qiáng)、適應(yīng)能力強(qiáng)的草種搭配，并套種寬葉雀稗等固氮能力好的植被；黃義雄等[70]研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)于酸性較強(qiáng)的亞熱帶高嶺土礦區(qū)土壤可選用馬尾松、茶樹(shù)、香根草、五節(jié)芒這種喬灌草相結(jié)合的群落配置。為了提高修復(fù)時(shí)期的土地利用價(jià)值，常采用搭配具有一定抗污染能力的生態(tài)-經(jīng)濟(jì)型植物進(jìn)行礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)，其建群植物主要為用材、工業(yè)原料與藥用、能源和景觀等，既具有經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)不會(huì)進(jìn)入食物鏈影響人類(lèi)健康安全。

4 展望

目前，我國(guó)在大力推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)和環(huán)境保護(hù)工作，進(jìn)入環(huán)境效果時(shí)代，不僅出臺(tái)了史上最嚴(yán)的環(huán)保法，而且加強(qiáng)了環(huán)境監(jiān)管執(zhí)法，北京、上海、廣東、廣西和重慶等地2015年開(kāi)出的環(huán)保罰單均上億元；與此同時(shí)，環(huán)保公益訴訟成為環(huán)保利器，環(huán)保法庭逐漸開(kāi)始發(fā)揮作用。相比于水污染治理和大氣污染治理的萬(wàn)眾矚目和技術(shù)、市場(chǎng)的日益成熟，礦山廢棄地修復(fù)公眾關(guān)注度較小，技術(shù)也還未形成系統(tǒng)體系，因此可以借鑒水和大氣的治理經(jīng)驗(yàn)，如加強(qiáng)公眾監(jiān)督，建立公眾參與平臺(tái)，將全國(guó)需要修復(fù)的礦區(qū)廢棄地清單(包含名稱、位置、責(zé)任人和整改期限等內(nèi)容)公之于眾。

做好礦山廢棄地的修復(fù)，減少?gòu)U棄地的產(chǎn)生是重要措施和途徑。在開(kāi)采過(guò)程中要實(shí)現(xiàn)源頭控制—過(guò)程阻斷—末端修復(fù)全過(guò)程管理的綠色開(kāi)采模式，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、資源綜合利用和保護(hù)環(huán)境的循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式。在這個(gè)模式中，要加強(qiáng)前期的采選礦技術(shù)和后期的修復(fù)技術(shù)開(kāi)發(fā)，加強(qiáng)以實(shí)際工程應(yīng)用為終極目標(biāo)的共性技術(shù)和關(guān)鍵技術(shù)的開(kāi)發(fā)，在實(shí)驗(yàn)室小試的基礎(chǔ)上重視中試研究，建議國(guó)家財(cái)政資金資助成立區(qū)域性的產(chǎn)、學(xué)、研、用相結(jié)合的國(guó)家級(jí)礦山廢棄地修復(fù)工程實(shí)驗(yàn)室，并在此基礎(chǔ)上提供可操作性強(qiáng)的技術(shù)指南。

隨著城市化進(jìn)程的加快和礦產(chǎn)開(kāi)采規(guī)模的不斷擴(kuò)大，礦山廢棄地不是僅在深遠(yuǎn)的山林，而是離公眾的現(xiàn)實(shí)生活越來(lái)越近，因此，修復(fù)的土地既可以用作農(nóng)用或林用，也可以作為景觀和旅游資源，或商用。成熟和完整的商業(yè)模式鏈?zhǔn)峭苿?dòng)市政和工業(yè)廢水治理的重要條件，礦山廢棄地修復(fù)也可利用互聯(lián)網(wǎng)思維探索出能有效吸引民間資本進(jìn)入的商業(yè)模式，積極推動(dòng)第三方參與，甚至實(shí)現(xiàn)通過(guò)后期運(yùn)營(yíng)獲得盈利的方式。

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Advances of eco-environmental remediation of mine wasteland

CHEN Wei1,2, NING Ping1, LI Huijuan2, YOU Ping2, ZHU Anling2

1.College of Environmental Science and Engineering, Kunming University of Science and Technology, Kunming 650504, China 2.Hunan Research Institute of Nonferrous Metals, Changsha 410100, China

Mineral resources are important material bases to support Chinese social and economic development. On the other hand, mining activities have introduced severe environmental pollution and resulted in serious impacts on the surrounding environment, such as the decrease of cultivated areas, destruction of sensitive ecosystems. Therefore, the eco-environmental restoration of mine wastelands is more and more concerned by experts and government departments. The current status of mineral resources exploitation, environmental problems caused by mining activities, related policy, and current restoration situation were reviewed. Meanwhile, the characteristics and ecological restoration objectives of mine wastelands were analyzed, related substrate modification and eco-system restoration technologies introduced, and the application adaptability and advantages and disadvantages of the technologies pointed out. Finally, some potential solutions were proposed aiming at the problems such as lacking of investment funds and technologies, so as to provided reference for the ecological restoration of mine wastelands in the future.

mining area; wasteland; restoration situation; substrate modification; eco-system restoration

2016-07-29

國(guó)家“十二五”科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2012BAC09B04)；湖南省環(huán)保科研課題(湘財(cái)建指〔2014〕287號(hào))

陳偉(1975—)，男，研究員級(jí)高級(jí)工程師，主要從事環(huán)境污染控制技術(shù)方面研究，cw_linglong@163.com

*通信作者：寧平(1958—)男，教授，博士，主要從事環(huán)境污染控制技術(shù)研究，ningping58@163.com

X53

1674-991X(2017)01-0078-010

10.3969j.issn.1674-991X.2017.01.012

陳偉，寧平，黎慧娟,等.礦山廢棄地生態(tài)環(huán)境恢復(fù)治理進(jìn)展[J].環(huán)境工程技術(shù)學(xué)報(bào),2017,7(1):78-87.

CHEN W, NING P, LI H J, et al.Advances of eco-environmental remediation of mine wasteland[J].Journal of Environmental Engineering Technology,2017,7(1):78-87.