矿山废弃地恢复

矿业废弃地植被恢复

矿业废弃地是指为采矿活动所破坏的,非经治理而无法使用的土地[1]。根据其来源可分为三种类型:一是剥离表土,开采的废石及低品位矿石堆积形成的废石堆废弃地;二是随着矿物开采形成的大量的采空区域及塌陷区,即开采坑废弃地;三是利用各种分选方法分选出精矿物后的剩余物排放形成的尾矿废弃地。矿业废弃地不仅侵占大量的耕地,它还是持久而严重的污染源,因此,世界很多国家都非常重视矿业废弃地的垦工作。矿业废弃地的复垦措施主要有物理、化学工程措施与植被恢复。几种方法相比较而言,植被恢复具较好的生态效益和社会效益,且最为经济。

1植被基质的改良

1.1表土转换

在工程动工之前,可先把表层(30cm)及亚层(30~60cm)土壤取走,认真加以保存以便工程结束后再把它们放回原处,这样虽是破坏了植物,但土壤基本保持原样,

土壤的营养条件及种子库保证了本土植物的迅速定居,无需更多的投入。表土转换工程的关键在于表土的剥离、保存和工程后表土的复原。在整个过程中,应尽力减少对土壤结构的破坏和养分的流失。目前西欧大多数国家都要求凡涉及露天开采的工程都采用这一技术[2],我国海南田独铁矿,云南昆阳磷矿也进行了该项工作,并取得了很好的效果。作为一种变通的办法,也可以从别处取来表土覆盖遭破坏

的区域,这已在较小的工程中广泛使用,不过代价昂贵,且获得合适的表土较为困难。

1.2污水、垃圾的处理

目前，世界上许多国家都在探索污水处理系统可替代技术，在水处理方面融入生态工程的概念。这种技术重新建构了自然处理过程，用湿地中的植物、土壤和微生物环境来处理废水。对于水资源的利用、净化技术主要有人造湿地构建技术、植根际过滤技术等。

垃圾一般作为表土的替代物用以覆盖矿业废弃地。因为它们养分含量较高,往往能取得良好的效果。覆盖层的厚度,视废弃地的状况和复垦目标而定。废弃地毒性较高或恢复成农业用地要求覆土厚实,至少30cm以上;若只要获得草本植物的覆盖,10cm左右的覆土也就足够了。若是废弃地重金属含量较高,则需在覆土前加一层低活性、粗颗粒物质作为隔离层,以防止重金属因毛细管作用向上迁移导致植被的退化。

1.3填土造田

我国的煤矿废弃地占地面积最大,复垦问题引人注目。鉴于煤矿废弃地多为采空区或塌陷区,而当地又有大量的粉煤灰,因此,在一些煤矿塌陷区,利用粉煤灰作填充材料,其上覆以30~40cm的黄土,进行造林或种植农作物,结果表明,刺槐、柳树、泡桐、苦楝和火炬树等树种都可获得正常生长,尤以刺槐和柳树生长较快,其根系可以扎入粉煤灰中。粉煤灰复田再辅以正常的水肥供应,一般农作物如小麦、玉米、花生、白菜等也能正常生长,作物中的微量元素和放射性元素含量均

符合我国的食品卫生标准。粉煤灰是煤矿区大量存在的固体废弃物,以它作为填充材料一举两得。在缺少填充材料的塌陷区可采用“挖深补浅”的办法,这样可营造一部分耕地和一部分养殖水塘

1.4灌溉施肥

灌溉在一定程度上可以缓解废弃地的酸性、盐度和重金属问题。美国科罗拉多州进行的油页岩复垦实践表明,在植物定居之前,经过一番天然淋溶实属必要。油页岩在淋溶之前施加氮、磷、钾肥对植物生长不起作用,因为油页岩的盐害抑制植物生长,天然淋溶之后,绝大部分可溶性盐类随之消失,施加氮、磷、钾肥方取得效果。当废弃地的毒性被解除之后,施用化学肥料有助于建立和维持植被,综合施加氮、磷、钾肥要比单施某一种肥料好。速效的化学肥料在结构不良的废弃地上易于淋溶,收效不大,缓效肥料往往会取得更好的效果。在管理方便的情况下可以少量多次

1.5微生物处理

利用生物固氮作用在重金属含量较低的废弃地进行土壤改良及植被重建显出很大的作用和潜力。改良废弃地广泛引入的固氮植物有红三叶草、白三叶草、桤木(Alnus cremastogyne)、洋槐(Robiniapseudoacalia)和相思(Acasia richii)等。近年来,长喙田蓍(Sesbania rostrata)的茎瘤共生体系因其具有极高的固氮效益而备受关注。对于具较高重金属毒性的废弃地,必须用相应的工程措施(如掺入一定比例的污水污泥等)以解除其毒性,保证植物结瘤固氮。菌根能够有效地利用基质中的磷,而且不受尾矿中富含金属的毒害,所以将其接

种于相应的共生树种,可以较好地适应废弃地的生境,这对尾矿上植物定居起着重要作用,达到一定的改良目的。

2.植物的选育

2.1植物选育原则

在矿区废弃地进行植被恢复，首先应该对废弃地的污染元素进行分析，再对土壤的物化、生化性质进行分析，查明土壤的PH值、地表水、通气性、土壤氮素及土壤温度等，进而选择植物物种。植物物种的选择是植被恢复过程中很关键的一环，选择应该遵循以下原则：一是选择生长快、适应性强、抗逆性好的植物；二是优先选择固氮植物和优先选择当地乡土植物和先锋树种；三是综合考虑经济价值和社会价值[67]。对于草本植物来说，禾本科(Gramineae)与豆科(Leguminosae)植物往往是首选植物。这两类植物往往生命力强、耐贫瘠、生长迅速，非常适合矿区的生态环境。目前，狗牙根(Cynodondactylon L.)、百喜草(Paspalum natatum)、香根草(Vetiveria zizanioiaes)等都被广泛地应用于矿区的生态恢复中。

对于木本植物来说，根据有关研究资料，矿区生态恢复较适宜的树种有臭椿、法桐、旱柳、白毛杨、丁香、马尾松、泡桐、加拿大松、圆柏、藏柏等。

此外，用超积累植物(Hyperaccumulator)修复重金属污染的土壤，是当前修复生态学领域的热门课题。超积累植物指的是一些自然生长在金属污染土壤上的植物，它们能够在其地上部分富集异常高的金属，如Ni、Zn、Cu、Co和Pb等[64]。Brooks等使用超积累植物

(Hyperaccumulator)一词来描述这类植物[68]。根据Brooks的定义，若植物地上部分(干重)能富集100 mg/kg的Cd，1 000 mg/kg的Pb、Cu、Co、Ni和10 000 mg/kg的Zn和Mn，则称之为超积累植物。它们生长周期短、抗病虫能力强、能大量的吸收重金属并转移到地上部分，从而有利于降低土壤中的重金属的含量[69]。例如蜈蚣草（Pteris vuttata）和大叶井口边草（Pteris laeta(Wall.)Ching）是As的超富集植物，鸭跖草（Commelina communis）是Cu的超富集植物，而遏蓝菜属（ThlaspiLinn）植物则具有非常强的Zn富集能力[70,71]。在生态恢复实践中要重视超富集植物的使用，根据不同目的选择相应植物种类。

2.2栽种技术

根据废弃地的理化性质，基本的植物种植技术有三类：直接种植乡土植物、改良基质后种植耐性植物和表层处理后种植植物。根据调查筛选出合适的植物材料，可采取合适的方式，注意不同种类的合理组合，以便于种间的有效集合而形成稳定的群落。同时必须做好后期的养护管理，如灌溉、追肥等，从建立自我维持的生态系统角度来看，管理强度应该逐年降低。