铜陵铜尾矿复垦现状及植物在铜尾矿上的定居

表 2 尾矿和正常土壤的基本理化性质 Tab. 2 Basic Character of Tailings and Normal Soil
尾矿废弃地的极端生境 ,只有能够适应极端生 境条件的先锋植物才能在其上定居 。繁殖体的入侵 并不意味着植物就能定居成功 ,最主要的指标是植 物能够定居并能够繁衍后代 。从先锋植物的入侵到
相对郁闭的植物群落的形成 ,往往需要几十年甚至 上百年的时间 ,属于长期演替的范畴 ,故尾矿的复垦 常采用人为干预 ,以加速演替的进程 。在植物定居 的早期阶段 ,基质的改良是关键 。因为极端的生境 是限制植物定居的主要胁迫因子 ,故耐重金属植物 在尾矿的植被恢复中扮演着非常重要的角色 ,对耐 重金属植物的研究也正广泛进行 ,内容涉及形态 、生 理 、生态 、分布 、植物化学 、耐性植物的进化 ,超富集 植物的发现和利用[5～7 ] 。现已发现并筛选出诸如紫 羊茅 ( Fest uca rubra) 、狗牙根 ( Cy nodon datylon ) 、 茜草 科 九 节 木 属 的 Psychot ria douarri ; 海 洲 香 薷 ( Elsholtz ia douarri ) ; 鸭 跖 草 ( Com meli na com 2 m uis) 、小犬蕨 ( Pteri di u m scop) 、小头蓼 ( P. M icro2 cephal u m ) [8 ]等众多的耐金属生态型 ,它们将在尾矿 废弃地的复垦中发挥重要的作用 。目前已发现近 500 种超富集植物 ,镍富集植物占了超富集植物的 80 %以 上 , 而 在 我 国 发 现 的 则 较 少[9 ] 。据 Baker 等[10 ]统计 ,现已发现的铜超富集植物只有 25 种左 右 ,它们大多分布在非洲沙巴铜矿带 。
30°56’42’’N ,117°43’28’’E ,是我国重要的产铜地 区之一 ,全市有铜矿 35 处 ,累计探明储量 360. 4 万 t 。总面积约 113 km2 ,人口约 70 万 ,地势东南高 ,西 北低 ,属亚热带湿润气候 ,季节交替明显 ,气候温和 , 雨量充沛 ,年均温 16. 2 °C ,无霜期约为 230 天 ,全年 主导风向东北风 , 大气稳定度高[11 ] 。矿产资源丰 富 ,铜的开采和冶炼是铜陵市的主导产业 ,对我国经 济发展有很重要的作用 ,但开采过程中形成的废弃 物占有了大量的土地 ,污染了周围环境 ,矿业废弃地 的治理和植被重建已是影响铜陵市持续发展的关键 问题之一 。 1. 2 野外调查与采样
黑沙河尾矿库排放时间在 50 年以上 , 面积约 5 万 m2 ,该区由于受长江水涨落的影响 ,基质得到自 然改良 ,自然定居植物较多 。更兼当地农民利用江 水涨落的间隙在河漫滩处种植油菜等作物 ,故尾矿 得到较好的改良 ,植被覆盖率也达到较高水平 。部 分地段基质得到较大改善 ,保水保肥能力和正常地 段无异 。至于所种作物中重金属含量是否超标还有 待研究 。
五公里尾矿库停止排放时间约 8 年 ,面积约 105 万 m2 ,该区为铜尾矿库的复垦试验区 ,人为干预频 繁 ,故人工植被长势良好 ,部分地段盖度达 80 %以 上 ,但未复垦处仍裸露 ,风蚀 、水蚀现状严重 ,主要复
垦植物为狗牙根 、三叶草 ( T rif oli u m repen) ,以边缘 区自 然 定 居 的 植 物 为 多 。库 区 内 积 水 地 段 , 芦 苇 ( Phragm ites aust ralis) 生长繁茂 。本区复垦策略是 以改善立地条件为主 ,然后以此为基础 , 移栽抗性强 速生的乡土种 。目前尾矿库已积累了一定厚度的有 机质 ,基质的 N 、P 、K 含量显著提高 ,保土保肥能力 有很大改善 。
凤凰山尾矿库停用时间约 15 年 ,面积31 万 m2 , 该区三面环山 ,气候温和 ,当地农民客土种植药用植 物丹皮 ,并辅种大豆等豆科植物 。从当地人的实践 来看 ,客土对于尾矿的复垦很有效 ,能迅速改良尾矿 表面的极端生境 ,但不适于大规模的矿区复垦工作 , 因为成本高 。芍药科植物 、豆科植物在该区形成季 节性的单优群落 。
五公里尾矿库
狮子山尾矿库
凤凰山尾矿库
铜官山尾矿库
8 人工复垦
70～80 初步改善
一般
10 自然演替人为干预
0～10 无 无
15 丹皮
80 较差 较好
30 自然演替草灌丛
40 较好 较好
黑沙河尾矿库 50
油菜地草地 20～80
较差到良好 较好到良好
规模的植物入侵和定居 。植物的自然和人工演替也 要以基质的改良为前提 。当然也不可否认人为干预 会加速植物在矿业废弃地上的演替 。 2. 2 尾矿的基本理化性质与植物定居的关系
由表 2 可知 ,尾矿的 EC 值比正常土壤高 , EC 值的高低代表着土壤浸提液中可溶性盐量的多少 。 出现这种情况是由于尾矿中有效态 、可交换态铜较 多的缘故 ,而植物能够利用的也只是这一部分铜 。 只要铜浓度超过植物能够忍受的范围 ,或植物在重
金属污染的土壤中生长时间过长 ,生长于其上的植 物就会产生形态上和生理上的差异 。如植株矮小 、 叶色变淡 、提前发育成熟等逆境所产生的效应 。生 长于尾矿上的植物大多表现出这种受害症状 ,这也 是植物对逆境的一种适应方式 。植物通过自身的调 节来适应变化了的生境 ,往往以牺牲自身的某些利 益为代价 。据调查 ,尾矿区生长的白茅 、狗牙根比正 常土壤上生长的同类植物要提前开花 5 天左右 ,个 体矮少 ,生物量减少等 。
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样地 弃置时间 (a)
利用现状 植被覆盖率 %
基质结构 持水保肥力
长江流域资源与环境 第 13 卷
表 1 铜陵各铜尾矿 (库) 废弃地基本情况
Tab 1. Characteristic of t he Main Tailings Pools in Tongling
关键词 :铜尾矿 ; 理化性质 ; 植被覆盖 ; 植物名录 文献标识码 :A
重金属污染过的土地 、尾矿废弃地的植被恢复 与重建 ,前人已做了很多工作 。早在 20 世纪 30 年 代 ,美国就开展了尾矿的植被恢复工作 ,1930～1980 年已有 47 %的矿业废弃地恢复了植被 ,1950～1960 年 ,欧洲 、北美和中国都注意到了各自的环境问题 , 开展了生物与工程相结合的矿山 、水体和水土流失 等环境恢复和治理工程 ,并取得了一些成效[1 ] 。目 前 ,许多国家都进行了大规模的尾矿复垦工作 。同 时 ,科学工作者也深入研究了尾矿的基本理化性质 , 指出了尾矿限制植物定居 、生长 、繁殖的关键因素是 物理结构不良 、持水保肥能力差 、极端贫瘠 、重金属 含量过高 、极端 p H、温度的剧变 ,并提出了相应的改 良措施[2～4 ] 。目前 ,尾矿的治理措施主要有三种 :物 理法 、化学法和植被法 。前两种复垦方法费时费力 , 且容易造成二次污染 ,而植被法则因简单易行 ,且能 有效地防止尾矿的风蚀和水蚀 ,费用也比物理法和 化学法低 ,因此被认为是一种尾矿复垦的有效的方 法[4] 。
笔者调查了安徽省铜陵市铜尾矿废弃地的植被 恢复 (包括人为干预的植被恢复和自然条件下的植 被 恢复) ,禾本科 、豆科植物在狮子山尾矿库的植物
收稿日期 :2003205209 ;修回日期 ;2003206224 基金项目 :安徽省自然科学基金 ( 03043501) 、安徽省教育厅自然科学基金 ( 2002 KJ 127) 、安徽省高等学校青年教师科研 资 助 计 划
2002 年 6 月中旬对铜陵市尾矿库复垦现状进行 生态调查 ,记录所有出现的植物 ,并采集植物样品带 回实验室做物种鉴定 ;采集尾矿样品 (深度为 20cm , 每尾矿库采集 3 个样品带回实验室供分析用 。野外 采集的尾矿样品 ,放在实验室内自然风干 ,并研磨过 筛 。正常土壤采自铜陵市正常的水稻土 。 1. 3 土样处理与分析
由表 1 可明显看出 ,各尾矿库的植被覆盖 、基质 结构 、保水保肥能力随尾矿弃置时间的延长得到较 大改善 ,这是比较容易理解的 ,植物繁殖体迁移和定 居到尾矿这样的极端生境上需要一个过程 ,基质的 改善在 自 然 条 件 下 也 要 依 靠 死 亡 的 植 物 残 体 来 完 成 ,只有在极端生境得到改善Байду номын сангаас前提下 ,才能谈及大
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自然入侵中扮演了非常重要的角色 ;铜陵有色金属 公司与澳大利亚合作对五公里的尾矿填埋场进行复 垦时 ,就选用了禾本科中的狗牙根 ,目前复垦良好 , 部分地段已达相对郁闭的植物群落阶段 。本文就铜 陵市尾矿库复垦现状和尾矿上自然和人工定居的植 物作一简介 。
1 材料与方法
1. 1 研究地点概况 铜陵 市 位 于 安 徽 省 中 部 , 长 江 南 岸 , 地 处
(2002jq133) 和安徽师范大学专项基金 (2004xzx06) 资助项目 作者简介 :杨世勇 (1972～ ) ,男 ,河南省罗山人 ,讲师 ,博士研究生 ,主要从事环境生态学研究. 3 通讯作者 : E2mail : ldy @mail. ahnu. edu. cn
第 5 期 杨世勇等 :铜陵铜尾矿复垦现状及植物在铜尾矿上的定居
铜官 山 尾 矿 库 排 放 时 间 约 30 年 , 面 积 约 20 万 m2 ,部 分 基 质 得 到 较 大 改 善 区 有 大 量 白 茅 ( I m p ret a cyli n d raca) 、节节草 ( Hi p pochaete ramosis2 si m u m ) 等多种草本或灌木植物定居 ,库区低洼处酸 化严重区域则寸草不生 ,库区还常有选矿后的酸性 废水排入 。因尾矿中含有较多的硫 ,故部分地段有 单质硫析出 ,硫磺味很浓 。由于该区疏于管理 ,原有 尾矿库受雨水冲刷 ,沟壑众多 。
第 13 卷第 5 期 2004 年 9 月
长江流域资源与环境 Resources and Environment in t he Yangtze Basin
文章编号 :100428227 (2004) 0520488206
Vol. 13 No . 5 Sept . 2004
铜陵铜尾矿复垦现状及植物在铜尾矿上的定居
杨世勇1 , 谢建春2 , 刘登义1 3
(1 安徽师范大学生命科学学院 ,安徽 芜湖 241000 ; 2 安徽师范大学环境科学学院 ,安徽 芜湖 241000)
摘 要 :安徽省铜陵市位于长江中游 ,是我国主要的铜矿产区 ,其铜尾矿共有 5 个主要的分布区域 。随排放时间的延 长 ,各尾矿库的持水保肥能力和植被覆盖率提高 ;铜尾矿限制植物定居的主要因素是极端贫瘠和重金属毒性 ,各尾 矿库的重金属含量都很高 ,而 N 、P、K 和有机质的含量很低甚至为零 。自然和人工定居于尾矿上的植物共有 9 科 37 属 40 种 ,其中禾本科 、豆科 、菊科植物占所有植物种的 72. 5 % ,此 3 科植物因有完美的生态适应机制而能成为在尾 矿上定居的先锋植物和优势种 。铜尾矿库植被自然演替属于几十年甚至上百年的长期演替 ,铜矿废弃地的治理和 恢复重建更是一项长期而艰巨的工作 。
狮子山尾矿库排放时间约 10 年 ,面积20 万 m2 , 本区排放时间较短 ,自然定居植物并不多 ,在无植被 覆盖处风蚀 、水蚀 、风扬现象均较严重 ,个别植丛定 居处常能形成固定的小沙丘 。具有匍匐茎和地下根 状茎的多年生植物的定居 ,使尾矿表层更加稳定 ,从 而使植被覆盖度增加 。植物根系死亡能增加尾矿的 有机质 ,从而改善尾矿的持水保肥能力 。各尾矿的 基本情况如表 1 所示 。
尾矿 p H、有机质 、全氮 、全磷 、全钾及有效磷及 效钾 、有效铜 、全铜的测定 ,按《土壤农化分析手册》 一书描述的方法进行测定[12 ] 。
2 结果及分析
2. 1 铜陵市尾矿复垦现状 铜陵市尾矿库共有五处 :五公里尾矿库 、黑沙河
尾矿库 、铜官山尾矿库 、凤凰山尾矿库 、狮子山尾矿 库等 。