广西泗顶铅锌矿区生态恢复与重建研究

郭维君，陈学军，崔晓艳

(1.重庆地质矿产研究院，重庆 400042；2.重庆市国土资源和房屋管理局矿产地质与环境地质重点实验室，重庆 400042；3.煤炭资源与安全开采国家重点实验室重庆研究中心，重庆 400042；4.桂林理工大学 土木与建筑工程学院， 广西 桂林541004)

随着我国新一轮的经济快速发展，矿山资源需求量的增加，将加速矿产业的发展，显著加大对环境的压力。据统计，目前广西有各类矿山6800座，累积固体废物排放量6614万t，废弃地7576ha[1]。矿产资源开采是迄今最大规模改变地球表面景观和破坏地表生态系统的有组织的人类活动[2]。矿山环境经过采矿、选矿等过程，矿山土壤往往肥力低下，微生物含量低、重金属污染问题突出，形成了极端的生态环境，给生态恢复重建带来很大的困难。若任由采矿废弃地依靠自然演替恢复,可能需要 100～1 000年[3]。因此,必须采取人工协助手段进行恢复。泗顶铅锌矿区原属国有大中型矿山，为我国的经济的发展作出了巨大的贡献。目前，中心地带已经开采完毕，矿区边缘尚有零星余矿仍在开采。目前，矿山环境地质问题主要有：①景观破坏，山坡面采矿槽、采矿坑、土堆相问分布，采矿后地面最大高差达20～30 m，变成坑洼不平的荒山荒坡。②由于疏干排水引起地下水大幅下降 ,导致部分饮用水井干涸 ,水资源大量减少。③土地资源的破坏。据不完全统计,泗顶河两侧一带,该区已发生大小地表塌陷1024处,造成原泗顶镇房屋出现大面积裂缝 ,不得不整体搬迁。④土壤、水体污染。由于大量尾矿渣石的流失和选、 冶之后的尾矿砂不时侵溢,造成矿区部分沟谷、水塘被填埋、 堵塞 ,水质被污染。造成土地质量下降 ,农业减收。影响人口数千人。本文对矿区土壤重金属含量进行调查和分析，探讨其生态恢复的可行性,以及根据矿区存在的地质环境问题，提出环境恢复治理对策措施，为我国金属矿山复垦及环境恢复治理提供科学依据。

1 材料样品与分析方法

将土壤样品进行风干，去除杂质，粉碎混匀，过100目尼龙筛,在105～110℃的烘箱中烘至恒重，测其水分含量。烘干后以备测定pH值、EC、TN、TP、有机质、重金属含量等。土壤pH值采用电位法，用pHs-3C型精密pH计测定；土壤电导率采用电导法，用DDS-11C型电导率仪测定。土壤有机质采用重铬酸钾容量-稀释热法测定，土壤全氮用半微量凯氏定氮法测定，土壤全磷用NaOH-钼锑抗比色法测定。土壤重金属含量的测定，需土壤样品经混合酸[HCl(浓) +HNO3(浓)+HF+HClO4]消解后，用原子吸收分光光度计测定。

2 结果及分析

通过对矿区土壤检测发现，pH值 5.5～6.5,有机质1.5%～2% ,全氮 0.075%～0.1%,全磷 0.06%,全钾0.8%,土壤肥力属中等偏低水平。矿区土壤重金属含量表明，矿区周边土壤重金属离子按平均含量大小排序为：Zn>Pb>Mn>Cu>Cr。7个采样区土壤中重金属含量均超过广西和全国土壤背景值，且Zn、Pb的含量远高于土壤质量三级标准，分别是土壤质量三级标准的28.3、10.1倍。Pb的含量在3区最高，为16 841mg.kg-1，为土壤三级标准值的33.6 倍；Zn最高含量出现在4区，为72 564mg.kg-1，为土壤三级标准值的145倍；Cu、Cr的最高值出现在3区，但未超过土壤环境质量二级标准。从整个矿区土壤污染情况来看，总的趋势是：未开采区<恢复区<尾矿坝。据王敬国[4]对土壤中植物营养元素的分析发现，土壤中w/Fe、w/Mn的适中标准分别为25×10-3～100×10-3和0.17×10-3～1.2×10-3。因此,本矿区土壤未受到Fe、Mn的污染。从以上可以看出，总体上矿区土壤中养分含量较低,经过土壤基质改良，还适合一般林木、果树生长，但必须注意Zn、Pb污染土壤对农业恢复的影响。

3 矿山环境恢复治理对策

矿山环境恢复治理又称为矿山复垦，是指将矿区内被破坏的土地采取整治措施，使矿山土地恢复到破坏前的状态，或者恢复到可供利用的水平。矿山环境恢复治理主要是生态恢复，生态恢复是指对矿山环境进行改建等措施，使矿山生态系统恢复必要的结构和功能,并使系统能够自我维持[2]。主要包括三方面的内容：矿山工程复垦、污染土壤治理与植被恢复、目标生态系统重建。

3.1 矿山工程复垦

矿山工程复垦主要为矿山植被恢复前期处理、在矿山目标生态系统建立之前，需要做矿山环境治理工程规划。工程规划主要遵循树立科学的发展观 ,坚持以造地为主要目标 ,同时兼顾绿化和排土利用的原则。根据复垦土地的土壤、 水资源、 地貌及当地气候、 水文等自然条件 ,宜农则农 ,宜林则林 ,宜草则草 ,选择具有最小投入、最佳经济效益和社会效益的利用方向。

工程治理主要包括三方面的内容：①场地修整；②地质灾害治理；③土壤基质肥力改善。场地修整是对矿区三大场地：采场、排土场、尾矿场等进行处理。对于采场山坡面采矿槽与排土场应尽量减小边坡坡角，减小地质灾害及水土流失；对于尾矿坝，应切实做好坝体的安全防护以及防渗排水问题。对于区内的岩溶塌陷坑，应根据用地功能的不同而选择不同的治理方法，若该处地块应用于建筑用地，应将溶洞口用块石封闭，然后用混凝土浇灌，封闭好洞口,最后用黏土分层压实[5]。同时，对建筑基地周围用帷幕灌浆切断建筑地块和周围水力联系，防止岩溶塌陷的再次发生。在对农业用地和果林复种用地的塌坑回填时，也可以先对河道进行清淤，待淤泥晾干后回填部分塌坑，既解决了黏土不足的问题，同时还防止地表水下渗，防止岩溶的发展。通过以上对泗顶矿区肥力检测发现，土壤肥力很低，必须进行土壤基质改良。土壤肥力基质改良有很多方法，一般依据成本较低、简单易行、就地取材、安全环保等原则进行。基质的改良有助于土壤微生物的生长，同时对植物根的生长活性有一定的影响。张学洪等[6]发现，在营养液条件下培养的李氏禾，对Cu的富集系数可以达到最大。从下面总结一些铅锌矿区的土壤基质改良中可以看出，运用上述方法对土壤的改良，均达到了很好的效果。在运用生活垃圾与污泥等改良土壤时，应切实注意生活垃圾和污泥的性质，防止产生二次污染。

3.2 废弃地植被恢复

废弃地植被恢复主要包括两个方面的内容：污染土壤治理、植被恢复。通过以上对7个小区的土壤检测发现，7个小区的金属离子含量较高，土壤已经受到严重的Pb、Zn污染，植被稀疏，作物很难生长。目前，现阶段国内污染土壤治理法主要有覆土法、物理和化学处理法、生物处理法等; 国外采用的较先进方法, 主要有固定法、提取法、生物降解法、动电修复法、热解吸法等等。

近年来,植物修复技术方法,由于其原位修复、成本低、不造成二次污染等多种优势,而成为国际范围的研究热点。Cunningham[11]对利用各种技术治理一块4.86ha铅污染土地的成本进行了估测比较(美元)：挖掘填埋法,1200万元；化学淋洗法，6300万元；客土法，60万元；植物提取法，仅为20万元。植物稳定修复是利用某些植物对金属离子的超富集作用，将矿区土壤中的重金属离子固定吸收，将植物进行妥善处理，达到污染治理与生态修复的目的[12],包括植物固定、植物提取、根际过滤、植物挥发等。由于本矿山3、4区污染比较严重，可以考虑采用物理或者化学法进行局部治理。目前，用于Pb污染土壤治理的超富集植物主要有：酸模[13]、土荆芥[14]、鲁白[15]、印度芥菜[16]等，用于Zn污染土壤治理的超富集植物主要有：东南景天[17]、大叶相思[18]、印度芥菜[16]等。文献[19]发现，利用蜈蚣草修复萃取Pb—Zn—Cu—As等复合污染土壤有重要的意义。另外还发现，密蒙花具有生物量大，同时对Pb也具有较大的富集作用，可以作为Pb污染土壤修复的先锋物种。

3.3 目标生态系统重建

目标生态系统重建是项技术性很强的工作，在进行矿区废弃地生态重建时 ,要依据矿山岩土性质、 区域自然与社会经济特点以及区域发展方向等，来确定生态重建的最终目标。目前，矿区废弃地目标生态系统重建，主要有重建为耕地、林地、牧业用地、旅游休闲用地等几种形式[20]。文献[21]将泗顶矿区恢复分为3个地块，居民住宅用地开发区(A区)、农业用地和果林用地开发区(B区和C区)。在对污染土壤进行修复时，既要选择超富集植物对污染地块进行修复，同时应选择对重金属具有排斥作用的农作物或者经济作物，即：对植物由于某种原因不吸收重金属,以此来抵御重金属毒害, 被认为是最佳方式[22]，这样污染土壤既能被修复，同时也能产生经济效益。文献[19]发现，污染较轻的6、7区的经济作物稻米、白菜等的重金属含量远高于食品限制卫生标准，不宜食用。因此，需加大具有回避机制的作物，果蔬类物种筛选，保证食用安全。

4 产生的效益及展望

通过对泗顶矿区的土壤采样、实验分析、工程治理、目标生态系统建立，被破坏的土地得到了整治，极大的改善了周围的生态环境，缓解了土地紧张的状况，密切了群众与地方的联系，为同类型的矿山环境恢复提供了理论指导和实践经验。在以后的工作中，可以考虑从以下方面着手：

(1)目前仅对矿山的表土层进行采样，采样深度为0～20cm，由于矿山排土场、尾矿库土层厚度比较大，且结构松散，土壤的过滤能力弱，因此，不能完全表征土壤的污染规律。建议对污染程度较大的矿山，在小区上进行深度采样，以分析污染物在深度上的分布规律。

(2)大力加强超富集植物的筛选，筛选出富集能力强、生长快、易于繁殖和培养的可用于植物修复的理想的植物，同时利用基因工程发培养出出高产、高效和可富集多种重金属的转基因植物，克服天然超积累植物生长慢、生物量低和适应环境能力差等不足。

(3)加强具有重金属排斥性作物的筛选，对不同地域的同类型矿山作物、果树等进行重金属含量检测，筛选出可食部分重金属含量低、生命力强、产出大的作物。

(4)加强矿区土壤对重金属离子的吸附、迁移修复机制研究，分析重金属离子在土壤中的迁移演化规律，同时加强矿区地下水动力学作用研究，控制重金属的污染范围，尤其在广西这种地质环境薄弱、岩溶发育较强的地区是非常有必要的。

[1] 政协广西壮族自治区委员会提案，2003.

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