矿区废弃地生态恢复探讨

薛爱爱 ,张 磊

(1.山西林业职业技术学院,山西 太原 030009;2.赛鼎工程有限公司,山西 太原 030006)

矿业废弃地是指采矿活动所破坏的,非经治理而无法使用的土地。主要包括:1)由剥离表土、开采的岩石碎块和劣质矿石堆积而成的废石堆、废弃地。2)随着矿物开采而形成的大量采空区和塌陷区。3)开采的矿石筛选出精矿后剩余物排放堆积形成的尾矿废弃地。4)采矿作业面、机械设施、矿山辅助建筑物和道路交通等先占用而后废弃的土地。据统计资料分析,目前,全国经采矿活动破坏的土地面积达 400×104hm2,平均每年增加近2×104hm2,其中露天采场、排土场和尾矿场占其面积的 70%左右。矿区废弃地的增多不仅破坏了土地资源,同时加剧了矿区生态环境的恶化,引发了一系列经济、生态、社会等方面的问题。因此,矿区废弃地的生态恢复成为我国迫切需要解决的问题。

1 矿区废弃地对环境的影响

1.1 大量占用和破坏土地资源

目前,我国大部分露天矿均采用外排土场方式开采。露天开采外排土压占的土地约是挖掘土地量的1.5倍 ～2.5倍。露天矿正常生产后,每采 1×104t煤,排土场压占土地 0.04 hm2～0.33 hm2.现在,我国露天外排土场压占土地面积达16 300 hm2.

矸石堆存于地面,破坏大量土地资源。据统计,全国有煤矸石山 1 900座,储有 38×108t煤矸石,占地约 2×104hm2.另外,矿山固体废渣(煤矸石等)经雨水冲刷和淋溶后,极易将其中的有毒、有害成分渗入土壤中,造成土壤的酸碱污染和重金属污染。

1.2 诱发多种地质灾害

在矿山的开采活动中,对地表与地下结构稳定性产生的强烈破坏,引发地表沉陷、滑坡、泥石流等地质灾害。如:开采闭坑后形成的巨大采空区,地下水浸入后会使围岩体内软弱夹层的力学强度降低,从而造成边坡的大规模滑坡。目前,我国由于矿山开采引起地表沉陷的面积已超过 6 000 km2,按我国煤炭开采强度测算,每年还将新增土地沉陷面积约210×104hm2.

1.3 污染环境

矿山废弃地造成水体污染和破坏的主要形式有:1)地下水转化为矿井水,水质遭受污染。2)煤矸石淋溶对地表水、地下水的污染。3)采矿引起地下水流场的改变,严重时会使河溪断流。如:露天堆放的矿物经雨水淋溶、地表水冲刷,形成浊流,对矿区及周边河流、湖泊水域造成严重的污染,抑制水生生物的生长和繁殖,进而影响矿区生态系统的健康和人类及动植物的生存。

废石堆场、尾矿库在氧化、风蚀等作用下,成为一个周期性的尘暴源。煤矸石中含有硫铁矿、煤粉等大量有害元素,极易引起矸石山自燃,释放出大量的有害气体,如 SO2,CO,H2S等,严重污染大气环境,给人类健康造成危害。

1.4 影响生物多样性

矿区植被的破坏主要是由于矿区工业广场建设、矸石堆放、开山修路、地面塌陷和露天采矿引起的。采矿活动破坏了一些地区的原生生境,如:作为物种源的大型植被因采矿被破碎成为一些小型的残遗斑块,使生物迁徙受到阻隔;乡土植物群落受到破坏,植被急剧发生向下的演替过程,直接影响了种群内部的物种数量和质量,造成野生物种的减少及生物多样性的降低。

2 矿区废弃地的生态恢复技术

2.1 土地复垦

土地复垦技术主要有疏干法、挖深垫浅复垦法、充填复垦法、直接利用法和生态工程复垦法。

2.1.1 疏干法

疏干法适用于有少量塌陷地的缓坡地段。开挖大量排水渠,将塌陷区的积水排干,再加以必要的修整,使塌陷区不再积水,并得以恢复利用。

2.1.2 挖深垫浅复垦法

当沉陷区潜水位较高、积水深浅不一时,可以将塌陷区内深度较大的区域挖成水塘,用于养殖。再将挖出的土填垫到较浅的塌陷区域内,使其恢复成为农业用地,达到水产养殖和农业种植并举的目的。这种复垦技术成本低、投资少、效率高,可以获得较高的经济效益。

2.1.3 充填复垦法

充填复垦是一种常用的复垦方法,是将无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。充填复垦既使沉陷矿区得以复垦,又解决了矿山固体废弃物处理的问题,具有较高的经济效益。

2.1.4 直接利用法

直接利用法是针对大面积的塌陷地,特别是大面积积水、积水较深、稳定塌陷地以及暂难复垦的塌陷地。根据塌陷地现状,因地制宜地直接加以利用。如在塌陷地网箱养鱼,养鸭,种植耐湿作物或将塌陷地改造成景点等。

2.1.5 生态工程复垦法

生态工程复垦法目前已成为矿区复垦关注的焦点,是将土地复垦工程技术与生态工程技术结合起来,综合运用生物学、生态学、经济学、环境科学、农业科学、系统工程的理论,及生态系统物种共生和物质循环再生等原理,结合系统工程对破坏土地所设计的多层次利用的工艺技术。生态工程复垦法已在全国多个矿区推广,具有较大的社会综合效益和发展前景。

2.2 土壤基质改良

矿业废弃地土壤中一般缺乏氮、磷、钾等肥料,因此,在矿山废弃地恢复过程中,通常添加一些有效物质或种植固氮植物使土壤得到改良,缩短植被演替进程,加快矿山废弃地的生态重建步伐。

2.2.1 添加有效物质

适量施用有机肥可以降低汞的迁移能力,防止作物被汞污染。但有机肥对各种污染物的作用在不同的土壤中表现不一,因此,在施加有机肥时应根据不同的土壤择优选择。

污水、污泥、泥炭、垃圾及动物粪便等富含氮、磷,被广泛应用于矿山废弃地的基质改良。这些改良物质可以改善基质的营养状况,还可以螯合部分重金属离子,缓解其毒性。这些改良物质与基质本身均属固体废弃物,这种以废治废的做法具有良好的综合效益。

2.2.2 种植固氮植物

豆科植物能够与根瘤菌形成固氮根瘤,从而将空气中的氮气转化为氨固定下来。因此,种植豆科植物改良废弃地,可以提高氮肥的利用率,经济与生态效益俱佳。

2.3 植被恢复

植被恢复首先可以起到构建退化生态系统初始植物群落的作用。其次,还可促进土壤结构、肥力的恢复以及土壤微生物与动物的繁殖,从而促进整个生态系统结构、功能的恢复与重建。树种的选择是植被恢复当中的重要环节,应该选择生长快、适应性强、抗逆性好的树种,优先选择固氮树种(如沙棘)、乡土树种和先锋树种,也可以引进外来速生树种。禾草与豆科植物属于先锋物种,将乔木、灌木、草本、藤本多层次配植,进行多植被间种、套种、混种,以形成丰富的生态系统,获得持久、稳定的植被体系。

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