基于种植混合土的矿山生态环境修复试验*

石鹤飞 周亚鹏 张 利 陈 影 许 暤 赵文廷

(1.河北农业大学资源与环境科学学院；2.河北农业大学国土资源学院；

3.河北省保定市生态文明研究院；4.河北省农田生态环境重点实验室)

基于种植混合土的矿山生态环境修复试验*

石鹤飞1,4周亚鹏1,3,4张 利1,3陈 影1,3许 暤1,2,3,4赵文廷2,3,4

(1.河北农业大学资源与环境科学学院；2.河北农业大学国土资源学院；

3.河北省保定市生态文明研究院；4.河北省农田生态环境重点实验室)

我国矿山固体废弃物生产量大、堆存量大、综合利用率低，成为威胁矿山生态环境等问题的关键因素。为探索矿山固体废弃物在生态环境修复中的作用，以铜铁矿废石为研究对象，利用校园内中壤土与其配比成“种植混合土”，进行栾树盆栽试验。结果表明：细粒土的掺入显著提高了栾树的成活率，当细粒土掺入量约为铜铁矿废石的1.1倍时，可以显著提高栾树的各指标生长量；当细粒土掺入量约为铜铁矿废石的1.4倍时，可以满足栾树正常生长。细粒成分含量是影响矿山固体废弃物植物成活与生长的重要因素，“种植混合土”可以为矿山生态环境修复提供支持。

矿山固体废弃物 种植混合土 生态环境修复

矿产资源的开发利用是人类社会进步的动力，在现代社会经济发展中，矿产资源起着重要的基础性作用。但是矿产资源在为人类做出巨大贡献的同时也产生了众多的负面影响，大量的矿山固体废弃物对生态环境造成了严重的破坏。矿山固体废弃物主要是指矿山开采产生的废石和选矿产生的尾矿，其中废石的堆存量远大于尾矿。据统计，截止到2013年底，我国废石堆存量不低于438亿t，尾矿累积堆存量约146亿t，但是综合利用率均不到20%[1-2]；截止到2012年底全国矿山开采损毁土地面积约2.308 km2还未有效恢复[3]。

矿山固体废弃物基本上堆放在排渣场或随意堆放在山谷、山坡上，在压占大量土地的同时，由于其结构的松散性，造成许多灾害隐患，对矿山生态环境产生严重破坏和威胁。目前矿山废弃地的治理大多数是进行复垦，这就要求有充足的土源，而各个矿区情况不尽相同，总体来看，矿区土源仍是矿山废弃地复垦的主要问题之一。因此，如何立足于矿山的实际情况，有效消耗利用矿山固体废弃物是解决矿山生态环境问题、保护土地资源，甚至缓解土地资源供需矛盾的关键。

1 种植混合土的提出

土壤具有不断供应和协调植物生长发育所必需的水分、养分、空气、热量和其他生存必须条件的能力，同时在自然界中尤其是山区也经常可以看到植物生长于土石混合体中，通过查阅文献资料，有研究表明土壤中加入适量的固体废弃物可以促进植物的生长[4-6]。因此，矿山固体废弃物与一定量的细粒土混合也具备支持植物生长条件，这对于矿山固体废弃物有效消耗与利用、改善矿山生态环境有着重要意义。目前这种土、石混合体称谓不统一，为便于研究与叙述，本研究把这种利用矿山固体废弃物，在人为干预下形成的具有植物生长功能的混合体称为“种植混合土”。以铜铁矿废石为例，进行盆栽试验，论证这种矿山修复新途径的可行性。

2 试验方案

2.1 供试材料

试验用废石来自涞源县白石口联营铜铁矿。由表1、表2可知，废石大于2 mm以上颗粒已经达到85.92%，小于0.075mm颗粒很少，并且pH值属强碱性，营养元素极端缺乏；试验用土壤为河北农业大学校内荒地土壤(中壤土)，采用室外盆栽试验法，试验盆规格为360 mm×270 mm×200 mm(配带盆托)，种植植物选择抗逆性较强的常用绿化树种栾树；试验地位于河北农业大学西校区生态试验田。

2.2 试验设计

提前将试验用废石及校内土风干，校内土风干后过2 mm筛；根据颗粒分析结果，按质量以不同配比将废石与校内土充分混合后，取相同体积装入试验盆(图1)，同时将1 a生栾树苗植入试验盆中；为模拟自然状态，将试验盆埋在一定量的建筑垃圾的试验场中，株距与行距均为1 m，试验盆下放置盆托，以免根系进入试验盆外，影响试验；设置全铜铁矿废石及全校内土对照，共7组试验，每组5次，于2014年3月22日开始，定期浇水，并测定植株的地径、冠福、株高。种植混合土配比见表3。

表1 铜铁矿废石颗粒分析

表2 铜铁矿废石化学性质

图1 盆载试验装置

表3 种植混合土配比

3 试验结果与分析

栾树的生长情况能够对种植混合土的适宜的掺土量进行说明，试验过程中CK0处理中的栾树有的没有成活，有的后期死亡，因此，不能进行植物生长定量分析。本文利用Duncan新复极差法比较不同数据组间的差异，图2～图4为其他6组铜铁矿废石种植混合土中栾树生长状况。

图2为栾树地径生长情况，可知，6月下旬～8月下旬为栾树地径主要生长期；从8月下旬开始，B3～B5组地径生长情况与CK组差异不显著，并且B3～B5组地径生长情况明显优于B1、B2组；5月下旬～9月下旬，B5组栾树地径生长情况优于CK组。

图3为栾树冠福生长情况，可知，各组栾树冠幅到9月下旬基本停止生长，并且B1、B2组栾树冠幅在7月下旬就已经有停止生长的迹象；从8月下旬开始，B4、B5组与CK组冠幅生长情况差异不显著，并且明显优于B1～B3组；B5组栾树冠幅生长情况优于CK组。

图2 栾树地径生长情况

图3 栾树冠福生长情况

图4 栾树株高生长情况

图4为栾树株高生长情况，可知，B1、B2组株高生长量很少，几乎是没有生长；B3～B5组株高生长情况与CK组差异不显著，并且明显优于B1、B2组；B3～B5组在4月下旬～5月下旬株高生长明显后有1个月左右的生长缓慢期，这可能是栾树在生长初期消耗了混合土大量营养物质，缺乏营养，经过一段时间的自我适应调整后，在6月下旬株高生长量又开始较大幅度增加；8月下旬以后B4组生长情况略优于CK组。

表4为栾树各指标净生长量情况，可知B4、B5组栾树各指标净生长量与CK组差异均不显著，并且明显优于B1～B3组；B3组栾树各指标净生长量与B1、B2组差异显著，B1、B2组栾树各指标净生长量差异不显著。通过对不同组栾树地径、平均冠福、株高等指标净生长量的综合分析，可以归纳为3个区间：生长不良区B1、B2组，生长过渡区B3组，以及生长良好区B4、B5组。

由以上试验结果可以得出：

(1)CK0组栾树没有成活，而B1～B5组栾树均成活，说明铜铁矿掺入细粒土后有助于栾树生长，细粒成分含量与栾树生长有关；主要是因为细粒土的掺入可以改善铜铁矿废石的理化性质，建立植物生长的立地条件。

表4 种植混合土栾树净生长量

注：同列中不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)。

(2)不同试验组栾树各生长指标在第2个月时明显降低，经过1.5个月的时间，各指标生长量开始显著增加，主要是因为各处理养分含量有限，栾树生长初期需要吸收较多养分，而此时栾树根系处于生长期，对根际环境影响较弱，待一段时间的适应以及根系质量及数量增加后，通过影响根际环境，提供栾树生长所需营养。因此，在植物种植一段时间后，最好施用一定量的肥料以提供植物所需营养。

(3)按照不同试验组栾树地径、平均冠幅、株高生长情况可以归纳为3类：生长不良类B1、B2组，生长过渡类B3组，生长良好类B4、B5组。B4、B5组栾树地径、冠幅、株高生长情况与CK组差异不显著，甚至优于CK组；B4、B5组栾树地径、冠幅、株高净生长量与CK组差异不显著。因此，当校内土(中壤土)掺入量约为铜铁矿废石质量的1.4倍时，可以满足栾树正常生长；当校内土(中壤土)掺入量约为铜铁矿废石质量的1.1倍时，可以显著提高栾树的各指标生长量。

(4)植物能够生存是检验种植混合土理论成功的关键，本试验主要是通过栾树的直观表现来评价种植混合土的可行性，但试验也存在欠缺之处，本次试验是在不掺加任何外加物质的情况下进行的，假如再添加一些有助于种植混合土保水保肥的物质或采取其他措施，细粒土的掺入量有可能会更少，这也是今后的主要研究方向之一。

4 结 语

矿山固体废弃物虽然被叫做废弃物，但其实是没有发现它的潜在价值，“种植混合土”是根据矿山固体废弃物利用现状和矿山生态恢复现状提出的，具有较强烈的现实意义。“种植混合土”的研究刚刚起步，本研究团队已经取得初步成果，从中也发现一些待解决的问题，今后需要继续进行更深入的研究，以期为实现矿山固体废弃物“减量化”、“资源化”、“无害化”，提高我国的矿产资源保障能力，改善矿山生态环境以及合理利用矿山土地资源提供新的解决思路。

[1] 国家发展和改革委员会.中国资源综合利用年度报告(2014)[J].再生资源与循环经济,2014(10):49-56.

[2] 中国国土资源经济研究院.我国矿产资源节约与综合利用现状分析[EB/OL].(2014-04-18)[2015-01-05]. http://www.360doc.com/content/14/0420/18/13335947_370610769.shtml.

[3] 国土资源部.国土资源十二五规划中期评估报告[R].北京：国土资源部，2013.

[4] 吴宏亮.宁夏中部干旱区砂石覆盖对土壤水热特性及西瓜生长发育的影响[D].北京：中国农业大学,2013.

[5] 赵 梅.黄土区土石混合土壤水分有效性研究[D].杨凌：西北农林科技大学,2010.

*国土资源部公益性行业项目(编号：201311060)；河北省科技支撑计划重点项目(编号：12235401)；河北省高等学校科学技术研究项目(编号：QN2015168)。

2015-04-03)

石鹤飞(1988—)，男，硕士研究生，071000 河北省保定市。