锦州地区闭坑矿山植被生态治理中土壤基质改良方案研究
时间：2020-10-04 10:55:38 来源：达达文档网 本文已影响 人 
李晟锐 杨萍 寇文娅 宋光
摘要：指出了随着矿产资源开发利用工作的不断推进，闭坑矿山土壤复垦问题日益被多方人士所关注。以锦州地区闭坑矿山生态治理工作中土壤机制改良技术为研究出发点，系统地阐述了闭坑矿山土壤复垦工作开展过程中可能遇到的问题和解决方案。结合闭坑矿山土壤基质改良技术发展现状，提出了富于创新性的参考建议，以期为我国闭坑矿山生态治理工作中土壤基质改良环节出谋划策。
关键词：锦州地区闭坑矿山;生态治理;土壤基质改良
中图分类号：X171.5
文献标识码：A
文章编号：1674-9944（ 2019） 24-0086-03
1 引言
闭坑矿山是指按设计开采采空后或因意外原因而终止开采的矿山，其生态环境问题一直是社会各界所关注的焦点。在闭坑矿山生态环境问题中，土壤退化问题具体表现为由于开采过度而造成的土层破损、压占、塌陷等等，而且其理化性质也在一定程度上遭到了破坏，进而导致土壤内部微环境发生变化、养分不断流失、保水保肥能力不断下降、抗毒害物质能力日益不足等问题层出不穷，可以说，这都是对土地资源的巨大浪费[1]。
土地复垦的主要环节包括以下几个方面，即改良土壤的物理结构、剔除有毒有害物质、改善基质保水保肥能力、提供适合植物生长的环境[2]。本研究以锦州地区闭坑矿山生态治理工作中土壤基质改良措施为切入点，全方位、多层次、立体化地阐述闭坑矿山生态治理工作中的突然基质改良技术及创新点，旨在为闭坑矿山生态治理工作的健康、稳定、可持续开展提供建设性建议和参考。
2 锦州地区闭坑矿山土壤情况
2.1 锦州地区闭坑矿山土壤环境质量调查设计
2.1.1 深入开展锦州地区闭坑矿山土壤环境质量调查
按照国家统一部署以及辽宁省工作方案要求，在现有相关调查基础上，开展土壤污染状况详查，查明土壤污染的面积、分布及其对农产品质量的影响;掌握污染地块分布及其环境风险情况[3]。根据国家关于“土壤污染状况详查的技术规定”，制定锦州市详查方案。依据国家制定的工作制度，对土壤环境质量状况开展定期调查，每10年开展1次。
2.1.2 建设土壤环境质量监测网络
统一规划、整合优化土壤环境质量监测点位，完成锦州市土壤环境质量国控监测点位设置和土壤环境质量监测网络建设，充分发挥行业监测网作用，基本形成土壤环境监测能力。根据“十三五”辽宁省土壤环境质量国控点位布设要求，布设土壤环境质量监测点位，土壤背景点位，土壤环境质量风险点位，并根据环境管理需要，对重点区域开展加密监测。实现土壤环境质量监测点位所有县（市）区全覆盖。
2.1.3 提升土壤环境信息化管理水平
将环保、国土资源、农业等部门相关数据有效整合，依托全国土壤环境信息化管理平台，根据实际，在条件允许情况下，建设市级闭坑矿山土壤环境信息化管理平台[4]。建立锦州地区闭坑矿山土壤环境基础数据库，发挥土壤环境大数据在闭坑矿山生态治理工作中的作用。
2.2 锦州地区闭坑矿山潜在土壤环境问题
2.2.1 土壤污染
在锦州地区矿山开发的过程当中，不可避免地会造成土壤资源的污染。具体来说，如混入土壤当中的尾矿粉尘，在经过雨水的作用之后，非常容易对土壤造成强酸和重金属污染。特别是化学性质极其不稳定的硫化物，在氧化作用之下，极易形成酸性矿山废水，这种危害影响时间范围可长达几百至上千年。此外，锌、铜、镍等金属物质的毒性也极高，当其含量超过土壤自净承受临界力时，就会给土壤造成严重负荷，破坏土壤化学和微生物结构，进而导致地表植被被不同程度破坏。此外，由于重金属污染还具有隐蔽性和不易降解性的特征，所以很可能通过食物链在人体内部富集，给当地居民带来巨大健康隐患。
2.2.2 土壤物理结构破坏
矿山开采过程中的各种机械破坏，不可避免地会影响当地土壤物理结构，如土壤流失、侵蚀和风化，岩石裸露等，影响植被的正常生长。此外，过度开采还会形成大范围的采空区，严重者会导致地表形成沉降塌陷，进而造成水土流失等负面情况发生[5]。
2.2.3 土壤退化
土壤退化造成次生地质灾害可造成岩石移动和地压活动，而期间产生的地表土和松散物剥离还会进一步导致滑坡、崩塌等次生地质灾害，不但对矿区生态环境造成极大的破坏，还存在一定的安全隐患。
3 锦州地区闭坑矿山创新性土壤基质改良手段
3.1 物理改良
从当前情况来看，物理改良技术在闭坑矿山土壤基质改良工作当中应用非常广泛，比较常见的物理改良技术为表土回填手段，该方法的主要步骤为在矿产资源开发之前首先把0～30 cm和30～60 cm的试验区土壤加以剥離，之后再将其妥善存放，等开采工作结束后再将其回填至原有位置，此方法可以有效补充原区域土壤的水分、养分、微生物等。并且，较厚的回填土层还能够在一定程度上避免地表植被根系扎根于毒性较大的矿土，不过值得注意的一点是，若填土厚度超过某一范围，其效果将开始逐步降低。
3.2 化学改良
3.2.1 添加营养物质提高土壤肥力技术
在锦州地区闭坑矿山当中，存在氮元素、磷元素、钾元素不足的情况，而以上物质都是植物生长必不可缺的营养物质，若不能得到有效供给，植物的生长发育必然会受到阻碍。而在土壤当中适量添加有机质、肥料等可以有效增加土壤肥力，促进植物生长[4]。土壤当中的有机质的含量与其肥力水平有着紧密的联系，在其他条件相同或相近的条件之下，在一定含量范围之内，土壤有机质的含量和肥力水平是呈正相关关系的。
3.2.2 施加含Ca2+化合物缓解重金属毒性技术
在锦州地区闭坑矿山当中，重金属污染一直都是不容忽视的问题之一。钙离子的拈抗作用能够在一定程度上降低重金属离子的毒性，阻止更多重金属离子被植物吸人。研究者通过实验发现，将适量有机肥、泥炭等掺人闭坑矿山土壤当中，可以有效降低土壤重金属含量，并且提升其稳定性，减少其对植物造成的危害。
3.2.3 调节土壤酸碱度
土壤酸碱度变化情况和植物生长有着密不可分的关联。若土壤酸度或碱度过高，植物都无法正常生长。通过pH值检测手段，可以对锦州地区闭坑矿山土壤酸碱程度进行全方位掌握，若土壤酸性程度较高，可利用碳酸氢盐、石灰等物质进行改善，具体来说，石灰石不但可以有效提升土壤pH值，还能有效降低土壤电导率，进而为植物生长塑造良好环境。与之相对应，若土壤碱性程度较高，则可以利用硫酸、硫酸氢盐等物质进行有效改善，如熟石膏能成功把土壤内的钠离子置换成钙离子，降低其碱度，从根本上改善基质的水渗透能力。
3.3 生物改良
3.3.1 动物改良
在纷繁的生态系统当中，土壤中的动物一直都扮演着不可或缺的重要角色，它们不仅仅是土壤生态系统内部的重要初级消费者及分解者，与此同时，也是食物链的重要基础组成。对于闭坑矿山而言，若在土壤基质改良过程当中适当加入具有一定促进土壤基质改良功能的土壤动物，如蚯蚓等等，可以不断提升土壤生态系统功能，调整其理、化、生物性质，降低重金属富集程度，加速矿区土壤生态系统恢复。
3.3.2 植物改良
在矿山开发过程当中，客土、覆土等都会在一定程度上对原有土壤生态系统造成负面影响，而植物改良技术可以有效降低这些负面影响。其原理主要为利用某些植物对于重金属的吸收作用，将土壤深处的重金属吸收到植物体内，然后对相关植物进行收割及处理，进而达到净化土壤的目的。有研究表明，苜蓿、蕨类植物等都具有一定的土壤修复功能。
3.3.3 微生物改良
在土壤当中，硝化细菌、氮化细菌、反硝化细菌、固氮细菌、腐生细菌、放线菌、霉菌等微生物所起的作用一直以来都不容忽视。有效利用土壤微生物，可以降低土壤当中有害物质的含量，重塑土壤生态系统环境，提升土壤活性，缩短治理工作周期。有研究显示，植物、固氮菌及菌根真菌的协同作用可以在一定程度上吸收和降解矿区土壤污染物。
3.4 固体废弃物改良
利用粉煤灰等固体废弃物对土壤改良是比较常见的一种技术方法。此方法具有如下优势。
（1）在一定程度有效改善闭坑矿山土壤物理性质。作为一种常见的固体废弃物，粉煤灰不但可以提升土壤孔隙度，降低其容重，还能提升其持水能力和水力传导性。
（2）有效提升土壤肥力。粉煤灰内所含的硼元素可以有效提升部分需硼作物的品质，其释放的硫等物质，能够在一定程度上提升矿区土壤中镁离子、钙离子的有效性，还可以有效抑制氯离子、锰离子的危害作用。此外，还有研究表明，碱性粉煤灰和动物粪便的混合物还可以提升无机磷的移动性。
（3）在一定程度上改善土壤微生物含量及酶活性程度。碱性粉煤灰及石灰的混合物还具有一定的除菌作用。
（4）有效剔除重金属污染。该物质可以提升土壤pH值，有效降低土壤中铜、镍、钴、锌等重金属元素的的迁移能力，达到净化矿区土壤的作用。
4 结语
闭坑矿山土壤复垦工作的最终目的是有效恢复该地区土壤的生态环境、生产力及经济价值，促进恢复区经济、社会、生态的全方位可持续发展。而若想从根本上解决闭坑矿山土壤问题，就比如从以下几个方面人手，即：从根本上改良土壤内部的物理结构、有效去除其中的有毒有害物质、改良土壤保水能力及保肥能力、进而促进植被的健康生长。本文给出了一系列富于创新性的参考建议，为我国闭坑矿山生态治理工作中土壤基质改良环节提出了极具参考价值的建设性建议。
参考文献：
[1]李艺锋，植被修复对废弃矿山土壤理化性质的影响[J].防护林科技，2019（2）.
[2]陈金辉.矿山废弃地植被恢复方式对土壤性质的影响[J].金属矿山，2016（3）.
[3]李鹏，植物基质对土壤生态改良的效果研究[J].中国园艺文摘，2015 （12）.
[4]陈明，徐 慧，蔡忠萍，等.植物改良矿山废弃地的研究进展[J].有色金属科学与工程，2014（4）.
[5]赵默涵，矿山废弃地土壤基质改良研究[J].中国农学通报，2008（12）.
[6]莫爱，周耀治，杨建军.矿山废弃地土壤基质改良研究的现状、问题及对策[J].地球环境学报，2014（8）.
收稿日期：2019-11-25
作者簡介：李晟锐（1986-），男，工程师，研究方向为林业。
