酸性矿地复垦整治的主要问题及措施范文

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摘要：酸性矿地的复垦整治与普通矿山不同，主要的问题在于如何改良土壤、选择植被和处理酸性水。文章通过对酸性矿山的特征分析，从实践出发，提出了运用工程治理和生物治理的措施来改良土壤；筛选耐酸、耐旱、耐瘠薄，适应性强，生长快的品种，用于植被恢复；采用石灰和电石渣中和酸性水，用于工程施工和苗木浇灌。

关键词：酸性矿地；复垦整治；土壤改良；植被筛选；酸性水处理

0引言

酸性矿山岩土和岩面中存在大量的硫化物，苏州市吴中区光福瓷石矿为酸性矿山，山体中的渗水泛酸现象十分严重，待治理边坡具有大量酸性物残留，坡面上出现的酸性渗水pH很低（2~4），导致矿区及周边污染（表层土壤、地表水、地下水），土地退化，植被湮灭和物种减少。如按正常方法治理，将严重影响复垦和生态恢复的效果［1］。因此，如何改良土壤、选择植被和处理酸性水，将是酸性矿山治理迫切需要解决的三大问题。

1土壤改良

有研究发现：土壤酸化导致盐基离子的加速淋失，长期酸水渗透使土壤养分库的损耗，造成土壤贫瘠。在酸性土中进行复绿，土壤改良是关键和基础。必须充分了解矿区土质的物理、化学特性，对土壤进行分析［1］。经现场勘查，结合矿区地形及取样目的，对土壤采用定面多点取样的方法，取样深度0~0.20m。取样分析的分析项目有：坡顶、平台上和坡脚土壤酸性分析；土壤样品的重金属分析；测出土壤容重、塑性指数、净酸产生量。测试显示：土壤含有Fe，Zn，Pb，Al，Cr等重金属，pH2~4，土壤容重1.56g/cm3，塑性指数为25~30，净酸产生量为45.2kgH2SO4/t。从以上数据可得出结论如下：矿区土壤具有强酸性，土壤基质的理化性质严重破坏，土壤结构性差，微生物活性差，已不能满足寻常作物生长的最基本需求。在基本条件如此恶劣的土地，土壤改良是进行复绿工作的首要前提。我们把矿区的土壤改良分为两项，即工程土壤改良和生物土壤改良。

1.1工程土壤改良工程治理是用化学和物理的方法恢复与改善被破坏的原有生态系统的无机环境。由于矿区所在地的土壤为黏性土，土壤易板结，再加上当地的土源比较少，为此设计了几组改良土壤特性的备选方案。

1.1.1加不同量的石灰对于酸性土壤，较常见的改良措施是通过加入石灰或者石灰石粉，表层土壤pH提高，土壤耕作层交换性Ca2+的浓度亦能增加。孟赐福等［2］在浙江中部对酸性土壤加入石灰并进行长期监测，在采取措施一年半内土壤耕作层交换性Ca2+浓度达到峰值。采取施用石灰的改良措施使得土壤的酸度显著降低，土壤pH明显提高。此外，应将其他碱性肥料与石灰搭配使用，如草木灰、火烧土等［3］，避免因频繁、过量地施用石灰出现“石灰结板”的现象。

1.1.2混合不等量的炉渣火力发电厂的煤经过高温燃烧后产生炉渣，均为粒状结构，其中玻璃球体积约占30%，蜂窝状颗粒体积约占70%。矿区土壤黏性强，容易板结，与炉渣混合可提高土壤的通透性，而且改土效果是长效的［4］。在覆土区，加炉渣减小土壤的容重及降低土壤的板结程度为最佳方案。

1.1.3施加不同品种复合肥张宝安等［5］提出用磷石膏改良心土，可概括为“自动加石灰效应”，即酸性土壤与硫酸钙反应后，表面发生代换性反应后产生碱度，中和土壤中的酸性。郭荣发等［6］通过97%的磷矿粉混合3%的加工业副产品（高分子有机化合物），加工处理为活化磷矿粉，在酸性土上施用后发现：施用活化磷矿粉产生的除酸效果和施肥效果能达到施用过磷酸钙的效果，甚至比过磷酸钙效果显著。

1.1.4使用营养型酸性土壤改良剂（N，P，K增效剂）改良剂能明显提高土壤pH、平衡植物养分、提高养分物质。施用N，P，K增效剂能够提高土质中微生物种群的活跃度，显著改善土壤的理化性质，有效提高土壤保持水分和营养的能力，提高了土壤的整体质量。对照实验发现，施用N，P，K增效剂后土壤中的三大微生物（细菌、真菌及放线菌）的总数量是原来的1.76倍［7］；土壤有机质，N，P，K含量也显著地高于对照。与此同时土壤的孔隙度、水分含量及土壤酸性也得到明显的改善［8］。

1.2生物土壤改良酸性土壤生物改良主要是利用植物、绿肥及土壤中的一些动物来达到改良土壤的目的。生物治理是在工程治理过程中建立起来的环境系统内进行生物改造、生态重建以及生物生产，这几个阶段相辅相成。与覆盖土壤、物理和化学工程治理方法相比，生物治理技术具有成本低、原位修复、不造成二次污染等多种优势。

1.2.1使用秸秆降低土壤酸性胡衡生等［9］的通过种植格拉姆柱花草5年和3年的土壤与普通土壤的对照实验发现，土壤的重要元素在种植后大幅度增加，且种植年限越长，土壤肥力提高效果越明显，土壤的pH上升0.34和0.22。张晓海等［10］在云南通海、弥勒两地研究禾本科秸秆、土壤结构改良剂对土壤结构的改良作用发现：使用小麦秆和玉米秆都能增加土壤中微生物种群数量；作物收获带走了土壤中的部分碱性物质［11］；复垦时加入作物秸秆不仅能改善土壤酸碱度环境，还能减缓碱性物质的流失、防止土壤酸化。

1.2.2合理的水肥管理施农家肥，如鸡、牛粪等，可以增加土壤中的有机质，改善土壤通透性，促进根际微生物活动，敦促土壤中难溶性矿质素变为可给态的养料，达到改善耕性和培肥地力的效果。通过合理的施肥，措施让施入的肥料尽可能为植物利用，从而减少其随水淋失，这样可以减少氮肥对土壤酸化的影响。此外，在土壤耕作中，氮肥的带状施用造成的土壤酸化程度明显低于散施的酸化程度［12］。

1.2.3植被的间作、套作有研究表明：植物套种牧草使土壤的有机质含量明显增加，土壤结构得到改善，土壤容重减小且总孔度增大，土壤pH提高，土壤速效养分增加；同时土壤的蓄水能力和抗旱能力大幅提升，土壤的理化性状也有所改善［13］。

1.2.4利用蚯蚓改良土壤利用矿山土壤酸性强、理化性质差和重金属含量高的特点，采用“蚯蚓的接种—蚯蚓投放于尾砂上富集有毒物质—改良土壤和去除有毒物质”的接种措施［14］，改良土壤理化性状，提高土壤通气度和保水能力；同时能聚集土壤中的重金属，减少重金属污染，改善土壤酸碱度，实现矿山土地生态恢复持续利用的目标。以上几种生物改良措施可以提高土壤蓄水、保水、保肥的能力，改变土壤结构，增加土壤微生物含量，降低土壤酸性和紧实度，并合理利用废弃物，减少了对生态环境的破坏，为植物生长提供良好的土壤环境。

2植被筛选

本矿区矿山边坡坡度一般在45~60°，土壤为黏性生土且呈强酸性（pH2~4），土壤容重大（1.56g/cm3），塑性指数高（25~30），矿区土层薄，土壤结构性和微生物活性都较差。只有形成一定范围的植被覆盖度，才能改善种植条件，防止水土流失。植被覆盖工作的重中之重就是护坡植被品种的筛选，通过大面积种植形成的人工植被覆盖层再经当地野生植物的自然侵入，就能较快地发展成为长期稳定的复合植被系统。

2.1植被品种筛选的方法和原则

2.1.1植被品种筛选的方法首先广泛进行适宜植被品种资源调查，选择可行性好的种类，中选者参加筛选试验，再筛选表现最好的进入项目的工程应用。

2.1.2护坡植被品种筛选原则要求在工程实施当年能建立起草灌植被群落，并能发挥一定的固土封坡作用。因此，筛选的植被品种应具有耐酸性，抗旱、抗逆性强、速生能力好、根系发达和网络性好的特性。树木种类宜选用适应当地环境的树木种类，可选择乡土类植物，乡土植物通过不同种类间的竞争已经适应了当地的生存环境。主要遵循以下几个原则［15］：（1）适应当地的气候、水土条件（水份、pH、土壤性质等）。（2）多年生的根系发达、生长迅速、冠幅或盖度较大。（3）种源丰富，适应粗放管理，能产生适量的种子，育苗容易并能大量繁殖。（4）种子易得、成本低廉，美学价值较高，丰富当地景观。

2.2植被品种筛选通过对本地区居民的调查和矿区林业资料分析的结果显示：本地区主要原生植物为：杨梅和黑松；其次为：高羊茅、狗牙根、多年生黑麦草、紫花苜蓿、弯叶画眉草、白三叶（海法）、马蔺、茅莓等数十种。为了筛选出最优的植物品种，对被调查的植被和将要播种品种的适宜性进行了对比分析。（1）多年生禾本科牧草中宽叶雀稗对最适应强酸性土壤生长，狗牙根和苇状高羊茅耐土壤酸性及耐贫瘠能力强，生长速度很快，适应性强，生长良好，3个月可迅速覆盖［15］。（2）多年生豆科牧草中大翼豆、黑麦草耐酸性最强，小叶银合欢、紫花圆叶舞草的耐酸能力强于其他植物［16］；小叶银合欢耐荫性较强，能和银合欢形成垂直郁闭，乔灌木银合欢前期生长缓慢，但从第二年起生长迅速。（3）一年生护坡植物中竹豆、田菁适酸性土壤能力强；金合欢、术豆耐贫瘠能力强，对重金属的吸附能力强，生长快，当年株高可达2.0m。根据以上对比分析和实地调查资料，适宜本区的植物主要有：黑松、狗牙根、杨梅树、合欢等植物，施工时树木以当地乡土植物为主，最适选用的坡面及坡脚植被品种。

3酸性水处理

由于矿山硫化物含量高，经氧化、分解并溶解在水中，形成酸性废水。此类废水组成复杂，治理比较困难，是国内外攻关的重要课题，目前主要采用石灰沉淀法和电石渣中和法。

3.1石灰沉淀法该工艺是先将酸性水集中导入酸性水池，以恒压池自流或泵入旋流池，再加石粉或石灰，充分反应，经过滤后，将沉渣与污泥先集中在沉淀池，定期清理所用的石粉，排出合格的用水。处理工艺中加大石灰投入量，提高了排放水的pH，使Fe，Mn，Zn等重金属在碱性环境下沉降，进一步改善处理效果，大大提高处理质量，见处理工艺。

3.2电石渣中和法石灰有价格合理优势，但CaO溶解于水转变成Ca（OH）2会消耗一定的时间，且污染作业环境。电石渣中Ca2+已呈(OH)2形态，制备设施简单，采用电石渣—搅拌—沉淀的方法处理酸性水，具有工艺流程简单、操作方便、处理费用低、效果好等特点，且工作环境无粉尘产生。有实验证明，电石渣乳进行循环处理后水质成份的稳定性明显优于石灰，Ca2+的含量维持在150mg/L左右，能有效去除SO42-的约25%。将0.1g/L的电石渣水加入pH为4.7~6.6的矿井水中，搅拌10min后，矿井水的pH达到8.3~8.5。目前，甘肃白银深部铜矿采用电石渣乳进行矿山酸性水循环处理，效果非常理想。

4结语

酸性矿山复垦整治，土壤改良是关键和前提，可以通过工程和生物的方法来改良土壤；植被品种的筛选是不可缺少的步骤，应首选耐酸、耐旱、耐瘠薄，适应性强，生长快的品种；采用石灰和电石渣中和酸性水是最为简单、经济，行之有效的方法。实践证明，在施工中采用以上措施，酸性矿山复垦整治的效果非常明显。

作者：王玉军；张亚玲；秦学红 单位：江苏省地质调查研究院