酸性礦地復墾整治的主要問題及措施范文

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摘要：酸性礦地的復墾整治與普通礦山不同，主要的問題在于如何改良土壤、選擇植被和處理酸性水。文章通過對酸性礦山的特征分析，從實踐出發，提出了運用工程治理和生物治理的措施來改良土壤；篩選耐酸、耐旱、耐瘠薄，適應性強，生長快的品種，用于植被恢復；采用石灰和電石渣中和酸性水，用于工程施工和苗木澆灌。

關鍵詞：酸性礦地；復墾整治；土壤改良；植被篩選；酸性水處理

0引言

酸性礦山巖土和巖面中存在大量的硫化物，蘇州市吳中區光福瓷石礦為酸性礦山，山體中的滲水泛酸現象十分嚴重，待治理邊坡具有大量酸性物殘留，坡面上出現的酸性滲水pH很低（2~4），導致礦區及周邊污染（表層土壤、地表水、地下水），土地退化，植被湮滅和物種減少。如按正常方法治理，將嚴重影響復墾和生態恢復的效果［1］。因此，如何改良土壤、選擇植被和處理酸性水，將是酸性礦山治理迫切需要解決的三大問題。

1土壤改良

有研究發現：土壤酸化導致鹽基離子的加速淋失，長期酸水滲透使土壤養分庫的損耗，造成土壤貧瘠。在酸性土中進行復綠，土壤改良是關鍵和基礎。必須充分了解礦區土質的物理、化學特性，對土壤進行分析［1］。經現場勘查，結合礦區地形及取樣目的，對土壤采用定面多點取樣的方法，取樣深度0~0.20m。取樣分析的分析項目有：坡頂、平臺上和坡腳土壤酸性分析；土壤樣品的重金屬分析；測出土壤容重、塑性指數、凈酸產生量。測試顯示：土壤含有Fe，Zn，Pb，Al，Cr等重金屬，pH2~4，土壤容重1.56g/cm3，塑性指數為25~30，凈酸產生量為45.2kgH2SO4/t。從以上數據可得出結論如下：礦區土壤具有強酸性，土壤基質的理化性質嚴重破壞，土壤結構性差，微生物活性差，已不能滿足尋常作物生長的最基本需求。在基本條件如此惡劣的土地，土壤改良是進行復綠工作的首要前提。我們把礦區的土壤改良分為兩項，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學和物理的方法恢復與改善被破壞的原有生態系統的無機環境。由于礦區所在地的土壤為黏性土，土壤易板結，再加上當地的土源比較少，為此設計了幾組改良土壤特性的備選方案。

1.1.1加不同量的石灰對于酸性土壤，較常見的改良措施是通過加入石灰或者石灰石粉，表層土壤pH提高，土壤耕作層交換性Ca2+的濃度亦能增加。孟賜福等［2］在浙江中部對酸性土壤加入石灰并進行長期監測，在采取措施一年半內土壤耕作層交換性Ca2+濃度達到峰值。采取施用石灰的改良措施使得土壤的酸度顯著降低，土壤pH明顯提高。此外，應將其他堿性肥料與石灰搭配使用，如草木灰、火燒土等［3］，避免因頻繁、過量地施用石灰出現“石灰結板”的現象。

1.1.2混合不等量的爐渣火力發電廠的煤經過高溫燃燒后產生爐渣，均為粒狀結構，其中玻璃球體積約占30%，蜂窩狀顆粒體積約占70%。礦區土壤黏性強，容易板結，與爐渣混合可提高土壤的通透性，而且改土效果是長效的［4］。在覆土區，加爐渣減小土壤的容重及降低土壤的板結程度為最佳方案。

1.1.3施加不同品種復合肥張寶安等［5］提出用磷石膏改良心土，可概括為“自動加石灰效應”，即酸性土壤與硫酸鈣反應后，表面發生代換性反應后產生堿度，中和土壤中的酸性。郭榮發等［6］通過97%的磷礦粉混合3%的加工業副產品（高分子有機化合物），加工處理為活化磷礦粉，在酸性土上施用后發現：施用活化磷礦粉產生的除酸效果和施肥效果能達到施用過磷酸鈣的效果，甚至比過磷酸鈣效果顯著。

1.1.4使用營養型酸性土壤改良劑（N，P，K增效劑）改良劑能明顯提高土壤pH、平衡植物養分、提高養分物質。施用N，P，K增效劑能夠提高土質中微生物種群的活躍度，顯著改善土壤的理化性質，有效提高土壤保持水分和營養的能力，提高了土壤的整體質量。對照實驗發現，施用N，P，K增效劑后土壤中的三大微生物（細菌、真菌及放線菌）的總數量是原來的1.76倍［7］；土壤有機質，N，P，K含量也顯著地高于對照。與此同時土壤的孔隙度、水分含量及土壤酸性也得到明顯的改善［8］。

1.2生物土壤改良酸性土壤生物改良主要是利用植物、綠肥及土壤中的一些動物來達到改良土壤的目的。生物治理是在工程治理過程中建立起來的環境系統內進行生物改造、生態重建以及生物生產，這幾個階段相輔相成。與覆蓋土壤、物理和化學工程治理方法相比，生物治理技術具有成本低、原位修復、不造成二次污染等多種優勢。

1.2.1使用秸稈降低土壤酸性胡衡生等［9］的通過種植格拉姆柱花草5年和3年的土壤與普通土壤的對照實驗發現，土壤的重要元素在種植后大幅度增加，且種植年限越長，土壤肥力提高效果越明顯，土壤的pH上升0.34和0.22。張曉海等［10］在云南通海、彌勒兩地研究禾本科秸稈、土壤結構改良劑對土壤結構的改良作用發現：使用小麥稈和玉米稈都能增加土壤中微生物種群數量；作物收獲帶走了土壤中的部分堿性物質［11］；復墾時加入作物秸稈不僅能改善土壤酸堿度環境，還能減緩堿性物質的流失、防止土壤酸化。

1.2.2合理的水肥管理施農家肥，如雞、牛糞等，可以增加土壤中的有機質，改善土壤通透性，促進根際微生物活動，敦促土壤中難溶性礦質素變為可給態的養料，達到改善耕性和培肥地力的效果。通過合理的施肥，措施讓施入的肥料盡可能為植物利用，從而減少其隨水淋失，這樣可以減少氮肥對土壤酸化的影響。此外，在土壤耕作中，氮肥的帶狀施用造成的土壤酸化程度明顯低于散施的酸化程度［12］。

1.2.3植被的間作、套作有研究表明：植物套種牧草使土壤的有機質含量明顯增加，土壤結構得到改善，土壤容重減小且總孔度增大，土壤pH提高，土壤速效養分增加；同時土壤的蓄水能力和抗旱能力大幅提升，土壤的理化性狀也有所改善［13］。

1.2.4利用蚯蚓改良土壤利用礦山土壤酸性強、理化性質差和重金屬含量高的特點，采用“蚯蚓的接種—蚯蚓投放于尾砂上富集有毒物質—改良土壤和去除有毒物質”的接種措施［14］，改良土壤理化性狀，提高土壤通氣度和保水能力；同時能聚集土壤中的重金屬，減少重金屬污染，改善土壤酸堿度，實現礦山土地生態恢復持續利用的目標。以上幾種生物改良措施可以提高土壤蓄水、保水、保肥的能力，改變土壤結構，增加土壤微生物含量，降低土壤酸性和緊實度，并合理利用廢棄物，減少了對生態環境的破壞，為植物生長提供良好的土壤環境。

2植被篩選

本礦區礦山邊坡坡度一般在45~60°，土壤為黏性生土且呈強酸性（pH2~4），土壤容重大（1.56g/cm3），塑性指數高（25~30），礦區土層薄，土壤結構性和微生物活性都較差。只有形成一定范圍的植被覆蓋度，才能改善種植條件，防止水土流失。植被覆蓋工作的重中之重就是護坡植被品種的篩選，通過大面積種植形成的人工植被覆蓋層再經當地野生植物的自然侵入，就能較快地發展成為長期穩定的復合植被系統。

2.1植被品種篩選的方法和原則

2.1.1植被品種篩選的方法首先廣泛進行適宜植被品種資源調查，選擇可行性好的種類，中選者參加篩選試驗，再篩選表現最好的進入項目的工程應用。

2.1.2護坡植被品種篩選原則要求在工程實施當年能建立起草灌植被群落，并能發揮一定的固土封坡作用。因此，篩選的植被品種應具有耐酸性，抗旱、抗逆性強、速生能力好、根系發達和網絡性好的特性。樹木種類宜選用適應當地環境的樹木種類，可選擇鄉土類植物，鄉土植物通過不同種類間的競爭已經適應了當地的生存環境。主要遵循以下幾個原則［15］：（1）適應當地的氣候、水土條件（水份、pH、土壤性質等）。（2）多年生的根系發達、生長迅速、冠幅或蓋度較大。（3）種源豐富，適應粗放管理，能產生適量的種子，育苗容易并能大量繁殖。（4）種子易得、成本低廉，美學價值較高，豐富當地景觀。

2.2植被品種篩選通過對本地區居民的調查和礦區林業資料分析的結果顯示：本地區主要原生植物為：楊梅和黑松；其次為：高羊茅、狗牙根、多年生黑麥草、紫花苜蓿、彎葉畫眉草、白三葉（海法）、馬藺、茅莓等數十種。為了篩選出最優的植物品種，對被調查的植被和將要播種品種的適宜性進行了對比分析。（1）多年生禾本科牧草中寬葉雀稗對最適應強酸性土壤生長，狗牙根和葦狀高羊茅耐土壤酸性及耐貧瘠能力強，生長速度很快，適應性強，生長良好，3個月可迅速覆蓋［15］。（2）多年生豆科牧草中大翼豆、黑麥草耐酸性最強，小葉銀合歡、紫花圓葉舞草的耐酸能力強于其他植物［16］；小葉銀合歡耐蔭性較強，能和銀合歡形成垂直郁閉，喬灌木銀合歡前期生長緩慢，但從第二年起生長迅速。（3）一年生護坡植物中竹豆、田菁適酸性土壤能力強；金合歡、術豆耐貧瘠能力強，對重金屬的吸附能力強，生長快，當年株高可達2.0m。根據以上對比分析和實地調查資料，適宜本區的植物主要有：黑松、狗牙根、楊梅樹、合歡等植物，施工時樹木以當地鄉土植物為主，最適選用的坡面及坡腳植被品種。

3酸性水處理

由于礦山硫化物含量高，經氧化、分解并溶解在水中，形成酸性廢水。此類廢水組成復雜，治理比較困難，是國內外攻關的重要課題，目前主要采用石灰沉淀法和電石渣中和法。

3.1石灰沉淀法該工藝是先將酸性水集中導入酸性水池，以恒壓池自流或泵入旋流池，再加石粉或石灰，充分反應，經過濾后，將沉渣與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。處理工藝中加大石灰投入量，提高了排放水的pH，使Fe，Mn，Zn等重金屬在堿性環境下沉降，進一步改善處理效果，大大提高處理質量，見處理工藝。

3.2電石渣中和法石灰有價格合理優勢，但CaO溶解于水轉變成Ca（OH）2會消耗一定的時間，且污染作業環境。電石渣中Ca2+已呈(OH)2形態，制備設施簡單，采用電石渣—攪拌—沉淀的方法處理酸性水，具有工藝流程簡單、操作方便、處理費用低、效果好等特點，且工作環境無粉塵產生。有實驗證明，電石渣乳進行循環處理后水質成份的穩定性明顯優于石灰，Ca2+的含量維持在150mg/L左右，能有效去除SO42-的約25%。將0.1g/L的電石渣水加入pH為4.7~6.6的礦井水中，攪拌10min后，礦井水的pH達到8.3~8.5。目前，甘肅白銀深部銅礦采用電石渣乳進行礦山酸性水循環處理，效果非常理想。

4結語

酸性礦山復墾整治，土壤改良是關鍵和前提，可以通過工程和生物的方法來改良土壤；植被品種的篩選是不可缺少的步驟，應首選耐酸、耐旱、耐瘠薄，適應性強，生長快的品種；采用石灰和電石渣中和酸性水是最為簡單、經濟，行之有效的方法。實踐證明，在施工中采用以上措施，酸性礦山復墾整治的效果非常明顯。

作者：王玉軍；張亞玲；秦學紅 單位：江蘇省地質調查研究院