镁矿矿山生态修复技术研究初探.doc

镁矿矿山生态修复技术研究初探 资源环境问题、水土保持问题是21世纪世界发展的主题。我国是土地资源相对贫乏的国家，但长期以来由于矿产资源开发和不合理利用造成的土地资源破坏正以惊人的速度在扩大。中国现有国营矿山企业8000多个，个体矿山达23万多个。据统计，全国矿区累计被破坏的土地面积达288万hm2，并且每年以约467万hm2的速度增长。其中，有色金属工业每年排放的固体废弃物达6000多万t，累计堆存量已达10亿t，占用土地7万多hm2。给我国造成了巨大的经济损失。因此，矿山废弃地的生态恢复对于保护耕地资源，缓解我国人地矛盾，实现可持续发展，构建和谐社会具有重要意义。 一、开展矿山废弃地生态修复研究的意义 矿山废弃地会对周围地区的环境产生严重的影响。没有覆盖的疏松堆积物在风力和水力的作用下，水土流失加剧，土地沙化，大风时灰尘飞扬污染环境，影响农作物生长和人类健康，暴雨时会冲积大量泥沙而堵塞河道、破坏水利设施。另外，矿山废弃物中往往含有各种污染成分，会侵入地表及地下水，造成土壤和水资源的污染，导致土壤质量下降、作物减产、生态平衡遭到破坏甚至危害人类生存和健康。据有关资料显示固体废弃物的污染可持续500年之久，未经处理的尾矿污染物也可达到100年以上，更有资料表明，我国每年因固体废弃物污染环境所造成的经济直接损失超过90亿元，间接损失约300亿元。因此矿业废弃地的生态修复，既是一项当前保护和改善人类环境的工作，又是一个长久造福子孙后代的伟大事业，对于我国人均占有耕地面积很少的现状尤为重要。 二、我国矿山废弃地生态修复的研究现状 矿产资源开采所引发的环境污染和生态破坏问题，是当前人们十分关注的环境保护重要内容之一。改革开放以来，由于经济的高速发展，工业原料、能源的需求量日益增大，合理开采矿山资源为振兴地方经济起了重要作用。但矿业生产过程又是一个破坏生态环境的过程，伴随这个过程可产生的地貌变迁、土壤蚀、大气和水体污染、生态失衡、农业生产受损甚至引发社会纠纷等问题，已严重影响了人们的生活，破坏了经济的可持续发展。 近代我国矿山水土流失综合治理技术研究工作开始于20世纪50年代末60年代初，是随着国民经济和社会主义建设的发展自发开展起来的。20世纪80年代，许多矿区都已经相继开展了一些矿山水土流失综合治理技术，并积累了很多宝贵经验。20世纪70年代，我国东部平原煤矿矿区零星地开展了沉陷地的生态恢复工作，生态恢复后的土地和水面用于建筑、种植水稻和小麦、栽藕或养鱼等。20世纪80年代以来，我国矿山水土流失综合治理技术工作取得了较大进展，但从总体上看，矿区环境的恶化趋势还没有得到有效的遏制。1988年10月我国土地复垦规定的出台，使我国矿山水土流失综合治理工作步入了法制轨道，矿山废弃地恢复的速度和质量都有较大的提高。从1989年到1991年，国家土地部门先后在河北、江苏、安徽、山西、湖南、辽宁等省开展了23个土地生态恢复试验点，至1992年底己生态恢复的土地达3.3万hm2，1994年国家又在江苏铜山、安徽淮北、河北唐山创建了三个生态恢复综合示范工程。各地矿区、当地土地管理部门为取得大量生态恢复的经验和推广生态恢复理论及技术成果，也建立了许多生态恢复的示范基地。20世纪80年代初，矿山废弃地生态恢复率在0.7～1，在80年代末期的生态恢复率为2左右，90年代的生态恢复率达13.33。我国有关废弃地生态恢复的理论研究起步于20世纪80年代，90年代以后才初具规模。 近十年来，矿山废弃地生态恢复的研究有了突飞猛进的发展。主要的研究机构有中国矿业大学、山西农业大学、中山大学和香港浸会大学等。形成的两大研究领域是以中国矿业大学和山西农业大学为代表、以煤矿废弃地为对象、以土地利用为主要目的的生态恢复理论与技术研究；以中山大学和香港浸会大学等为代表、以有色金属矿山废弃地为研究对象、以环境污染的控制和自然生态系统的恢复为主要目的的理论与技术研究。在煤矿方面，中国矿业大学对开采沉陷耕地破坏的机制及其生态恢复提出了一些新技术。 三、镁矿废弃地的特性 近年来，随着经济的发展，很多地区尤其辽宁省菱镁矿区的乡镇工业迅速发展，菱镁矿煅烧排放粉尘日益增多，尤其是在滨海地区土壤盐碱化严重、降水量大的条件下，难以复垦的镁矿矿区对周边环境影响巨大，使得滨海地区镁矿矸石山复垦技术研究成为近年来的一个主要研究热点和难点问题。菱镁矿粉尘进入土壤后会使土壤生产力降低，土壤质量恶化。粉尘污染土壤后，会引起土壤的一系列变化，如土壤中磷素及多种微量元素的有效性降低，土壤中植物营养元素比例失调，粉尘污染土壤也使土壤理化性质恶化，土壤颗粒分散性增强，结构破坏，孔隙度降低，渗透性能下降，从而影响土壤中植物的生长，减慢光合作用速率和希尔反应幅度，使耕地大面积减产，甚至撂荒，造成巨大的经济损失。长期吸入粉尘能引起多种疾病，危害人类健康和生命。 四、国内外关于镁矿废弃地研究的现状 国内外针对煤矿、铁矿等矿山恢复技术的研究相对较多，但关于菱镁矿污染及修复的研究还处于初步了解阶段，从本世纪30年代，国外的一些土壤工作者开始对镁质碱化土壤进行研究，Caboun等1996年研究了斯洛伐克Jelsava-Lubenic地区菱镁矿粉尘污染的影响，结果表明，在受到菱镁矿粉尘高度污染的地区，排除粉尘再污染，仍不能使植物生存下去，但草皮覆盖物可以阻止污染物渗入土壤，可作为预防菱镁矿粉尘污染的有力途径。Josh（1997年）对印度Kuman hlmalaya区菱镁矿工业公司周围被菱镁矿煅烧厂污染地区、受到采矿影响的矿山和周围地区、未受污染的松树林三个地点的土壤、空气和水状况进行了研究，结果表明，在菱镁矿煅烧厂污染地区，土壤和水的pH值偏碱性，土壤有机碳含量和氮含量非常低，只能生长一些灌木。 近年来，我国的一些学者也对镁质碱化土壤的利用改良进行了研究，据刘向来（1985年）对镁质碱化土的研究认为，镁质碱化土地危害，不取决于水溶性镁的绝对含量，而取决于水溶性镁钙的比值，盆栽和田间试验结果表明，实用过量磷酸钙农家肥是改良镁质碱化土的有效措施。据杜宝林（1990年）对河西走廊镁质碱性土的研究认为，在一般盐渍化土壤的改良途径和措施外，增加措施1实用石膏、过磷酸钙等钙质改良剂，增加土壤中的水溶性钙离子含量，协调钙镁比值。2实用腐殖酸等改良剂，活化土壤中的钙，增加土壤溶液钙离子，同时降低pH值。3大量种植绿肥，绿肥腐解后产生的有机酸也可以活化土壤钙，降低pH值，增加土壤养分。 关于有色金属矿山废弃地的生态恢复的理论与技术研究在中山大学和香港浸会大学的多年研究下也取得了一系列成果。提出了尾矿影响植物定居的主要限制因子及其改良措施通过生态调查和试验手段，筛选出多种可用于尾矿生态恢复的植物种类；发展了尾矿酸化的快速、准确的预测方法，并提出相应的控制酸化措施；深入讨论尾矿植物自然定居的过程和机理；应用豆科植物和菌根、引入土壤种子库对尾矿废弃地植被恢复的作用；研究了重金属在植被重建中的迁移、积累规律；利用人工湿地处理金属矿山废水的研究也取得了长足的进展。由此可见，近年来矿区废弃地的生态恢复工作已经引起了较为普遍的重视，生态恢复率也以较快的速度逐年增长。但是与国外相比还有很大的差距，目前发达国家矿区废弃地的生态恢复率已高达75以上，而且生态恢复的质量也很高。 五、讨论与展望 在20世纪80年代以前，我国矿山水土流失综合治理的理论与实践工作基本上都是各个矿区自发的造林或造田，其主要的目的是改善环境，维护矿区安全、缓解土地需求压力，当时几乎没有理论工作的介入。无疑，这些早期的生态恢复实践积累了一些宝贵的经验。20世纪80年代以后，在较大规模理论和政策的介入下，情况有了很大改观。 从我国目前的生态恢复情况来看，还有以下的理论与技术问题需要解决结合当地的社会经济、自然景观、气候状况以及废弃地的理化性质，确定矿山水土流失综合治理的目标（最终用途）和过程；矿山废弃地的生态系统自然演替过程与机理的研究；根据我国国情，开展优质、高产、高效、立体农业，综合生态恢复利用与生态环境重建工作；表土复原技术的研究；矿山废弃地生态恢复的理论体系与方法的研究；重建生态系统的动态与稳定性重建生态系统的安全性；建立矿山水土流失综合治理的技术效益评价体系；建立矿山水土流失综合治理示范基地。