1、摘 要 根据中国瑞林工程技术有限公司在相关有色金属矿山的生态恢复工程实践 ，针对性地分析了国内有色金属矿山生态恢复的难点 ，同时分析了有色金属矿山生态恢复的关键工程措施及技术 ，并提出了中国瑞林在生态恢复实践中遇到的问题 ，从而为未来有色金属矿山生态恢复及其研究工作提供借鉴 。关键词 有色金属矿山 ；生态恢复 ；原位基质改良 ；先锋植物 ；微生物中图分类号 ： X171.4 文献标识码 ： B 文章编号 ：1004-4345（2016）04-0045-04Difficulties of Ecological Restoration of Nonferrous Metal Mines and i
2、ts Technology DiscussionHU Hu， ZENG Huaxing， ZENG Xiankun（China Nerin Engineering Co.， Ltd.， Nanchang， Jiangxi 330031， China）Abstract According to the experiences of China NERIN in the ecological restoration engineering practice of the relevant non-ferrous metal mines， the paper analyzes the difficu
3、lties of ecological restoration of domestic nonferrous metal mines and the keyengineering measures and technologies， and puts forward the problems encountered in practice of ecological restoration made by ChinaNERIN， so as to provide the reference for the ecological restoration of the future nonferr
4、ous metal mines and its research work.Keywords non-ferrous metal mine； ecological restoration； in situ substrate improvement； pioneer plant； microorganism有色金属矿山生态恢复的难点及恢复技术探讨胡 虎 ，曾华星 ，曾宪坤（中国瑞林工程技术有限公司 ，江西南昌 330031）收稿日期 ：2016-04-25作者简介 ：胡虎 （1977），男 ，高级工程师 ，主要从事固废处置 、环境保护与生态修复工作 。矿产资源开发在促进经济发展的同时 ，也给生
5、态环境产生了一系列破坏 ，矿山生态环境问题几乎与矿业开发相伴而生 ，尤以金属矿产资源露天开发对生态破坏最为严重 。 我国是世界上拥有矿区废弃地较多的国家之一 。据有关资料统计 ，全国因采矿累计占用的土地面积已接近 6106hm2，矿山破坏土地累计面积达 2.88106hm2，每年仍以近 5104hm2的破坏速度递增1，而金属矿山遗留的废弃地若不加以生态恢复 ，将导致水土流失 ，产生的废水及扬尘将对区域环境产生较大影响 ，甚至有可能诱发泥石流 、崩塌等地质灾害 ，极大威胁矿山生产及附近居民安全 。基于此 ，急需对矿山废弃地进行生态恢复 。 相对于其他金属矿山 ，有色金属矿生态恢复更难 ，其生态恢
6、复方式及技术有别于一般金属矿山废弃地的生态恢复 。1 有色金属矿生态环境恢复难点1）地形地貌复杂 ，开采标高及堆填标高落差较大 ，坡度较陡 ，生态恢复难度大 。 国内有色金属矿山基本位于山谷或丘陵地带 ，或被山谷丘陵所环绕 ，海拔标高相差较大 。例如紫金山金铜矿 ，矿区位于武夷山山脉南段东列山地的南端 ，东邻玳瑁山脉 ，主峰麒麟顶海拔标高 1 138.13 m，最大相对高差为 940.13 m，且矿区位于汀江与旧县河交汇处的北面 ，周围为丘陵盆地和河谷盆地所环绕 ，地形地貌均较复杂 。有色金属露天开采标高及剥离土石堆填标高落差均较大 ，且地形陡峻 ，基岩裸露 ，山坡多在 2550以上 ，剥离后
7、的表面通过强烈的侵蚀作用 ，表土被冲刷 ，基岩裸露 ，风化作用导致边坡失稳 ，坡度较陡 ，生态恢第 37 卷第 4 期有 色 冶 金 设 计 与 研 究2016 年8 月ChaoXing第 37 卷有 色 冶 金 设 计 与 研 究复施工难度较大 。2）雨水冲刷严重 ，裸露地表面积较大 ，防洪面积大 。 国内大部分有色金属矿坐落于南方 ，南方多雨 ，常有灾害性风雨袭击 ，降雨量大 ，容易引起山洪暴发 ，造成山体崩塌 、滑坡 、泥石流等地质灾害 。因此 ，对矿区生态环境保护 、防洪防汛要求非常之高 ，否则很难满足水土保持及防排洪要求 。有色金属矿的开采 ，特别是露天矿的开采 ，其表面剥离及裸露面
8、的面积均较大 ，甚至有些有色金属露天矿开采境界上口尺寸达到上千亩 ，而大型露天矿一般采用组合台阶陡帮剥岩 ，台阶坡面角甚至达到 7075，其露采裸露面积相对占地面积将更大 。由于大规模的露天开采 ，导致基岩裸露 ，其防洪面积很大 ，防洪压力也异常严峻 。3）有色金属矿山工业场地较多 、场地土壤含量少 ，以砂石及岩石坡面为主 ，缺少植被生长基质 。 一般露天开采包括露天采场 、采矿工业场地 、选矿工业场地 、排土场 、尾矿库及其它辅助设施 ，其工业场地较多 。各场地内土壤以裸露或硬化为主 ，以砂石及砂质土壤较多 ，粘质土壤极少 。而土壤机械组成又是植被生长的一项重要指标 ，是植被立地分类的重要参
9、考 ，对其改良后土壤团聚体的形成 、土壤结构 、土壤持水性等理化性质均有较大影响 。 对于以砂石及砂质土壤为主的场地 ，其立地条件较恶劣 ，植物生长不仅缺少营养基质 ，保水能力也较差 ，种植植被后成活及生长极其困难 ，即使改良其基质 ，也需要很长一段时间才能达到植被立地及生长的条件 。4）部分有色金属矿山含有硫化矿 ，易氧化形成酸性土壤 ，不利于植物生长 。 通过对国内有色矿山 ，特别是铜矿的调查 ，大部分有色金属矿山伴生有硫或含有少量硫化矿 。在矿体未开采状态下 ，因与空气中氧气接触少 ，不会因为氧化而形成酸性环境 。 但在露天开采 、废石剥离 、井巷掘进及土建开挖等过程中 ，大量含硫的尾矿
10、 、废石露天堆放 、排弃 ，在空气氧化 、雨水浸淋及氧化硫硫杆菌 、氧化亚铁硫杆菌等微生物催化作用下 ，会生成硫酸 硫酸高铁溶液 ，即所说的矿山酸性废水 （AcidMine Drainage）。 矿山酸性废水渗出地表 ，同时产生一定的热量 ，破坏土壤 、水生及陆生生态环境 ，大大增加了场地生态恢复的难度 ，是目前全世界都在致力于解决的问题 。5）有色金属矿山废水含重金属 ，对植被生长发育造成一定伤害 。有色金属矿山开采裸露 、剥离的硫化矿物及含硫尾矿 、废石露天堆放 、排弃 ，通过空气氧化 、雨水浸淋在氧化硫硫杆菌 、氧化亚铁硫杆菌等微生物催化作用下 ，产生矿山酸性废水 ，酸性废水进而溶出尾矿
11、 、废石中伴生的各种金属离子 （包括铜 、铁 、铅 、锌 、镉 、砷等 ），形成重金属酸性废水 ，其对大多数动植物都具有毒性作用 ，对植被生产发育造成较大伤害 。2 有色金属矿生态恢复技术生态恢复 ，即通过去除干扰 、恢复极度退化的生态环境 ，提高退化土地上的生产力 ，对现有生态系统进行合理利用和保护 ，维持其服务功能 。植被作为生态系统的重要组成部分 ，在很大程度上决定了矿区生态恢复的进程和逆转 ，是矿区生态恢复的重要指标 。因此 ，生态恢复的核心最终归结为对改良后的废弃地进行植被种植及保育 。 通过对废弃地基质进行土壤改良 ，筛选出可以适应有色金属矿生长的植物 ，一般所筛选植物应具有较强的
12、适生性 、固氮能力 、耐贫瘠 、耐酸等特性 。土壤改良及植被种植前 ，还需采取必要的工程措施 ，以杜绝水文地质灾害的发生 ，避免土壤改良及植被种植因滑坡 、坍塌 、冲刷等不稳定因素导致生态恢复成果遭到破坏 。因此 ，矿山生态恢复还需结合工程及生物措施一并实施 ，确保工程 、生物与自然修复并重 ，使矿区恢复后的生态系统有序地从一种类型转变为另一种类型 ，经过一系列演替阶段 ，最终达到中生性的顶级群落 。2.1 场地整治及创新工程技术措施由有色金属矿石生态恢复的难点分析可知 ，在矿区进行大规模生态恢复工程的过程中 ，由于存在恶劣的地形地貌 ，如岩石坡面 、边坡局部或整体下沉失稳 、高岭土边坡 、边
13、坡渗水 、地表水侵蚀冲刷厉害等 ，若不对其采取必要的水保及岩土工程措施 ，将给生态恢复区块带来毁灭性后果 。在生态恢复工程中 ，影响区块稳定性的因素较多 ，特别是高陡边坡 。而边坡的稳定性主要取决于结构面的性状 ，这就要求精确的理论指导结合边坡治理经验对其进行科学分析或模拟 ，找出最佳实施方案 ，确保区块稳定 。 中国瑞林采用 SLIDE 软件 ，结合现场地形 、土质特征 ，并借助工程技术措施进行稳定性分析 ，优化场地治理措施 ，使之维系良好的保水保肥功能 ，为土壤改良和植物生长创造基础条件 ，其中包括平台和边坡条梗处理 、竹桩抗滑 、纵横条沟合理布置等 。因此 ，在生态恢复工程中 ，通过结合
14、水土保持中的治理技术 （崩岗治理技术 、沟壑治理技术等 ）和边46 ChaoXing第 4 期坡治理技术 （例如重力式挡土 、桩锚挡土 、滑坡治理 、岩石边坡支护和治理 、危岩治理等 ），可从根本上解决生态恢复工程中的不确定风险 ，确保生态恢复工程的顺利实施 ，同时维护好生态恢复成果 。2.2 有色金属矿废弃地基质改良和污染治理土壤基质中含有强酸性物质 （硫 ）、重金属污染及养分不足 （N、P 等含量很低 ），因此土壤基质改良是有色金属矿山生态恢复的首要条件之一 。 而基质改良应结合物理化学和生物方法 。 物理化学方法主要采用酸碱中和 ，将基质酸性通过中和至适合生物生存 pH 值 ，且针对性添
15、加有机添加剂 ，通过螯合或固化作用降低土壤重金属对植物发芽及生长产生毒害作用 ；生物改良主要是利用植物 、土壤微生物和土壤动物来改善土壤的理化性质 ；基质改良后 ，需对基质施以足够的 N、P、K 等营养成分 ，而以有机肥结合复合肥最为有效 。植物改良即利用植物可以稳定或提取矿山土壤中的重金属 ，清除基质中的有害重金属及其它有机污染物等 。 而植物清除主要是利用植物稳定重金属的方式 ，即利用植物根际的一些特殊物质 ，使土壤中的污染物转化为相对无害的物质 ，或通过水分及养分的输送 ，将土壤基质中的重金属等污染物富集于植物的根 、茎 、叶中 。对于富集于植物中的重金属 ，可以进行收割焚烧 、金属冶炼
16、回收等处理 ，亦可长期富集于植物中 ，使之无法释放至环境中造成污染 。土壤微生物在土壤与植被和能量交换过程中发挥着重要的作用 ，土壤微生物的存在既能促进植物生长 ，又可改良土壤 ，是 “土壤 植物的桥梁 ”。首先 ，微生物是以枯枝落叶作为能量来源 ，可将复杂的有机物分解为简单的物质从新进入土壤环境 ，这个过程不仅可改良土壤 ，同时可为植物生长发育提供营养物质 ，促进植物生长 ，从而形成物质能量的良性循环 。微生物的存在 ，提高了植物的抗逆性 ，使其在恶劣的环境中也能很好的生长 ，例如 ：真菌和放线菌常常与植物形成共生体 ，相互之间提高各自的抗耐盐性 、抗重金属毒性和抗病耐病能力 。另外 ，有些
17、微生物在生长过程中 ，能合成有机物或含氮化合物 ，增加土壤基质的营养成分 ，也能促进植物的生长 ，例如自养型微生物能利用光合作用或化学能同化二氧化碳合成有机质 ，自生固氮细菌每年固氮量 224560 kg/km2，共生固氮菌与豆科植物共生中形成根瘤菌每年固氮量135400 kg/km22。因此 ，土壤 微生物 植被系统具有双重作用 ，微生物既能进行着自身的生长繁殖 ，又能通过物质能量循环进行着土壤基质的改良 ，促进矿山废弃地生态环境的恢复和更新 。土壤动物改良 ，是指土壤中的原生动物 、线形动物和环节动物等 ，通过食物链形成食物网 ，参与土壤氮 、碳 、磷和硫等植物营养元素的循环 ，通过这种循
18、环 ，将土壤中的有机污染物和重金属污染物进行代谢降解 ，降低重金属毒性 ，同时改良土壤的物理结构 ，提高土壤通气保肥的能力 。 例如蚯蚓可将铜元素在体内富集至 82.51 218 mg/kg3，在矿山废弃地引入恰当驯化的蚯蚓 ，不仅可以将土壤中有毒重金属元素加以去除 ，同时可以改良土壤物理结构 。2.3 先锋植物筛选矿山通过一定措施对土壤基质进行了改良 ，但改良后的土壤基质生态环境还是较差 ，很多植物还不太适合在此生长 。 为了使矿区生态恢复尽快取得良好效果 ，应从生物 生态特征角度 ，结合区块土壤基质状况选择植物 ，即选择先锋植物 。在先锋植物的作用下 ，逐步改善土壤基质生境条件 ，使所构建
19、的人工生态系统在一定时间内适合先锋植物的生长 ，为自然生态系统更替创造有利环境 。在筛选先锋植物的过程中 ，一般原则是生长迅速 、抗逆性强 、适应性好 ，根系发达 ，播种栽植较容易 ，种子发芽力强 ；优先选择固氮植物及当地乡土物种 ，配与适量矿区特征种进行间种 。有色金属矿山由于矿石及废石中所含元素有所差异 ，生态恢复的适宜植被选择差异也较大 ，但豆科植物及禾本科植物往往是先锋植物的首选 ，这两类植物具有顽强的生命力和耐贫瘠能力 ，且生产较迅速 。首先豆科植物可以进行有效的固氮作用 ，提高土壤中氮的含量 ，特别是一些具有径瘤和根瘤的一年生豆科植物 ，能耐受有毒金属和低营养水平 ，同时产生丰富的
20、有机质 ，可为后茬植物提供有效养分 ，改善土壤理化性质 ，加快基质风化腐熟速度 。豆科植物约有 600 属 1800 多种3，为筛选出适宜不同矿山土壤基质所需的耐性植物种 ，具有较大优势 ；禾本科植物中狗牙根 、香根草 、百喜草等对酸 、贫瘠和重金属均有较强的抗性 ，且是矿山废弃地生态恢复应用最早 ，也是最广泛的禾本植物 。矿山生态恢复在选择禾本和豆科植物外 ，还需将乔 、灌 、草 、藤进行结合配置 ，同时采用间种 、套种 、混种的方式提高生态系统的稳定性 ，例如将茄科植物与刺槐 、泡桐 、柠条 、湿地松等乔灌木结合起来种植 ，形成多物种的生态群落 。 根据生态学原理 ，物种多样性是生态系统稳
21、定的基础 ，物种变化是生态系有色金属矿山生态恢复的难点及恢复技术探讨 47 ChaoXing第 37 卷有 色 冶 金 设 计 与 研 究统良性循环的必然4。因此 ，在生态恢复的过程中 ，可根据矿区废弃地已有 ，或已生态恢复区块进行种子收集培育 ，筛选出适合该矿山废弃地特征的植物 ，即从生物工程角度选择优良品种 ，通过已生态恢复区块植被遗传突变等方式培育出适合矿山废弃地这一恶劣环境中生长且具有良好恢复效果的变种植物 。3 讨论1） 中国瑞林根据矿山特征及生态恢复难点 ，按照以上生态恢复技术 ，采取了合理的工程与生物措施对城门山铜矿 、永平铜矿及德兴铜矿部分排土场 、露采场等进行了生态恢复 。根
22、据其成果分析 ，其生态恢复已取得了较好的成果 ， 恢复区块植被覆盖度较高 ，水土流失也得到了有效控制 ，早期恢复的部分区块乔灌草立体植被模式已经形成 。 但从恢复区块可看出 ，人工干预迹象明显 ，相对矿山附近自然生态系统差别较大 ，且有些区块不符合植被自身的生长规律 ，未来是否会对矿山其它区块产生生态影响还待考察 。2）从中国瑞林工程技术有限公司实施的几个生态恢复工程分析 ，其实施的区域基本是采用原位修复技术 。 其实施的区块生态恢复物种和生物量相对较多 ，且随着时间的推移物种数量不断增加 ，生物量也随之增加 。但对其它矿山试验的考察发现 ，试验区块物种数量有限 ，由于区块贫瘠 ，营养成分逐年
23、减少 ，有些区块形成了不稳定的低残次林 。 因此 ，是否可借鉴中国瑞林的生态恢复经验 ，逐步在各大有色金属矿山推广 。3）在进行矿山先锋植物筛选过程中 ，为了达到恢复效果 ，会采用外来物种 。而外来物种与土著种之间会存在一定的差异 ，甚至有可能对土著种带来破坏性影响 ，导致土著种在该区块绝种 ，外来种成为优势种 ，随着时间的推移 ，甚至会对该区块外环境进一步入侵 。 因此 ，在矿山生态恢复过程中 ，对于这种状况是否需避免 。4）在进行植物筛选过程中 ，往往考虑的是植被的适应性及对其它植物生长的影响 ，而对于不同植物根系的分布情况考虑的相对较少 。 由于不同植物根系分布的土层不同 ，在水分利用层
24、次及水量上均有所差异 。 若不按照植物根系分布规律实施植被种植 ，随着植被盖度的增加 ，是否有可能促使区块土层水分状况恶化 ，阻碍部分植物的生长 。4 结语矿山生态恢复是一个多学科复杂的生态学实践工程 。 对有色金属矿山进行生态恢复 ，首先需对矿山存在的生态恢复难点采取工程措施对其进行稳定化 ，随后通过物理化学和生物措施对其基质进行改良 ，改良后通过植被进行生态恢复 。 但这个过程要想完全或基本恢复到有色金属矿山原有生态系统 ，特别是生物多样性要达到原有水平是相当困难的 。 基于矿山开发过程存在的生态恢复难点及生态恢复需要一个长期的过程 ，矿山生态恢复应与采矿活动同步进行 ，根据矿山废弃地特征及自然环境等要素 ，及时做出针对性的生态恢复规划或实施方案 ，从源头有效治理矿山生态环境问题 ，减少因生态破坏对环境及安全造成威胁 。参考文献1 潘德成 ，邓春晖 .矿山复垦区土壤水分时空分布对植被恢复的影响 J.干旱区资源与环境 ，2014，28（3）:96-100.2 苏成西 .土壤 微生物 植被系统与金属矿山生态恢复 J.思茅师范高等专科学校学报 ，2008，24（3）:16-19.3 孟猛 ，宗美娟 .矿山生态恢复原理与技术 J.中国矿业 ，2010，19（9）：60-62.4 刘刚 .废弃矿山生态快速恢复技术 J.上海地质 ，2008（3）：16-19.48 ChaoXing
