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摘要：酸性礦地的復(fù)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(guò)對(duì)酸性礦山的特征分析，從實(shí)踐出發(fā)，提出了運(yùn)用工程治理和生物治理的措施來(lái)改良土壤；篩選耐酸、耐旱、耐瘠薄，適應(yīng)性強(qiáng)，生長(zhǎng)快的品種，用于植被恢復(fù)；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(guān)鍵詞：酸性礦地；復(fù)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(qū)光福瓷石礦為酸性礦山，山體中的滲水泛酸現(xiàn)象十分嚴(yán)重，待治理邊坡具有大量酸性物殘留，坡面上出現(xiàn)的酸性滲水pH很低（2~4），導(dǎo)致礦區(qū)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(yán)重影響復(fù)墾和生態(tài)恢復(fù)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(fā)現(xiàn)：土壤酸化導(dǎo)致鹽基離子的加速淋失，長(zhǎng)期酸水滲透使土壤養(yǎng)分庫(kù)的損耗，造成土壤貧瘠。在酸性土中進(jìn)行復(fù)綠，土壤改良是關(guān)鍵和基礎(chǔ)。必須充分了解礦區(qū)土質(zhì)的物理、化學(xué)特性，對(duì)土壤進(jìn)行分析［1］。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘查，結(jié)合礦區(qū)地形及取樣目的，對(duì)土壤采用定面多點(diǎn)取樣的方法，取樣深度0~0.20m。取樣分析的分析項(xiàng)目有：坡頂、平臺(tái)上和坡腳土壤酸性分析；土壤樣品的重金屬分析；測(cè)出土壤容重、塑性指數(shù)、凈酸產(chǎn)生量。測(cè)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(shù)為25~30，凈酸產(chǎn)生量為45.2kgH2SO4/t。從以上數(shù)據(jù)可得出結(jié)論如下：礦區(qū)土壤具有強(qiáng)酸性，土壤基質(zhì)的理化性質(zhì)嚴(yán)重破壞，土壤結(jié)構(gòu)性差，微生物活性差，已不能滿足尋常作物生長(zhǎng)的最基本需求。在基本條件如此惡劣的土地，土壤改良是進(jìn)行復(fù)綠工作的首要前提。我們把礦區(qū)的土壤改良分為兩項(xiàng)，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(xué)和物理的方法恢復(fù)與改善被破壞的原有生態(tài)系統(tǒng)的無(wú)機(jī)環(huán)境。由于礦區(qū)所在地的土壤為黏性土，土壤易板結(jié)，再加上當(dāng)?shù)氐耐猎幢容^少，為此設(shè)計(jì)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(duì)于酸性土壤，較常見的改良措施是通過(guò)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(duì)酸性土壤加入石灰并進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，在采取措施一年半內(nèi)土壤耕作層交換性Ca2+濃度達(dá)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(yīng)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(guò)量地施用石灰出現(xiàn)“石灰結(jié)板”的現(xiàn)象。

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

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

1.1.4使用營(yíng)養(yǎng)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(yǎng)分、提高養(yǎng)分物質(zhì)。施用N，P，K增效劑能夠提高土質(zhì)中微生物種群的活躍度，顯著改善土壤的理化性質(zhì)，有效提高土壤保持水分和營(yíng)養(yǎng)的能力，提高了土壤的整體質(zhì)量。對(duì)照實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，施用N，P，K增效劑后土壤中的三大微生物（細(xì)菌、真菌及放線菌）的總數(shù)量是原來(lái)的1.76倍［7］；土壤有機(jī)質(zhì)，N，P，K含量也顯著地高于對(duì)照。與此同時(shí)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(dòng)物來(lái)達(dá)到改良土壤的目的。生物治理是在工程治理過(guò)程中建立起來(lái)的環(huán)境系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行生物改造、生態(tài)重建以及生物生產(chǎn)，這幾個(gè)階段相輔相成。與覆蓋土壤、物理和化學(xué)工程治理方法相比，生物治理技術(shù)具有成本低、原位修復(fù)、不造成二次污染等多種優(yōu)勢(shì)。

1.2.1使用秸稈降低土壤酸性胡衡生等［9］的通過(guò)種植格拉姆柱花草5年和3年的土壤與普通土壤的對(duì)照實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，土壤的重要元素在種植后大幅度增加，且種植年限越長(zhǎng)，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(jié)構(gòu)改良劑對(duì)土壤結(jié)構(gòu)的改良作用發(fā)現(xiàn)：使用小麥稈和玉米稈都能增加土壤中微生物種群數(shù)量；作物收獲帶走了土壤中的部分堿性物質(zhì)［11］；復(fù)墾時(shí)加入作物秸稈不僅能改善土壤酸堿度環(huán)境，還能減緩堿性物質(zhì)的流失、防止土壤酸化。

1.2.2合理的水肥管理施農(nóng)家肥，如雞、牛糞等，可以增加土壤中的有機(jī)質(zhì)，改善土壤通透性，促進(jìn)根際微生物活動(dòng)，敦促土壤中難溶性礦質(zhì)素變?yōu)榭山o態(tài)的養(yǎng)料，達(dá)到改善耕性和培肥地力的效果。通過(guò)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(duì)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(jī)質(zhì)含量明顯增加，土壤結(jié)構(gòu)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(yǎng)分增加；同時(shí)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(qiáng)、理化性質(zhì)差和重金屬含量高的特點(diǎn)，采用“蚯蚓的接種—蚯蚓投放于尾砂上富集有毒物質(zhì)—改良土壤和去除有毒物質(zhì)”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(shí)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(shí)現(xiàn)礦山土地生態(tài)恢復(fù)持續(xù)利用的目標(biāo)。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(jié)構(gòu)，增加土壤微生物含量，降低土壤酸性和緊實(shí)度，并合理利用廢棄物，減少了對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞，為植物生長(zhǎng)提供良好的土壤環(huán)境。

2植被篩選

本礦區(qū)礦山邊坡坡度一般在45~60°，土壤為黏性生土且呈強(qiáng)酸性（pH2~4），土壤容重大（1.56g/cm3），塑性指數(shù)高（25~30），礦區(qū)土層薄，土壤結(jié)構(gòu)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(hù)坡植被品種的篩選，通過(guò)大面積種植形成的人工植被覆蓋層再經(jīng)當(dāng)?shù)匾吧参锏淖匀磺秩?，就能較快地發(fā)展成為長(zhǎng)期穩(wěn)定的復(fù)合植被系統(tǒng)。

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(jìn)行適宜植被品種資源調(diào)查，選擇可行性好的種類，中選者參加篩選試驗(yàn)，再篩選表現(xiàn)最好的進(jìn)入項(xiàng)目的工程應(yīng)用。

2.1.2護(hù)坡植被品種篩選原則要求在工程實(shí)施當(dāng)年能建立起草灌植被群落，并能發(fā)揮一定的固土封坡作用。因此，篩選的植被品種應(yīng)具有耐酸性，抗旱、抗逆性強(qiáng)、速生能力好、根系發(fā)達(dá)和網(wǎng)絡(luò)性好的特性。樹木種類宜選用適應(yīng)當(dāng)?shù)丨h(huán)境的樹木種類，可選擇鄉(xiāng)土類植物，鄉(xiāng)土植物通過(guò)不同種類間的競(jìng)爭(zhēng)已經(jīng)適應(yīng)了當(dāng)?shù)氐纳姝h(huán)境。主要遵循以下幾個(gè)原則［15］：（1）適應(yīng)當(dāng)?shù)氐臍夂?、水土條件（水份、pH、土壤性質(zhì)等）。（2）多年生的根系發(fā)達(dá)、生長(zhǎng)迅速、冠幅或蓋度較大。（3）種源豐富，適應(yīng)粗放管理，能產(chǎn)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(xué)價(jià)值較高，豐富當(dāng)?shù)鼐坝^。

2.2植被品種篩選通過(guò)對(duì)本地區(qū)居民的調(diào)查和礦區(qū)林業(yè)資料分析的結(jié)果顯示：本地區(qū)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(shù)十種。為了篩選出最優(yōu)的植物品種，對(duì)被調(diào)查的植被和將要播種品種的適宜性進(jìn)行了對(duì)比分析。（1）多年生禾本科牧草中寬葉雀稗對(duì)最適應(yīng)強(qiáng)酸性土壤生長(zhǎng)，狗牙根和葦狀高羊茅耐土壤酸性及耐貧瘠能力強(qiáng)，生長(zhǎng)速度很快，適應(yīng)性強(qiáng)，生長(zhǎng)良好，3個(gè)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(qiáng)，小葉銀合歡、紫花圓葉舞草的耐酸能力強(qiáng)于其他植物［16］；小葉銀合歡耐蔭性較強(qiáng)，能和銀合歡形成垂直郁閉，喬灌木銀合歡前期生長(zhǎng)緩慢，但從第二年起生長(zhǎng)迅速。（3）一年生護(hù)坡植物中竹豆、田菁適酸性土壤能力強(qiáng)；金合歡、術(shù)豆耐貧瘠能力強(qiáng)，對(duì)重金屬的吸附能力強(qiáng)，生長(zhǎng)快，當(dāng)年株高可達(dá)2.0m。根據(jù)以上對(duì)比分析和實(shí)地調(diào)查資料，適宜本區(qū)的植物主要有：黑松、狗牙根、楊梅樹、合歡等植物，施工時(shí)樹木以當(dāng)?shù)剜l(xiāng)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(jīng)氧化、分解并溶解在水中，形成酸性廢水。此類廢水組成復(fù)雜，治理比較困難，是國(guó)內(nèi)外攻關(guān)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(dǎo)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(yīng)，經(jīng)過(guò)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(huán)境下沉降，進(jìn)一步改善處理效果，大大提高處理質(zhì)量，見處理工藝。

3.2電石渣中和法石灰有價(jià)格合理優(yōu)勢(shì)，但CaO溶解于水轉(zhuǎn)變成Ca（OH）2會(huì)消耗一定的時(shí)間，且污染作業(yè)環(huán)境。電石渣中Ca2+已呈(OH)2形態(tài)，制備設(shè)施簡(jiǎn)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(jiǎn)單、操作方便、處理費(fèi)用低、效果好等特點(diǎn)，且工作環(huán)境無(wú)粉塵產(chǎn)生。有實(shí)驗(yàn)證明，電石渣乳進(jìn)行循環(huán)處理后水質(zhì)成份的穩(wěn)定性明顯優(yōu)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(dá)到8.3~8.5。目前，甘肅白銀深部銅礦采用電石渣乳進(jìn)行礦山酸性水循環(huán)處理，效果非常理想。

4結(jié)語(yǔ)

酸性礦山復(fù)墾整治，土壤改良是關(guān)鍵和前提，可以通過(guò)工程和生物的方法來(lái)改良土壤；植被品種的篩選是不可缺少的步驟，應(yīng)首選耐酸、耐旱、耐瘠薄，適應(yīng)性強(qiáng)，生長(zhǎng)快的品種；采用石灰和電石渣中和酸性水是最為簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，行之有效的方法。實(shí)踐證明，在施工中采用以上措施，酸性礦山復(fù)墾整治的效果非常明顯。

作者：王玉軍；張亞玲；秦學(xué)紅 單位：江蘇省地質(zhì)調(diào)查研究院