凡口铅锌矿尾矿库废弃地生态恢复实践

王俊;张金桃;杨涛涛;刘威;张懿达

【摘 要】在凡口铅锌矿2号尾矿库建立生态恢复试验样地.研究结果表明:未经改良的对照区前后则无明显变化,而尾砂区和覆土区在生态恢复3个月后,在pH、EC、NAG-pH方面与恢复前相比有显著改善,但尾砂区和覆土区两者间比较则并无显著差异.恢复后试验区植被覆盖度达到90％以上,植物种类多达14种.其中黑麦草、高羊茅、斑茅、苎麻、紫花苜蓿、白三叶在试验区生长植物中占主要优势,可以作为尾矿库生态恢复先锋物种的候选植物.该研究能够为凡口铅锌矿尾矿库以及其他同类矿业废弃地的生态修复工作提供参考. 【期刊名称】《韶关学院学报》 【年(卷),期】2016(037)008 【总页数】6页(P44-49)

【关键词】凡口铅锌矿;尾矿库废弃地;生态恢复 【作 者】王俊;张金桃;杨涛涛;刘威;张懿达

【作者单位】深圳市中金岭南有色金属股份有限公司凡口铅锌矿,广东韶关512325;广东桃林生态环境有限公司,广东韶关512005;中山大学生命科学学院,广东广州510275;深圳市中金岭南有色金属股份有限公司凡口铅锌矿,广东韶关512325;深圳市中金岭南有色金属股份有限公司凡口铅锌矿,广东韶关512325 【正文语种】中 文 【中图分类】Q

矿业废弃地是指因采矿活动所造成破坏和占用的，非经治理便无法再次使用的土地［1］.尾矿库废弃地代表了一类主要的矿业废弃地，它是由矿石经提炼后产生的尾矿堆积形成.我国尾矿排放量巨大，以有色金属矿山为例，有色金属矿山每采出1 t矿石平均约产出0.92 t尾砂，尾砂年产生量达7 780万t，累计量约11亿t，除了少部分尾砂得到应用外，相当数量的尾砂都堆存在尾矿库中［2］，造成了极大的土地占用和破坏.据统计，截至2005年底，全国采矿活动破坏的土地总面积已经多达400万hm2，并且每年以大约4.67万hm2的速度增长［3］，其中尾矿库废弃地在采矿业占地比例达到13%［4］.不仅如此，尾矿库废弃地还能造成严重的土壤、水体重金属污染，对环境造成严重危害.因此，尾矿库废弃地的修复一直是人们关注和研究的热点问题.

生态恢复是一种解决尾矿库废弃地生态环境问题的有效途径，它具有环境友好、经济有效、效果持久等特点［5-6］.它可被定义为通过使用微生物、绿色植物以及它们产生的酶和其他一些措施来使得被破坏的生态系统恢复到其初始状态的一个过程［7］.基质改良和植被重建两大部分可以认为是尾矿库废弃地生态恢复的核心内容.然而，由于尾矿库废弃地常表现为表面高温、高重金属毒性以及营养元素严重匮乏［8］，特别的，尾矿库废弃地往往还具有极端的酸性，这些不利植物生长的条件都生态恢复在尾矿库废弃地中的应用.因此，就目前而言，这种极端酸性尾矿库废弃地的生态恢复仍然是一个巨大的挑战.本研究通过在凡口铅锌矿尾矿库废弃地建立生态恢复试验区，并对生态恢复前后的土壤理化指标进行了简单监测与分析，同时详细调查了恢复3个月后生长的植物种类情况，为凡口铅锌矿尾矿库废弃地的大面积生态恢复及国内其他矿业废弃地的恢复提供参考依据. 1.1 研究地点概况

研究地点位于广东省韶关市凡口铅锌矿2号尾矿库（25°2′57.5″N，

113°39′34.1″E）.该区域属于亚热带季风气候，年平均气温19.7℃，年平均降雨

量为1 858.6 mm.该矿2号尾矿库于1975年投入使用，1999年2月停用，距今已有17年.尾砂库区域表面平坦，尾砂为粉末状，下层则密实粘连，部分区域表面形成致密的铁氧化层，板结现象十分严重；基本无植物生长，表面温度高，尾砂保水性差，严重阻碍了植物的生长定居.尾矿库标示牌下方有一块面积约7 000 m2的覆土区域，土层厚度约为10～30 cm，是早期由凡口铅锌矿从外围运输土壤铺设形成，距今已有数年，同样未有植物生长. 1.2 试验区建立及样品采集

2015年10月在凡口铅锌矿2号尾矿库建立生态恢复试验区样地.试验区包括覆土恢复区域（简称覆土区）和尾砂恢复区域（简称尾砂区），同时设置对照区.覆土区面积为3 500 m2，划分为5个（70 m×10 m）的平行小区，编号为1#～5#；尾砂区面积为1 500 m2，划分为3个（10 m×50 m）平行小区，编号为6#～8#；对照区也是原始尾矿，面积约为100 m2.各区块之间采用人工挖沟、人行道分隔，可以兼起到排水的作用；小区内部也设置30 cm×20 cm的小型人工沟排水.相同区域的各平行小区处理一致，试验区处理情况见表1.

分两次进行样品采集，分别是恢复前和生态恢复3个月后.在覆土区和尾砂区各平行小区随机设置2个采样点，采集表层覆盖土或尾砂；在对照区则设置3个采样点，以上样品采集深度均为0～20 cm，每个样品由3～5个子样品混合而成.每次采集19个样品，两次共采集38个样品.采集覆盖土时，如果土层厚度不足20 cm，则在避免采集到土层下面尾砂的前提下采集最大深度的覆盖土.采样生态恢复后的样品时，首先剥离表面的改良基质和石灰以避免造成污染，影响结果准确性.样品运回实验室后，首先放置在干燥通风处风干，剔除石块和植物残体，过20目筛后储存，用于后续的理化分析. 1.3 理化指标分析及植物调查

pH、EC：称取4 g过20目筛的土壤样品，加入10 mL纯水，磁力搅拌器搅拌3

min，pH采用电位法测定，EC则采用电导法.

NAG-pH：称取2.5 g过20目筛的土壤样品于500 mL锥形瓶中，加入250 mL 15%的H2O2，放置于通风橱中充分反应24 h，加热煮沸去除残留的H2O2，冷却后测定pH值，即为NAG-pH［9］.

植物盖度采用目测法.植物种类是通过采集植物制成标本，并拍摄照片，参考《中国植物科属检索表》确定植物种类名称.多度采用德鲁捷（Drude）等级标准，划分为极多（soc）、很多（cop3）、多(cop2)、尚多(cop1)、尚少(sp)、少(sol)、个别(un)等七个层次［10］. 1.4 数据分析

数据分析均采用SPSS19.0版本进行.不同处理间的差异分析使用单因素方差分析，设置显著水平为P<0.05，使用LSD检验.作图软件使用Sigmaplot12.5版本. 2.1 尾矿库废弃地试验区原始情况调查

试验区原始情况见图1.首先，对于对照区和尾砂区，pH均值为2.4和2.4，属于强酸性土壤.由于大多数植物适宜生长在接近中性的土壤中，所以这种强酸性土壤对植物的生长有强烈的抑制作用.这种强酸性除了对植物的生长有抑制作用以外，还会加剧重金属溶出和毒性，同时导致土壤养分不足.此外，在酸性条件下，大量的重金属离子和毒性盐进入土壤，会影响土壤微生物和土壤酶活性，进而影响植物根系对营养和水分的吸收［11］.EC的均值分别为1 252 μS/cm和1 388 μS/cm，都远超正常土壤EC值.土壤电导率是测定土壤水溶性盐的指标，而土壤水溶性盐是土壤的一个重要属性，是判定土壤中盐类离子是否作物生长的因素.高EC值显示出土壤中存在高浓度的游离离子，这类土壤，干旱时返盐现象明显，土壤板结严重，而降雨时酸性物质和盐极易溶解，可强烈抑制植物定居和生长，极其不适宜普通植物生存.对照区和尾砂区NAG-pH均值分别为2.5和2.7，具有中高度产酸潜力.NAG-pH是检测土壤是否具有继续酸化能力的一项指标［9］，当条件合适时，

这些潜在酸就有可能变为实在酸，在试验地土壤原本呈现强酸性的背景下进一步加剧其酸化问题，带来更为严重的一系列环境问题.

另外，对于覆土区，可以发现其pH、EC以及NAG-pH等数据与对照区、尾砂区并无显著差异，分别为2.5，1 218 μS/cm以及2.7.这表明覆土区表面的土壤层也由于长期与尾砂接触也发生了严重的酸化.这提醒在尾矿库覆土以后，必须立即采取有效措施例如植被重建等进行处理，否则，随着时间的延长，酸性尾砂长期对表面覆盖的土层进行影响，原来土壤条件良好的覆土层也会发生严重的酸化，造成覆盖土层隔离作用的丧失，影响后续的尾矿库修复工作. 2.2 尾矿库废弃地试验区生态恢复效果分析

总体来看，尾砂区和覆土区在生态恢复后，pH、EC、NAG-pH等指标与恢复前相比均有显著改善，但两者间比较则并无显著差异；而对照区在生态恢复前后则无明显变化，故不赘述（图1）.具体来说，在pH方面，尾砂区pH均值由恢复前的2.4上升至5.9，覆土区pH均值由恢复前的2.5上升至6.2，当土壤pH大于4.0时，大多数植物已经基本能够在这种pH条件下定居生长，所以目前试验区的pH已经能够满足大多数植物的生长要求；在EC方面，尾砂区EC均值由恢复前的1 388 μS/cm下降至736 μS/cm，覆土区EC均值由恢复前的1 218 μS/cm下降至708 μS/cm，土壤中水溶性盐浓度已大幅降低；在NAG-pH方面，尾砂区NAG-pH均值由恢复前的2.7上升至3.9，覆土区NAG-pH均值由恢复前的2.7上升至4.0，土壤产酸潜力由中高度产酸变为低度产酸，产酸情况已得到较好改善.可以得出，随着生态恢复的进行，试验区土壤情况已得到显著改善，能初步满足植物生长所需基本条件，能够预见的是，随着恢复时间的延长，土壤的情况将会越适宜于植物的定居.

2.3 尾矿库废弃地试验区生态恢复三个月后植物统计

表2统计了尾矿库废弃地试验区生态恢复三个月后的植物种类情况.

植被重建是矿业废弃地生态恢复的核心.在矿业废弃地的表面覆盖植物层能够起到控制重金属污染，减少对人类健康威胁的作用［12］.然而，植被重建并不仅仅是在矿业废弃地里种上植物这么简单，而是需要建立起一个自维持的稳定的植被系统.因此，筛选能够在这种土壤条件下生长繁殖的植物种类是关乎到整个植被重建过程成功与否的关键步骤［13］.从表2可以得出，黑麦草、高羊茅、斑茅、苎麻、紫花苜蓿、白三叶在尾矿库废弃地试验区占主要优势.其中，黑麦草、高羊茅、斑茅均属于禾本科植物，紫花苜蓿和白三叶属于豆科植物.禾本科和豆科植物由于它们对于寡营养环境的适应和较快的生长速度，成为先锋植物的良好选择.并且，多年生的豆科植物能够与根瘤菌互生，通过固定大气中的N2促进氮素累积，逐渐改善尾矿原有的营养匮乏状态［1,14-15］.苎麻，又名中国草，是荨麻科多年生半灌木，它具有抗逆性强，生长迅速，根系发达等特点，是一种Cd重金属耐性植物，对Cd、As、Pb、Sb等重金属复合污染土壤也有一定的耐性［16-18］.矿业废弃地的重金属离子含量往往都很高，而重金属耐性植物不仅能够耐重金属毒性，同时往往还能适应矿业废弃地的极端恶劣的环境，因而在矿业废弃地的生态恢复中也得到了广泛应用.另外，从统计的植物种类数目来看，生长出的植物种类明显高于种植的袋苗及种子种类数目，并且有一些未曾播种的植物种类.这些多出来的植物种类大多是土壤种子库所带来的.土壤种子库含有大量的植物种子，并且多为植物系统演替中的先锋物种和乡土种，对于极端恶劣的生长环境具有较强的适应能力［1,19］.在植被重建过程中施加一些土壤种子库，对于提升植被系统建立的成功率和增加植物种类组成具有较好的效果.张志权等［20］在广东省乐昌铅锌矿尾矿库进行土壤种子库研究，发现尾矿地表层20 cm翻耕后施用复合颗粒肥，再铺放8 cm厚度的表土，一年后能够形成较好的植被，共有15种植物定居，覆盖度达100%.

凡口铅锌矿尾矿库废弃地原始基质条件恶劣，具有极端的酸性，同时具有很高的盐

度和产酸能力.不做任何改良直接进行植被，由于尾砂的极端酸性和营养贫瘠，植物并不能够生长.而对于原始的尾砂区域和严重酸化的覆土区域，通过添加石灰以及改良基质材料，种植营养袋苗、播撒种子和添加土壤种子库，能够形成很好的植物覆盖，恢复三个月后覆盖度即达到90%以上，植物种类多达14种，但两种不同类型区域的恢复效果并无显著差异.在已生长的植物中，黑麦草、高羊茅、斑茅、苎麻、紫花苜蓿、白三叶在试验区占主要优势，能够作为凡口铅锌矿尾矿库废弃地生态恢复的先锋植物.本项研究能够为凡口铅锌矿尾矿库废弃地以及其他矿业废弃地的生态修复工作提供参考.

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