稀土礦山土壤生態(tài)修復(fù)研究

稀土礦山土壤生態(tài)修復(fù)研究

0總結(jié)中國是稀土資源的大國。1離子型稀土開采后,礦山對(duì)天然土壤層的剝蝕20世紀(jì)70年代之前,足洞稀土礦區(qū)為茂密植被覆蓋的丘陵地區(qū),表層土壤為灰黑色———黑色的薄層腐殖土,直接覆蓋于花崗巖風(fēng)化殼之上,該類土壤損毀后難以自然修復(fù)。20世紀(jì)70—90年代,離子型稀土基本采用“搬山”式開采,即將礦山表層的植被和土壤全部剝離,獲取原礦,導(dǎo)致原始土壤層全部被破壞。稀土采完后,礦山即以裸露基巖(花崗巖風(fēng)化殼)的形式接受自然剝蝕。20世紀(jì)90年代以來,原位浸礦技術(shù)被廣泛應(yīng)用于離子型稀土的開采,即將硫酸銨和硫酸浸礦液通過注液井注入礦體,提取稀土。過量的硫酸氨和硫酸浸礦液改變了礦山的地球化學(xué)環(huán)境、加速了礦山環(huán)境的惡化,使得礦山整體酸化,土壤貧瘠2稀土礦的生態(tài)恢復(fù)2013年至今,項(xiàng)目組完成了稀土礦山及周圍地區(qū)近200km2.1礦山的立地條件實(shí)驗(yàn)區(qū)(L礦)位于龍南縣足洞礦區(qū),是典型的離子型稀土礦山(圖1a)。該礦目前已停產(chǎn),稀土被提取完后,原先含礦的花崗巖風(fēng)化殼裸露,經(jīng)長期流水侵蝕,溝壑縱橫,水土流失嚴(yán)重,環(huán)境條件惡劣,幾乎無植物生長。以前曾對(duì)該礦山進(jìn)行過土壤修復(fù)的嘗試均遭失敗。本文選取該區(qū)大約900m2.2植物中天然礦物的應(yīng)用修復(fù)區(qū)內(nèi)整個(gè)礦山已完全被酸化,土壤pH值分布為4~5.6(n=165),低于背景區(qū)的土壤pH值5~6。天然堿性礦物已被應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的酸性土壤改良,常用的材料有生石灰(CaO)、凹凸棒土、沸石等。土壤中添加上述礦物材料不僅能夠有效調(diào)節(jié)壤pH值修復(fù)區(qū)表土中氮淋失造成了土壤貧瘠,植被難以存活,深層物質(zhì)中富集的氨氮(NH2.3現(xiàn)場修復(fù)工程2.3.1土壤改良的關(guān)鍵環(huán)節(jié)綜合室內(nèi)和野外實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行現(xiàn)場修復(fù)施工方案設(shè)計(jì),主要包括場地整理、排水系統(tǒng)建設(shè)、土壤改良和地球化學(xué)障、改良土壤固定、植被噴播、養(yǎng)護(hù)監(jiān)測6個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。現(xiàn)場修復(fù)施工示意圖如圖1b和圖4所示。2.3.2現(xiàn)場分類和排水系統(tǒng)建設(shè)使用挖掘機(jī)將整個(gè)修復(fù)區(qū)自底部到頂部平整為9階(T2.3.3土壤變化和地球化學(xué)障礙在完成上述步驟的基礎(chǔ)上,測定待修復(fù)土壤的pH、Eh值,同時(shí)測定階臺(tái)面上的土壤pH值和Eh值以及其中的氨氮(NH2.3.4植被恢復(fù)及鹽藻材料的利用在每個(gè)階臺(tái)底部與馬道連接處進(jìn)行生態(tài)袋系統(tǒng)的底座和排水施工(圖4c)。底座為原始花崗巖風(fēng)化殼基質(zhì)的,基底堅(jiān)實(shí)、透水性和物理穩(wěn)定性良好,只需在原有基礎(chǔ)上清理碼放生態(tài)袋即可。對(duì)于階臺(tái)底部疏松、穩(wěn)定性較差的底質(zhì),則通過鋪設(shè)厚10~15cm、粒徑3~4cm的礫石層,加固生態(tài)袋系統(tǒng)的底座,再進(jìn)行施工。將封裝好的改良土壤裝入生態(tài)袋中,封口,按圖4d進(jìn)行碼放,并用木夯將每一層生態(tài)袋夯實(shí)。植被恢復(fù)采用草-灌結(jié)合的配置方案,選擇對(duì)氣候、環(huán)境適應(yīng)性較好的物種。草本植物有狗牙根(Cynodondactylon(Linn.)Pers)、苜蓿(Medicago),灌木有胡枝子(LespedezabicolorTurcz.)、荊條(VitexnegundoL.var.heterophylla(Franch.)Rehd.)、紫穗槐(AmorphafruticosaLinn.),種子質(zhì)量混合比例為2∶1∶1.5∶1∶1。草灌類植物種子采用人工噴播。按比例將種子(20g/m2.3.5保濕和保濕養(yǎng)護(hù)噴播完成后根據(jù)天氣情況向坡面噴灑水,確保無紡布濕潤,進(jìn)一步保證種子萌發(fā)。當(dāng)苗出齊后,待生長到4~6cm時(shí)可揭掉遮蓋物。根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂蚯闆r進(jìn)行噴灑水,每3天噴灑1次,噴灑水時(shí)要保證足量、噴灑均勻、全面。當(dāng)苗出齊后根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂蚯闆r進(jìn)行噴灑水,直到植物覆蓋整個(gè)坡面,根系深入生態(tài)袋內(nèi)土層,進(jìn)入正常生長期養(yǎng)護(hù)階段。定期對(duì)修復(fù)區(qū)土壤和植被進(jìn)行監(jiān)測,主要包括土壤pH值以及土壤中氨氮的含量以及生態(tài)袋護(hù)坡的穩(wěn)定性進(jìn)行監(jiān)測。3生態(tài)袋修復(fù)對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響自2014年6月到目前,利用土壤改良和生態(tài)袋系統(tǒng)技術(shù)對(duì)L稀土礦區(qū)土壤的生態(tài)修復(fù)取得了較好的效果(圖5),主要表現(xiàn)為:1)通過地球化學(xué)方法改良后的土壤適合修復(fù)植被生長,土壤酸化和氮元素流失控制較好,修復(fù)前后土壤pH值變化如圖6。圖5a為修復(fù)前的離子型稀土礦的土壤現(xiàn)狀,生態(tài)袋上種植的植被長勢良好(圖5c和圖5d)。2)生態(tài)袋系統(tǒng)技術(shù)有效固定了改良后的土壤,形成了穩(wěn)定的生態(tài)護(hù)坡(圖5b)。護(hù)坡經(jīng)歷了多次暴雨仍完好無損,目前,修復(fù)植被已覆蓋整個(gè)生態(tài)袋系統(tǒng),有效阻斷了礦山水土流失和有害元素的遷移。3)篩選的經(jīng)濟(jì)林果木能夠在改良后的土壤中存活、生長,本地優(yōu)勢物種杉樹、松樹、茶樹、桂樹、楊梅樹長勢良好。苗木新栽時(shí)高僅20~30cm,目前已長至120cm左右,果木未來能給當(dāng)?shù)貛硪欢ǖ慕?jīng)濟(jì)效益。4稀土礦區(qū)土壤環(huán)境改良離子型稀土礦開采導(dǎo)致的環(huán)境問題及潛在的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)與礦區(qū)原始土壤的損毀、污染緊密相關(guān),礦區(qū)土壤生態(tài)修復(fù)是礦山生態(tài)環(huán)境治理亟需解決的問題。利用天然礦物改善稀土礦區(qū)的土壤環(huán)境,改良后的土壤裝