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2.4对地表景观的影响
金属矿山的开采方式分为露天开采和地下开采。露天开采以剥离挖损土地为主,改变地表形态和破坏植被,明显地改变了地表景观;地下开采将矿石采出后,其上覆岩层失去支撑,岩体内部应力平衡受到破坏,从而导致采空区上覆岩层发生位移、变形直至破坏,从而形成裂缝、塌陷,严重破坏了地表自然景观。
2.5对生物多样性的影响
矿山开采需要剥离表层土石,清除原有植被,破坏了物种的原生生境,使大型的植被群落破碎为小型斑块,影响群落整体功能的发挥。乡土植物群落受到破坏后,植被将发生逆向演替过程。这些改变会造成物种数量和种类减少,生物多样性降低,生物多样性丧失之后,废弃地的生态系统将难以恢复。
3.1基质改良技术
3.1.1物理改良矿山废弃地生态恢复的主要限制因子是基质结构性差、养分缺失和重金属毒性,因此基质改良是生态修复的前提条件。物理改良主要包括表土回填、客土法等。按照《矿山生态环境保护与治理技术规范》的要求,排土场、采场、尾矿库、矿区专用道路等各类矿山场地建设前,应对表土进行剥离。这样可以尽量减少对土壤结构、营养元素以及土壤种子库的破坏,待工程结束后再将表土分层回填至待修复场地。这一方法不仅简单、容易操作,成本较低,而且可以利用土壤种子库的作用促进植被恢复。但是,对于短期内不能进行回填的矿山,需要采取合理的方式堆放和保存表土。
金属矿山废弃地由于重金属污染,土层过薄甚至完全没有土壤层,使客土法成为基质改良的常用方法。覆土厚度根据基质成分、理化性质和恢复利用的方向确定,通常恢复为农业用地时覆土厚度为50~100cm,恢复为林业用地时覆土厚度为10~30cm。Holmesetal研究表明,覆土厚度为10cm时,植物的盖度能提高50%,覆土厚度为30cm时,植物盖度能提高70%。虽然客土法对基质改良的效果较好,但是受取土来源和运输成本的限制,只能在有条件的矿山使用,而且该方法需要异地取土,对土地资源造成了破坏,不能从本质上解决矿山的土源问题。对于缺乏土源的矿山,可以考虑利用谷壳、秸秆、稻草等农作物粉碎、发酵后作为土壤替代物进行基质改良,不仅可以改善基质结构,还有利于增加养分含量。
3.1.2化学改良多数金属矿山废弃地存在酸碱化问题,对于碱性废弃地,宜采用硫酸亚铁、碳酸氢盐和石膏等进行改良。石膏可以将土壤中的钠离子替化成钙离子减轻土壤碱化程度,从而增强土壤中水的渗透能力改善土壤基质。对于酸性废弃地,可以在基质中投入碳酸氢盐和石灰中和废弃地的酸性。胡宏伟等在铅锌矿尾矿库铺盖生活垃圾和石灰进行改良,不但可以降低基质酸性,而且可以有效防止下层尾矿的酸化。当基质的酸性较高或产酸较持久时,应少量多次施用碳酸氢盐或石灰,要考虑基质的潜在酸度和未风化的硫铁矿进一步氧化产酸。
对于废弃地的重金属毒性,可以利用改良剂和化学物质对重金属的吸附、沉淀、络合等作用改变重金属的形态,降低其生物有效性和迁移性,从而减轻重金属毒性。施用CaCO3或CaSO4时,溶液中重金属离子毒性由于Ca2+的存在而趋于缓和,这种作用称为离子拮抗,Ca2+的存在能显著地降低植物对重金属的吸收。黄凯利用试验的方法在铅锌矿的尾砂中加入有机肥、泥炭,观测到改良剂的加入使重金属的有效性降低,稳定性增加,从而达到降低重金属危害的目的。
由于大部分矿山废弃地缺乏氮、磷、钾、有机质等植物生长所需的营养物质,可以利用化肥、堆肥、生活垃圾、城市污泥、家畜粪便等有机物进行改良。文献研究表明,在铅锌尾矿库上施用37.8t/hm2粪肥和2t/hm2石灰对尾砂的改良效果明显,降低了尾矿的酸性和重金属含量,植物长势良好。城市污泥是城市污水经过处理之后产生的固体废物,不仅含有丰富的氮、磷、钾,有机质含量也高达30%以上。将城市污泥应用到矿山废弃地的土壤改良中,不仅可以提高土壤肥力,且污泥黏性较强,有利于促进土壤团粒结构的形成,改善土壤的蓄水性。城市污泥本身是一种固体废弃物,把其作为改良剂使用可以减少对污泥的处置成本,实现废物的资源化利用,达到以废治废的目的。但是,应用城市污泥之前必须对污泥的性质进行检测分析,不能使用重金属、盐分含量超标的污泥,避免对废弃地造成二次污染。
3.1.3生物改良生物改良也是基质改良中常用的一种技术,土壤动物蚯蚓的存在可以改良土壤结构,增加土壤保水保肥能力。文献研究发现,蚯蚓对重金属铅、铜有较强的富集作用,且随着浓度的增加,蚯蚓体内的富集量也在增加。蚯蚓对土壤重金属的适应和净化能力是自身机能对环境变化做出的反应,将蚯蚓引入废弃地修复的前提要对蚯蚓的种类和重金属耐受性进行筛选和驯化。另外,还可以应用菌根、酶等微生物对废弃地进行改良,由于真菌和酶增加了土壤微生物菌群的活性,改善了根际周围的微生物环境,可以明显促进植物的生长发育。虽然生物措施对废弃地的基质改良能起到一定作用,但是由于改善作用较小,效果非常缓慢,往往要和植物修复结合使用,而且不适用于缺乏土壤物质、极端贫瘠的废弃地。
3.2植物修复技术
植物修复是矿山废弃地生态修复中应用前景最好的技术。通过在废弃地上建立适宜、稳定的植物群落,不仅可以有效控制废弃地的各种污染,改善受损的生态环境,还可以利用植被恢复的更新、促进作用,逐渐恢复土地的功能,改良和美化景观,增加生物多样性,最终使生态系统进入良性循环状态。
植物修复技术包括植物提取技术和植物稳固技术。植物提取是利用植物体对重金属的富集或超富集作用,将土壤中的重金属转移到植物的地上部分(茎、叶和地上组织),最终将地上部分收割后集中处理。Baker将遏蓝菜属(ThlaspiL.)作为修复植物,通过试验观测到,一个生长季内其对土壤中Zn的吸收量为30kg/hm2。植物稳固技术是利用重金属耐性植物将重金属吸收、累积或迁移到植物体根部,从而使重金属固定。朱佳文等通过对铅锌尾矿库自然植被群落的研究表明,定居的先锋植物可以改变重金属形态,使重金属由稳定态转化为有效态,增加了重金属的迁移能力。
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