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1、第三章矿区土壤复垦的原理与技术第一节 矿区土壤的问题一、矿区的环境问题矿山既是原料、能源的生产基地,往往也成为主要的污染源。矿山开采对环 境的污染有以下表现形式: 矿山开采造成地表塌陷。如我国煤炭开采引起的地表塌陷面积已达14万 hm2,并以每年塌陷2.2万hm2的速度递增。 矿区生态系统破坏。 大量侵占和破坏土壤。如我国重点冶金矿山（未包括地方和乡镇采矿企业） 占地面积为6.5万hm2，其中露天采场、排土场和尾矿场占地量在70%左右。 污染空气。如煤炭开采每年排放60亿m3甲烷,仅利用3亿m3,每年抽放 未利用排入大气的高浓度瓦斯约1.2亿m3,影响了空气质量。 废水污染。在矿石开采、选矿或
2、洗矿过程中产生大量废水，其中包括矿坑 水、废石淋滤水、选矿水及尾矿坝废水等,当这些废水排入地表水体后,不但造成 地表水体的有机物污染、酸碱性污染和重金属污染,往往还会增加水体的混浊度、 破坏水体的自净能力。 破坏地下水源。矿山开采往往造成区域地下水位下降，出现大面积的蔬干 漏斗,使水源枯竭或河水断流。 诱发自然灾害。矿山开采可诱发地震、山体开裂、滑坡等多种自然灾害。二、土壤复垦的意义开发矿产资源对生态环境的影响和破坏是严重而不可避免的 ,但在采矿过程 中应最大限度的减少对土壤的占用,减少对水、大气的污染,有效的方法是通过土 壤复垦恢复矿区开采所破坏土壤的使用功能,恢复矿区生态环境。据统计，我国
3、采矿区每年排出废石渣约5000万t,堆放占用土壤6667 hm2, 全国1500多个露天煤矿及煤矸石占地就达200多万hm2，另外城乡建筑、水利工 程、道路桥梁都需要占用大量土壤,但国土是有限的,解决这一矛盾的最好方法就 是开展土壤复垦,保护现有耕地。土壤复垦是指对被破坏的土地进行复垦以及采取生物、物理和化学的土壤培 肥技术措施而形成的人工土壤.最终目标之一是使复垦土壤达到当地正常农田的 土壤质量水平.英国矿业与环境委员会将土地复垦定义为将废弃的场地改做某种用途，而美 国Ohio州将土地复垦定义为恢复采煤影响的土地作林地、草地、农地、娱乐场 所、野生动物栖息地或其它高于或相当于采前生产力水平的
4、用途，而采取的回填、 平整、土壤重构、植被及其它工作。俄罗斯则将土地复垦解释为恢复被破坏土地 的生产效能及以改善环境条件为目标的各项工作之总和。比较我国与国外在土地复垦上的做法，存在下述两个主要区别:一是土地复垦 的目标，国外以恢复生态环境为主，我国则以珍惜和合理利用每寸土地为目标，这 一点已明确反映在我国与国外立法目的方面的差异上;二是复垦工程措施,国外似 乎不惜重金，要求严格，近乎呆板，而我国尤为注重因地制宜，灵活多样，但有时显得 过于简单，标准偏低。三、土壤复垦现状我国矿区土壤复垦工作开始于20世纪50年代末。当时一些矿产企业迫于矿 区土壤紧缺的压力，陆续开展了不同规模的技术粗放的土壤复
5、垦工作。表|我国煤矿区土地复垦对象比例构成单位.公顷复垦井工开采露天开采总计对象开采沉陷肝石山压占小计采场排土场小计面积4. 1 050004.5 1 护2. 25.=. 1 y2. 25.=-=. 1 护4. 5a 105x | 0比例901914 . 54 . 54 01 00到80年代后期，由于国家长期以来没有指导土壤复垦工作的专门立法，没有 鼓励企业复垦的优惠政策和正常的复垦经费渠道，全国开展复垦工作的矿山企业 不足1%，已复垦利用的土壤不到被破坏土壤的1%。为了保护国土资源、改善矿 区生态环境,国务院1988年12月第19号令颁布了土地复垦规定，以法规的形 式对复垦的实施原则、责权关
6、系、组织形式、规划、资金来源及复垦土壤使用等 作了原则性的规定，提高了全国各行业的复垦意识，使土壤复垦工作有了长足的发 展。但是由于经济和技术等方面的原因,我国土壤复垦仍是任重道远，目前我国土壤复垦率不足 10%,远远落后于复垦先进国。第二节 矿区土壤的重构一、矿区土壤重构矿区生态重建主要指对采矿引起的土壤功能退化、生态结构缺损、功能失调 或退化问题，通过工程、生物及其他综合措施来恢复和提高生态系统的功能，逐 步实现矿区土壤资源的可持续利用。包括 3 个方面：一是开采过程中的土壤生态重建。在矿产资源开发过程中尽量避免或减少对 土壤环境的破坏，采取一种超前预防对策，如开采程序的优化，开采工艺的合
7、理 配置。二是废弃或临近闭坑矿山的土壤生态重建。我国的一些老矿山都具有几十年 的开采历史，如抚顺西露天矿、阜新海州露天矿等已进入开采末期，闭坑后，将 留下几百米深的露天大坑，几十平方公里的采场与排土场，这使得周边城市生态 环境遭受严重破坏，制约了城市经济、社会的可持续发展，迫切需要因地制宜地 按照生态技术规律，重建一个高产、优质、高效的可持续发展的露天采煤技术生 态系统，实现人口、土地、自然环境间的共生协调发展。三是矿区土壤生态重建必须因地制宜，注重综合效益与动态调控的原则。二、矿区土壤复垦类型根据用途可以将矿区土壤复垦分为农业复垦、林业复垦、牧业复垦、自然保 护复垦、水资源复垦和工业复垦等。
8、由于我国耕地面积有限 ,复垦的核心便是恢 复耕地。根据矿区土壤复垦的对象不同可分为采空区复垦、地下采矿场复垦、废石场 复垦和尾矿场复垦。根据技术方法可分为工程金属复垦和生物技术复垦两种。三、矿区土壤复垦工艺技术1 复垦工艺1.1 有覆土复垦工艺矿山采空区、排土场、尾矿库的土壤理化性质是错综复杂的。不同矿山的矿 石成分有差异,经过采矿、选矿工程处理之后所排放的废料、尾矿及采石场的土 壤状况差别很大。采石场因土壤的粒度组成中大粒度矿石的比例往往过大而不适 于植物生长,排土场及尾矿场的土壤质地也大多有别于耕地土壤,或因为土壤的理 化性状如粒度组成、孔隙状况等不适于生长植物 ,或因为土壤中含有对植物生
9、长 有害的元素和化学物质而使土壤必须加以处理方可种植作物。因此,在工程处理过的采石场、废石场、尾矿场表面覆土便成为矿山土壤复 垦的必要措施之一。有覆土矿区土壤复垦工艺可简单概括如下 :表土的采集、储 存和复用-岩石的排弃和回填-场地整备-铺垫表土-耕作种植。1.2 无覆土复垦工艺有些矿山排土场、尾矿场甚至风化较好的采石场 ,其表层土质与耕作土壤相 近,无需进行表面覆土即可种植 ,或表层土质与耕作土有较大的差别 ,如酸性或碱 性过高、粘粒含量偏低、某些化学物质的含量过低或过高、土壤肥力低等 ,可以 选择适宜的植物品种,在无覆土的情况下进行种植。无覆土工艺为:场地工程整备- 种植。2 复垦技术2.
10、1 工程复垦技术和生物复垦技术 复垦工作一般含工程复垦和生物复垦两大内容。工程复垦技术是工程复垦中, 按照所在地区自然环境条件和复垦地利用方向的要求 ,在对废弃地进行回填、堆 垒和平整并进行必要的防洪、排涝及环保治理中的处理技术。采场排土中有内排 工艺技术和外排工艺技术。覆土时有机械覆土技术和水力复垦技术 ,根据矿山自 身情况,合理选择工程复垦技术。生物复垦技术的出发点是在新恢复的土壤上选 种适宜作物,形成景观好、稳定性高和具有经济价值的植被面。2.2 复垦土壤改良技术贫瘠土壤可以通过种植速生草本植物 ,加速腐殖质层的形成来提高土壤肥 力。培植豆科植物是获得腐殖层的捷径。酸性土壤在 pH 值不
11、太低的情况下可以通过施用石灰来调节酸碱性 ,达到适 宜的pH值，但在pH值过低时，一次性石灰的用量会很大，不利于作物生长，因此，选 用磷矿粉来改良酸性 ,一来可以提高土壤肥力 ,二来能在较长的时间内控制土壤 pH 值。碱性土壤可以通过合理施肥及施用化学调节剂等来调节酸碱性。重土和轻砂 土可以通过加粉煤灰而成为中等结构的土壤,增加了土层的保水能力和孔隙度。生物土壤改良技术如在复垦区种植多年生草本植物来加快腐殖质层的形成 也会取得较好的效果。2.3 采煤塌陷地的复垦技术 采煤塌陷地的土地复垦主要包括疏干法、挖深 垫浅法、充填复垦、生态工 程复垦。2.3.1 疏干法。指开挖大量排水渠，使塌陷区的 积
12、水排干，再加以必要的整修工 程，使塌陷区不再 积水，并得以恢复利用。2.3.2 挖深垫浅法。用挖掘机械将塌陷深的区域 再挖深，形成水（鱼）塘。取出 的土方充填塌陷坑浅的区域，形成耕地，达到水产养殖和农业种植并 举的目的。2.3.3 充填复垦技术。将土地复垦技术与生态工 程技术结合起来，综合利用生物 学、生态经济学、环境科学、农业技术以及系统工程学等理论，运用 生态系统 的物种共生和物质循环再生原理，对破坏土地所设计的多层次利用的工艺技术。2.4 复垦增产技术施肥增产 矿区复垦的土壤营养状况大多十分贫乏,合理施用肥料是矿区复垦增产的有 效措施。施肥中化肥品种、营养组份配比、施肥时间、施肥方式、施
13、肥量等对增 产效果影响显著。种子丸衣技术增产。种子丸衣技术发展迅速 ,抗流失丸衣、微量元素丸衣、 促使储水丸衣、农药丸衣、肥料丸衣等可用来增强抗逆性能 ,提高生物复垦的效 果,都很适宜在复垦区的播种。菌根增产。在植物根系接种真菌菌株（内生菌株或外生菌株）,可以促进植物根 系对土壤中磷、钾、钙等矿质元素的吸收,扩大根系吸收面积,提高植物抗旱、抗 涝能力,增强植物对病虫害的抵抗能力,从而达到增产的效果。吸水剂增产。吸水剂是具有羧基等电离性亲水基的三维网状结构 ,具有高吸 水性、持水性和保水性的一种高分子聚合物,中性无毒。可以通过拌种,或播种时 地面撒施,或移栽前涂根而加以施用,吸水剂可以增强植物抗
14、旱性 ,减少复垦地灌溉工程投资。第三节 矿区土壤质量与养分管理一、矿区土壤质量 土壤质量就是土壤的好坏程度.但正确理解土壤好坏程度应包括两方面的内 容,即土壤的生产质量（土壤肥力）和环境质量.所以,在土地复垦实践中,所有复垦 措施和技术必须在改良和确保土壤环境质量的前提下 ,才能采取提高土壤肥力、 增加作物产量的措施.1 土壤的生产质量 土壤生产力的高低主要决定于土壤肥力的状况.土壤肥力是土壤养分、水分、 热量和空气等方面供应和协调作物生长的综合能力 ,具体表现在土壤物理特性和 土壤养分状况两个方面。土壤物理特性而言,土壤水分、热量和空气等状况与土壤质地和耕层结构紧 密相关,砾石含量高不利于作
15、物根系的穿插和生长。养分因素主要考虑土壤有机 质、全氮、有效磷、全钾等因子的含量.2 土壤环境质量 土壤环境质量包括对人类生产、生活和发展以及农作物的适宜程度。二、矿区土壤质量养分管理1 土壤全量养分 随种植年限的增加,有机质和全氮含量增加。土壤全磷含量随复垦年限的增 加呈增大的趋势,但变幅不大,土壤全钾则随复垦年限呈降低趋势,变化也不明显。 pH 变化规律不明显,变幅也比较小;土壤容重随复垦年限增加呈降低趋势,这与土 壤有机质含量随复垦年限的增加有关。2 土壤速效养分的变化新复垦的土壤碱解氮含量很低 ,随着复垦年限的增加 ,其含量逐渐增加,对于 速效磷而言,新垦田土壤的含量还是比较高的 ,随着复垦年限的增加 ,其含量很快 增加。有效氮与速效磷的快速增加与大量施用无机肥料直接相关。3 土壤剖面养分的变化复垦地块020 cm土壤的容重随复垦年限的增加逐渐降低，但2040 cm 及其以下的复垦土壤明显高于对照土壤。这是由于复垦时大型机械的压实作用造 成的，这也使得作物根系难以下扎，水分难以下渗，加之表层质地粘重，下大雨时往 往造成地表积水。有机质、全氮量不论表层还是底层，都随复垦年限的增加，呈逐 渐增加的趋势。全磷、pH则没有明显的变化，从表中可以看出，新复垦为农田土壤的交换量高 于对照土壤，而且都是表层和底层高于心土层，这是由于复垦时所用的不同
