稀土矿山废弃地生态修复技术

稀土矿山生态修复应以生态学理论为依据, 通过评价废弃地的类型和适应性, 制定科学合理的生态修复方案, 运用相关生态修复技术, 实现废弃地重新利用和土地持续利用^[25].以下主要讨论一些应用较广的生态修复技术, 包括改良土壤、恢复植被以及微生物修复等技术.

稀土矿山开采后, 矿区生态系统遭受严重破坏, 导致土壤基质和结构失衡, p H值降低, 有机质流失, 重金属含量过高, 使植物无法正常生长.因此, 需要对废弃地耕植土地进行改良, 增加土壤养分, 缓解土壤酸性, 提高持水性等^[26,27].有效处理手段分为物理方法和化学方法.

稀土开采前, 将剥离的耕植土壤统一保存在合适位置, 保护原有结构和土壤理化性质, 开采结束后, 将原土壤有序回填, 这样既能平覆矿坑, 又能恢复原矿区的正常耕植作业.若原土年久失存, 可选择结构性能良好, 土壤肥力充足的异地土进行补偿平覆矿坑, 如城市生活污泥和工程采挖土方等土壤.也可以利用固化法固化土壤改变其理化性质, 通过添加固化剂降低土壤稀土元素的迁移性.胡振琪等^[28]通过工业废物有效降低了污染物的迁移能力, 修复矿山后可改善土壤理化性质, 促进植物生长, 固化后的土壤还可用于铺设路基或建筑建材.提倡大量使用城市生活污泥以及建筑工程挖掘土方作为回填土壤, 不仅能减少堆积占地, 还能变废为宝^[29].

通过向土壤中添加石灰石粉、磷灰石、羟基磷灰石、钙镁磷肥等化学改良剂, 增加土壤肥力, 降低土壤毒性, 调节土壤p H值等.如向矿区贫瘠的土壤中施加磷肥、钾肥等化肥和农村有机肥, 有利于改善土壤养分, 增强持水保肥能力.刘斯文等^[30]向受污染的土壤中施加适量改良剂, 使土壤具有一定的固肥能力, 改善了植物的生长.采用化学方法修复矿山废弃地操作简单, 改良剂原材料来源广泛, 成本低.但施加改良剂也会与土壤中稀土元素发生反应, 造成二次污染;同时, 污染物在改良剂的作用下, 只是改变了形态并没有消除, 在一定条件下会再度对土壤造成污染, 破坏整个地区的生态系统^[25].选择土壤化学改良剂要科学合理, 以自身无污染为前提, 建议研究新型具有修复效果好, 持久性好, 保水保肥, 稳定性强, 成本低等优点的改良剂, 对土壤进行生态修复, 恢复原有生态系统.

稀土矿区地表恢复植被是达到废弃土地生态环境修复的有效途径, 也是防止土壤沙漠化的主要方法^[25].虽然废弃地土壤经过上述物理或化学方法的改良, 但废弃地土壤耕植条件仍然较差.所以, 要筛选具有持水性强的耐性植物, 保障在恶劣的土壤环境下生存, 在选择植物时要以本地乡土植物为主, 能够改良土壤基质, 且生命力强, 生长快的多年生植物^[31].广东省某稀土矿区试验了10种植物的生长情况, 发现一些本地乡土植物种类对矿区废弃地的修复效果较好, 如紫花苜蓿、马唐草、香根草等^[32].根系发达的植物可增强边坡的稳定性, 防止地质灾害和水土流失, 如金色狗尾草、雀稗等, 或种植脐橙与桉树等经济作物获取一定的收益^[33].福建省某稀土矿进行植被修复时, 分地段选择不同植物进行修复, 平坦地段种植桉树, 抗寒耐旱, 吸收离子强;边坡地段选择根系发达的草本植物, 可持水保土, 加固边坡, 如香根草、鸭拓草等^[34].采用植被修复稀土矿区废弃地, 建议选择合适的本地乡土植物, 按照植物群落合理生长结构进行布置, 因地制宜地设计多样性的生态修复方案, 规划具有“乔木-灌木-草本”结构清晰的植物修复模式.

微生物本身具有较强的氧化还原性、细胞表面具有吸附性及自身代谢能力.因此, 可以利用这些性质去除土壤毒性, 治理稀土矿区废弃地, 将微生物接种在植物上, 既可以提供植物养分促进生长, 还能利用微生物新陈代谢构建起微生物系统, 加强土壤活性, 增加废弃地生态恢复的进程^[18].研究发现利用微生物自身性能可以将Pb⁺转化为Pb, 硒酸盐 (亚硒酸盐) 转化为Se, 以此消除地层内部含毒物质^[35].同时, 利用生物表面特殊性将带电荷的物质吸附在生物细胞表层, 经过新陈代谢富集于细胞内, 消除污染物移动能力.Macaskie等^[36]发现在H₃PO₄酶环境下, 革兰氏阴性细菌与重金属反应生成的矿物质富集在细胞表面.微生物修复效率高、生长快、易繁殖、环境调节性强, 修复稀土矿山废弃地发展前景较好.目前, 利用微生物修复矿山废弃地的研究较少, 建议未来在微生物修复方法的研究上加大投入.

矿山废弃地区域土地和植被遭受人为破坏, 生态环境恶劣.因此, 需要采取相应的工程措施平覆矿坑, 完善矿区给排水系统, 为后期复耕和耕植绿化做铺垫.采取工程技术措施要结合矿区废弃地总体布局, 便于土地利用;加固边坡并形成合适的微地形, 提高土地稳定性以及植被成活率;结合矿区规划合理建设矿区给排水系统, 恢复矿区水循环系统, 降低地质灾害发生率.采用拦渣坝、挡土墙等工程措施, 并整理边坡使其具有一定的坡度, 结合地形使矿区废弃地修复为块状梯田.采用工程措施对矿区大环境进行整治, 以便后续其他修复技术的顺利跟进, 主要适合大范围场地处理, 不适宜小面积作业.

由于不同阶段矿山开采工艺有所差异, 矿山废弃地成因复杂, 污染物质种类多样, 采用单一的技术治理废弃地无法起到明显的修复效果.综合考量废弃地的形成机制以及生态环境现状, 采取多种生态修复技术联合治理稀土矿山废弃地, 实现快速精准的修复目的.广东省某稀土矿区采取土壤有机质与植物修复联合治理矿山废弃地, 修复前后对比发现, 经过联合修复后的土壤中有机质的含量远远超过未经治理的污染土壤, 并且提高了土壤的保水能力, 增加了土壤生物多样性, 经过联合修复后的废弃地基本达到了耕作要求^[37].将熟石灰、沸石、凹凸棒土、有机肥与待测土壤按照一定比例充分混合均匀进行改良土壤, 将处理过的土壤放入生态带内并种植植物做成生态边坡, 治理水土流失效果明显, 使边坡稳定性增强, 有利于形成生态防护林^[30].

南方稀土矿山早期开采以池浸和堆浸两代工艺为主, 对矿区地形、地貌、地质造成了不同程度的毁坏, 大面积的矿山废弃地遗留问题需要治理.对矿山废弃地采用科学的技术手段进行生态修复, 因地制宜, 利用多种技术方法有区别的治理对应的污染区域.表3对不同生态修复技术做了对比分析.