矿山土地复垦.ppt

,矿山土地复垦,张力2009年11月,环境指影响人类生存和发展的各种天然的和经过人工改造的自然因素的总体，包括大气、水、海洋、土地、矿藏、森林、草原、野生生物、自然遗迹、人文遗迹、自然保护区、风景名胜区、城市和乡村等。环境问题指由于人类活动或自然原因引起环境质量恶化或生态系统失调，对人类生活或生产带来不利影响或灾害，甚至对人体健康带来有害影响的现象。,环境污染：由于人类活动，把大量有毒有害污染物质排入环境，使环境质量下降，以至危害人类或其它生物正常生存和发展的现象。生态破坏：由于人类不合理地开发利用自然环境和自然资源，致使生态系统的结构和功能遭到损坏而威胁人类和其它生物正常生存和发展的现象。,第一讲概论,一、土地复垦1、土地复垦土地复垦是指对在生产建设过程中，因挖损、塌陷、压占等造成破坏的土地，采取整治措施，使其恢复到可供利用状态的活动。中国恢复被破坏土地的生产效能和国民经济及改善环境条件为目标的各项工作之总和。俄罗斯将因采矿而荒芜的、不用了的地区恢复到所期望状态的行动。美国,2、矿区土地复垦依据生态学、土地经济学、环境科学、测绘学、土壤学及区域规划等理论，结合采矿工程特点，对采矿过程中因挖损、塌陷、压占等造成破坏的土地，采取整治措施，使其恢复到可供利用状态的活动。土地复垦是一项综合工程技术，包括两个过程。,工程复垦,生物复垦,3、工程复垦根据采矿后形成废弃地的地形、地貌现状，按照规划的新复垦地利用方向的要求，并结合采矿工程特点，采用采矿设备，纳入采矿工艺，对破坏土地进行顺序回填、平整、覆土及综合整治。核心是造地，为生物复垦阶段生物群落的建立，创造一个良好的生态环境。,工程复垦技术形式,非充填复垦,充填复垦,4、生物复垦利用生物措施，恢复土壤肥力与生物生产力的活动，是工程复垦的延续。关键技术在于解决土壤熟化和培肥问题，加速复垦地“生土”熟化过程。核心是迅速建成人工植被群落,地表有土性的土壤培肥地表无土性培肥微生物培肥技术,土壤培肥（改良）,生态恢复（重建）,植被恢复,土壤系统的恢复,生态系统结构和功能的恢复,生物复垦,生态系统的组成,无机物有机化合物气候因素生产者消费者分解者(还原者),六大组成成分,生产者：自养生物，主要是各种绿色植物，也包括蓝绿藻和一些能进行光合作用的细菌。消费者：异养生物，主要指以其他生物为食的各种动物。分解者：异养生物，把复杂的有机物分解成简单无机物，包括细菌、真菌、放线菌和动物等。,非生物成分,生物成分(生物群落),三大功能群,生态系统的功能,能量流动,物质循环,信息传递,形态结构,营养结构,生态系统的结构,太阳能,生产者,一级肉食者,二级肉食者,还原者,热,热,热,热,草食动物,热,（1）生态恢复的目标对废弃矿地这样极度退化的生境，生态恢复的目标是恢复生态系统必要的结构和功能，使受损的生态系统回到一个更自然的状态下，能够自我维持，最终实现系统的生态完整性。完整性的生态系统特征完整的植被结构、丰富的植被层次和充分的地表覆盖。完整的生态循环系统和丰富的生态功能群体。完整的生态(服务)功能和效益产出体系。丰富的生物多样性,（2）生态重建的生态学原理与物质相关的(主导生态因子原理)与能量有关的(能量转换的食物网原理)与空间有关的(种群密度制约原理,种群空间分布格局原理,边缘效应原理及生态位原理)与时间有关的(演替理论)与多样性有关的(多样性导致稳定性,植物多样性是生态系统其它生物多样性的基础),土地复垦强调的是矿山土地可利用能力的恢复，生态重建则在土地可利用能力恢复的基础上，强调建立一个和环境协调的、具有稳定生物群落的人工生态系统。土地复垦是生态重建的前期工程，而生态重建是土地复垦的最终目标，土地复垦应是生态重建中的核心部分。,（3）土地复垦与生态重建的关系,二、土地复垦的特点1、综合性2、技术性3、系统性4、地域性5、多样性,自然科学技术科学社会科学,破坏类型的多样性复垦手段的多样性,三、土地复垦原则1、谁破坏、谁复垦，谁复垦、谁受益2、因地制宜、优先复垦为农业用地3、复垦与生产建设统一规划4、经济、生态与社会效益相结合,四、矿山土地复垦后用途（目的）森林牧草地农田野生生物栖息地娱乐用地商业用地水利及水产养殖综合利用,五、矿山废弃地1、矿山废弃地是指采矿剥离土、废矿坑、尾矿、矸石和洗矿废水沉淀物等占用的土地，还包括采矿作业面、机械设施、矿山辅助建筑物和矿山道路等先占用后废弃的土地。,2、矿业废弃地类型根据矿业废弃地的来源可划分由剥离表土、开采的岩石碎块和低品位矿石堆积而成的废石堆废弃地；随着矿物开采而形成的大量的采空区和塌陷区，即采矿坑废弃地；开采出来的矿石经各种分选方法分选出精矿后的剩余物排放堆积形成的尾矿废弃地；采矿作业面、机械设施、矿山辅助建筑物和道路交通等先占用而后废弃的土地。,3、矿业废弃地特点土壤物理结构不良，基质过于坚实或疏松，持水保肥能力差极端贫瘠或养分不平衡重金属含量过高极端pH值（强酸或强碱）干旱或生理干旱严重,4、矿业废弃地对环境的影响地表景观破坏诱发地质灾害水文干扰与水质污染大气污染与微气候扰动土地资源破坏与占用土壤退化与污染水土流失加剧破坏生物群落的生态平衡和生物多样性,六、我国土地复垦存在的主要问题土地复垦的配套法规不健全，缺乏强有力的约束机制国家政策不能全面地贯彻落实土地复垦资金没有可靠保障土地复垦技术研究严重滞后缺乏健全的机构和执法监督企业复垦的积极性未得到有效的保护，全民土地复垦意识还有待提高,七、生态恢复误区片面强调植被的覆盖率忽略了健康生态系统对异质性的要求大量使用外来物种缺乏对当地濒危物种的考虑,第二讲国内外土地复垦进展,一、中国矿区土地复垦研究工作回顾回顾过去50年内的工作，总体上，可划分为四个发展阶段：（1）上世纪50、60年代矿区土地复垦沿用传统思路：通过填埋、刮土、复土等措施将退化土地改造成可耕种土地。这是一种以实现矿区土地可进行农业耕种为目标的土壤修复工作。,（2）进入70、80年代开始关注矿区土地资源的稳定利用以及相关的基本环境工程的配套问题，使得土地复垦更加系统化。例如，中国煤矿学界取得了一系列研究成果，其中包括煤矿开采引起塌陷的预报预警系统、抗建筑变形理论、修复煤矿塌方土地的综合技术等这是以矿区土地资源稳定与持续利用为目标的环境工程修复工作。,（3）20世纪90年代在矿区土地复垦问题上更多地强调了生态学方面的观点，包括：选用适宜的表土、植物和肥料；研究先锋植物根的生长模式及根系分布结构；研究重金属的迁移模式；优化回填肥料的性质，例如利用煤炭垃圾或粉煤灰回填或促进植物生长；在生态恢复中综合考虑景观美化、可持续性发展、人与自然的和谐等问题。,（4）跨入21世纪以来一种以矿区生态系统健康与环境安全为恢复重建目标的污染土地生物修复在中国逐渐受到重视，其中包含了金属矿区土壤的植物修复、微生物修复、动物修复及其联合协同修复等多项环境与生物新技术。随着该领域研究的逐步深入，可以预见，这些新理念和新技术将会在全国范围内得到广泛地应用，并在实践中进一步发展完善。,发达国家的复垦率50以上，主要原因是：严格执行复垦法律法规政府部门将复垦成效作为矿山运行管理的主要内容之一；复垦资金纳入企业成本一般占5一20；强化复垦科研工作,二、国外技术研究现状1、新矿山均要求采用开采与复垦同步进行的工艺与技术，从根本上改变复垦工作中“末端治理”的诸多弊端。2、对露采矿的复垦工作不仅考虑地形、地貌和水资源的经济再利用，还注重社会的可接受性和村庄的搬迁，复垦标准要求达到复垦场地可持续使用、生态稳定性和社会可接受性。,3、生物复垦技术研究与应用受到高度重视，特别是在应用微生物技术加速土壤熟化方面成绩显著。4、加强适生优良先锋植物种类的筛选、改良、培育、种植技术及植被结构和功能设计、食物链设计等研究。5、生态修复技术达到消除环境中重金属等污染的目的。,6、解决了酸性废弃堆场酸性污染产生的预防技术。7、边坡地侵蚀防治技术已实现工程化。8、重视信息技术和3S等一批高新技术的应用与推广，以及技术的工程化与产业化。,三、国内研究现状1、中华人民共和国土地管理法、中华人民共和国矿产资源法和中华人民共和国环境保护法以及土地复垦规定的颁布，为我国矿山废弃地复垦提供了法律和政策依据。2、20世纪80年代以来，我国土地复垦工作在国家有关部门的领导和财政支持下已经取得显著成绩。,3、水利播种与覆盖是利用水利喷播机械进行水利播种。为了提高植物成活率和减少侵蚀，在种液中添加肥料和各种纤维覆盖物。纤维覆盖材料通常是木质或纸质纤维制成碎屑状(多为废弃的木、纸再生利用材料)，与种子一起混合成种液。,4、矿山固体废弃物复垦的新技术矿山固体废弃物复垦技术主要有两项（1）微生物技术在矿山固体废弃物中引入微生物，促进植物根瘤菌和菌根的生成，从而固定废弃物和加速废弃物风化成土，促进植物迅速生长。,（2）矿山尾矿的多层覆盖技术在矿山废弃物的上方加3层覆盖材料，并在覆盖材料中间加薄薄的地质滤网。3层材料分别是上层是约0.6m厚土壤，供植被生长；中部为约1.2m厚且渗透较好的石块覆盖层，增加材料透气性，促进水的水平流动；下部为有机材料，用以耗气这种覆盖技术可使尾矿酸化最小，污染迁移也最小。,四、目前和今后的几个重要研究领域1、酸性矿山废弃物污染预防技术酸性排土场污染预防技术2、边坡地水土流失防治技术(1)边坡地水土流失的成因及其规律研究(2)防治边坡地水土流失植被技术3、土壤重构与培肥技术(1)复垦土壤重构和熟化培肥技术(2)煤矸石生物复垦技术(3)尾矿无土复垦与菌根技术(4)矿山污染场地生物修复技术4、复垦地貌恢复与景观设计,(1)煤矿塌陷地景观设计与生态重建技术(2)有色金属矿采矿复垦联合技术与生态重建。(3)金属矿山废弃地景观设计与高效生态系统建设模式(4)半干旱山区矿山废弃地景观设计与生态重建技术(5)报废矿山的生态重建技术,五、我国矿区土地复垦与生态重建研究的重点1、土地复垦与生态重建的基础理论问题包括矿区土地利用僵盖变化驱动力与响应机制，矿区土地质量变化规律研究，矿区生态退化机理与修复等。2、矿区土地复垦与生态重建实用技术包括采矿控制土地与环境破坏的技术、土壤重构技术、景观重塑技术、植被恢复技术、固体废弃物资源化与无害化技术。,3、矿区域土地与生态环境管理的综合研究4、新技术的应用研究包括3S与VR技术在矿区复垦规划中的应用、微生物复垦技术的应用、复垦中抗侵蚀与防渗漏材料的应用、环境岩土工程等新技术新材料的应用等。,第三讲矿山土地复垦工艺与方法,一、土地复垦技术体系针对矿区生态环境特点，我国当前矿区土地复垦的典型技术体系主要包括：管理技术规划设计技术剥离一采矿一复垦一体化工程技术地表整形工程技术土壤培肥改良技术土壤重金属污染治理技术植被恢复技术矿区废弃物综合利用技术大气污染治理技术水土流失综合治理技术,工程技术,生物技术,二、土地复垦规划土地复垦规划是土地利用总体规划的组成部分，由各有关行业管理部门负责制定和实施。1、基本任务根据经济合理的原则、自然条件、土地破坏状况，确定复垦的方法、措施以及复垦后土地的用途。土地复垦后的用途，应在制定复垦规划时予以确定。在实施复垦时，应当充分利用邻近企业的废弃物充填挖损区、塌陷区和地下采空区。,2、矿区土地复垦规划的意义避免复垦工程的盲目性在塌陷不稳定区进行大量土方工程；片面追求高标准；对塌陷积水区采取盲目回填措施等。通过对土地复垦工程进行合理的规划，可以充分发挥区域自然资源优势，正确选择复垦投资方向，不致造成复垦有投入无产出或产出甚微的情况。保证土地利用结构与矿区生态系统的结构更趋合理保证土地部门对土地复垦工作的宏观调控,3、土地复垦规划的实质对土地复垦项目实施的时间顺序及空间布局作合理安排土地复垦规划设计能保证土地复垦项目时空分布的合理性即在时间上，复垦项目纳入企业生产与发展计划，不同的生产阶段完成不同的复垦任务。在空间上，按照土地破坏特征将土地复垦为不同的用途。,矿区土地复垦规划,规划的主要内容,矿区土地复垦现状和预测,土地复垦目标,矿区土地复垦措施,土地复垦原则,矿区土地复垦任务,建立专业复垦机构,理顺待复垦土地权属,实施土地复垦优惠政策,矿区土地复垦资金筹集,矿区土地复垦的管理,规划管理,实施管理,资金管理,土地复垦方案,三、工程复垦技术（一）非充填复垦1、直接利用法积水区直接利用未稳定沉陷区的直接利用,2、地表整形地表整形工程技术指对复垦土地地形地貌的整理，以适于土地开发利用。地表整形工程基本要求与适用条件要求消除附加坡度、地表裂缝以及波浪状下沉等破坏特征对土地利用的影响。适用于中低潜水位塌陷地的非充填复垦、高潜水位塌陷地充填法复垦、与疏排法配合用于高潜水位塌陷地非充填复垦、矿山固体废弃物堆放场的平整等。,1）梯田法即沿等高线平整矿区塌陷土地，改造成环形宽条带水平梯田或梯田绿化带。梯田平台应修整为略向内倾的反坡，以挡蓄雨水保持水土。梯坎高度与田面宽度，则应根据地面坡度、土层薄厚、工程量大小、种植作物种类、耕种机械化程度等因素综合确定。,塌陷后地表坡2以内时，通过土地坡度平整或不平整就能耕种，塌陷后地表坡度在26之间时，可沿地形等高线修整成梯田，并略向内倾以拦水保墒，土地利用时可布局成农林（果）相间，耕作时采用等高耕作，以利水土保护。梯田式复垦适用于地处丘陵山区的塌陷盆地或中低潜水位矿区开采沉陷后地表坡度较大的情况下。我国山西大部分矿区、河南、山东等地的一些矿区不少塌陷地可采用此法复垦，利用此法复垦可解决充填法复垦充填料来源不足的问题。,2）排土场整修水平式平盘反坡式平盘坡式平盘3）尾矿整修,准备用于复垦的排土场要符合下列要求排土场的稳定性不会受到地形、地表水的影响，不会发生泥石流，不会成为二次污染源。排土场顶部标高应高于露采场附近地带地下水的最高水位12米。排土场整治后能适合农业和林业机械的工作。排土场用于农业开发时，应覆盖土壤层；用于林业开发时，应用成土母质岩覆盖。对排土场进行台面和斜坡整治，适应种植要求，宜采取措施防止斜坡的冲刷及顶部沼泽化的出现。修筑通往排土场的专用道路。,3、疏排法在地面标高高于外河水位的沉陷区，通过强排或自排的方式疏干积水后复垦。适用于我国东部河湖水系发达地区。技术的关键在于疏排水方案的选择及排水系统的设计，并需重点防洪、除涝和降渍。4、挖深垫浅法将积水沉陷区下沉较大的区域再挖深，形成水塘，用于养鱼、栽藕或蓄水灌溉，再用挖出的泥土垫高开采下沉较小地区，达到自然标高，经适当平整后作为耕地或其它用地，从而实现水产养殖和农业种植并举的目的。适用于局部或季节性积水的塌陷区。,（二）充填复垦1、泥浆泵充填复垦技术模拟自然水流冲刷原理，运用水力挖塘机组将塌陷地低洼处的沙土冲成泥浆，然后用泥浆泵抽进要平整的地域内，沉淀后成为耕地。主要适用于常年积水且洼地多沙质良土的沉陷区。由于该技术从本质上讲是一类特殊的挖深垫浅法复垦技术，故也被称作泥浆泵挖深垫浅复垦技术。,2、污泥填充物复垦3、动态充填复垦4、粉煤灰、煤矸石充填5、其他物料充填,露天采矿废弃地复垦露天采场的复垦主要是将矿坑内排土回填后，再覆盖一定厚度表土，形成供农业或林业发展用的梯田；排土场复垦主要包括排弃物料的分采、分堆和土场的整治。主要指后期整平和变坡措施；废弃矿坑的复垦主要是充填复垦技术尾渣堆的复垦主要采用覆土方法，将废弃尾渣平整后，用熟土和尾渣的混合土进行覆盖。井下采矿复垦井下采矿造成的废弃地就是塌陷地，其土地复垦主要包括疏干法、挖深垫浅法以及充填复垦。,四、剥离采矿复垦一体化工程技术剥离采矿复垦一体化工程技术融复垦与采矿于一体，是矿区土地复垦与采矿工程最直接有效的结合形式。将矿区划分为若干区段，在每个区段中划分剥离条带，每年根据剥离量具体确定剥离位置及条带数量；采矿作业采取条带开采，利用大型铲运机将剥离的条带岩石和表土“剥皮式”分开铲装。在复垦条带分别按顺序“铺洒式”排放，岩石排放在下部，表土排放在上部，从而实现“采掘一运输一排弃一整形一复垦”的良性循环。,五、土壤培肥改良技术土壤培肥改良技术就是对土壤团粒结构、pH值等理化性质的改良及土壤养分、有机质等营养状况的改善，这是矿区农用地复垦的最终目标之一，具体包括以下技术措施。1、表土转换为维持质地好、易培肥的土壤剖面，在采矿前先把表层(30cm)及亚表层(3060cm)土壤取走并加以保存，待工程结束后再放回原处。这样虽破坏了植被，但土壤的物理性质、营养条件与种子库基本保持原样，本土植物能迅速定居。该技术的关键在于表土的剥离、保存和复原，应尽量减少对土壤结构的破坏和养分的流失。,2、客土覆盖废弃地土层较薄时，可采用异地熟土覆盖，直接固定地表土层，并对土壤理化特性进行改良，特别是引进氮素、微生物和植物种子，为矿区重建植被提供有利条件。该技术的关键在于寻找土源和确定覆盖的厚度，土源应尽量在当地解决，也可考虑底板土与城市生活垃圾、污水厂污泥等混用；覆土厚度则依废弃地类型、特点及复垦目标而定，一般覆土5lOcm即可。,3、土壤物理性状改良土壤物理性状改良的目标是提高土壤孔隙度、降低土壤容重、改善土壤结构。短期内可采用犁地和施用农家肥等方法，但植被覆盖才是解决这个问题的永久性方法。利用矿渣、钢渣、粉煤灰等矿业生产的固体废物可以改良土壤结构，增加土层保水能力和孔隙度等。覆盖有机物料、修筑梯田都是常用的增加淋漓效果的方法。深耕则能有效解除土壤压实。,4、土壤pH值改良pH值不太低的酸性土壤可施用碳酸氢盐或石灰来调节酸性，既降低土壤酸碱度，又能促进微生物活性，增加土壤中的钙含量，改善土壤结构，并减少磷被活性铁、铝等离子固定。在pH值过低或产酸较久时，宜少量多次施用碳酸氢盐或石灰。也可施用磷矿粉，既提高土壤肥力，又能在较长时间内控制土壤pH值。炼铬厂废弃物和粉煤灰一般呈碱性，可采用硫磺、氯化钙、石膏和硫酸等酸性试剂进行中和改良。,5、土壤营养状况改良化学肥料的合理施用是矿区复垦增产的有效措施，综合施加氮、磷、钾肥要比单施某一种肥料好。由于土壤盐害会阻碍植物对氮、磷、钾肥的吸收，在施肥前有必要经过一段时间的天然淋溶。,有机废弃物的合理施用污泥、生活垃圾、动物粪便等有机废弃物的分解能缓慢释放出氮素等养分物质，可满足植物对养分持续吸收的需要。有机物质还是良好的胶结剂，能使土壤快速形成结构，增加土壤持水保肥能力。有机废弃物中存在重金属和毒性有机物，但可采用污染源控制、化学浸提法与微生物淋滤法、堆沤等措施予以处理。有机废弃物已成为当前矿区土壤基质改良的主要手段。,种植固氮植物利用生物固氮(主要是豆科植物)，是经济效益与生态效益俱佳的改良方法。生物固氮在重金属含量较低的废弃地上潜力很大。据研究，固氮植物每年每公顷可以固氮50150kg。对于具较高重金属毒性的废弃地，必须采用相应的工程措施解除重金属毒性，才能保证成功的结瘤与固氮。,绿肥的合理施用绿肥提高土壤养分肥力水平的作用相当于十年以上的培肥功能，多为豆科植物，根系发达，生长迅速，适应性强，含有丰富的有机质和氮、磷、钾等营养元素，可为后茬作物提供各种有效养分，改善土壤理化性状，并能加快岩石风化速度。,利用微生物（接种菌根）利用微生物的分解特性。微生物具有迅速熟化土壤、固定空气中的氮素、参与养分转化、促进作物吸收养分、分泌激素刺激作物根系发育、改进土壤结构、减少重金属毒害及提高植物的抗逆性等功能。采用菌根技术快速熟化和改良土壤，恢复土壤肥力的活性，在矿区土地复垦中受到越来越多的重视，已成为世界各国复垦研究的新热点。,六、土壤重金属污染治理技术从技术的方法原理来看，国内外矿区土壤重金属污染治理主要包括物理、化学和生物治理技术三类。生物治理技术包括微生物修复技术、动物修复技术与植物修复技术。设施简便、投资少、对环境扰动也少，被认为是最有生命力的。国内外矿区土壤重金属污染治理的具体技术主要包括以下9类,机械工程技术即应用机械工程措施，对被污染土壤进行物理转移或隔离，降低土壤重金属浓度，或减少重金属污染物与植物根系的接触。该技术包括客土、换土、翻土、去表土等措施。一般适用于小面积、重污染土壤。具有彻底、稳定的优点，但实施工程量大、投资费用高，破坏土体结构，引起土壤肥力下降，并且还要对换出的污土进行堆放或处理。,电动力学技术即基于重金属的电动力学特性，在污染土壤中通电，以电流打开金属土壤链，从而使土壤中的重金属(Pb、Cd、Cr、Zn等)在电解、电迁移、电渗和电泳等作用下在阳(或阴)极被移走。该技术不适于渗透性高、传导性差的土壤。特别适用于其他方法难以处理的、适水性差的粘土类土壤。在沙土上的实验结果表明，土壤中Pb2+、Cr3+等重金属离子的除去率也可达90%以上。电动修复是一种原位修复技术，不搅动土层，并可以缩短修复时间，是一种经济可行的修复技术。,热解吸技术即将污染土壤加热，使重金属污染物产生热分解、挥发，然后进行回收处理。该技术适用于受热易分解挥发的重金属污染，主要是汞污染。,化学淋洗技术EDTA可明显降低土壤对铜的吸收率即用清水或能提高重金属水溶性的化学溶液来淋洗土壤。吸附固定在土壤颗粒上的重金属形成稳定的溶解性离子、金属试剂络合物或生成沉淀，然后收集淋洗液回收重金属。该技术的关键是淋洗试剂的选择表面活性剂是近年来研究的重点，较适合于砂土、砂壤土、轻壤土等轻质土壤，但易造成地下水污染、土壤养分流失及土壤变性。日处理能力为15152m3，固定投资一般为1000020000美元，所需的运行费用为117523美元/m3。,化学改良技术即向污染土壤投加化学改良剂，与重金属发生氧化、还原、沉淀、吸附、络合、抑制和拮抗等化学作用，降低重金属污染物的水溶性、扩散性和生物有效性，从而降低它们进入植物体、微生物体和水体的能力。如向土壤中投放硅酸盐钢渣，对Cd、Ni、Zn离子具有吸附和共沉淀作用。该技术并不是一种永久的修复措施，对污染不太重的土壤特别适用，需防止重金属的再度活化。,动物修复技术指在土壤中的低等动物(蚯蚓和鼠类)吸收、富集重金属后，采用电激、灌水等方法从土壤中驱出这些动物集中处理，从而降低污染土壤中重金属的含量。由于蚯蚓吸收重金属后随时会释放回土壤，鼠类对庄稼又有危害，该技术还有待进一步研究。,植物修复技术植物提取即利用重金属超积累植物从土壤中吸取金属污染物；植物挥发是利用植物根系吸收金属，将其转化为气态物质挥发到大气中，以降低土壤污染。植物稳定利用耐重金属植物或超累积植物降低重金属的活性，从而减少重金属被淋洗到地下水或通过空气扩散进一步污染环境的可能性。如柳属的某些物种能大量富集Cd；印度芥菜对Cd、Ni、Zn、Cu富集可分别达到58、52、31、17和7倍；芥子草等对Se、Pb、Cr、Cd、Ni、Zn、Cu具有较强的累积能力。这是一种很有希望的、可有效和廉价处理土壤重金属污染的新技术。,微生物修复技术利用微生物的生命代谢活动减少土壤中有毒有害物的浓度或使其完全无害化，从而使受污染的土壤能够部分或完全地恢复到原始状态。某些微生物对重金属的吸收、沉淀、氧化和还原等作用，降低重金属的毒性与生物有效性。如动胶菌、蓝细菌、硫酸还原菌及某些藻类，能够产生胞外聚合物与重金属离子形成络合物。运用基因工程培育对重金属具降毒能力的微生物，并运用于污染治理是目前环境科学研究最活跃的领域之一。,农业耕作管理技术即因地制宜的改变受污染农田的耕作管理制度，如增施有机肥、控制土壤水分、选择合适形态的化肥、选育优良作物品种等，以减轻重金属对农作物的危害，避免重金属离子进入人类食物链。如水田土壤中的Cd以磷酸镉的形式沉淀，磷酸汞的溶解度也很小。该技术具有费用低、实施方便等优点，但周期长和效果不显著，适于中、轻度污染土壤的治理。,施用易溶性磷酸盐如在土壤中增施易溶性磷酸盐(Na3PO4等)可提高土壤中磷的含量，增加土壤肥力，也可促使重金属形成不溶性化合物(磷酸盐)，其形态有利于这些重金属的固定，并可降低其生物可利用性。,施用含Ca2+化合物在废弃地中施加CaS04或CaCO3等可以解决Ca2+含量低和改善其酸性条件的问题。重金属氢氧化物溶解度仅次于硫化物，可通过施加CaC03，提高pH值，降低其溶解度。土壤中施用石灰，使重金属生成氢氧化物，而且可以提高土壤的pH值，引起重金属与钙共沉淀现象来促进重金属沉淀的产生。当废弃地的酸性较高时，应少量多次施用碳酸氢盐与石灰，防止局部石灰过多而使土壤呈碱性；对于碱性废弃地，宜采用CaSO4；锌污染土壤中加入石灰石能提高土壤pH值，降低植物中锌的浓度，同时提高了植物的产量。,添加营养物质大部分矿山废弃地缺乏N、P等营养物质，一般添加肥料或利用豆科植物的固氮能力提高土壤肥力。有机肥料可分为生物活性有机肥料，如动物粪便、人粪尿、污泥等；生物惰性有机肥料，如泥炭和泥炭类物质及各种矿质添加剂的混合物。有机肥料可作为阴阳离子的有效吸附剂，提高土壤的缓冲能力，降低土壤中盐分的浓度，促使多种重金属的植物毒性降低，阻碍它们进入植物体，同时加入的有机质还可以螯合或者络合部分重金属离子，缓解其毒性，提高基质持水保肥的能力。,七、植被恢复技术1、矿山废弃地植被恢复主要限制因子土壤物理性质土壤肥力土壤pH值重金属含量,2、生物复垦技术流程（1）调研分析植被恢复应在调研基础上，借鉴国内外经验，首先对污染元素进行分析，再对土壤的物化、生化性质进行分析，查明土壤的PH值、土壤含水量、通气性、土壤氮素及土壤温度等。（2）树种的选择是植被恢复中最为关键的一环，作物、牧草、林木品种的选择工作，是矿区植被恢复成败的关键因素之一。,应该遵循下列原则速生能力好、适应性强、根系发达、抗逆性好；优先选择固氮植物；尽量选择当地优良的乡土树种和先锋树种，也可以引进外来速生树种；树种选择宜突出生态功能，弱化经济价值。具体而言，我国各矿区土地复垦的适宜植被差异较大，但多年生豆科牧草、一年生和两年生禾本科、茄科植物与刺槐、沙棘、柠条等乔灌木是主要的适选品种。,根据矿区的气候和土壤条件。植被筛选应着眼于植被品种的近期表现，兼顾其长期优势。实验室模拟试验现场种植试验经验类比等过程筛选确定,（3）植被种植工艺科学合理的植被工艺可有效提高植物对矿区脆弱生态环境的承受能力植被顺序农业复垦一般先种植豆科牧草培肥土壤，然后耕种豆科作物增加土壤氮素，在土地达到一定肥力后再种植一般农作物。林业复垦一般直接进行绿化种植，也可先种植豆科牧草，而后栽种林木。,植被结构配置不同植物对矿区生境的适应性有限，其生存离不开一定的植物群落。植被品种筛选好后只能作为先锋品种来种植，要达到长久治理的目的，必须乔、灌、草、藤组合，进行多植被间种、套种、混种，并有目的的进行其它生物接种。,植被密度不同立地条件、不同植被恢复目的、不同植被品种的种植密度是不同的即速生喜光植物宜稀一些，耐阴且初期生长慢的植物宜密一些；树冠宽阔、根系庞大的宜稀一些，树冠狭窄、根系紧凑的宜密一些。高海拔、高纬度、低温、土壤瘠薄地区的植被密度应大一些；在栽植技术精细、水分供应良好、管理好的地区，密度宜稀一些；水土保持林可密一些，农田防护林、用材林则宜稀一些。,植被格局构建在废弃地上普遍种植植物，无疑是一种快速恢复植被的良好方法。但在人、财、物力不足的情况下，依据景观生态学原理，最优的植被格局应由几个大型的自然植被斑块组成本底，并由周围分散的小斑块及其中的小廊道所补充、连接。这样既节约了人工和经费，又为植被的自然恢复提供了空间。恢复植被的抚育管理应加强新建植被的维护和管理工作，如浇灌、病虫害防治、禁止放牧、乱砍滥伐等。,3、新材料技术应用保水剂技术PVC材料技术生根粉应用技术复合肥料技术土工布技术,土地复垦机械与工艺？土地复垦效益评价与论证？,第四讲矿山土地复垦案例,案例一：广东茂名市金塘高岭土矿植被重建矿区位于茂名市西北5km，东经1105l421105357北纬2l4228一214342面积约3.5km2。区内为低丘坡地，标高在16.30一47.70m。本区属亚热带海洋气候，温暖潮湿，雨量充沛，年平均降雨量1724mm，矿山废弃地土壤理化性质差，肥力缺乏，有机质、全氮、全磷、全钾、速效氮、速效磷、速效钾含量都较低，土壤呈酸性。土壤PH值是植物生长重要限制因子。选择一些耐旱、耐贫瘠和耐酸的先锋植物，经过生长，能较大程度改善土壤。,应用熟土填穴处理法，即把森林表层土壤重新回填能有效改善矿区土壤肥力，茶树是高岭土矿区植被恢复首选植物之一。因为茶树是铝超积累植物和铝排斥植物，成活率总平均达到59，草本植物香根草具有较好的根系生长能力，保证了在旱季时水份供给能力，植株的成活率提高，胡枝子具有速生、耐贫瘠和适应酸性土壤能力。乔木植物，马尾松较为理想，成活率达58。,案例二：广西平果铝土矿复垦与生态恢复平果铝土矿二期工程建成后，每年占用土地达40hm左右，为了保证铝工业持续稳产，每年开采足够铝矿石的同时，必须及时地恢复被采矿作业破坏的土地，包括耕地、林地、草地等，以求实现矿区周围农、林、牧等用地的动态平衡。自1995年，北京矿冶研究总院与平果铝业公司合作，进行了长期的矿山复垦研究与实践。针对平果铝土矿复垦土源少、占地速度快、复垦难度大的特点，以加速土壤熟化、缩短复垦周期为重点，短时间内在采矿废弃地和废石堆场重建了以农业耕地为主、林灌草优化的人工生态系统。,利用工业废弃物(如剥离土、粉煤灰、洗矿泥等)作为复垦地的人工再造耕层材料，既解决了缺少覆土的难题，又初步实现了矿区废弃物的减量化、资源化和无害化。种植桉树、木薯、甘蔗、蔬菜等，边坡实现乔灌草立体郁闭，植被覆盖度90以上，有效地控制了水土流失，采区复垦率达到100，其中耕地面积占复垦面积的75。,综合应用生物技术、工程技术、菌根技术，加速土壤熟化及植被重建，效果明显。采用的“边采矿、边剥离、边复垦”工艺达到了世界先进水平，获得了有色金属协会科技进步二等奖。复垦周期1.52年，矿区生态环境明显改善。建成了近70hm2的示范区。,案例三：大冶铁矿矿区复垦与生态恢复武钢大治铁矿位于黄石市铁山区境内，该矿区有110多年的开采历史，是一个大型多金属矿区，年产矿石250万t，是武汉钢铁公司的主要矿石原料基地，废弃堆积区面积达400hm2。上世纪80年代末，矿区生态环境极为恶劣，空气悬浮物多，满天灰尘，水面污染物多，水质混浊，整个矿区生活质量下降，生存空间相对狭小。因地制宜，科学规划，大胆试验，规范管理，逐步改良土壤，逐年植树造林，对减少环境污染。,20世纪90年代初，技术人员在硬岩排土场选3.3hm2作为绿化复垦科研试验区。根据岩土的理化指标分析，在试验区树种的选择上，确定了以豆科植物为主的抗旱、耐瘠、适应本地区自然条件的树种，如刺槐、马尾松等。试验共分4个小区，分别采取了不同树种，不同栽植方式(凹植、平植、凸植)，不同坑穴填充物(排弃岩土、人工矿渣、生活垃圾)进行组合。,通过对充填物理化性质测定，得出结论为：废石场复垦栽植方式以凹植为主；穴植时，加充填物，以生活垃圾为主；注意栽植方法，栽植时做到“苗正、根深、土紧”；首选树种为刺槐、旱柳、侧柏、火棘根据这次试验结果,从1992年起至今,大规模进行复垦造林,10年复垦面积达223.13hm2。,复垦效益矿区森林覆盖率提高12%,到2010年矿区森林覆盖率将达45%。减少矿区内的环境污染，使大气、水体、土壤中有毒物质得到解毒和净化。经预测复垦林木每天可吸收二氧化碳335t，释放氧气245t，杀菌分泌物10t以上，同时降低噪音达2643分贝。提高空气的湿度，调节气候。复垦林木每天可蒸发水分60万t,吸收热量达15000万kcal。在夏季，可降低林冠下气温34；在冬季，可提高气温1左右。,防风固沙，减少灰尘。大面积复垦造林，形成的大片林带可使风速降低30%50%，有效防护范围达到林带高度的2025倍。并且可以大面积吸收并减少灰尘，每年可吸收各种灰尘达10万t以上。涵养水源。经预测，复垦林木可以多蓄水10万t以上，相当于建造一座小型水库。水土保持作用明显。刺槐根形成的密集根系网络能固结土壤，增强土壤抗蚀抗冲性，使径流消减率达30%以上，泥沙消减率达50%以上，水土保持面积达400hm2。,减少损失，节省开支。复垦造林工程减少了因山洪给露天采区带来的巨大损失，节约排洪沟渠的维修费用每年达100万元以上。节约处理垃圾费用。按每天利用20t垃圾计算，10年间可节约处理费20万元以上。充分利用，培育增值。经过1015年的培育，森林蓄积量可增加到115210万m3，林木资源存款价值达600800万元以上。减少污染，节省环保费用。矿石的生产给周边环境造成了污染，大冶铁矿每年因环保污染费用赔偿达50万元左右，高达100万元，复垦绿化后，减少了污染，节省了污染赔偿费用开支。,案例四：广西思荣锰矿复垦区的重金属污染影响与生态恢复思荣锰矿区位于广西柳江县境内，为一向南、南西倾没的向斜盆地，矿区范围面积约7.6km2。有岩溶和丘陵两类地貌。矿区气候温暖、雨量充沛，地带性植被属于南亚亚热带季风常绿阔叶林。土壤缺少有机质，肥力较低，土质松散透水性较强。原生常绿阔叶林破坏殆尽，所见仅为稀疏草皮为主的植被，人工种植乔木主要有马尾松；次生灌木有柃木、桃金娘、三叉苦等；草本植物有铁芒萁、黄茅草、四脉金茅、画眉草、野古草等。农作物主要有水稻、玉米、甘蔗、木薯、红薯、花生、黄豆、芋头、茶叶和黄麻、红麻等。,原尾矿库区主要是堆积锰矿洗选排放的沙土泥浆，排放量较大，一般选择在原低凹洼地筑坝集中堆放，堆放占地面积也较大，形成表面相对平整的小区域。露天采空区形成的废弃地为深浅不一的矿坑。选矿尾矿库大面积坦露微细沙土。采矿区原有生态环境和自然景观已遭受严重破坏，地表裸露光秃，水土流失严重，耕地贫脊化，重金属元素污染土壤，农作物生长受较大不良影响。,矿区复垦主要工作对山坡的露采矿坑用挖掘推土机进行推平整地，形成平缓山坡地；对老尾矿库区的拦土石坝体进行加固维修和进行排洪道整改，固化库区土壤。对矿区道路塌陷区进行填土砌石处理。较深的采矿坑则仍保留为自然蓄水坑、塘。主要种植茶叶、柑桔、甘蔗及花生等多种经济农作物。,复垦区存在的问题土壤重金属污染土壤的Mn、Cd、Pb、Zn、Cu、Cr等金属元素含量远高于广西和全国土壤背景值，但其中Pb、Zn、Cu、Cr含量均低于土壤二级标准值，Mn含量无标准规定，但其含量明显偏高并对土壤质量有一定不利影响，而有害元素Cd含量则严重超标30倍以上。Cd是污染该矿区土壤的主要毒害元素。复垦区植物已严重遭受土壤中Cd、Cr、Pb等重金属元素的污染毒害，Mn对甘蔗、茶和地瓜也产生不利影响。,根据食品中污染物限量标准思荣锰矿复垦区现种植产出的茶叶、花生和甘蔗等食用植物含Pb、Cd、Cr有害元素的量已超过食品污染物限量值数倍至数百倍。主要传统经济作物所种植的甘蔗，其甘蔗茎食用部分含Pb超标高达627倍，含Cr、cd超标6070倍，花生含Pb、cr超标也很高。在该复垦区种植上述作物是不适宜食用的，否则，将对人体健康产生较大危害。,复垦措施通过增施有机肥料、石灰等改善土壤的有机质和适当提高其pH值。种植坡地旱作植物，减少土壤重金属元素的有效态含量或降低其活性，在一定程度上减少对植物的危害，提高农业耕种的经济效益和植物的食用安全性。,调整农业生产结构，因地制宜优先种植非食用性经济作物根据思荣锰矿区复垦土壤及其植物被污染受损状况，对于已遭受Cd、Cr、Pb等重金属元素较严重污染毒害的局部区域，其复垦区土地不宜种植食用农作物和水果，优先发展种植当地传统种植且有较好经济效益的剑麻、黄麻、红麻以及广西目前大力发展的作乙醇原料的玉米、木薯等经济作物。此外还可种植一些经济林木及观赏性商品花木，以充分利用复垦耕地资源，提高农业生产经济效益。,在思荣锰矿区废弃地的生态环境恢复治理工程中，针对该矿区土壤受Cd、Pb、Cr和Mn等重金属元素污染毒害的状况，采取植物修复技术。加强研究分析及试验，筛选出适合该区地理、气候、土壤等环境生长的重金属富集植物，并进行轮回种植，“吸取”土壤中的各种有害元素，以促进恢复土壤的生态功能和永续利用。矿区内天蓝遏菜、旱柳、蒲公英、狼把草、龙葵、羽叶鬼针草、酸模、土荆芥、芦竹、李氏禾、双穗雀稗、商陆、鼠麴草等可作为Cd、Pb、Cr和Mn的富集、超富集植物。,案例五：广东凡口铅锌矿尾矿库植被重建凡口铅锌矿尾矿库位于广东省北部仁化县境内，该尾矿库是山谷型尾矿库，已废置15年以上，占地面积0.2km2，海拔约150m。尾矿表面疏松，水蚀现象严重，同时尾矿库内的部分尾矿形成较大面积的酸化区域(PH3.55.5)，尾矿库内的尾矿表面大部分裸露，只是在尾矿库的边缘区域的尾矿上有植物生长，形成狭长的植物群落带。尾矿库所在区域的年均气温为19.7，1月份平均气温9.2，7月份平均气温288；年平均降水量1665mm，降雨多集中于49月份，无霜期304d，属亚热带气候，,尾矿库三面为低山环绕，一面为人工尾矿坝，山坡土壤为酸性红壤(PH4.95.3)。山坡与尾矿坝均为植被覆盖。据调查，植被类型主要为次生的马尾松稀树+桃金娘、芒萁群落，长势良好。山坡与尾矿交界处则多为盐肤木、白茅+蕨群落。尾矿地零星分布有类芦盐肤木和白茅等10余种植物，主要集中在尾矿地与山坡交接处，一般都有明显的受害症状，诸如叶片发黄、枯死和植株矮化等。,尾矿生态恢复措施选择具有固N作用、耐于旱、耐贫瘠、速生、高生物量的植物，选用蕨、白茅、盐肤木等植物种类，并为它们提供合适的基质物理条件是矿业废弃地植被重建的关键。由于年降雨量充沛，在尾矿的表面覆盖一层植物凋落物，保持表层尾矿的稳定性和减少水分蒸发，将能够获得较好的生态恢复效果。采取有效措施降低土壤重金属含量及提高废弃地的肥力，使银合欢的种子其发育成熟和繁殖后代完成定居过程并形成先锋植物群落。,案例六：广西平乐锰矿区土壤、植物重金属污染状况与生态恢复研究平乐锰矿位于广西平乐县二塘镇。矿区为丘陵地貌区，矿山主要位于波状起伏的丘陵山包上，高差20-40m，土壤呈弱酸性（PH=6.0）。属于中亚热带季风气候，年平均气温19.9，年日照时间较长，在1414-2094h，无霜期达312d,，多年平均降雨量1636mm，本区水热条件优越，有利于植物生长，为土地复垦、改善矿山环境提供有利的地质气候条件。,6种重金属元素（Pb、Cr、Zn、Cu、Cd、Mn)）的含量均远远高于广西土壤背景值和全国土壤背景值。锰矿区土壤受到MnCdCr的污染，局部区域受到Pb、Zn的污染,Mn已成为本区主要的毒性重金属元素。矿区植物Pb、Zn、Cu含量均在正常范围内，而Cr在所选植物中的含量均超过正常范围上限值的10倍以上，说明该区植物可能已受到Cr的污染。,从整个矿区土壤污染情况来看，总的趋势是：未开采区恢复区尾矿坝。优势植物：芒箕、木荷、少花龙葵、白茅、柑橘、萝卜、桃树木荷中mn的含量高达30075.94mg/kg，已达到超富集植物的标准萝卜中Pb、Zn、Cd的含量分别超过国家食品卫生标准,因此本区不宜种植可食性蔬菜，以免重金属进入食物链，危害人类健康。广西荔浦锰矿恢复区种植的板栗、甘蔗和大白菜等食用作物进行检测，板栗果肉、甘蔗茎、大白菜叶的Pb、Zn、Cd、Cr含量全部超过食品限量卫生标准。因此在矿山恢复的初期应种植一些经济林木、观赏花卉等为佳。,案例七：栾川县矿区裸地植被恢复技术1、矿区概况栾川县矿区裸地分为露天采场和渣场两种类型。采场裸地因挖损地表植被而形成，其底部平坦，坡度在10以下，底部四周或内侧形成裸岩边坡。边坡垂直高度50200m，坡度5085。采场表面全部由岩石构成，缺乏土壤。渣场由露天开采剥离的矿渣沿山谷堆积而成，它由顶部和边坡两部分构成。顶部平缓，坡度一般在7以下，边坡较陡，坡度3060，垂直高度70150m。渣场表面由岩石碎块和少量土壤构成，但基本上仍属于岩石裸地。,2、矿区自然条件矿区地处遏遇岭西端山地，海拔9501550m，属暖温带大陆性季风气候区，四季分明，热量、光照充足，年平均气温12.1，极端最低气温20，极端最高气温40.2，无霜期198d，年均降水量864.6mm。年日照时间2103h。土壤以棕壤为主，成土母岩主要为花岗岩，片麻岩等，通体无石灰反应，有机质含量高，PH值在66.5之间，土壤剖面具有明显发育层次。土层厚度在2045cm，石砾较多。矿区裸地周围植被覆盖良好，总覆盖度90%左右，主要为栎类天然纯林和油松飞播纯林，另有少量的刺槐人工林和落叶阔叶混交林。,3、矿区裸地植被恢复原则优先采用乡土优势树种，确保与周边森林景观相协调坚持生态优先、经济适用、因地制宜、分类指导工程措施与生物措施相结合,4、矿区裸地植被恢复的工程措施（1)平整采场的底部和渣场的顶部，修整边坡首先要对采场的底部和渣场的顶部进行平整，将上面成堆的岩石碎块或土渣推平。然后对采场和渣场的边坡坡面进行修整，清除坡面上的松散浮石、碎石和杂物，排除落石隐患，确保坡面基本平顺和稳固。,（2）修筑截、排水沟截、排水沟分别位于坡顶、坡面。为防止山体雨水形成地表径流冲刷拟建植的岩石边坡人工植被，需要在边坡上方的山体上开凿一条横向排水沟和在边坡汇水处开凿纵向排水沟，使边坡上部山体使边坡上部山体的径流通过截、排水沟流向边坡的两侧和底部。,（3）砌筑挡土墙在边坡下部沿坡脚构筑一堵浆砌块石挡土墙，一般为墙高1.2m，下底宽度50cm，顶边宽35cm，外侧倾角80左右。挡土墙内回填种植土100cm厚。,（4）覆盖种植土在冬季土壤上冻前，向采场的底部和渣场的顶部均匀覆盖一层厚度为60cm的种植土，向渣场边坡表面均匀撒盖厚度为40cm的种植土。,5、矿区裸地植被恢复的生物措施根据矿区裸地不同的立地条件和生态区位，选择以下4种不同的植被恢复技术。（1）侧柏和刺槐混交植苗造林技术适用于公路沿线、居民区和选矿厂附近等生态区位特别重要区域的采场底部和渣场顶部的植被恢复。造林技术要点：春季造林，穴状整地，穴径0.4m，穴深0.3m，株行距1m2m，品字形排列。要求用级苗造林。侧柏苗龄为2年，地径大于0.7cm，苗高大于50cm，根系长度大于20cm。刺槐苗龄1年，地径大于1.2cm，苗高大于100cm，根系长度大于20cm。两个树种采用行间混交，混交比为11。,栽植技术要求：侧柏每穴2株，覆土超过苗木根颈25cm，刺槐每穴1株，截干造林，留干1015cm。要求苗木根系舒展，填土踏实。栽后视天气情况要及时浇水。造林后连续抚育3年，每年5、7月各松土、除草并清淤培埂，刺槐应结合抚育在第二、三年抹芽除萌。,（2）栎类扣杯直播造林技术适用于一般生态区位的采场底部和渣场顶部的植被恢复。要选择造林地周围自然分布的栓皮栎或锐齿栎种子营造纯林。为防止鼠兔危害并保持种子周围土壤湿润，采用扣杯直播造林技术。先在春季选择鱼鳞坑方式整地，坑长0.81m，宽0.50.8m，深0.3m。选择饱满无病虫害，千粒重在3.1004.500kg以上的当年种子播种。造林时间选在10月上旬（雨后最佳）。,在直径为12cm左右，高为20cm的塑料杯内放湿土35cm高，然后放5粒种子，