德兴铜矿水龙山酸性废石堆场边坡生态恢复工程模式研究

王 琼,辜再元，周连碧

(1.北京矿冶研究总院,北京100070; 2.北京绿之源生态科技有限公司,北京100083)

酸性废石来自硫化矿物开采中剥离的废石和矿物夹石层以及排土。酸性废石堆及排土场堆体巨大，数十万方至数百万方，岩土混堆，废石块度大，堆积物中孔隙度大。这类矿山废弃物中，残存相当高的硫化物，露天堆置条件下，易被空气中的氧所氧化，氧化深度直达堆体内部。遇降雨形成强烈的酸性水，通常酸度在pH 1～2，并挟带大量的重金属离子。据现场实际调查，既使采取不少措施植被恢复，树种仍大量死亡，存活的树种在种植7年后树高仍不到1m。我国不少矿山多年来为这一污染问题所困扰，酸性污染十分严重。

酸性废石堆场生长介质性能极差，难以恢复植被和生态，一般环境条件下，即使堆置多年仍酸性水遍布。本项目针对废石堆场的酸性强、坡度大、水土流失严重，特别是南方有色金属矿山多、雨水多等问题，采取防止污染措施，改善种植基质或建立人工复合基质层，筛选抗耐性品种，从工程入手解决边坡稳定问题。因此，酸性废石堆场的污染治理和生态修复，是国内矿山生产中遇到的典型难题。

由于酸性废石堆场土壤结构性差，有机质含量及植物必需的养分元素(尤其是氮、磷、钾)缺乏，同时重金属含量又较高，因此很不利于植物生长和其他生物活动，恢复起来十分困难。对废弃地植被恢复与重建机理的科学研究，并在此基础上提出植被恢复重建的可行模式，已成为一项紧迫而极其重要的研究课题。虽然我国煤矿废弃地复垦研究较多[1-4]，但关于有色金属矿山废弃地复垦研究的报道很少[5,6]。本研究旨在通过德兴铜矿水龙山酸性废石堆场废弃地的研究，为德兴铜矿其他酸性废石堆场及我国南方同类矿山的植被恢复与重建，提供理论依据和成功模式。

1 项目区概况

1.1 矿区概况

德兴铜矿位于江西省上饶地区的德兴市，北纬28°41′，东经117°44′，全矿总面积100km2。矿区内地貌为低山、丘陵，海拔65～500m。矿区属中亚热带季风气候，年平均温度17.0℃，≥10℃年积温5233～5809℃，无霜期248～273d；年日照时数1800～2000h，年太阳辐射总量466.75～468.43kJ/cm2；年降雨量1901.6mm；年均相对湿度81.4%，年蒸发量1303mm。土壤主要为红壤和山地黄红壤。

矿区植物区系属于亚热带湿润森林植物区系。由于自然条件优越,又未受到第四纪大陆冰川的毁灭性袭击,因此,植被类型繁多,植物区系丰富。有藻类6门、31科、56属、135种；蕨类植物13科、16属、19种；种子植物123科、308属、462种。在种子植物中，裸子植物有8科、10属、10种；被子植物115科、298属、462种。按照林英教授的区系分析方法，该矿区的植物区系可分为主要世界性或亚世界性成分、主要热带性成分、主要热带和亚热带性成分、主要亚热带性成分，主要亚热带和温带性成分、主要热带和温带性成分和主要温带性成分。植被的优势种和常见植物区系成分，以主要热带性成分和主要热带、亚热带性成分占优势。主要植被类型有亚热带常绿阔叶林、常绿与落叶阔叶混交林、针叶林、竹林、荒山灌木草丛、荒山草丛、草甸等。

1.2 现场调查分析

坡体主要由大量碎岩和矿尾石块堆弃而成，坡面松散程度较高，且废石含有硫化矿物，没有土层，植被恢复极度困难。坡度为45～60°，坡面pH值为3.0左右，酸度较高。该项目生态治理最大的难点在于：一是坡体及其不稳定，呈现松散体的状况；二是坡面酸化程度较高，严重制约了植物的正常生长。

2 生态修复原则

(1)遵循自然规律、近自然的生态修复。经修复后的创面与周边环境浑然一体，恢复环境自然原貌，避免太多人工痕迹。

(2)因地制宜、科学采用相应的技术措施进行生态修复。克服一味追求国外引进技术和投资高昂的坡面防护，采用人工促进自然恢复的方式实施坡面生态修复。

(3)乡土植物种优先，多品种组合进行生态修复。从植物品种的生态适应性、抗逆性、持续稳定性、生物多样性等特性出发，筛选一些适宜物种。

(4)设置绿色屏障，实施生态缓冲拦挡。为了避免大面积放坡造成的植被破坏和控制性的工程拦挡造成的景观破坏，设置绿色屏障，实施生态缓冲拦挡。

设计主要体现以生态恢复和景观建设为目标的边坡绿化技术体系。所谓以恢复自然为目标，就是强调坡面以木本植物为主体的植被(群落)与周边环境的协调、共生、和谐，通过一段时间的自然生长，使得坡面植被能够融入周边环境，达到协调一致。结合国内外现有的坡面植被恢复的若干新技术，在考虑坡面植被恢复的同时，侧重考虑植被恢复速度和养护成本，力图实现在技术实施工程中勤维护，养护期间少维护，后期不维护，实现植被的自然生长和演替。

3 生态恢复工程模式

3.1 边坡稳定性治理措施

(1)人工开挖平台

坡面松散程度较高，通过人工开挖平台，将坡面分割成4个区，起到分割坡面、稳定后期喷播基材作用，平台宽度控制在1.0～1.5m。

(2)坡顶截排水沟的设置

在坡顶设置截排水沟，可以防止自然降水而形成的山体上部坡面汇水径流对坡面上植生基材层的冲刷，保证坡面基材层的长期稳定，同时可以减少坡面汇水大量深入坡体内部而形成基材(岩层)滑动的可能。

3.2 边坡植被恢复施工方案设计

(1)施工分区

坡面整体划分为A、B、C、D共4个区，按照试验计划，4个区设计3种处理方案。

A区施工工艺：植被毯+生态棒+挂网厚层基材喷播，面积约800m2。

B、D区施工工艺：挂网厚层基材喷播，面积约800 m2。

C区施工工艺：排水板+挂网厚层基材喷播，面积约400 m2。

(2)锚杆固定设计

结合坡面的立地条件，主锚杆采用高强度耐腐蚀的高分子材料的膨胀锚杆，受力时靠锚杆倒齿稳固格栅网，使之不易脱落，辅锚杆采用木桩锚固。

(3)隔离层设计

本方案共设4个区，3个处理，A、C两个区设置隔离层，A区隔离层采用植被毯，植被毯中间填充蛭石、珍珠岩；C区隔离层采用排水板。

(4)生态棒设计

鉴于坡面松散程度较高，稳定性差，直接采用常规基材喷播技术，难以保证基材长期稳定和合理的厚度。在坡面布设生态棒并用锚固，可以有效地将大坡面进行合理分割，提高基材长期稳定性。

3.3 植被物种的选择

酸性废石堆场原生植被绝迹，引入合适的植物种类是植被恢复的关键。国内从植物选择标准上进行探讨[7]，国外从引入外来植物种类及景观等角度进行分析[8]。结合以上经验，笔者根据水龙山酸性废石堆场的具体情况，提出植物种类选择标准，筛选出适栽的植物种类。

植物选择标准：①选择抗旱、抗风、抗瘠薄的植物种类；②选择多种生活型的植物种类(草本、灌木和乔木等)，适当引入外来树种，有利于加速植物的演替，建立稳定的植物群落；③选择繁殖能力强的植物种类，它们能通过风力传播种子或通过根茎蔓延，迁人、定居到矿区岩体上；④引人豆科植物，利于改良土壤和促进其他植物的生长；⑤植物种类的选择要结合景观效果和经济效益，注意选择观赏树种和经济林木，达到综合的生态效益。

3.4 植被恢复种植方案

采用适宜的种植方式，是废石堆场植被恢复的技术保障。我们借鉴国内外成功的护坡技术，针对不同的植物种类采用不同的种植方式，利于植物生长和植物群落的建立。

4 结论与讨论

酸性废石堆场的植被破坏极其严重，其植被恢复也是一个长期、系统的工作。该项目现已经完成了工程所有工作，并已经初见成效(如附图)。通过对德兴铜矿水龙山酸性废石堆场生态环境治理工程进行深入探讨，得到以下几点认识：

(1)恢复目标植物群落类型的确定，在恢复治理中，治理时要具体考虑坡度、高度、岩性、周边环境等因素。坡度大等立地条件恶劣，不适合植物生长发育，要进行种子喷射等植被恢复措施。主要是首先构建先锋植物群落，改善土壤、小气候条件，为最终植被恢复目标的实现创造有利条件。

(2)刺槐、盐肤木、紫穗槐、胡枝子、高羊茅、紫花苜蓿等植物品种表现出良好的生态适应性，是项目区周边类似立地条件进行生态修复可以选择的植物品种。

(3)对于边坡苗木的栽植与灌草种子的撒播相结合，能够明显提高坡面植被覆盖率，并有利于在一定的周期内逐步形成灌草结合的稳定植被群落。

(4)针对不同的植物种类确定种植方案，利于加快植被恢复进程和推进植被正常演替，形成稳定的植物群落。

(5)植被品种选择及喷射种子配比研究，酸性废石堆场边坡土壤有机质及N、P、K含量低，缺乏植物正常生长发育所需的基本养分，因此植物种类的选择以及配比尤为重要。

[1] 马志本,卢崇恩,王文英，等.黄土高原晋陕蒙接壤区露天煤矿废弃土地复垦战略及其对策的探讨[C].黄土高原地区露天煤矿土地复垦研究论文集(第一集),北京:中国科学技术出版社,1995: 90-99.

[2] 马恩霖.露天开采复田[M].北京:中国建筑工业出版社,1982.

[3] 卞正富,林家聪.矿区的土地复垦规划问题[J].煤炭学报,1992(1):53-62.

[4] 韦朝阳,张立城.试论我国煤矿生态环境现状及其综合整治战略[J].中国人口·资源与环境,1995 (4): 26-29.

[5] 高林,张文敏,施文献,等.有色金属工业环境的整治及矿山土地复垦.现代生态学的热点问题研究[M].北京:中国科学技术出版社,1996:572-582.

[6] 黄玉山.露天砂金矿土地复垦[M].西安:陕西人民出版社,1994.

[7] 樊振辉,庞少静.试论矿山环评中的生态恢复评价问题[J].城市环境与城市生态,2000,6(3):15.

[8] Roman Kunmar Dutta,Madhoolika Agrawal. Restoration of opencast coal mine spoil by planting exotic tree species: a case study in dry tropical region [J]. Ecological Engineering,2003(21):143-151.

[9] 周德培,张俊云.植被护坡工程技术[M].北京:人民交通出版社,2003:144-146.