团粒喷播生态修复技术在高盐性尾矿堆场的应用——包钢集团尾矿库坝体生态修复项目的实践经验

李春林 许剑平 祁传磊 李成亮

青岛冠中生态股份有限公司 山东青岛 266100

团粒喷播生态修复技术在高盐性尾矿堆场的应用
——包钢集团尾矿库坝体生态修复项目的实践经验

李春林 许剑平 祁传磊 李成亮

青岛冠中生态股份有限公司 山东青岛 266100

包钢集团尾矿库坝体生态修复项目通过对内蒙古包头包钢集团尾矿库地质环境的调查,分析其生态环境破坏现状,探究其生态恢复方法,最后使用团粒喷播生态修复技术(简称团粒技术)进行生态性修复治理,并取得了理想的植被恢复效果,为该技术在高盐性尾矿堆场生态修复方面的应用提供了参考范例。

团粒喷播,尾矿坝,植被恢复

包钢集团尾矿库包含矿石冶炼产生的废渣以及未经利用的稀土，占地面积大，且未设置防渗漏和防扬尘设施。重金属污染物随雨水和渣液渗到地下，导致水体恶化；矿渣粉末很细，极易随风飘散，导致周边地区空气和土壤污染，对周围环境造成严重危害。因此，包钢集团尾矿堆场生态环境的恢复与建设无论是对包钢集团还是对周边区域都具有非常重要的意义。

1 项目背景

尾矿堆场是指筑坝拦截谷口或围地构成的、用以堆存金属或非金属矿山进行矿石选别后排出尾矿或其他工业废渣的场所，是矿山选矿厂生产的必要设施。目前，尾矿库区域的治理有物理、化学、工程措施和生态恢复几种方式[1]。物理方法和化学方法通常成本很高，而且没有从根本上消除环境污染风险。从长远考虑，生态修复被认为是解决尾矿库区域土地利用和生态环境问题的最佳途径。在尾矿坝周边污染地区进行生态修复，可以美化环境，在减阻地表侵蚀的同时能够减弱风速，减少扬尘。生态恢复后，植物的根系可以吸收固定重金属，根系分泌物或凋落物的分解物可以与重金属螯合形成难溶化合物，植物还可以通过蒸腾作用减少雨水向地下的渗透，阻控重金属等污染物的迁移扩散，从根本上改善矿区生态环境。

但目前以植被恢复为目的进行的尾矿污染治理工作还存在诸多问题。魏风华等对北大岭铁矿尾矿库不同部位土壤成分和种植植物的研究发现，尾矿沙严重缺乏植物生长所需的大量元素和有机质；尾矿库不同部位土壤元素含量的差异造成了在不同部位种植的植物生长的差异。北京矿冶研究总院提出了一种无覆土条件下的尾矿库后期坝边坡生态修复方法，通过种植香根草，并在香根草种苗行之间播种边坡绿化草种，构成固砂的根系网络来实现[2]。该方法虽然建立了植被层，但主要是草本植物，植被群落稳定性差，不能实现植被群落的自然演替。为提高植物修复效率，提升植被持水护坡能力，需要寻找一种价廉实用和环保性好的植被恢复方法。

2 包钢集团尾矿库区域环境概述

包钢尾矿库所处地区气候干燥，属半干旱中温带大陆性季风气候。年最高气温40.4℃，最低气温-27.6℃，平均气温6.4℃。其中7月份最热，1月份最冷。降水量少，集中于夏季，一般年平均降水量在300 mm左右。日照长，蒸发量大，蒸发量为1 938～2 342 mm。无霜期为110～142天。3—5月由于冷暖空气交换频繁，是全年风速最大的季节。

包钢尾矿库东侧坝体表层大部分被尾矿粉覆盖，尾矿粉对植被的危害相当严重:一是尾矿粉缺乏植物生长所需养料；二是尾矿粉和渗漏水中盐分含量高(表1)；三是尾矿粉被暴晒后温度极高，最高可达50℃以上，植被难以生长[3]。

表1 包钢尾矿坝水土检测指标

3 项目面临的主要问题

3.1 发芽期管理

喷播施工完成后一周左右，种子陆续发芽。植株在幼苗时期生长比较脆弱，根部比较容易受到损害。5月上旬—7月下旬，气温较高，风速较大，土壤毛细蒸发可直达地表，为土壤水分蒸发的强烈季节，幼苗很容易失水死亡。所以必须运用有效的养护方案确保植物健康生长。

3.2 移动沙粒对幼苗的伤害

由于尾矿坝地区经常遭遇大风天气，矿粉随风飞扬，风越大，沙粒对幼苗伤害严重，可以把幼苗全部打死，甚至连根拔起。

3.3 虫害、病害

喷播施工结束苗木出土阶段，目标植被易遭遇种蝇、蛴螬等害虫危害。种蝇和蛴螬等虫卵躲藏在土壤中，很难被发现。种蝇以幼虫钻蛀植物茎和叶，蛴螬取食植物的根，在根、茎、叶部的伤口处病原菌乘机侵入，导致植株发病死亡。

3.4 矿液对植物的巨大伤害

排放到尾矿库里的矿液有毒性，矿液沾到苗木茎叶上，茎叶枯萎死亡。由于尾矿坝多刮风，植被恢复区极易受到矿液危害。

3.5 高温灼伤

夏季包钢尾矿坝地表温度可达55℃以上，一般植物幼苗很难承受这个地表温度。如果不采取有效的降温措施，种子和幼苗木很难在矿粉堆上生长。

4 团粒喷播生态修复技术

团粒喷播生态修复技术是青岛冠中生态股份有限公司自主研发的植被恢复与环境生态性修复技术，是一种经济、安全、有效的生态修复技术，是生态修复产业下的一个专业技术产品，主要针对自然形成或挖填形成的具有一定坡度的岩土边坡，通过重造人工土壤层的方式，再现自然植物群落，解决植被恢复和环境的生态性治理的难题。

团粒喷播生态修复技术是将富含有机质和粘土粒子的客土、有机添加物、缓释肥、植物种子及其他添加材料均匀混合，通过专业喷播设备(团粒喷播机)，在喷播瞬间与团粒剂混合发生团粒反应，制备与自然界表土具有相同团粒结构的土壤基质，并喷射到边坡坡面上的喷播绿化施工法。这种瞬间制造的“人工土壤”具有团粒结构，既有保水性，又有透水性、透气性，还能提高土壤养分的有效性，促进团粒结构的形成，为土壤基质中的微生物生长提供适宜环境[4]，具有良好的耐雨水冲刷能力，使土壤培养基的团粒结构稳定持久。该技术除具有基本的坡面防护功能外，还能恢复被破坏的生态环境，培育出与周边环境和谐一致的植被，可抑制扬尘、净化空气、涵养水土，最终达到生态修复的目的。

4.1 团粒喷播施工工艺

团粒喷播的施工工艺为:1)清理、平整坡面，以消除潜在地质隐患；2)在尾矿坝表层覆种植土10～15 cm；3)在覆土层表面喷播泥浆状植物生长土壤培养基，形成具有稳定优良团粒结构的植物生长基质；4)喷播种子层基质，覆盖在植物生长基质表面，厚度约3 cm；5)采用喷灌系统和搭建防护网的管护措施对出土幼苗进行后期养护。

4.2 植被组合的选择

根据尾矿库区域的自然生态环境特点，本项目在以植物多样性、本土化、灌木为主的原则基础上，选择具有抗旱、耐盐碱、耐瘠薄、抗风沙特性的树种作为生态修复的先锋树种(表2)。

表2 先锋植物种类选择

5 结果与分析

通过喷播施工到后期养护，施工3年后，该尾坝矿的植被恢复基本能达到预期的绿化效果。为了评估生态修复效果，我们于2011年、2012年和2013年分别对不同的喷播区域选取不同的样方对苗木生长情况进行跟踪调查，调查结果见表3。

表3 不同区域样方调查结果

表3 (续)

从表3可以看出，在喷播后第1个生长季节，每平方米内植被个数较多，优势树种并未体现出来；梭梭、紫穗槐、小叶锦鸡儿、胡枝子、白刺和花棒都已顺利过冬，说明6种树种能够适应包钢尾矿坝特殊环境。在第2个生长季节，随着树种之间的竞争加剧，每平方米内树种的个数锐减，优势树种逐渐表现出来，小叶锦鸡儿、白刺和花棒长势优良。在第3个生长季节，施工区内植被形成乔、灌、草有机结合的森林状态绿化结构，优势树种以白刺、柠条和花棒为主，梭梭、紫穗槐、胡枝子少量分布，野生的苜蓿等多年生杂草零星分布，实现了植被群落的自然演替。

6 结论

自2011年7月施工完成后，植被恢复效果优良，坡面覆盖率达95%以上，基本达到了“物种本土化”和“效果森林化”的目标(图1、图2)，充分体现了恢复自然、尊重自然、与自然和谐共处的理念。重点选择当地物种，保证人工植被与周边自然植被相融合，群落稳定持久，提高了边坡生态质量[5]。通过包钢尾矿库3年的植被恢复经验，得出以下结论:

1)青岛冠中生态股份有限公司的团粒喷播所提供的土壤培养基是实现“自然土壤”重现的关键技术环节。这种“人工土壤”能为植物生长、植被演替提供丰富的营养条件与优越的环境因素。同时，恢复后的植被演替过程可以推动土壤养分循环，有效改善土壤结构、增加土壤养分[6-7]。

2)团粒喷播技术因使用乔木、灌木等木本植物护坡，发达的植物根系和繁茂枝叶遮蔽对坡面起到良好的保护作用，护坡效果显著，而且随着时间推移，木本植物群落愈加繁茂，护坡作用愈发明显；绿化后形成植物的多样化与群落化，能有效地抵抗病虫害，维持生态平衡。

3)为避免刮风时风沙损坏或埋没幼苗现象的发生，使用遮阳网人工制作风沙防护带以抵挡尾矿粉对植被的破坏。由于坝体有风沙侵袭情况，选择树种时优先选择耐埋树种，苗木长0.5 m以上时，不必担心沙埋对植物的影响，且成林后可以有效减少风沙危害。

4)矿砂覆盖度大，且流动性强，夏季地表温度高，温度可达50℃以上，极易对种子和幼苗木造成灼伤。团粒喷播技术要求在种子发芽至幼苗期(此时植物根系小，抗逆力弱)持续养护，庞大根系形成后可以不必人工养护。通过高温期间喷淋系统浇水降温等技术措施，能够完全避免灼烧现象。

5)应选择适应的树种。小叶锦鸡儿、紫穗槐、白刺、花棒、梭梭能够适应高盐尾矿坝。在易受矿液危害区域可选择抗性能力极强的白刺。

6)土壤中含有种蝇等虫卵。在喷播前应对喷播基质进行消毒处理。在6，7月虫害易发生时期，采取地上幼虫毒杀和地下虫卵预防等措施，消除种蝇、蛴螬等害虫对苗木的损害。

7)适宜的喷播季节为4月初—7月底，种子层喷播的适宜季节为5月中旬—7月中旬。

图1 原坡面

图2 团粒喷播生态修复技术施工2年后效果图

[1]余海波，周守标，宋静，等.铜尾矿库能源植物稳定化修复过程中定居植物多样性研究[J].中国农学通报，2010，26(18): 341-346.

[2]戴宏文.无覆土条件下的尾矿库后期坝边坡的生态修复方法:中国，201010285841.3[P].2012-04-18.

[3]于志刚.包钢尾矿坝扬尘植被治理实验[J].包钢科技，1992 (4):59-60.

[4]张俊华，常庆瑞，贾科利，等.黄土高原植被恢复对土壤肥力质量的影响研究[J].水土保持学报，2003(4):38-41.

[5]李春林，许剑平，吴刚，等.团粒喷播在废弃采石场生态恢复方面的应用[J].环境工程，2011(S1):278-281.

[6]苏静，赵世伟.植被恢复对土壤团聚体分布及有机碳、全氮含量的影响[J].水土保持研究，2005，12(3):44-46.

[7]李春林，许剑平，付晓晓，等.团粒喷播生态修复技术在高碱性赤泥堆场植被恢复中的应用:以山东铝业赤泥堆场植被恢复项目为例[J].中国城市林业，2014，12(5):16-19.

Application of Fine Soil Aggregate in Ecological Restoration of High SalinityTailings Reservoir: Practical experiences in the Ecological RestorationProject of BaogangTailings Dam

Li Chunlin Xu Jianping Qi Chuanlei Li Chengliang
(Qingdao Greensum Ecology Co.，Ltd，Qingdao266100，China)

By investigatingthe geological environment of Baogang tailings reservoir in Inner Mongolia，this paper analyzed the present situation of ecological environment destruction there in order to explore the restoration method.Finally the authors use Fine Soil Aggregate(FSA)technique and achieve ideal effect of vegetation restoration.The technical practices provide a reference for ecological restoration of high salinity tailings reservoir.

fine soil aggregate，tailings dam，vegetationrestoration

2014-08-30

李春林,青岛冠中生态股份有限公司高级工程师,研究方向为植被恢复