活性土壤生态修复技术在废弃矿山复绿中的应用

苟帅帅，王明强，谢 飞

（1.山东省地质矿产勘查开发局八〇一水文地质工程地质大队，山东 济南 250000；2.山东省地矿工程勘察院，山东 济南 250014）

由于对矿产资源的利用与破坏超出了生态环境自我修复能力范围，需要人工技术手段的适当介入才能更好的修复废弃矿山。活性土壤生态修复技术，是目前最为先进的生态修复技术与土壤微生物理论相结合的成果。以传统喷播技术为基础，将土壤微生物菌群融入其中，应用特殊技术手段制造出一种新型土壤材料，该材料具有生物活性高、纤维物质丰富、土壤团粒结构紧凑的特点，尤其适用于生物活性低、土壤团粒结构松散的地质条件。由于我国对煤炭资源的需求量较大，导致部分地区出现开采过度的情况，也因此成为我国土地资源衰减的重要原因[1]。在矿山开采过程中会出现地表土壤层剥离的情况，在风沙作用下形成一定规模的排土场，一旦遭遇强降水和大风天气就极有可能使松散的砂石变成泥石流等自然灾害的主要成因。而经过开采的矿山通常因为没有得到有效治理变成了废弃矿山，这种因煤炭资源开采造成的土地资源锐减亟需治理。在过去的废弃矿山复绿工程中，面临着治理技术比较落后的困境。应用活性土壤生态修复技术，提高土壤的储水和透气性能，有效修复废弃矿山的土壤肥力以及活跃度。

1 提取活性土壤生态修复技术特征

活性土壤生态修复技术应用范围较广，尤其适用于被破坏的地质条件，采用特殊工艺手段，例如喷附作业或者人工种植的方式培育出所需土壤基材。培育出的土壤条件储水能力较强、肥力较高、渗水性和透气性能都得到有效提高，符合植被生长规律，对于自然灾害的抵御能力也大幅提升。在废弃矿山复绿的过程中，应用活性土壤生态修复技术弥补了目前喷播技术灵活度较差的不足[2]。在废弃矿山的地质条件中，多是处于土壤肥力不足或者是矿体残留岩石沙化严重导致地面表层难以与植被融合的状态，如图1 所示。

图1 某废弃矿山

活性土壤生态修复技术具有加速矿体岩石风化和土壤化的特点，使喷播技术和岩层不断从贫瘠转向有机状态，以实现良性循环的生态土壤环境。由于废弃矿山残留的混凝土以及矿渣数量较多，在修复过程中可能出现植被无法吸附在土质松散的土壤的情况。植物需要依赖土壤结构中的团粒含水层以及人工土壤的肥料才能扎根并迅速发芽，形成稳定的根系生长空间。在以往城市建筑绿化以及园林风景区绿化作业中，起到加速绿化过程的作用。该技术还具有不受地形和地势条件约束的特点，即便是坡度和地表条件不稳定的废弃矿山也同样适用。

2 设计植被喷播步骤

植被喷播技术是活性土壤生态修复技术在废弃矿山复绿中应用的直接体现，通过加速生土变熟土和熟土腐植化的进程，短期内实现土壤自己提供养分的目的[3]。将人工土壤与活性因子进行混合，并选择二者的浓度含量，再利用农业喷播器械把筛选后的植物种子逐层喷洒在废弃矿山的坡面表层，因此，植被喷播需要重复至少三次以确保将废弃矿体的表层完全覆盖。

前期准备工作需要提取废弃矿山的土壤样品，检测土壤中残留的重金属含量，及时清理土壤中各类重金属。然后在喷播器械内没有植物种子而只有人工土壤的情况下，对废弃矿山的裸露地表进行铺洒土壤，一般厚度须达到10cm 左右，为的是下一步喷播植物种子做好铺垫；将植物种子混合在人工土壤里，按照划定范围和植物种子的数量严格执行，将种子铺洒在土壤表层；最后重复铺洒不含植物种子的人工土壤，为植物种子提供充分的生长空间。在完成以上步骤后，在室外温度低于10℃时，还需在土壤表面铺设一层保温性能较好的塑料布，以保证种子的存活温度。

3 统计土壤生物菌群多样性

由于煤矿在开采过程中堆积了大量的矿体残渣和碎石，地表植被和土壤环境的生态平衡都被打破，导致地表以及地下的土壤生物菌群发生改变。废弃矿山的地下土壤生物菌群主要包括：好氧性分解菌、好氧性固N 菌、氨化细菌、硝化细菌和反硝化细菌等。不同类型的土壤生物菌群在土壤中含量也有所差距，统计出主要菌群含量，如表1 所示：

表1 土壤生物菌群含量统计

活性土壤生态修复技术在改善废弃矿山的地质条件的同时，也是在恢复土壤中的生物菌群多样性。因此在一定程度上，菌群的多样性含量也反映了土壤的健康状况。对于不同废弃年限的矿山和周边一定范围内的土壤生态菌群进行统计分析，提取各类型的生物菌群生存以及活动规律，进一步缩短废弃矿山复绿工程的耗时。

4 恢复废弃矿山土壤活性度

对废弃矿山内的土壤进行取样检测发现，土壤活性值随着地表深度的加深而不断降低，如图2 所示。

图2 土壤活性数值

结合活性土壤生态修复技术，主要采用机械化削坡和喷播的方式对废弃矿山进的土壤活跃度进行修复。激活废弃矿山中的供养能力，保持土壤中的水分与营养，同时选择适合当地土壤生长的植物，以保证原生态与修复手段完美融合。由于废弃矿山的地质条件不尽相同，针对矿山的山顶和山坡中段以及矿山的山底要采取不同的削坡角度，同时，在山顶以及山坡和山脚下分别设立监测设备。按照固定时间段对不同类型的植被生长状况进行监测，并将植被的种植数量、高度以及冠幅等数据进行汇总整合。根据资料显示，在废弃矿山的山脚下1000m 范围内，刺槐的平均生长高度可达13.2cm、平均冠幅面积可达162.5cm2；梨木的平均生长高度可达11.7cm、平均冠幅可达122.4cm2，与历史同期相比刺槐以及梨木生长状况良好。在高度相对较高的山顶中上段以及山顶部分适合种植黄栌和侧柏等，使植物呈阶梯状分布，据监测数据显示，黄栌的平均生长高度可达16.8cm、平均冠幅面积可达220cm2；侧柏的平均生长高度可达17.7cm、平均冠幅可达184cm2，与废弃矿山山脚下的植被生长状况相比，受日照时间长，生长速度更快。

5 结束语

本文以活性土壤修复技术作为创新点，将该项技术应用到废弃矿山复绿工程中，采用四种方式实现生态修复技术与废弃矿山复绿两个领域的突破与融合。

根据实践结果显示，活性土壤生态修复技术可在短期内形成适宜生物多样性存在和衍生更多物种的环境。能够使人工土壤与原生态环境协调一致，达到废弃矿山复绿的效果。为学术界研究矿山环境治理与修复提供了丰富的理论资料，同时，为活性土壤生态修复技术的实际应用提供了可行性。