马鞍山环城矿山废弃地调查及土壤改良技术*

李书钦 白怀良 谭 辉(1.中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司；2.国家金属矿山固体废物处理与处置工程技术研究中心；3.华唯金属矿产资源高效循环利用国家工程研究中心有限公司)

马鞍山环城矿山废弃地调查及土壤改良技术*

李书钦1，2，3白怀良1，2，3谭 辉1，2，3
(1.中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司；2.国家金属矿山固体废物处理与处置工程技术研究中心；3.华唯金属矿产资源高效循环利用国家工程研究中心有限公司)

针对马鞍山环城矿山废弃地对生态环境的严重破坏，城市新区建设基建土石方、污水处理厂污泥处理占用大量的土地，导致周边环境恶化等现状，调查了马鞍山环城矿山废弃地情况及其土壤改良的客土来源，并根据废弃地现状、土地恢复利用方向及客土来源提出相应的土壤改良方法，以期为矿山废弃地生态恢复提供技术支持。

资源型城市 环城矿山 废弃地 土壤改良

马鞍山矿区自上世纪初至今已有百年的开采历史。根据统计，截至2012年底，马鞍山市辖区及当涂县区域范围内共有采矿权70个，且绝大部分分布在马鞍山市城郊或规划城区附近。随着浅层富矿的保有量越来越少，马鞍山市环城矿山特别是露天矿山大部分已经进入开采后期，产生大量的废弃地，对生态环境的破坏巨大，生态治理是亟需解决的问题。另一方面，由于我国土地复垦工作开展较晚，许多地方往往注重复垦的数量，缺乏对复垦质量的要求和控制，特别是对土壤改良重视不够，使得一些复垦工程失败或复垦效益低下，通过土壤改良重建一个较高土壤生产力的土地一直是矿山生态治理的研究重点和核心任务。

1 环城矿山废弃地调查

经过多年的治理，马鞍山矿山生态环境保护工作成效显著，但是由于历史原因，截至2012年底，马鞍山市辖区及当涂县仍有历史遗留工矿废弃地8.84 km2，包括尾矿库、采石场、选矿厂、废弃窑厂、废弃工业用地等，废弃地集中分布于3个区域：雨山区银塘-向山及花山区霍里的铁矿、建筑石料矿集中开采区，当涂县太白-年陡的铁矿、建筑石料矿集中开采区，博望东北部建筑石料矿集中开采区。

马鞍山矿区现有采矿权70个，55个为露天开采，包括43个非金属矿，12个铁矿。马鞍山矿区铁矿埋藏浅，矿体多呈透镜状、鸡窝状，适宜露天开采，矿区在产大中型铁矿几乎全部为露天开采，如凹山铁矿、高村铁矿、和尚桥铁矿、小南山铁矿，因此排土场和尾矿库在马鞍山环城矿山废弃地中占很大比重。由于主要为铁矿，几乎不涉及有色金属，因此矿区土壤除部分铁矿因矿石含硫而导致pH值较低外，基本满足土壤环境质量标准(GB15618—1995)三级标准值。

另外，调查结果表明，由于马鞍山环城矿山大部分为老矿山，在基建生产过程中未对表土层进行剥离保护，大量表土层被堆积在排土场的最下层，上层石砾含量较高，土壤贫瘠，水土流失严重，对占排土场面积主要部分的平台而言，表土层被严重压实，容重大，土壤渗透系数低，一般植物较难生长。尾矿库面积较大，虽然尾矿粒度较细，地面平坦，透气性好，但存在以下问题：尾矿具有沙质土壤结构，持水力差；缺乏黏土和有机质，阳离子代换量低；缺乏有效氮和磷，营养力低；尾砂颗粒黏聚力差，对作物苗期生长不利。马鞍山环城矿山典型排土场、尾矿库土壤检测结果见表1。

表1 马鞍山环城矿山典型排土场、尾矿库土壤检测结果

由于土壤是植物赖以生存的基础，没有良好的土壤母质，植被的建立很难达到良好的效果。因此，马鞍山环城矿山废弃地在生态恢复之前需要进行土壤改良。客土来源是首先应该解决的问题。

2 土壤改良客土来源调查

由于大部分马鞍山环城矿区矿山在生产过程中未对表土进行剥离储存，必须对废弃地土壤改良的客土来源进行调查。

(1)城市新区建设基础开挖产生的土方。马鞍山城市周边现在有数个新区正在建设，其中雨山区银塘-向山及花山区霍里铁矿、建筑石料矿集中开采区周边有秀山新区、经济开发区，当涂县太白-年陡铁矿、建筑石料矿集中开采区周边有安徽马鞍山承接产业转移示范园区，博望东北部建筑石料矿集中开采区周边有博望新城。这些城市新区在建设过程中征用了大面积的耕地，场地平整和基础开挖产生大量的土方，土石方中石砾含量较低甚至无石砾，是上好的矿山废弃地治理客土。通过检测，城市基建土石方满足土壤环境质量标准(GB15618—1995)二级标准值，位于规划城区范围内的矿山废弃地生态恢复，特别是拟复垦为耕地矿山废弃地的客土应首先使用城市新区建设场地平整及基础开挖产生的土石方。

(2)露天矿山剥离的第四系黏土。经过调查，马鞍山环城矿山中部分露天矿山(如姑山铁矿)有第四系赋存，在矿山开采过程中剥离大量的第四系黏土，通过检测分析，从土壤质地来看，为第四系流沙质土壤，质地较好，从有害元素含量方面看，流沙符合土壤环境质量标准的二级标准，但有机质和N、P、K等营养物质含量都较贫乏，经增施肥料后可作为农业复垦等用途。

(3)城市污水处理厂污泥。随着城市经济的不断发展，城区建设逐渐扩大，城市污水处理厂也将随之增加，污泥产量逐年增加，污泥经处理后大部分直接填埋，占用大量的土地，导致城市周边环境恶化。另一方面，根据检测，马鞍山城市污水处理厂的污泥有机质含量达68%，相当于纯猪粪有机质含量，N、P、K等总养分达3.3%，利用封闭式快速发酵堆肥工艺处理的污泥是很好的复垦土壤改良材料，适用于改良矿山废弃地土壤，增加土壤肥力。土壤改良客土材料检测结果见表2。

3 土壤改良方法

对于规划城区范围内的矿山废弃地，如原向山硫铁矿岘山尾矿库、开采区及工业场地，黄梅山铁矿尾矿库及工业场地，城市规划区内的采石场等矿山废弃地，以恢复为建设用地、景观绿化用地为主。规划城区范围内每年有大量的基建土石方可作为矿山废弃地土壤改良客土材料，该区域内矿山废弃地的土壤改良方法直接参照《矿山生态环境保护与恢复治理技术规范》(HJ651—2013)、《土地复垦质量控制标准》(TD/T 1036—2013)的规定，在经过土地平整后，直接回填城市建设基础开挖产生的黏土，客土覆盖厚度应在30 cm以上，可配合使用处理后的城市污水处理厂污泥增加土壤肥力。

表2 马鞍山环城矿山废弃地土壤改良主要客土材料检测结果

注：污泥全营养值为3.3%。

对于拟恢复为耕地的矿山废弃地,其中大型尾矿库、排土场等大面积且集中连片的矿山废弃地应优先恢复为农用地，位于农业区的废弃砖瓦厂、废弃地选矿厂(含尾矿库)矿山废弃地鼓励优先用于农用地。拟恢复为农用地的矿山废弃地复垦前应首先对废弃地原状土重金属含量进行检测，如不能满足相关标准要求，应设置隔离层后才能覆盖客土，复垦为农地，隔离层应采用无污染的黏土材料。土壤改良客土材料宜首先选用城市建设占用耕地剥离的农田耕作层及城市新区建设基础开挖产生的黏土，也可使用矿区内露天矿山剥离的第四系黏土。土壤改良方法直接参照《矿山生态环境保护与恢复治理技术规范》(HJ651—2013)、《土地复垦质量控制标准》(TD/T 1036—2013)的规定，废弃地经过土地平整后覆盖客土，客土覆盖厚度应不小于50 cm，覆盖客土后土壤容重应不大于1.30 kN/m3，砾石含量不大于5%，全盐含量不大于0.3%。由于可使用的农田耕作层有限，且客土材料有机质及N、P、K等营养物质贫乏，拟恢复为耕地的矿山废弃地在土壤改良过程中可配合使用处理后的城市污水处理厂污泥增加土壤肥力。

对于客土材料丰富，拟恢复为林草地的矿山废弃地，土壤改良方法直接参照《矿山生态环境保护与恢复治理技术规范》(HJ651—2013)、《土地复垦质量控制标准》(TD/T 1036—2013)的规定，在经过土地平整后，直接回填客土，要求客土覆盖厚度应在30 cm以上。

对于周边客土材料不足，拟恢复为林草地的矿山废弃地，土壤改良需要通过试验确定。以姑山铁矿钟山排土场为例进行了试验研究。

(1)平台大坑整地回填客土试验。钟山排土场3#平台的石砾含量较高，且经过工程车辆的压实作用，容重较大，严重限制植物根系生长，本着节约成本，减少客土使用量的原则，在3#平台靠近村庄一侧设计了大坑整地回填客土的土壤改良方法。整地规格为0.8 m×0.8 m，深约0.6 m，采用矿区工程机械直接开挖成型。首先在底部回填部分客土，然后将树苗植入，回填客土，压实，浇水。试验树种采用香樟。3 a后，对采用大坑整地回填客土土壤改良方法种植的香樟的生长情况进行了调查，结果见表3。

表3 平台大坑整地回填流沙试验结果

从表3可以看出，香樟长势良好，生长3 a地径就可达10.7 cm，胸径达7.5 cm，冠幅达2 m，相比栽植时地径增长7.2 cm。可见，在石砾含量较大，容重较大矿山废弃地进行植被恢复时，可以采用大坑整地覆土的方法种植乔木。

(2)斜坡穴状整地回填流沙试验。钟山排土场3#平台斜坡是剥离岩石和流沙混排斜坡，坡度基本在25°以下。在3#平台斜坡设计了穴状整地回填客土的土壤改良方法。整地规格为0.5m×0.5m，深约0.5m。首先在底部回填部分客土，然后将树苗植入，回填客土，压实，浇水。试验树种采用杨树。3a后，对采用穴状整地回填客土土壤改良方法种植的杨树的生长情况进行了调查，结果见表4。

表4 斜坡穴状整地回填客土种植树木试验结果

从表4可以看出，杨树长势迅速，树形好，成材率较高，可见，在钟山排土场斜坡可以采用穴状整地回填客土的土壤改良方法种植杨树等乔木树种。由此得出钟山排土场的基质改良方法：在石砾含量高，容重大，复垦方向为生态林的平台宜采用大坑整地回填客土的基质改良方法种植乔灌木；排土场斜坡影响复垦的主要限制因素为石砾含量较高，且坡度较大，土壤基质改良的方法为穴状整地回填客土。钟山排土场土壤改良方法可以应用于拟恢复为生态林，但客土材料不足矿山废弃地的土壤改良。

4 结 论

通过对马鞍山环城矿山废弃地情况及其土壤改良的客土来源的调查，针对废弃地现状、土地恢复利用方向及客土来源的不同提出相应的土壤改良方法：规划城区范围内矿山废弃地直接采用回填城市基建开挖的土方的方式进行土壤改良；拟恢复为农用地的矿山废弃地应首先对废弃地原状土重金属含量进行检测，如不能满足相关标准要求，应设置隔离层，隔离层上部覆盖城市建设占用耕地剥离的农田耕作层及城市新区建设基础开挖产生的黏土；矿山周边客土材料丰富，拟恢复为林草地的矿山废弃地直接回填客土进行土壤改良；矿山周边客土材料不足，拟恢复为林草地的矿山废弃地宜采用大坑整地或穴状整地回填客土的方法进行土壤改良。结果为类似矿山废弃地生态恢复工作提供了借鉴。

Soil Improvement Technology and Investigation of Abandoned Land of the Mines around Maanshan City

Li Shuqin1,2,3Bai Huailiang1,2,3Tan Hui1,2,3

(1.Sinosteel Maanshan Institute of Ming Research Co., Ltd.; 2.National Metal Mine Solid Waste Treatment and Disposal Engineering Technology Research Center; 3.Huawei National Engineering Research Center of High Efficient Recycle Utilization of Metal Mineral Resources Co., Ltd.)

The ecological environment is damaged severely by the abandoned land of the mines around Maanshan city, a large amount of land is occupied by the cubic meter of earth and stone of new city district infrastructure and the sludge of sewage treatment plant, which lead to the deterioration of the environment. So the basic situation of the abandoned land of the mines around Maanshan city and the source of replacing with out-soil improvement are investigated. According to the basic situation of the abandoned land of the mines around Maanshan city, direction of recovery utilization of land and source of replacing with out-soil, some corresponding soil improvement methods are proposed so as to provide technical support for ecological restoration of abandoned lands of mines.

Resource-based city, Mines around city, Abandoned land, Soil improvement

*2012年马鞍山市科技计划项目(编号：2012-30)；安徽省科技攻关项目(编号：1301042125)。

2014-04-30)

李书钦(1985—)，男，工程师，243000 安徽省马鞍山市经济技术开发区西塘路666号。