土壤生物修復技術前景

1、發展綜合型的土壤修復技術。單一的修復技術已不能滿足當前對于土壤污染治理的需求，今后的研究方向應該是多種技術的有機結合。例如植物-微生物的聯合修復、綜合氧化還原法、沖淋法和反應墻技術的新型原位復合修復技術，植物修復與物理化學修復相結合等等。

2、充分考慮生態效益。在考慮經濟效益的同時應當充分考慮生態效益。因此，在今后的修復技術中，生物修復，特別是植物修復技術會成為主流。

3、著力于改進現有的較為先進的技術。對于植物修復，可以通過尋找、篩選、馴化更多更好的重金屬富集植物。或者利用基因工程技術，將超富集植物的耐性基因移植到生物量大、生長迅速的植物中，使植物修復走向產業化。對于微生物修復，可以通過基因重組，開發出抗逆性強、分解能力強的基因工程菌。

請問目前國內外關于土壤性質的研究現狀如何

1.1 評價目的

在我國的社會經濟生活一次能源消費結構中，煤炭占75%，煤炭在21世紀仍將是我國的主要能源，對國民經濟增長提供重要的能源保障。但隨著煤炭資源的大規模開采，一方面滿足了我國經濟建設的需要，另一方面也帶來了一系列生態環境題。生產營運期的煤炭開采對生態的影響，則主要表現在采空區形成后引起的地表沉陷、地表水的滲漏、植物生長、土壤侵蝕強度的增強等多方面。本專題通過生態環境影響評價分析識別對生態環境的破壞因素，對可能存在的破壞因素采取削減措施，以保護建設項目周圍生態環境。

1.2 評價范圍

評價范圍確定為礦井采區、工業場地、矸石排放場地。

1.3 評價對象

以評價區地表塌陷、矸石山、生態植被、農業生態等為對象。

2 項目生態環境現狀調查與評價

2.1 地形地貌現狀

該礦區屬中低山侵蝕斜坡地貌，地勢北東高、南西低，區內最高點高程為+750m，最低點+475m，區內地形高差+275m，地勢較平緩，松林成片，植被茂密。

2.2 地質現狀

該礦區位于****盆地東南川東弧形褶皺帶、黃草背斜南延之東翼部位，軸向北東～南西，在這個區域巖層傾斜平緩，未見有大的構造斷裂發育，地質構造尚屬簡單。出露地層為三疊系和第四系殘坡積層。

礦區為一南西～北東向發育的不規則箱狀短軸背斜，地層產狀，傾向122°，傾角∠23°，區內未見有破壞煤層的斷裂構造。

2.3 水文地質現狀

2.3.1 地表水

礦區位于黃草峽背斜南延之東翼部位，地勢總體為南高北低，地形坡向NE，坡度角6～20°，一般15°，有利于地表水排泄。

礦區內無大的地表水體，僅有季節性沖溝，大氣降水大多沿沖溝向東排泄。

2.3.2 地下水

地下水主要賦存于長石石英砂巖層中，為裂隙水，主要接受大氣降水補給。據觀測，開采區只有少量的滴水和淋水。由于礦井淺部有大量采空區，構造裂隙及采動裂隙成為地表水與地下水的聯系通道，大氣降水通過裂隙進入礦井，成為礦井的補給水源。

2.3.3 含水層

礦區內須家河四段（T3xj4）長石石英巖巖石孔隙率高，構造裂隙較發育，含水性強，為礦井直接充水的含水層。

2.3.4 隔水層

礦區內須家河二段（T3xj2）長石石英砂巖間夾薄層狀黃綠色頁巖，巖層傾斜平緩，巖溶地下水不發育，含水性弱，為礦區弱含水層，具一定隔水性，為礦井隔水層。

2.4 動植物資源現狀

礦區內生態系統以林地（主要為灌叢）生態系統為主，其次為農田生態系統，分布于平坦、山地和丘陵的緩坡。該項目井田所在區域植被主要是人工林及農田。項目區受人為干擾較大，土地墾殖指數高，現基本為早地和坡地，無成片的原生植被，主要樹種為松樹。其余占地上的植物以農作物為主，主要是玉米、小麥和一些蔬菜類，部分坡地和田埂間生長有芭茅、蘆葦、苔草、菖蒲等。在道路邊以及部分山頭上零星分布有少許樺樹、榕樹、竹子和柑橘樹。由于受人為活動干擾較大，在項目區沒有發現屬國家保護的處于野生狀態的瀕危珍稀動植物，其它野生獸類動物也極少見。

2.5 井田范圍內的地表塌陷沉降現狀

****煤礦已開采近15 年，礦山開采薄煤層，多年來采礦未誘發地質災害發生,未引起地面開裂和地面下沉現象，塌陷裂隙等不良地質問題。該區現狀整體穩定。

2.3 矸石山現狀

*****煤礦已開采近15年,地表已形成矸石山堆填物。矸石山由井下生產產生的矸石堆積而成。礦井目前的排矸量主要為掘進時的矸石，量少，年排矸量為0.6萬噸。掘進時產生的矸石2/3用于回填礦井采空區，剩余部分連同地面手選產生的矸石部分賣給磚廠及水泥廠用作原材料，剩余的約0.1萬噸臨時堆積在工業廣場的南側，現矸石場高約10m左右,寬約20m。矸石山無截排水溝，矸石山前也未建擋矸墻，隨著矸石量的不斷增加，矸石山可能產生滑動，且在雨季受雨水的沖刷，污染矸場旁的林地,而且容易造成水土流失。

3 生態環境影響分析

煤礦開采過程中引起的生態破壞，主要包括下述三個過程：

過程一，開采活動對土地的直接破壞，如開采會直接摧毀地表土層和植被，從而引起土地和植被的破壞；

過程二，礦山開采過程中的廢棄物（如煤矸石、廢棄泥土等）需要大面積的堆置場地，從而導致對土地的過量占用和對堆置場原有生態系統的破壞；

過程三，礦山廢棄物中的有害成分，通過徑流和大氣飄塵，會破壞周圍的土地、水域和大氣，其污染影響面將遠遠超過廢棄物堆置場的地域和空間。

建設項目開采期滿后，由于開采及廢棄物堆放等對環境還存在一些潛在的影響，影響主要表現在以下二個方面：

（1）由于該項目地處山區，局部的地表巖移、沉陷和跨落會從一定程度上加劇地表巖土侵蝕速度，增加邊坡瀉溜、泥石流災害發生的危險性，所以開采完成后采空區的影響應引起注意；

（2）本建設項目屬小型礦山采區，煤矸石堆未加設擋護墻，在―些高危邊坡區，可能會有小型瀉溜和泥石流發生。修建擋護墻后，也存在著經不住特大暴雨、山洪沖擊而形成大規模泥石流的潛在危險。煤矸石堆不但存在著瀉溜、滑坡，并構成發生大規模滑坡、泥石流災害的危險，而且破壞了植被、生態景觀。

通過上述對煤礦開采及開采期滿后可能破壞生態環境的途徑分析，該煤礦生產營運期間、閉坑后造成的生態負面效應對植被、動植物、土地利用和景觀等方面的影響是比較突出的，現簡要分析如下。

3.1 對自然景觀的影響

礦區現為中低山侵蝕斜坡地貌，區內最高點高程為+750m，最低點+475m，開采標高+575～+513m。開采區為高度適宜的小山峰，植被生長季節表現為綿延起伏的綠色山巒。

本項目煤炭生產是以礦井掘進的形式開采，不會對原有地貌景觀造成較大的影響，主平硐工業場地、道路及矸石場等地的建設改變原有地貌景觀，但影響范圍小，并且遠離干線公路。由于煤層開采后地表可能會發生移動，同時伴有裂縫及塌陷坑的產生。礦區煤炭開發后的地貌形態為原有地貌與地表沉陷疊加的結果，但由于井田范圍內為起伏較大的中低山區，地表下沉值遠不如地形變化大，而且地表裂縫及塌陷坑規模都不大，地貌形態的改變并不十分明顯。因此，該煤礦的開采不會使其所在區域層巒疊嶂的視覺景觀發生根本變化。

3.2 對礦區范圍內地表塌陷的影響

3.2.1 地表塌陷預測

地表變形深陷裂縫影響因素很多,涉及面廣,既有自然因素的控制,又有人為因素的影響,但不論何種原因,最關鍵的是環境地質基礎。如果地質條件好,構造簡單,巖性組合以堅硬巖層為主,單層厚度大,巖石力學指標強,則難以發生地質變形,即使發生,其影響程度也較輕,反之則易于發生,影響程度比前者嚴重。該礦地質構造簡單，經多年采礦未誘發地質災害發生，未引發地面開裂和塌陷變形。該區現狀穩定。未來采礦范圍將向深部擴大后，地質條件和采礦工程與已采區的基本相同，且采深更大，采用類比法認為，未來采礦工程對地表造成破壞的可能性小。

3.2.2 地表移動與變形值預計

結合評價區域地形條件，根據國家煤炭局《壓煤開采規程》中山區地表移動與變形值計算方法，其計算公式如下，計算結果列于表1。

最大下沉值 （mm）：

主要影響半徑( r0)：r0 = H0/tgβ (tgβ2.0)

傾斜斜率(i)：i= Wmax/r

曲率值（k）：k = 1.52Wmax/r2

水平變形值（ε）：ε= 1.52bWmax/r

水平移動值（u）：u= b?Wmax

最大下沉角（ ）： = 90°－0.6

冒落帶高度 計算（按K3煤層計算）：

導水裂隙帶高度 ：

式中： ――煤層開采高度為0.60m；

――煤層傾角23°；

H0――煤層平均采深，137.5m；

――下沉系數，取經驗值0.70；

b――水平移動系數,取經驗值0.3；

――巖石碎膨脹系數，取經驗值1.2。

走向邊界角、上山、下山邊界角 、 、 ，取經驗值，分別55°、55°、49°。

表1 地表移動變形預計值一覽表

最大下沉值 Wmax（m） 386

主要影響半徑 r0（m） 68.8

地表變形值 斜率 (mm/m) 5.619

曲率 (10-3/m) 0.1241

水平變形 (mm/m) 2.562

水平移動 （mm） 115.8

邊界角（°） 下山（ ） 49

上山（ ） 55

走向（ ） 55

最大下沉角（°） 76°2′

冒落帶高度（m） 2.30

導水裂隙帶高度（m） 10.76±5.6

開采傳播影響角（°） 73°36′

根據表1計算得到的地表變形值i、k、ε，并對照《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規程》（煤行管局字[2000]第81號）建筑物損壞等級劃分標準，對地面建（構）筑物的破壞等級屬Ⅱ級（輕微損壞），結構處理為小修。說明礦山移動盆地沉陷造成地表建構筑物受損的可能性中等，損失中等，危險性中等。

****煤礦井田范圍內無居民居住。據實地調查，該煤礦采礦影響范圍共有民房3戶，房屋多為磚混結構（2F），房屋基礎多為條石，基礎持力層以石灰巖為主，經調查未發現民房墻體開裂和地面裂縫等破壞現象。但隨著煤礦的進一步開采，采空區面積的擴大，采煤活動可能對地面居民建筑物造成一定的影響。

3.3 水土流失和土壤侵蝕的影響

該項目的在建設期已對原地表具有水土保持功能的植被進行徹底的破壞，開挖后形成的裸露面完全暴露，雖然開挖跡地最終裸露面為基巖，短期內無松散顆粒存在，無土壤流失源，但其中對徑流入滲量及匯流時間的減少，極易造成徑流量和徑流侵蝕能力的增加。

項目開采多年，多余的矸石堆放在矸石場，形成一個松散的堆積體，受降水滲入的影響及棄渣在自然沉降、人為活動的作用下，降低渣體摩擦角，易發生沖刷、滑塌等水土流失現象，若經降水沖刷流入下游農田中，會對種植的農作物產生較大危害，造成不良影響。

煤炭開采、施工帶平整、道路開通、生產服務設施等工程，會造成施工區域內地表植被的完全破壞，使土壤的結構、組成及理化性質等發生變化，進而影響土壤的侵蝕狀況，新增一定量的土壤侵蝕。臨時性占地，也將破壞植被和擾動原地表，使土壤變得疏松，以及開采過程中產生的棄渣等，也將新增一定量的水土流失。

3.4 對植被的影響

井田開采造成地表植被的完全破壞。棄渣、生活垃圾等構成的固廢物，井下排水、生產生活污水，煤塵、粉塵土等，以及地表塌陷等，均會對周圍的植被產生不良影響。盡管項目建設會使原有植被遭到局部損失，但于本礦建設的規模很小，占用的土地十分有限，不會使評價區植物群落的種類組成發生變化，也不會造成某一植物種的消失。且該礦已開采15年，經現場調查并詢問當地居民知道，地表植被未發生根本性變化，據此也可類比認為，****煤礦以后的開采對地表植被影響很小。

3.5 對野生動物的影響

對動物的影響主要體現在兩個方面：一方面是地表沉陷破壞植被使陸生動物失去賴以生存的條件以及地表沉陷新朔地貌導致動物物種的改變。因地表沉陷對植被的影響主要發生在非連續變形的區域，本井田小且無該區域，因此開采破壞植被的量很少，不會破壞井田范圍內的生物群落結構。另一方面是施工人員的活動將會使施工區及周圍一定范圍內野生動物的活動和棲息產生一定影響，引起野生動物局部的遷移，使其群落組成和數量發生一定變化，然而，由于評價區野生動物種類較少，且多為一些常見種類，因此這種不利影響是輕微的。

3.6 對土壤的影響

煤炭開采過程中產生的粉塵污染物通過自降和降水淋溶等途徑進入土壤環境，從物理、化學和物理化學等方面影響周圍土壤的孔隙度、團粒結構、酸堿度、土壤肥力及微量元素含量等，具體分析如下：

a、粉塵量很少，不會改變附近土壤酸堿度；

b、粉塵中重金屬元素含量低且難以被植物直接吸收利用，因而對土壤和作物不會產生污染；

c、從靜態分析，粉塵在土壤中累積會增強土壤粘結性，造成土壤板結，并且降低了土壤孔隙度，使土壤表層嚴重結殼，阻礙土壤與大氣的氣體交換，從而抑制土壤微生物活動，影響土壤地力正常發揮，降低了土壤肥力。但從評價區域土壤理化性質來講，質地以壤土為主，明顯地反映出粘粒不足，增加一些細小顆粒并不會改變土壤的結構。據安徽農學院研究，粉塵對土壤影響的實驗結果，粉塵量達到每年每kg土壤接納2g粉塵條件下，經過20年的積累，方對土壤產生明顯影響，本煤礦的開采排塵強度遠遠低于該數值，所以不會對土壤理化性質產生明顯影響。

3.7 對土地利用的影響

項目建設對當地土地利用的影響主要是井田開挖、道路建設、和輔助系統等工程建設用地，這些設施對土地的占用使這些土地失去原有的生物生產功能和生態功能。從而對局地的土地利用產生一定的影響，影響到當地的農、林用地。采煤結束后，一般1年（對于耕地）或3~4年（對于灌叢林地）內基本上可恢復原有的土地利用功能，臨時占地對整個區域土地利用和經濟的不利影響是有限的。

3.8 對區域環境功能的影響

生態環境類型由自然生態系統變為人工生態系統，由林地（主要為灌叢）變為礦區，區域生物生產力降低，而人口將大幅度增加。礦井服務期間，水源涵養及水質凈化、生物多樣性保持、景觀及娛樂功能有所減弱，大氣污染及噪聲功能區基本不發生變化。礦井服務期滿進行生態恢復后，植被覆蓋率將恢復接近開采前水平，且喬、灌、草搭配協調，物種多樣性有所增加，各項環境功能恢復接近開采前水平。

3.9 礦井報廢期對生態環境影響

礦井在衰竭后期至報廢期的時段內，與初采期和盛采期相比對自然環境諸要素的影響將趨于減緩，主要體現在以下幾個方面：

a、煤炭行業特有的地表變形環境問題，將隨著開采活動的減少乃至停止而逐漸趨于穩定，不會再有新的沉陷區出現。但是礦井閉礦時礦井采空區最大，地表沉陷也將達到最大值，因此在地表沉陷區，應采取土地重塑措施，恢復其土地的使用功能。

b、隨著資源的枯竭，與礦井有關的煤炭開采、加工和利用的各產污設備也將完成其服務功能，因此這些產污環節也將減弱或消失，如井下及地面污廢水的排放、設備噪聲、環境空氣污染物等，區域環境質量有所好轉。

c、在礦井關閉之后，礦井矸石山不僅占用土地，還將繼續污染環境，因此應對排矸場所占用的土地進行恢復其原有功能，如平整后覆土復墾或綠化。之后，所貯存的固體廢棄物的性質趨于穩定，對環境的不利影響將逐步消失，填溝造地、復墾綠化的完成，形成區域新氣象。

d、在閉礦后，礦井工業廣場場地景觀與自然景觀不相協調，應對其平整，恢復植被以減輕對自然景觀的影響。

e、礦井報廢期還將會面臨礦井有害氣體繼續溢出的環境問題，應采取有力措施予以防范。

4 生態恢復與建設措施

煤礦的開采破壞了原有的林地景觀。應加強礦區土地復墾，最大程度上恢復礦區原有的自然景觀。

4.1 生態恢復與建設方案思路

充分利用工程措施的控制性和速效性，同時發揮植物措施的長效性，植物措施和工程措施相結合，土地整治與復墾措施相輔；以植物措施為主，全面防治與 重點防治相結合；發揮各項措施的綜合防護效能，實現總體防治目標。

4.2 生態恢復措施

4.2.1 礦井生產、施工保護措施

項目施工過程是應加強管理，要采取少占少破壞的原則；施工過程損毀的灌木，要制定補償措施。

掘進工作面在接近含沙層、導水斷野時，必須打超前鉆孔控放水；進下有突水危險的地區，必須在其附近設置水閘門或水閘墻；在掘進工作面或其他地點發生明顯的突水征兆或大量涌水時，應立即停止工作，采取相應的保護措施，確保含水層不受破壞。

工程施工營地，料場臨時占地及棄渣堆放占地會破壞地表植被，臨時占地在施工結束時應進行綠化，恢復植被。

對于礦區中廢水都應采取措施使其達到污水排放標準后才能向外排放，在井口設立沉降池，使井下煤、泥混濁水沉清后排放。將生產污水經過除鉛中和滿足排放標準后排放。生活污水集中生化處理后排放。

經常進行灑水除塵，防止煤塵飛揚，保護礦區的空氣質量。

4.2.2 工業場地綠化美化區

由于工業廣場既是煤礦煤炭開采基地，又是職工生產生活場所，故本區的水土流失防治措施既要具備保持水土功能，又要滿足提高環境質量的要求。在做好排水、邊坡防護的前提下營造分隔林帶劃分功能區，同時對場區道路和場區空地進行綠化美化，點綴園林趣味小品，使之成為生態礦區、園林礦區。關于煤礦綠化，提出以下建議：

根據工業場地建筑物平面布置的特點，按功能分區進行場地綠化。綜合樓前栽植觀賞性較強的樹木、花卉、綠籬，并輔以綠地；鍋爐房、污水處理站、坑木房、煤倉等產生粉塵、噪聲大的生產系統四周，職工宿舍地帶，應以喬、灌林相配種植以防塵降噪。

4.2.3 排矸場重點治理

焦子溝煤礦采用溝谷排矸，開采過程中產生大量的矸石,堆放在矸石場。目前對中西部煤礦區溝谷型排矸場的綜合整治，已有較為成熟的技術可供運用，本項目可采取的主要措施有：a、攔渣壩：作用是攔蓄棄渣；b、滲水盲溝：其作用是有效排除棄渣區域溝道滲水，防止攔渣壩壩體因溝道長期滲水浸泡而損壞；c、匯流急流槽：目的是排除攔渣壩壩前區域及棄渣階坎田面洪水；d、排水溝：主要用于排除棄渣堆積面上的匯流洪水；e、渣坎砌護：保護每階渣坎堆積體穩定；f、棄渣場封閉：作用是防止矸石自燃；g、塬邊埂及截水溝：防止塬面超強徑流進入棄渣溝道；h、從溝頭開始分段堆矸，分段整治，封閉堆矸面。

4.2.4 塌陷區的治理

****煤礦礦井擬采地區為中山山地，礦區內及影響區居民少、地面無大建筑物，無地表水體，且煤層薄，根據前述預測分析,焦子溝煤層開采后不會引起大的采空區塌陷，對在地面的影響很小。因此建議采取以下措施進行防范：

a、開采中應加強山體滑坡區的監測、監控工作，產采取預防措施。對土崖和坡度大于45度以上的山坡，設置危險標志，在邊緣修建排水溝減少雨水對其的潤滑，在重點保護區修擋土墻、防滑樁和其他護坡工程、植物工程輔以綜合治理。

b、對產生裂縫的土地，應根據裂縫寬度的大小，對較小的裂縫平整恢復原狀，對較大的裂縫采取充填、平整，使其恢復以減少雨水侵蝕引起的水土流失；對破壞嚴重的土地，進行復墾復種，并按有關規定進行一定的補償；若造成土地絕產，并沒有按征地處置。

c、選取典型房屋建立巖移觀測站點和預警系統，根據監測數據及時進行加固或修繕、賠償。

4.2.5 植被恢復

由于采煤形成地下采空區，致使其對應地面的地下水和土壤水環境發生變化，地表植被因此衰退，嚴重時林木會連片枯萎。對于嚴重衰退地段，應及時采取措施予以恢復。在礦山生態恢復過程中：

a、首先選擇耐旱、耐貧瘠、速生的作物或牧草，以便在礦山上迅速生長，并獲得持久的植被；

b、在基質得到一定程度改良后，可采用混播草種使之迅速覆蓋廢棄地，或與豆科作物輪作、套作的方式達到“種地、養地相結合”的目的；

c、根據土壤的元素組成和肥力，輔之一定的水肥(尤其是微生物肥)措施，建立可以維持的土壤生態系；

d、按原來疏密度和喬、灌木種類種植樹木，封育5年以上，使植被數量和種類接近和達到原有水平。

4.2.6 閉礦期生態恢復

由于我國大多數礦區目前仍處于盛采期至衰竭期這一階段，加上發達國家所形成的廢棄礦井環境對策并不適于中國國情和前些年我國對廢棄礦井環境問題重視不夠等因素，因此對廢棄礦井的環境問題的預測及其對策尚未形成系統的理論和方法。

隨著對廢棄礦井環境問題的重視和我國部分老礦區報廢期的臨近（2000～2010年約有224處礦井報廢），妥善解決廢棄礦井環境問題已提上了議事日程。加大理論研究并在實踐中不斷完善，堅持“以人為本”的原則，合理利用廢棄礦井的自然資源和人文資源，使報廢期礦井的環境問題提前得以化解。

總之，煤礦在衰竭后期至報廢后的時段內，與初采期和盛采期相比，對自然環境和社會環境的影響因素及影響程度均經歷從量變到質變的過程，只要能較準確地預見與量化這些環境問題并采取積極的對策，即可避免一系列的社會與環境負面影響，使區域發展趨于正常化。

本礦開采時間還有0.96年,對于閉礦期生態恢復，現擬定以下幾點：

a、矸石渣場停止使用，對于不能外運進行綜合利用的部分應立即壓實覆土，栽種樹木、花草；

b、工業廣場內所有建筑物全部拆除， 并對場地進行平整，然后覆土植樹；

c、生活區所有建筑物拆除，綠化地和樹林留存，其他土地植被采取其自然恢復方式，但必須將建筑垃圾全部清理干凈。

4.3 生態保護計劃

煤礦在制定開采計劃時應同時制定污染防治、生態保護或恢復計劃。煤礦在正常關閉和報廢前，必須落實污染和生態恢復計劃，提前土地復墾利用、環境保護的資料，經環境保護行政主管部門和其他有關主管部門審核后，再按有關規定辦理關閉手續。

5 小結

本礦井規模為3萬t/a，采動對地表的影響較小，預計在采空區和采動影響范圍內產生大的地表塌陷及地裂縫等對周圍生態環境產生不良破壞影響的現象可能性很小。

在開采期及閉礦期，業主必須落實好生態保措施和水土流失防護措施減小對生態系統的破壞。通過采取合理措施，杜絕掠奪式開采，可將該煤礦對生態環境的影響程度降低，閉礦后通過對采空區的回填和進行覆土復植，可基本消除煤礦開采帶來的生態問題。