土壤生物修复技术前景

土壤生物修复技术前景

1、发展综合型的土壤修复技术。单一的修复技术已不能满足当前对于土壤污染治理的需求，今后的研究方向应该是多种技术的有机结合。例如植物-微生物的联合修复、综合氧化还原法、冲淋法和反应墙技术的新型原位复合修复技术，植物修复与物理化学修复相结合等等。

2、充分考虑生态效益。在考虑经济效益的同时应当充分考虑生态效益。因此，在今后的修复技术中，生物修复，特别是植物修复技术会成为主流。

3、着力于改进现有的较为先进的技术。对于植物修复，可以通过寻找、筛选、驯化更多更好的重金属富集植物。或者利用基因工程技术，将超富集植物的耐性基因移植到生物量大、生长迅速的植物中，使植物修复走向产业化。对于微生物修复，可以通过基因重组，开发出抗逆性强、分解能力强的基因工程菌。

请问目前国内外关于土壤性质的研究现状如何

1.1 评价目的

在我国的社会经济生活一次能源消费结构中，煤炭占75%，煤炭在21世纪仍将是我国的主要能源，对国民经济增长提供重要的能源保障。但随着煤炭资源的大规模开采，一方面满足了我国经济建设的需要，另一方面也带来了一系列生态环境题。生产营运期的煤炭开采对生态的影响，则主要表现在采空区形成后引起的地表沉陷、地表水的渗漏、植物生长、土壤侵蚀强度的增强等多方面。本专题通过生态环境影响评价分析识别对生态环境的破坏因素，对可能存在的破坏因素采取削减措施，以保护建设项目周围生态环境。

1.2 评价范围

评价范围确定为矿井采区、工业场地、矸石排放场地。

1.3 评价对象

以评价区地表塌陷、矸石山、生态植被、农业生态等为对象。

2 项目生态环境现状调查与评价

2.1 地形地貌现状

该矿区属中低山侵蚀斜坡地貌，地势北东高、南西低，区内最高点高程为+750m，最低点+475m，区内地形高差+275m，地势较平缓，松林成片，植被茂密。

2.2 地质现状

该矿区位于****盆地东南川东弧形褶皱带、黄草背斜南延之东翼部位，轴向北东～南西，在这个区域岩层倾斜平缓，未见有大的构造断裂发育，地质构造尚属简单。出露地层为三叠系和第四系残坡积层。

矿区为一南西～北东向发育的不规则箱状短轴背斜，地层产状，倾向122°，倾角∠23°，区内未见有破坏煤层的断裂构造。

2.3 水文地质现状

2.3.1 地表水

矿区位于黄草峡背斜南延之东翼部位，地势总体为南高北低，地形坡向NE，坡度角6～20°，一般15°，有利于地表水排泄。

矿区内无大的地表水体，仅有季节性冲沟，大气降水大多沿冲沟向东排泄。

2.3.2 地下水

地下水主要赋存于长石石英砂岩层中，为裂隙水，主要接受大气降水补给。据观测，开采区只有少量的滴水和淋水。由于矿井浅部有大量采空区，构造裂隙及采动裂隙成为地表水与地下水的联系通道，大气降水通过裂隙进入矿井，成为矿井的补给水源。

2.3.3 含水层

矿区内须家河四段（T3xj4）长石石英岩岩石孔隙率高，构造裂隙较发育，含水性强，为矿井直接充水的含水层。

2.3.4 隔水层

矿区内须家河二段（T3xj2）长石石英砂岩间夹薄层状黄绿色页岩，岩层倾斜平缓，岩溶地下水不发育，含水性弱，为矿区弱含水层，具一定隔水性，为矿井隔水层。

2.4 动植物资源现状

矿区内生态系统以林地（主要为灌丛）生态系统为主，其次为农田生态系统，分布于平坦、山地和丘陵的缓坡。该项目井田所在区域植被主要是人工林及农田。项目区受人为干扰较大，土地垦殖指数高，现基本为早地和坡地，无成片的原生植被，主要树种为松树。其余占地上的植物以农作物为主，主要是玉米、小麦和一些蔬菜类，部分坡地和田埂间生长有芭茅、芦苇、苔草、菖蒲等。在道路边以及部分山头上零星分布有少许桦树、榕树、竹子和柑橘树。由于受人为活动干扰较大，在项目区没有发现属国家保护的处于野生状态的濒危珍稀动植物，其它野生兽类动物也极少见。

2.5 井田范围内的地表塌陷沉降现状

****煤矿已开采近15 年，矿山开采薄煤层，多年来采矿未诱发地质灾害发生,未引起地面开裂和地面下沉现象，塌陷裂隙等不良地质问题。该区现状整体稳定。

2.3 矸石山现状

*****煤矿已开采近15年,地表已形成矸石山堆填物。矸石山由井下生产产生的矸石堆积而成。矿井目前的排矸量主要为掘进时的矸石，量少，年排矸量为0.6万吨。掘进时产生的矸石2/3用于回填矿井采空区，剩余部分连同地面手选产生的矸石部分卖给砖厂及水泥厂用作原材料，剩余的约0.1万吨临时堆积在工业广场的南侧，现矸石场高约10m左右,宽约20m。矸石山无截排水沟，矸石山前也未建挡矸墙，随着矸石量的不断增加，矸石山可能产生滑动，且在雨季受雨水的冲刷，污染矸场旁的林地,而且容易造成水土流失。

3 生态环境影响分析

煤矿开采过程中引起的生态破坏，主要包括下述三个过程：

过程一，开采活动对土地的直接破坏，如开采会直接摧毁地表土层和植被，从而引起土地和植被的破坏；

过程二，矿山开采过程中的废弃物（如煤矸石、废弃泥土等）需要大面积的堆置场地，从而导致对土地的过量占用和对堆置场原有生态系统的破坏；

过程三，矿山废弃物中的有害成分，通过径流和大气飘尘，会破坏周围的土地、水域和大气，其污染影响面将远远超过废弃物堆置场的地域和空间。

建设项目开采期满后，由于开采及废弃物堆放等对环境还存在一些潜在的影响，影响主要表现在以下二个方面：

（1）由于该项目地处山区，局部的地表岩移、沉陷和跨落会从一定程度上加剧地表岩土侵蚀速度，增加边坡泻溜、泥石流灾害发生的危险性，所以开采完成后采空区的影响应引起注意；

（2）本建设项目属小型矿山采区，煤矸石堆未加设挡护墙，在―些高危边坡区，可能会有小型泻溜和泥石流发生。修建挡护墙后，也存在着经不住特大暴雨、山洪冲击而形成大规模泥石流的潜在危险。煤矸石堆不但存在着泻溜、滑坡，并构成发生大规模滑坡、泥石流灾害的危险，而且破坏了植被、生态景观。

通过上述对煤矿开采及开采期满后可能破坏生态环境的途径分析，该煤矿生产营运期间、闭坑后造成的生态负面效应对植被、动植物、土地利用和景观等方面的影响是比较突出的，现简要分析如下。

3.1 对自然景观的影响

矿区现为中低山侵蚀斜坡地貌，区内最高点高程为+750m，最低点+475m，开采标高+575～+513m。开采区为高度适宜的小山峰，植被生长季节表现为绵延起伏的绿色山峦。

本项目煤炭生产是以矿井掘进的形式开采，不会对原有地貌景观造成较大的影响，主平硐工业场地、道路及矸石场等地的建设改变原有地貌景观，但影响范围小，并且远离干线公路。由于煤层开采后地表可能会发生移动，同时伴有裂缝及塌陷坑的产生。矿区煤炭开发后的地貌形态为原有地貌与地表沉陷叠加的结果，但由于井田范围内为起伏较大的中低山区，地表下沉值远不如地形变化大，而且地表裂缝及塌陷坑规模都不大，地貌形态的改变并不十分明显。因此，该煤矿的开采不会使其所在区域层峦叠嶂的视觉景观发生根本变化。

3.2 对矿区范围内地表塌陷的影响

3.2.1 地表塌陷预测

地表变形深陷裂缝影响因素很多,涉及面广,既有自然因素的控制,又有人为因素的影响,但不论何种原因,最关键的是环境地质基础。如果地质条件好,构造简单,岩性组合以坚硬岩层为主,单层厚度大,岩石力学指标强,则难以发生地质变形,即使发生,其影响程度也较轻,反之则易于发生,影响程度比前者严重。该矿地质构造简单，经多年采矿未诱发地质灾害发生，未引发地面开裂和塌陷变形。该区现状稳定。未来采矿范围将向深部扩大后，地质条件和采矿工程与已采区的基本相同，且采深更大，采用类比法认为，未来采矿工程对地表造成破坏的可能性小。

3.2.2 地表移动与变形值预计

结合评价区域地形条件，根据国家煤炭局《压煤开采规程》中山区地表移动与变形值计算方法，其计算公式如下，计算结果列于表1。

最大下沉值 （mm）：

主要影响半径( r0)：r0 = H0/tgβ (tgβ2.0)

倾斜斜率(i)：i= Wmax/r

曲率值（k）：k = 1.52Wmax/r2

水平变形值（ε）：ε= 1.52bWmax/r

水平移动值（u）：u= b・Wmax

最大下沉角（ ）： = 90°－0.6

冒落带高度 计算（按K3煤层计算）：

导水裂隙带高度 ：

式中： ――煤层开采高度为0.60m；

――煤层倾角23°；

H0――煤层平均采深，137.5m；

――下沉系数，取经验值0.70；

b――水平移动系数,取经验值0.3；

――岩石碎膨胀系数，取经验值1.2。

走向边界角、上山、下山边界角 、 、 ，取经验值，分别55°、55°、49°。

表1 地表移动变形预计值一览表

最大下沉值 Wmax（m） 386

主要影响半径 r0（m） 68.8

地表变形值 斜率 (mm/m) 5.619

曲率 (10-3/m) 0.1241

水平变形 (mm/m) 2.562

水平移动 （mm） 115.8

边界角（°） 下山（ ） 49

上山（ ） 55

走向（ ） 55

最大下沉角（°） 76°2′

冒落带高度（m） 2.30

导水裂隙带高度（m） 10.76±5.6

开采传播影响角（°） 73°36′

根据表1计算得到的地表变形值i、k、ε，并对照《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》（煤行管局字[2000]第81号）建筑物损坏等级划分标准，对地面建（构）筑物的破坏等级属Ⅱ级（轻微损坏），结构处理为小修。说明矿山移动盆地沉陷造成地表建构筑物受损的可能性中等，损失中等，危险性中等。

****煤矿井田范围内无居民居住。据实地调查，该煤矿采矿影响范围共有民房3户，房屋多为砖混结构（2F），房屋基础多为条石，基础持力层以石灰岩为主，经调查未发现民房墙体开裂和地面裂缝等破坏现象。但随着煤矿的进一步开采，采空区面积的扩大，采煤活动可能对地面居民建筑物造成一定的影响。

3.3 水土流失和土壤侵蚀的影响

该项目的在建设期已对原地表具有水土保持功能的植被进行彻底的破坏，开挖后形成的裸露面完全暴露，虽然开挖迹地最终裸露面为基岩，短期内无松散颗粒存在，无土壤流失源，但其中对径流入渗量及汇流时间的减少，极易造成径流量和径流侵蚀能力的增加。

项目开采多年，多余的矸石堆放在矸石场，形成一个松散的堆积体，受降水渗入的影响及弃渣在自然沉降、人为活动的作用下，降低渣体摩擦角，易发生冲刷、滑塌等水土流失现象，若经降水冲刷流入下游农田中，会对种植的农作物产生较大危害，造成不良影响。

煤炭开采、施工带平整、道路开通、生产服务设施等工程，会造成施工区域内地表植被的完全破坏，使土壤的结构、组成及理化性质等发生变化，进而影响土壤的侵蚀状况，新增一定量的土壤侵蚀。临时性占地，也将破坏植被和扰动原地表，使土壤变得疏松，以及开采过程中产生的弃渣等，也将新增一定量的水土流失。

3.4 对植被的影响

井田开采造成地表植被的完全破坏。弃渣、生活垃圾等构成的固废物，井下排水、生产生活污水，煤尘、粉尘土等，以及地表塌陷等，均会对周围的植被产生不良影响。尽管项目建设会使原有植被遭到局部损失，但于本矿建设的规模很小，占用的土地十分有限，不会使评价区植物群落的种类组成发生变化，也不会造成某一植物种的消失。且该矿已开采15年，经现场调查并询问当地居民知道，地表植被未发生根本性变化，据此也可类比认为，****煤矿以后的开采对地表植被影响很小。

3.5 对野生动物的影响

对动物的影响主要体现在两个方面：一方面是地表沉陷破坏植被使陆生动物失去赖以生存的条件以及地表沉陷新朔地貌导致动物物种的改变。因地表沉陷对植被的影响主要发生在非连续变形的区域，本井田小且无该区域，因此开采破坏植被的量很少，不会破坏井田范围内的生物群落结构。另一方面是施工人员的活动将会使施工区及周围一定范围内野生动物的活动和栖息产生一定影响，引起野生动物局部的迁移，使其群落组成和数量发生一定变化，然而，由于评价区野生动物种类较少，且多为一些常见种类，因此这种不利影响是轻微的。

3.6 对土壤的影响

煤炭开采过程中产生的粉尘污染物通过自降和降水淋溶等途径进入土壤环境，从物理、化学和物理化学等方面影响周围土壤的孔隙度、团粒结构、酸碱度、土壤肥力及微量元素含量等，具体分析如下：

a、粉尘量很少，不会改变附近土壤酸碱度；

b、粉尘中重金属元素含量低且难以被植物直接吸收利用，因而对土壤和作物不会产生污染；

c、从静态分析，粉尘在土壤中累积会增强土壤粘结性，造成土壤板结，并且降低了土壤孔隙度，使土壤表层严重结壳，阻碍土壤与大气的气体交换，从而抑制土壤微生物活动，影响土壤地力正常发挥，降低了土壤肥力。但从评价区域土壤理化性质来讲，质地以壤土为主，明显地反映出粘粒不足，增加一些细小颗粒并不会改变土壤的结构。据安徽农学院研究，粉尘对土壤影响的实验结果，粉尘量达到每年每kg土壤接纳2g粉尘条件下，经过20年的积累，方对土壤产生明显影响，本煤矿的开采排尘强度远远低于该数值，所以不会对土壤理化性质产生明显影响。

3.7 对土地利用的影响

项目建设对当地土地利用的影响主要是井田开挖、道路建设、和辅助系统等工程建设用地，这些设施对土地的占用使这些土地失去原有的生物生产功能和生态功能。从而对局地的土地利用产生一定的影响，影响到当地的农、林用地。采煤结束后，一般1年（对于耕地）或3~4年（对于灌丛林地）内基本上可恢复原有的土地利用功能，临时占地对整个区域土地利用和经济的不利影响是有限的。

3.8 对区域环境功能的影响

生态环境类型由自然生态系统变为人工生态系统，由林地（主要为灌丛）变为矿区，区域生物生产力降低，而人口将大幅度增加。矿井服务期间，水源涵养及水质净化、生物多样性保持、景观及娱乐功能有所减弱，大气污染及噪声功能区基本不发生变化。矿井服务期满进行生态恢复后，植被覆盖率将恢复接近开采前水平，且乔、灌、草搭配协调，物种多样性有所增加，各项环境功能恢复接近开采前水平。

3.9 矿井报废期对生态环境影响

矿井在衰竭后期至报废期的时段内，与初采期和盛采期相比对自然环境诸要素的影响将趋于减缓，主要体现在以下几个方面：

a、煤炭行业特有的地表变形环境问题，将随着开采活动的减少乃至停止而逐渐趋于稳定，不会再有新的沉陷区出现。但是矿井闭矿时矿井采空区最大，地表沉陷也将达到最大值，因此在地表沉陷区，应采取土地重塑措施，恢复其土地的使用功能。

b、随着资源的枯竭，与矿井有关的煤炭开采、加工和利用的各产污设备也将完成其服务功能，因此这些产污环节也将减弱或消失，如井下及地面污废水的排放、设备噪声、环境空气污染物等，区域环境质量有所好转。

c、在矿井关闭之后，矿井矸石山不仅占用土地，还将继续污染环境，因此应对排矸场所占用的土地进行恢复其原有功能，如平整后覆土复垦或绿化。之后，所贮存的固体废弃物的性质趋于稳定，对环境的不利影响将逐步消失，填沟造地、复垦绿化的完成，形成区域新气象。

d、在闭矿后，矿井工业广场场地景观与自然景观不相协调，应对其平整，恢复植被以减轻对自然景观的影响。

e、矿井报废期还将会面临矿井有害气体继续溢出的环境问题，应采取有力措施予以防范。

4 生态恢复与建设措施

煤矿的开采破坏了原有的林地景观。应加强矿区土地复垦，最大程度上恢复矿区原有的自然景观。

4.1 生态恢复与建设方案思路

充分利用工程措施的控制性和速效性，同时发挥植物措施的长效性，植物措施和工程措施相结合，土地整治与复垦措施相辅；以植物措施为主，全面防治与 重点防治相结合；发挥各项措施的综合防护效能，实现总体防治目标。

4.2 生态恢复措施

4.2.1 矿井生产、施工保护措施

项目施工过程是应加强管理，要采取少占少破坏的原则；施工过程损毁的灌木，要制定补偿措施。

掘进工作面在接近含沙层、导水断野时，必须打超前钻孔控放水；进下有突水危险的地区，必须在其附近设置水闸门或水闸墙；在掘进工作面或其他地点发生明显的突水征兆或大量涌水时，应立即停止工作，采取相应的保护措施，确保含水层不受破坏。

工程施工营地，料场临时占地及弃渣堆放占地会破坏地表植被，临时占地在施工结束时应进行绿化，恢复植被。

对于矿区中废水都应采取措施使其达到污水排放标准后才能向外排放，在井口设立沉降池，使井下煤、泥混浊水沉清后排放。将生产污水经过除铅中和满足排放标准后排放。生活污水集中生化处理后排放。

经常进行洒水除尘，防止煤尘飞扬，保护矿区的空气质量。

4.2.2 工业场地绿化美化区

由于工业广场既是煤矿煤炭开采基地，又是职工生产生活场所，故本区的水土流失防治措施既要具备保持水土功能，又要满足提高环境质量的要求。在做好排水、边坡防护的前提下营造分隔林带划分功能区，同时对场区道路和场区空地进行绿化美化，点缀园林趣味小品，使之成为生态矿区、园林矿区。关于煤矿绿化，提出以下建议：

根据工业场地建筑物平面布置的特点，按功能分区进行场地绿化。综合楼前栽植观赏性较强的树木、花卉、绿篱，并辅以绿地；锅炉房、污水处理站、坑木房、煤仓等产生粉尘、噪声大的生产系统四周，职工宿舍地带，应以乔、灌林相配种植以防尘降噪。

4.2.3 排矸场重点治理

焦子沟煤矿采用沟谷排矸，开采过程中产生大量的矸石,堆放在矸石场。目前对中西部煤矿区沟谷型排矸场的综合整治，已有较为成熟的技术可供运用，本项目可采取的主要措施有：a、拦渣坝：作用是拦蓄弃渣；b、渗水盲沟：其作用是有效排除弃渣区域沟道渗水，防止拦渣坝坝体因沟道长期渗水浸泡而损坏；c、汇流急流槽：目的是排除拦渣坝坝前区域及弃渣阶坎田面洪水；d、排水沟：主要用于排除弃渣堆积面上的汇流洪水；e、渣坎砌护：保护每阶渣坎堆积体稳定；f、弃渣场封闭：作用是防止矸石自燃；g、塬边埂及截水沟：防止塬面超强径流进入弃渣沟道；h、从沟头开始分段堆矸，分段整治，封闭堆矸面。

4.2.4 塌陷区的治理

****煤矿矿井拟采地区为中山山地，矿区内及影响区居民少、地面无大建筑物，无地表水体，且煤层薄，根据前述预测分析,焦子沟煤层开采后不会引起大的采空区塌陷，对在地面的影响很小。因此建议采取以下措施进行防范：

a、开采中应加强山体滑坡区的监测、监控工作，产采取预防措施。对土崖和坡度大于45度以上的山坡，设置危险标志，在边缘修建排水沟减少雨水对其的润滑，在重点保护区修挡土墙、防滑桩和其他护坡工程、植物工程辅以综合治理。

b、对产生裂缝的土地，应根据裂缝宽度的大小，对较小的裂缝平整恢复原状，对较大的裂缝采取充填、平整，使其恢复以减少雨水侵蚀引起的水土流失；对破坏严重的土地，进行复垦复种，并按有关规定进行一定的补偿；若造成土地绝产，并没有按征地处置。

c、选取典型房屋建立岩移观测站点和预警系统，根据监测数据及时进行加固或修缮、赔偿。

4.2.5 植被恢复

由于采煤形成地下采空区，致使其对应地面的地下水和土壤水环境发生变化，地表植被因此衰退，严重时林木会连片枯萎。对于严重衰退地段，应及时采取措施予以恢复。在矿山生态恢复过程中：

a、首先选择耐旱、耐贫瘠、速生的作物或牧草，以便在矿山上迅速生长，并获得持久的植被；

b、在基质得到一定程度改良后，可采用混播草种使之迅速覆盖废弃地，或与豆科作物轮作、套作的方式达到“种地、养地相结合”的目的；

c、根据土壤的元素组成和肥力，辅之一定的水肥(尤其是微生物肥)措施，建立可以维持的土壤生态系；

d、按原来疏密度和乔、灌木种类种植树木，封育5年以上，使植被数量和种类接近和达到原有水平。

4.2.6 闭矿期生态恢复

由于我国大多数矿区目前仍处于盛采期至衰竭期这一阶段，加上发达国家所形成的废弃矿井环境对策并不适于中国国情和前些年我国对废弃矿井环境问题重视不够等因素，因此对废弃矿井的环境问题的预测及其对策尚未形成系统的理论和方法。

随着对废弃矿井环境问题的重视和我国部分老矿区报废期的临近（2000～2010年约有224处矿井报废），妥善解决废弃矿井环境问题已提上了议事日程。加大理论研究并在实践中不断完善，坚持“以人为本”的原则，合理利用废弃矿井的自然资源和人文资源，使报废期矿井的环境问题提前得以化解。

总之，煤矿在衰竭后期至报废后的时段内，与初采期和盛采期相比，对自然环境和社会环境的影响因素及影响程度均经历从量变到质变的过程，只要能较准确地预见与量化这些环境问题并采取积极的对策，即可避免一系列的社会与环境负面影响，使区域发展趋于正常化。

本矿开采时间还有0.96年,对于闭矿期生态恢复，现拟定以下几点：

a、矸石渣场停止使用，对于不能外运进行综合利用的部分应立即压实覆土，栽种树木、花草；

b、工业广场内所有建筑物全部拆除， 并对场地进行平整，然后覆土植树；

c、生活区所有建筑物拆除，绿化地和树林留存，其他土地植被采取其自然恢复方式，但必须将建筑垃圾全部清理干净。

4.3 生态保护计划

煤矿在制定开采计划时应同时制定污染防治、生态保护或恢复计划。煤矿在正常关闭和报废前，必须落实污染和生态恢复计划，提前土地复垦利用、环境保护的资料，经环境保护行政主管部门和其他有关主管部门审核后，再按有关规定办理关闭手续。

5 小结

本矿井规模为3万t/a，采动对地表的影响较小，预计在采空区和采动影响范围内产生大的地表塌陷及地裂缝等对周围生态环境产生不良破坏影响的现象可能性很小。

在开采期及闭矿期，业主必须落实好生态保措施和水土流失防护措施减小对生态系统的破坏。通过采取合理措施，杜绝掠夺式开采，可将该煤矿对生态环境的影响程度降低，闭矿后通过对采空区的回填和进行覆土复植，可基本消除煤矿开采带来的生态问题。