论文部分内容阅读
【中图分类号】TD9 【文献标识码】A
【文章编号】2095-3089（2018）31-0283-02
一、前言
中国铁矿以河北、辽宁两省为代表，而辽宁省又以鞍山市探明的铁矿资源为最。1937年12月，随着钢铁生产的发展诞生的鞍山，是我国著名的老工业基地和矿业基地。多年开采，目前在鞍山市城区周边已发现的超大型铁矿山，自西南至东北依次是著名的西鞍山铁矿、东鞍山铁矿、黑石砬子铁矿、大孤山铁矿、眼前山铁矿、鞍千矿业、齐大山铁矿，它们呈半环形围绕鞍山市区，不仅压占土地，还造成扬尘的空气污染，同时污染了地下水，给城区自然环境与生态造成恶劣影响，也是制约城市可持续发展因素之一[1]。
二、鞍山地区铁矿山排岩场斜坡复垦
1.鞍山地区矿山排岩场复垦情况。
目前关于鞍山地区铁矿区废弃地复垦基本已经形成一套完善的复垦技术体系，主要是工程措施，治理面积比较大。但是多年来，政府投资治理注重面积，针对土壤改良的技术措施比较落后，造成复垦后植被存活率不高，生长缓慢，整体复垦效果差[2]。
在这种情况下，我们以鞍山地区某大型铁矿排岩场斜坡为研究对象，探索适合鞍山地区的铁矿区废弃地斜坡复垦的技术方法，主要针对复垦过程中的土壤改良进行实验研究，以刺槐为供试植物，选定添加粉煤灰（A）、污泥（B）、草炭（C）、保水剂（D）和鸡粪（E）等五种改良剂，依照矿山技术人员经验选择不同处理措施，摸索出一种在鞍山地区气候条件下，土壤改良最好的混合比例，使刺槐生长最快，存活率最高。
试验区内主要是矿山开采排弃的不同块度的岩石堆积，堆积方式为台阶状堆积，阶数总体为3级，台阶最高标高154m，两级台阶间高差50m～70m左右，岩盘内比较平整。该区块属排岩场最早排弃地段，终了排岩时间较长。由于长时间的自然生态恢复，排岩场的平台盘台和斜坡上稀疏长着一些草灌木丛，但大部分还是所堆积的岩石直接裸露。试验区终了排岩后，没有经过任何治理工作，也没有用作其它用途。
试验区原有生态环境比较恶劣（见照片），表现为不同粒径的乱石人工堆放，保水能力差，完全依靠自然恢复难度较大[3]。但是由于国营大型矿山，排岩场的排岩工作较为规范，岩石堆积后形成自然的安息稳定角度一般为40o左右，就单体斜坡而言工程稳定性较好，经过较长时间的排岩后，由于自然压实作用下，松散度有所减小。矿山排岩为分层排放，各层岩盘高差较大，一般在50～70m左右。
本实验研究的土样为自然土壤（作为对比），在广泛查阅相关资料和询问鞍钢集团矿山复垦专家的基础上，选择粉煤灰、污泥、鸡粪、保水剂、草炭五种改良剂，依照经验值设计不同用量的配比种植刺槐，与自然土壤作以对比，最终探索采用鱼鳞坑种植的方式，在鞍山地区铁矿山排岩场斜坡经济实效的治理措施。
2.试验设计。
（1）鱼鳞坑。
考虑工程造价问题，本实验采用工程造价低廉客土少的鱼鳞坑式种植模式：种植坑大小为0.8m×0.8m×0.8m，上下坑之间的间距2.0米，根据多年在类似铁矿山排岩场复垦经验得出，碎石堆积场树坑间距过近，树坑容易滑塌，因此选择左右坑间距为净1.5米，除去树坑规格0.8m，实际两树坑左右间距0.7m。结合排岩场上下岩石块度和质地不一致，故采用每一竖排为一组挖坑10个，横挖18排，共计180个，其中两组回填土壤作为对比，种植刺槐树苗360棵（每坑种植刺槐一棵）。观测土壤改良与否对刺槐生长的影响及最佳的改良配比。坡面设计。
（2）供试植物。
选择适生植物是植被重建的关键措施之一，本次实验植物选择当地大面积种植的树种，结合排岩场的恶劣生长条件和当地气候情况，选择绿化植物应具备在恶劣环境下快速生长、能够抵抗寒、对土壤适应性较强、耐虫害、萌芽力和根蘖性要强，根系发达、成活率高的品种[4]。根据以上特殊要求本实验选择刺槐为供试植物，其属于速生树种，喜光，适应性强，对土壤要求不严，抗旱性强，在边坡平台、土石混排的斜坡和平坦地势上生长较好，能快速覆盖排岩场斜坡，并且具有根瘤菌，能够固定空气中的氮，还有滞粉尘、烟尘的能力，也是经过实践检验易于在类似排岩场存活的植物[5[6]。
（3）设计方案。
依照鞍钢集团矿业公司某矿山安环处的一位多年从事矿山复垦的工程师的经验，将粉煤灰（A）、污泥（B）、草炭（C）、保水剂（D）和鸡粪（E）通过不同的配比得出16组方案，如表1。
如表所示，CY1：A1B1C4D3E2，的组合上就是0.125m3（约重162kg）土壤中添加3%的草炭、0.15%保水剂、 0.25%鸡粪，充分混合，形成的改良土，同时实验设置任何改良物质都不添加的自然土壤作为对照。
3.实验结果。
土壤机械组成，按照不同比例添加粉煤灰、污泥、鸡粪、保水剂、草炭五种改良剂后土壤机械组成中粉粒减少，粘粒增加，说明添加改良剂，可改对土壤机械组成有促进作用。同时得出对土壤料机械组成最好改良配比是：A1B3C1D4E4，为土壤中加粉煤灰量为零，加草炭量为零，改良剂污泥加入质量约32kg，加保水剂加入质量0.32kg，鸡粪加入质量占总量1.2kg。
水分状况方面，得出CY6改良效果最好，其组合为A2B2C2D4E2，即加入粉煤灰16kg，加入污泥16kg，加入草炭1.6kg，加入保水剂0.32kg，加入鸡粪0.4kg。各改良剂中保水剂加入改良效果大于鸡粪效果，大于粉煤灰和草炭（粉煤灰和草炭效果基本一致）的效果，大于污泥添加的效果；各物料添加量的最优组合是A2B4C2D4E2，也就是加入粉煤灰16kg，加入污泥48kg，加入草炭1.6kg，加入保水剂0.32kg，加入鸡粪0.4kg的改良配比。
土壤pH方面，查经验配比设计表可以得知，添加剂各物料中粉煤灰对土壤pH值影响大于保水剂，大于添加鸡粪，大于加入污泥，大于加入草炭的影响。由图13可以看出，各物料添加量的最优组合是A1B4C3D1E4，即粉煤灰、保水剂加入量为零，污泥加入量为48kg，草炭添加的量为4.8kg，鸡粪加入量1.2kg。
土壤养分变化方面，随着草炭、鸡粪加入量的增加，改良土壤的碱解氮、速效磷、速效钾含量都不断增加，随着添加量的增加的粉煤灰，土壤碱解氮、速效磷含量又明显降低，但是速效钾含量增加；分析可以得到，对物料速效养分含量增加最有利的处理组合分别是：A1B2C4D3E4、A1B4C4D1E4、A4B4C3D1E4。
除去因发生意外死亡的苗木，现在土壤改良对刺槐生长量影响最大的是保水剂加入，其次是添加草炭、污泥、粉煤灰、鸡粪。粉煤灰的大量加入，影响刺槐生长量（不加粉煤灰除外），对比土壤改良的实验过程，因粉煤灰的添加影响土壤机械组成的基本质地，因此粉煤灰应少量加入，综合考虑粉煤灰加入量16kg时最佳；同时污泥的添加也影响刺槐生长量，结合土壤理化性质的综合考虑，污泥不宜过大，加入量16kg时最佳；由观察统计得出数据来看，草炭加入在刺槐生长量方面无明显影响，但草炭土的加入对土壤速效养分很大影响，综合考虑添加草炭1.6kg是利与供试植物刺槐的生长；由观察统计得出数据来看保水剂加入对刺槐生长量有显著影响，分析原因，铁矿山排岩场岩石粒度大，土壤保水能力差，有水分对于刺槐的生长还是起到决定性作用，所以保水剂选择最大剂量，即添加0.32kg的量对刺槐的生长最有利；同样由观测數据统计分析得出鸡粪加入量对刺槐生长量无明显变化规律，考虑土壤机械组成，加入鸡粪的0.4kg时最佳。综上分析，对刺槐生长量的最优组合为A2B2C2D4E2，即CY6。
参考文献
[1]索贇等.2012.鞍山矿山生态环境治理经验.国土资源，（6）：18-20.
[2]潘明才.2000.德国土地复垦和整理的经验与启示.国土资源.
[3]胡振琪.1996.土地复垦学研究现状与展望.煤矿环境保护，4：20-21.
[4]于宝新等.2001.齐大山铁矿复垦绿化的总体设计与实施.国外金属矿山，5：53-56.
[5]周树理.刘仁英.1995.国外复垦经验简介.矿山废地复垦与绿化.中国林业出版社，213-216.
[6]于宝新等.2001.齐大山铁矿复垦绿化的总体设计与实施.国外金属矿山，5：53-56.
【文章编号】2095-3089（2018）31-0283-02
一、前言
中国铁矿以河北、辽宁两省为代表，而辽宁省又以鞍山市探明的铁矿资源为最。1937年12月，随着钢铁生产的发展诞生的鞍山，是我国著名的老工业基地和矿业基地。多年开采，目前在鞍山市城区周边已发现的超大型铁矿山，自西南至东北依次是著名的西鞍山铁矿、东鞍山铁矿、黑石砬子铁矿、大孤山铁矿、眼前山铁矿、鞍千矿业、齐大山铁矿，它们呈半环形围绕鞍山市区，不仅压占土地，还造成扬尘的空气污染，同时污染了地下水，给城区自然环境与生态造成恶劣影响，也是制约城市可持续发展因素之一[1]。
二、鞍山地区铁矿山排岩场斜坡复垦
1.鞍山地区矿山排岩场复垦情况。
目前关于鞍山地区铁矿区废弃地复垦基本已经形成一套完善的复垦技术体系，主要是工程措施，治理面积比较大。但是多年来，政府投资治理注重面积，针对土壤改良的技术措施比较落后，造成复垦后植被存活率不高，生长缓慢，整体复垦效果差[2]。
在这种情况下，我们以鞍山地区某大型铁矿排岩场斜坡为研究对象，探索适合鞍山地区的铁矿区废弃地斜坡复垦的技术方法，主要针对复垦过程中的土壤改良进行实验研究，以刺槐为供试植物，选定添加粉煤灰（A）、污泥（B）、草炭（C）、保水剂（D）和鸡粪（E）等五种改良剂，依照矿山技术人员经验选择不同处理措施，摸索出一种在鞍山地区气候条件下，土壤改良最好的混合比例，使刺槐生长最快，存活率最高。
试验区内主要是矿山开采排弃的不同块度的岩石堆积，堆积方式为台阶状堆积，阶数总体为3级，台阶最高标高154m，两级台阶间高差50m～70m左右，岩盘内比较平整。该区块属排岩场最早排弃地段，终了排岩时间较长。由于长时间的自然生态恢复，排岩场的平台盘台和斜坡上稀疏长着一些草灌木丛，但大部分还是所堆积的岩石直接裸露。试验区终了排岩后，没有经过任何治理工作，也没有用作其它用途。
试验区原有生态环境比较恶劣（见照片），表现为不同粒径的乱石人工堆放，保水能力差，完全依靠自然恢复难度较大[3]。但是由于国营大型矿山，排岩场的排岩工作较为规范，岩石堆积后形成自然的安息稳定角度一般为40o左右，就单体斜坡而言工程稳定性较好，经过较长时间的排岩后，由于自然压实作用下，松散度有所减小。矿山排岩为分层排放，各层岩盘高差较大，一般在50～70m左右。
本实验研究的土样为自然土壤（作为对比），在广泛查阅相关资料和询问鞍钢集团矿山复垦专家的基础上，选择粉煤灰、污泥、鸡粪、保水剂、草炭五种改良剂，依照经验值设计不同用量的配比种植刺槐，与自然土壤作以对比，最终探索采用鱼鳞坑种植的方式，在鞍山地区铁矿山排岩场斜坡经济实效的治理措施。
2.试验设计。
（1）鱼鳞坑。
考虑工程造价问题，本实验采用工程造价低廉客土少的鱼鳞坑式种植模式：种植坑大小为0.8m×0.8m×0.8m，上下坑之间的间距2.0米，根据多年在类似铁矿山排岩场复垦经验得出，碎石堆积场树坑间距过近，树坑容易滑塌，因此选择左右坑间距为净1.5米，除去树坑规格0.8m，实际两树坑左右间距0.7m。结合排岩场上下岩石块度和质地不一致，故采用每一竖排为一组挖坑10个，横挖18排，共计180个，其中两组回填土壤作为对比，种植刺槐树苗360棵（每坑种植刺槐一棵）。观测土壤改良与否对刺槐生长的影响及最佳的改良配比。坡面设计。
（2）供试植物。
选择适生植物是植被重建的关键措施之一，本次实验植物选择当地大面积种植的树种，结合排岩场的恶劣生长条件和当地气候情况，选择绿化植物应具备在恶劣环境下快速生长、能够抵抗寒、对土壤适应性较强、耐虫害、萌芽力和根蘖性要强，根系发达、成活率高的品种[4]。根据以上特殊要求本实验选择刺槐为供试植物，其属于速生树种，喜光，适应性强，对土壤要求不严，抗旱性强，在边坡平台、土石混排的斜坡和平坦地势上生长较好，能快速覆盖排岩场斜坡，并且具有根瘤菌，能够固定空气中的氮，还有滞粉尘、烟尘的能力，也是经过实践检验易于在类似排岩场存活的植物[5[6]。
（3）设计方案。
依照鞍钢集团矿业公司某矿山安环处的一位多年从事矿山复垦的工程师的经验，将粉煤灰（A）、污泥（B）、草炭（C）、保水剂（D）和鸡粪（E）通过不同的配比得出16组方案，如表1。
如表所示，CY1：A1B1C4D3E2，的组合上就是0.125m3（约重162kg）土壤中添加3%的草炭、0.15%保水剂、 0.25%鸡粪，充分混合，形成的改良土，同时实验设置任何改良物质都不添加的自然土壤作为对照。
3.实验结果。
土壤机械组成，按照不同比例添加粉煤灰、污泥、鸡粪、保水剂、草炭五种改良剂后土壤机械组成中粉粒减少，粘粒增加，说明添加改良剂，可改对土壤机械组成有促进作用。同时得出对土壤料机械组成最好改良配比是：A1B3C1D4E4，为土壤中加粉煤灰量为零，加草炭量为零，改良剂污泥加入质量约32kg，加保水剂加入质量0.32kg，鸡粪加入质量占总量1.2kg。
水分状况方面，得出CY6改良效果最好，其组合为A2B2C2D4E2，即加入粉煤灰16kg，加入污泥16kg，加入草炭1.6kg，加入保水剂0.32kg，加入鸡粪0.4kg。各改良剂中保水剂加入改良效果大于鸡粪效果，大于粉煤灰和草炭（粉煤灰和草炭效果基本一致）的效果，大于污泥添加的效果；各物料添加量的最优组合是A2B4C2D4E2，也就是加入粉煤灰16kg，加入污泥48kg，加入草炭1.6kg，加入保水剂0.32kg，加入鸡粪0.4kg的改良配比。
土壤pH方面，查经验配比设计表可以得知，添加剂各物料中粉煤灰对土壤pH值影响大于保水剂，大于添加鸡粪，大于加入污泥，大于加入草炭的影响。由图13可以看出，各物料添加量的最优组合是A1B4C3D1E4，即粉煤灰、保水剂加入量为零，污泥加入量为48kg，草炭添加的量为4.8kg，鸡粪加入量1.2kg。
土壤养分变化方面，随着草炭、鸡粪加入量的增加，改良土壤的碱解氮、速效磷、速效钾含量都不断增加，随着添加量的增加的粉煤灰，土壤碱解氮、速效磷含量又明显降低，但是速效钾含量增加；分析可以得到，对物料速效养分含量增加最有利的处理组合分别是：A1B2C4D3E4、A1B4C4D1E4、A4B4C3D1E4。
除去因发生意外死亡的苗木，现在土壤改良对刺槐生长量影响最大的是保水剂加入，其次是添加草炭、污泥、粉煤灰、鸡粪。粉煤灰的大量加入，影响刺槐生长量（不加粉煤灰除外），对比土壤改良的实验过程，因粉煤灰的添加影响土壤机械组成的基本质地，因此粉煤灰应少量加入，综合考虑粉煤灰加入量16kg时最佳；同时污泥的添加也影响刺槐生长量，结合土壤理化性质的综合考虑，污泥不宜过大，加入量16kg时最佳；由观察统计得出数据来看，草炭加入在刺槐生长量方面无明显影响，但草炭土的加入对土壤速效养分很大影响，综合考虑添加草炭1.6kg是利与供试植物刺槐的生长；由观察统计得出数据来看保水剂加入对刺槐生长量有显著影响，分析原因，铁矿山排岩场岩石粒度大，土壤保水能力差，有水分对于刺槐的生长还是起到决定性作用，所以保水剂选择最大剂量，即添加0.32kg的量对刺槐的生长最有利；同样由观测數据统计分析得出鸡粪加入量对刺槐生长量无明显变化规律，考虑土壤机械组成，加入鸡粪的0.4kg时最佳。综上分析，对刺槐生长量的最优组合为A2B2C2D4E2，即CY6。
参考文献
[1]索贇等.2012.鞍山矿山生态环境治理经验.国土资源，（6）：18-20.
[2]潘明才.2000.德国土地复垦和整理的经验与启示.国土资源.
[3]胡振琪.1996.土地复垦学研究现状与展望.煤矿环境保护，4：20-21.
[4]于宝新等.2001.齐大山铁矿复垦绿化的总体设计与实施.国外金属矿山，5：53-56.
[5]周树理.刘仁英.1995.国外复垦经验简介.矿山废地复垦与绿化.中国林业出版社，213-216.
[6]于宝新等.2001.齐大山铁矿复垦绿化的总体设计与实施.国外金属矿山，5：53-56.