案例礦區土壤重金屬污染修復技術研究進展

楊 玥 邵 平 潘嘉立(東莞市水務投資集團有限公司，東莞 523000)

案例礦區土壤重金屬污染修復技術研究進展

楊 玥 邵 平 潘嘉立
(東莞市水務投資集團有限公司，東莞 523000)

本文介紹了國內外目前常用的土壤重金屬污染修復技術，同時針對廣東省某礦區土壤重金屬的污染現狀，提出了運用生物技術來修復該礦區已被重金屬污染的土壤，最后對現在生物修復技術提出合理性建議及展望。

重金屬污染；土壤；修復技術

1 礦區及污染概況

廣東某礦區礦界范圍位于沙溪鎮境內、南部與翁源縣鐵龍鎮交界，是一座大型多金屬硫化物礦床，礦區主礦體上部為褐鐵礦體，儲量為2000×104t；下部為大型銅硫礦體，儲量為2800×104t，并伴有鎢、鉍、鉬、金、銀等多種稀有金屬和貴金屬。

自20世紀70年代以來，該礦及其21條周邊礦在采礦時采富棄貧且礦種分離不全，采礦廢石堆放過程中的風化和淋濾以及選礦、洗礦產生的含有硫、鎘、銅、鋅、鉛等數種嚴重超標的重金屬污水直接排放到橫石河水中，已造成該區域生態環境的嚴重惡化。

2 國內外治理重金屬污染土壤的方法

目前，國內外治理土壤重金屬污染的途徑歸納起來主要有3種：一是改變重金屬在土壤中的賦存狀態，使其穩定或固定，降低其活性，使其鈍化，脫離食物鏈，以降低其在環境中的遷移性和生物可利用性；二是利用各種技術從土壤中去除重金屬，達到回收和減少土壤中重金屬的雙重目的；三是利用各種防滲材料，將污染地區與未污染地區隔離，以減少或阻止重金屬的遷移和擴散。圍繞這3種治理途徑，各國相繼開發了物理、化學和生物治理方法。

(1)物理修復：物理修復法是基于物理工程方法，主要包括客土、換土和翻土法、電動修復法和熱處理法3種方法，使重金屬在土壤中穩定化，降低其對植物和人體的毒性。

(2)化學修復：化學修復法主要是指向污染土壤投入改良劑、抑制劑等，調節土壤酸堿度與化學組分，增加土壤有機質、陽離子代換量和粘粒的含量，控制反應條件，使土壤重金屬發生氧化、還原、沉淀、吸附、抑制和拮抗等作用，使重金屬能以生物有效性較低、毒害程度較弱的形態在的方法。

(3)生物修復：生物修復主要包括植物修復、動物修復和微生物修復三類方法，修復過程主要是利用動物、微生物以及植物的新陳代謝活動，吸收土壤中含有的重金屬或改變其形態，進而減小重金屬的污染，凈化土壤。

3 大寶山生物修復方法與途徑

3.1 客土覆蓋與土壤改良

該礦采礦廢棄地難以恢復的主要限制性因素是土壤，其生態恢復首先要從土壤修復入手，分兩個層面：對于土壤層原生裸地必須采取客土覆蓋，確保有足夠土壤層為植被恢復提供基本的養分支持；對于重金屬超標的排土場、采礦坑以及碾軋板結區域除覆蓋一定的表土外，還必須采取深層次的土壤改良措施。通過在酸性廢棄地施加不同量的石灰、混合不等量的爐渣、不同品種肥料3種試驗得出，在覆土區，采用加石灰提高土壤pH值，加爐渣減小土壤的容重及降底土壤的板結程度為最好方案；而通過植穴內換土，加入適當的熟石灰、稻糠或松樹皮或草屑或木屑、適當的有機肥(5kg左右)和復合肥(200g左右)，可以改善種植穴土壤的理化性狀，有效提高造林成活率。

3.2 水土保持工程措施

由于采礦活動改變了地表原有狀態，原有植被和土壤對降雨的截留、攔蓄、入滲作用大大減弱，原有蝕積動態平衡被打破，從而產生各類侵蝕現象。因此，必須通過采取降雨截排水工程、攔護工程，調控降雨徑流，使土體穩定，表層不易流失，才能夠正常發揮土壤層固有的生態功能，為植被恢復提供載體。

3.3 適生物種篩選

物種選擇是植被恢復成功與否的關鍵，而做好廢棄地立地條件分析是物種選擇的前提。該礦區采礦廢棄地的共同特征是：土壤重金屬含量嚴重超標，且貧瘠酸化，pH值在4.0以下，土壤保水、保肥的能力差，不利于大多數植物生長發育。一方面，盡管通過客土覆蓋和土壤改良措施可以起到一定的調節作用，但當植物生長到一定階段，其根系不斷伸展逐漸穿過表土層，與重金屬高的下覆層接觸會導致其根系受害或中毒，輕則導致植被生長不良，不能達到預期目標；重則導致大面積植被死亡，使植被恢復徹底失敗。另一方面，廢棄地養分貧乏，影響植被的快速恢復和長期穩定。因此，所選植物種首先應適應不同區域的立地條件特征，不僅具有適應酸性土壤、抗重金屬強的特性，還應具有固氮、耐瘠薄的特性。那些在礦區廢棄地上自然定居的植物，能適應廢棄地上的極端貧瘠條件，這一類鄉土植物應該優先考慮。

3.4 恢復進程與空間配置

遵循天然植被進展演替規律是植被恢復的基本原則。據調查，該礦區及周邊植被的演替規律為：次生裸地—草叢(五節芒群落)—灌草叢(夾竹桃—五節芒群落)—針葉林(馬尾松林等)—針闊葉混交林(馬尾松、泡桐等混交林)—常綠落葉闊葉混交林(南酸棗、山蒼子、荷木林，荷木、黃樟、楓香林)—典型常綠闊葉林(栲樹、鹿角栲、荷木林)或竹林(毛竹林)。在自然狀態下，次生裸地將逐漸進展演替到典型常綠闊葉林類型；相反，在人為干擾條件下，常綠闊葉林將逆向演替到草叢、灌草叢甚至次生裸地。自然條件下的進展演替是極其漫長的，而人為干擾下的逆向演替卻可以是快速的，如礦山開采直接從林地演變成次生裸地；適當的人為措施可加速次生裸地向森林群落演替。由此可見，植被恢復不能違背自然規律，不能超越階段，由低級到高級，由簡單到復雜，草、灌先行，優先引入適應性強的先鋒草、灌，充分依靠植被的自然恢復力，通過積極的人工干預措施加快恢復進程，縮短天然恢復時間，視立地條件的改善程度引入喬木類，有步驟、有計劃地形成多物種混交的喬、灌、草立體結構，逐步演替至當地頂級群落，能夠自我維持其生態穩定性，實現該礦區采礦廢棄地植被恢復的終極目標。

4 土壤重金屬污染修復存在問題以及展望

物理、化學等方法對于礦山土壤的修復存在耗能、耗錢、對土壤結構損害較大等缺點，從保護生態環境出發，這些方法均對礦山生態環境的恢復作用不明顯，而植物修復成本較低，可以穩定土壤、控制污染、改善景觀、減輕污染對人類的健康威脅，所以在修復礦山土壤重金屬污染的過程中，植物修復技術被越來越多的采用。盡管植物修復技術在土壤重金屬污染中得到廣泛的應用，但在植物修復技術的基礎性研究方面的工作仍有待加強：尋找、篩選和培育對重金屬具有超積累能力的植物；如何將能使植物生物量增大、生長加快和生長周期縮短的基因轉移到超積累植物中，并使之得到相應的表達，使其不僅能克服自身的生物學缺陷，而且能保持原有的超積累特性，提高植物修復重金屬污染土壤的效率；如何通過應用化學試劑(如絡合劑)、微生物或土壤改良劑、酸堿調節劑等增加目標重金屬的生物有效性，提高植物吸收速率；如何采取合理種植、科學施肥、深耕等耕作管理措施與技術，提高植物生物量或增加收割次數，從而提高植物修復的效率。

近年來，我國金屬礦業迅速發展，所造成的重金屬污染日益加劇，植物修復技術的研究更具有廣闊的市場，并逐步走向商業化，同時我國有廣袤的國土、豐富的資源、復雜多樣的地理條件，蘊藏著大量超富集植物，為我國開展有關植物修復技術的研究提供了良好的基礎。

[1]陳清敏，張曉軍，胡明安.大寶山銅鐵礦區水體重金屬污染評價[J].環境科學與技術，2006，29(6)：64-65.

[2]陳家棟，潘寶寶，張金池，等.廣東大寶山礦區土壤重金屬含量及其影響因素[J].水土保持研究，2012，19(6)：237-241.

[3]周東美，郝秀珍，薛艷，等.污染土壤的修復技術研究進展[J].生態環境學報，2004，13(2)：234-242.

[4]戴樹桂，董亮，王臻.表面活性劑在土壤顆粒物上的吸附行為[J].中國環境科學，1999，19(5)：392-396.

[5]盧莎，張若萌，唐小玲，等.礦山排土場土壤改良與生態環境重建實驗研究[J].金屬礦山，2011，40(9)：137-140.

Review on Heavy Metal Pollution Repair Technology of Soil in A Mining Area

YANG Yue WANG Yang PAN Jiali
(Dongguan Water Group Co.，Ltd，Dongguan，523000)

This paper introduced the remediation technologies of soil heavy metals pollution at home and abroad. According to pollution status of heavy metals in mining area soil，biotechnology have been used to repair polluted soil in of a Guangdong Province Mine and surrounding areas. Finally，reasonable suggestions and prospects about bioremediation technologies were given.

Heavy metals pollution；soil；remediation technology

楊玥，碩士，研究方向為生態工程與環境修復

X21

A

1673-288X(2017)01-0164-02

引用文獻格式：楊 玥 等.案例礦區土壤重金屬污染修復技術研究進展[J].環境與可持續發展，2017，42(1)：164-165.