煤礦區土壤污染植物修復技術研究與應用

徐曉軍

（忻州市生態環境局西部區域監測技術保障中心，山西 忻州 034000）

煤炭能源作為重要的基礎能源，為我國國民經濟發展做出了非常重要的貢獻。我國每年都需要開采大量的煤炭資源，以供居民生活和工業發展的基本需要[1]。煤礦開采過程不可避免的會對周圍生態環境造成不同程度的污染，尤其是土壤的污染問題最為嚴重[2-3]。已有的實踐經驗表明，煤礦區土壤中會包含有大量的重金屬物質，不僅會對附近各類植物造成損傷，還會威脅到居民的身體健康[4-5]。在我國大力倡導生態文明建設的背景下，有必要利用先進的技術對煤礦區土壤重金屬污染進行治理。其中植物修復技術作為非常安全的手段，在很多煤礦區土壤污染治理工作中得到了廣泛應用[6]。本文主要研究了植物修復技術在煤礦區土壤重金屬污染中的實踐應用效果，對于提升煤礦區生態環境具有重要的實踐意義和理論意義。

1 煤礦區土壤污染情況概述

此次研究的煤礦區煤層埋深相對較深，主要通過井下開采方式來實現煤礦資源的開采，煤礦生產巔峰時期的每年產煤量可達200萬t左右。由于煤礦開采過程中存在過度開采的問題，且沒有嚴格應用科學方法進行回填和支護，使得該煤礦區地表出現了不同程度的沉陷。此外，在長時間的煤礦開采和運輸過程中，煤礦區附近土壤出現了嚴重的重金屬污染問題。為改善相關區域的生態環境，現需要對土壤重金屬污染問題進行綜合治理。在對煤礦區土壤進行取樣并初步處理的基礎上，利用原子吸收光譜儀對土壤樣品進行分析，發現土壤中的重金屬元素主要包含鋅、鉛、銅、鎘、鎳。為了得出土壤污染區重金屬的污染嚴重程度，除了對污染區土壤進行取樣外，還對本地區未受到煤礦開采影響的土壤進行取樣并分析。基于檢測結果，并結合內梅羅污染指數對重金屬元素的綜合污染程度進行評價，圖1為基于內梅羅污染指數的重金屬污染等級評定方法。

圖1 基于內梅羅污染指數的污染等級評定方法

表1所示為土壤中五種重金屬元素的內梅羅污染指數統計結果。將表中的內梅羅污染指數與圖1中的污染等級進行對比發現，鎘元素的指數達到了15.836 4，已經遠遠超過3，屬于強度污染等級；鎳元素的指數為0.838 6，屬于第Ⅱ級別，即處于警戒區間，已經達到了危險的狀態；其他三種元素的指數均沒有超過0.7，表明這三種重金屬元素沒有對煤礦區土壤造成污染。另外，五種重金屬元素的綜合指數達到了15.536 7，屬于強度污染等級。

表1 土壤中重金屬元素的內梅羅污染指數

2 煤礦區土壤污染植物修復技術

在對煤礦區土壤重金屬污染進行治理時，有很多方法可供選擇，其中就包括植物修復技術。所謂植物修復技術就是在煤礦區土壤中種植相應的植物，通過植物對土壤中重金屬元素的吸收來改善土壤中的營養成分，以達到修復污染的目的。植物修復技術在實踐中雖然有速度較慢的缺點，但是可以取得較好的應用效果，不僅能夠對土壤中的重金屬進行吸收治理，同時還有利于附近區域生態環境的修復。基于此，本煤礦區決定采用植物修復技術對土壤的污染情況進行治理。在選用種植植物種類時，需要充分考慮土壤中的重金屬元素特征。結合本地區實際情況最終選用的植物有三種，分別為黃花草木樨、紫花苜蓿、白花三葉草。將上述三種植物在煤礦區土壤中進行大面積種植，需要說明的是三種植物應該分開種植，以便能夠單獨研究不同植物的治理效果。為了研究植物修復技術對土壤污染情況的治理效果，在種植前將每種植物隨機挑選50株，對它們的根長、株高、質量三個指標進行測量，并將各種植物的三個指標取平均值，結果見表2。

表2 三種植物經過兩年時間生長前后的指標統計情況

3 植物改良土壤生態效應結果分析

為了檢驗三種植物對煤礦區土壤重金屬的治理效果，需要對種植后的植物指標以及土壤中的重金屬含量進行再次測量，并與種植前的情況進行對比。

3.1 植物的生長情況

考慮到植物的生長速度較慢，此次種植時間為兩年，即將三種植物種植到土壤中兩年后再次開展相關的檢測工作。同樣的，每種植物隨機選擇50株，測量其根長、株高和質量，然后取平均值，結果見表2。

由表中數據可以看出，三種植物在重金屬土壤中的生長情況均相對較好，說明選擇的植物能夠很好地適應重金屬土壤環境，具有很好的環境適應性。經過兩年時間的生長，黃花草木樨的根長、株高和質量分別增長了64.85%、39.85%和48.56%，根部的生長速度最快；紫花苜蓿的根長、株高和質量分別增長了13.68%、25.63%和41.68%，質量的生長速度最快；白花三葉草的根長、株高和質量分別增長了2.56%、11.20%和16.21%，同樣是質量的生長速度最快。進一步對比三種植物的綜合生長情況，可以明顯發現黃花草木樨的生長情況最好，紫花苜蓿次之，最差的是白花三葉草。說明黃花草木樨這種植物能夠更好地適應煤礦區土壤的重金屬污染情況，白花三葉草雖然可以適應這種生長環境，但是適應性相對較差。

3.2 土壤重金屬含量變化情況

經過兩年時間的種植后，在三種植物對應的種植區域中再次進行土壤取樣，對土壤中的五種重金屬元素含量進行檢測，并基于內梅羅污染指數對其污染等級進行評價，所得結果如表3所示。由表中數據可以看出，經過兩年時間的植物修復后，煤礦區土壤中的重金屬污染程度有了明顯的降低。除了鎘元素的污染指數仍然大于3，屬于強度污染外，其他四種重金屬元素的污染等級全部降低到了Ⅰ級，即沒有污染。但是鎘元素的污染指數已經非常接近3，與治理前相比較而言已經有了顯著的降低。

表3 植物修復后土壤中重金屬元素的內梅羅污染指數

從表3中數據還可以發現，黃花草木樨對鉛元素的治理效果最佳，治理前后鉛元素的污染指數變化情況達到了78.27%；紫花苜蓿對鋅、鉛、鎘元素的治理效果非常好，治理前后鋅、鉛、鎘元素的污染指數變化情況達到了81.04%、99.53%、80.54%；白花三葉草同樣對鉛元素的治理效果最佳。經過治理修復后，三種植物對應區域土壤的綜合污染指數分別降低到了2.674 2、2.234 9、3.876 6，對應的污染等級分別為中度污染、中度污染和強度無染。雖然還存在嚴重的重金屬污染問題，但是與原始的污染情況相比較而言，已經有了很大的改善。

基于以上分析可以看出，在煤礦區存在重金屬污染的土壤中種植植物可以達到很好的治理效果。由于該研究時間為2年，所以并沒有將對應區域土壤的污染程度降低到理想狀態。但是，相信經過更長時間的修復治理，可以將重金屬污染問題得到徹底解決。

4 結論

煤礦開采和運輸過程會對附近土壤造成嚴重的重金屬污染，對生態環境造成惡劣影響，還會威脅附近居民的身體健康。基于植物修復技術可以對土壤中的重金屬污染問題進行很好的修復，通過在煤礦區重金屬污染土壤中種植植物，對種植前后植物的根長、株高和質量3個參數進行對比分析，發現植物可以在重金屬污染土壤中很好地生長。又對植物修復前后對應土壤中的重金屬污染程度進行研究，發現植物修復技術對重金屬污染的治理具有很好的修復效果，顯著降低了土壤中的重金屬污染程度，取得了顯著的生態效益。