礦山土壤生態修復相關技術的應用

劉津君

（福建馬坑礦業股份有限公司 福建龍巖 364000）

0 引言

在我國社會經濟不斷朝前邁進的過程中，各種礦產資源的開發成為社會發展的重要支撐之一。不過，有關數據表明，大部分礦山企業在完成礦產資源的開采之后未被妥善管理，導致地質災害頻頻發生［1］。由此可見，礦山生態修復工作需要受到人們更多的重視［2］。在開展這項工作時，應當對修復區域土壤的實際污染情況進行充分地分析，選用高效的修復技術，確?！皩ΠY下藥”，實現“藥到病除”。

1 礦山土壤污染程度評估方法

在對礦山土壤污染進行生態修復之前，需要對礦山所在區域土壤受污染的程度進行評定，以此選取最適宜的修復技術。在進行這一環節時，首先需要在待修復區域內進行土壤采樣，將樣品中重金屬含量的檢測數據導入到SPSS 軟件中，借助軟件分析得到污染區域污染物的標準差以及平均值等相關數據，然后進行污染程度的評估。在評估礦山土壤污染程度時，一般使用內梅羅綜合指數法，其包含單因子指數法與多因子指數法。

1.1 單因子指數法

顧名思義，該評估方法主要是用于分析礦山土壤中單一污染物元素所造成的污染程度。全球多個國家在分析和研究礦山土壤污染物時，這種方法使用的頻率較高。單因子指數法的計算如式（1）。

式中：Pi為礦山土壤中單一污染物元素的污染程度指數；Ci為采集到的土壤樣品中該污染物元素實際測量時所獲取到的具體含量；Si為該污染物元素在其所處地區的對照值（背景值）或者是國家標準值。

如果Pi＞1 時，已經高出土壤對照值，那么就說明測量區域的礦山土壤污染程度達到了超標的水準；如果Pi＜1 時，尚未超出土壤中污染物含量的標準，此時土壤污染程度可以被判定為無污染；如果Pi＞3，說明該礦山區域內土壤污染物含量已經達到了嚴重超標的層次，判定為嚴重污染。

1.2 多因子指數法

多因子指數法在對修復礦山土壤的污染程度進行評價時，計算公式如式（2）。

式中：PN為被測礦山區域土壤中多種污染物元素在土壤中的污染程度指數；Pi表示這一區域內土壤中某一種單一種污染物元素的污染程度指數；Pimax為多個污染物元素中單項污染綜合指數最大值。

總體來說，在內梅羅綜合指數法中，單因子指數法只能夠用于將礦山土壤中某一種單一的污染物元素對土壤環境造成的實際污染情況進行直觀地反映。但從實際情況來看，一片土壤中所含的污染物元素并不單一，往往是由多種不同的污染物共同作用所產生的復合型污染。在對礦山土壤的污染程度進行評估時，僅僅使用單因子指數法是難以獲得比較全面的結果的。而多因子指數法可以彌補其弊端，能夠將礦山區域受污染土壤中所含有的多種污染物元素所造成的實際污染程度進行更加綜合且全面的反映［3］。因此，多因子指數法在實際應用期間所得到的數據又可以被稱為綜合污染指數。在使用內梅羅綜合指數法進行土壤污染程度評價時，土壤污染指數分級標準如表1 所示。

表1 土壤污染指數分級標準［3］

2 礦山土壤生態修復相關技術

2.1 液壓噴播植草技術

液壓噴播植草技術來源于國外，是1 種新近開發的植物生態修復技術形式。這種技術在實際應用期間，需要在混合箱內將色素、土壤改良劑、紙張、粘著劑、肥料以及草籽等物質按照相應的比重與水混合之后進行充分地攪拌［4］。在完成修復材料的制備之后，用相應的機械設備將混合后的材料噴射到被污染的礦山土壤中。該技術本身有著較為鮮明的優勢，在完成草籽的均勻噴播之后，能夠在土壤表面形成一層薄膜，這種薄膜本身具有保溫和保水性能，可以為植物種子發芽提供良好的條件，并且有著較高的施工質量和施工效率。除此之外，這種技術有著較為良好的防護效果，在應用到礦山土壤生態修復工作中30 d 左右，即可以實現70%以上的植被覆蓋。此外，液壓噴播植草技術還能夠適應多種氣候條件。

2.2 生物活性無土植被毯技術

生物活性無土植被毯技術在實際應用期間需要使用到活性固土制備培植構件，這種構件中至少需要包含1 個固底構件，可以放置攜有根須的植物。纖維束是構成固底構件的主要要素，在纖維束外側還需要進行網格加固層的設置。在實際使用過程中，需要在地表進行固底構件的排列，通常以所處地區的地形作為依據。在纖維束吸收到水分之后，固底構件本身的重量會增加，從而起到良好的固定土壤的作用，達到綠化環境、改善景觀的目的。廣元朝天區民主硫鐵礦位于廣元朝天區李家鄉民主村，2013 年被區人民政府實施政策性關閉，2019年被納入長江干支流沿岸10 km 歷史遺留礦山生態修復項目。該礦山的主要污染問題為廢棄堆積物污染周邊環境，影響植物健康生長，因此，植被恢復是其中最為主要的一項內容。在應用生物活性無土植被毯技術進行修復之后，新增的耕地面積超過了9 333 m2，實現了全方位修復土地的目的，區域內地表植被得以有效恢復。

2.3 BS 活性土壤生態修復技術

BS 活性土壤生態修復技術中BS（Base Saturation）的中文含義為土壤鹽基飽和度，這一技術主要是借助現代化程度較高的生態修復技術的理念以及成果，同時基于當前已經存在的傳統客土噴播技術的前提，引入土壤菌理論，通過較為獨特的技術和工藝，研制出1 種更加適合植物生長發育的土壤基材。該土壤基材的優勢也十分明顯，例如水土保持功能強大，肥力供應可持續化，固土、透氣、保水性能優良，土壤活性強以及土壤團粒結構含量高等，能夠對風雨侵蝕起到有效抵御作用，從根本上避免出現水土流失的情況。

在確保基面坡體足夠穩定的情況下，借助人工作業、機械作業或者是噴附作業的形式，營造土壤基材。植物既可以在基材團粒保水劑的濕潤以及肥料、客土等條件和環境的支撐下在短時間內萌芽，并逐漸發展成為植物根系網絡，實現植物生長發育的健康化。與此同時，還可以將現階段土壤基材活性程度不佳、肥力供給難以持續的問題進行有效克服和解決，實現植被群落生長和發育的可持續化。BS 活性土壤生態修復技術在生土基面、沙化基面以及巖石無土基面中的應用可以有效加快巖石風化的進程，即熟土腐殖化進程、生土熟土化進程和土壤化進程，這對于土壤造肥功能的提升是十分有利的。同時還能夠為土壤基材養分供給和消耗之間保持平衡提供幫助，促使具備可持續演替功能和生物多樣化特性的植物群落在短時間內有效形成。使用BS 活性土壤生態修復技術所完成的礦山土壤生態修復中的人造景觀可以與礦山周邊原有植被環境呈現出協調一致的局面，進而實現礦山土壤生態有效修復的目標［5］。相較于傳統客土噴播土壤修復技術，BS 活性土壤生態修復技術有著相對明顯的優勢，這種優勢對比具體情況如表2所示。

表2 BS 活性土壤生態修復技術與傳統客土噴播技術對比

2.4 微生物修復技術

在一些重金屬礦山中，土壤環境和生態環境受污染的程度往往比較嚴重，在修復這一類受污染的土壤時，微生物修復技術是比較常見的一種手段。近些年來，針對微生物修復方法的研究越來越多，微生物治理已經成為一種明顯趨勢。專家和學者在經過多次的深入研究之后，針對微生物特性應用技術形成了完善的修復系統，如圖1 所示。

圖1 微生物凈化重金屬和As 污染土壤的流程圖

微生物修復技術指的是使用微生物實現土壤肥力的提升以及污染物質含量的降低［6-7］。舉例來說，使用硫酸鹽還原菌能夠將采礦業酸性礦山廢水中的大量硫酸鹽進行有效還原和去除，同時還可以與廢水中存在的重金屬共同沉淀。據實驗室結果顯示，當pH 值能夠在5.00 的數值狀態下保持18 h 時，用于還原作用的硫酸鹽細菌在回收硫酸鹽時，其回收率能夠達到46.10%，并且其中存在的鐵、鋅以及銅等金屬的含量也會表現出明顯的下降趨勢。不僅如此，微生物修復技術還能將有機廢物進行充分利用，并將N2進行有效固定，優化土壤本身的化學性質與物理性質。微生物修復技術的應用是一個自然的過程，不會對周邊環境產生較大的影響，同時還能大幅降低土壤中的污染物濃度。不過，微生物修復技術本身的復雜程度較高，并且需要經歷一段漫長的時間，特異性較為明顯，所以微生物修復技術在實際應用時還會受到較大程度的制約。為了提升微生物修復技術的應用效果，還需要積極引入植物微生物聯合修復技術或者微生物化學聯合修復技術。

3 結語

礦山土壤生態修復技術能夠在受污染礦山土壤修復之中發揮相應的作用，降低污染程度，修復自然生態。但也存在一定的不足，難以在所有污染類型的礦山土壤修復中發揮作用，還需要進一步拓寬研究范圍，鉆研多種礦山土壤的修復技術形式，推動相關行業實現健康、長久發展。