李景芬，黃偉光

(廣晟有色金屬股份有限公司，廣州 510630)

韶關(guān)某銅硫礦是以鐵銅為主的大型多金屬礦山，多金屬礦床上部為風(fēng)化淋濾型褐鐵礦床，中部為層狀菱鐵礦床，下部為銅、鉛、鋅、硫鐵礦床以及斑巖型鉬礦床和矽卡巖型鉬多金屬礦床。從二十世紀(jì)八十年代中期起，該礦開(kāi)始頻繁出現(xiàn)民采、民選和民洗，且規(guī)模逐漸擴(kuò)大，屢禁不止。民采、民選和民洗產(chǎn)生的貧礦和廢石任意堆放，因?yàn)楹幸欢康狞S鐵礦，露天棄置后迅速產(chǎn)酸，造成周圍土壤酸化，植被毀壞殆盡，重金屬含量升高，導(dǎo)致了嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題，即形成了存在嚴(yán)重土壤重金屬污染的廢棄礦區(qū)。

針對(duì)該廢棄礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，采用國(guó)際領(lǐng)先的“原位微生物基質(zhì)改良+直接植被”土壤修復(fù)技術(shù)體系，用生態(tài)學(xué)的思想解決環(huán)境問(wèn)題[1]。該技術(shù)不改變廢棄礦區(qū)的地形與土壤結(jié)構(gòu)，無(wú)需客土，柔性改良土壤結(jié)構(gòu)，通過(guò)調(diào)控微生物群落與控制產(chǎn)酸微生物類群，重建一個(gè)人工或半人工的生態(tài)系統(tǒng)[2]，從而控制土壤酸化。通過(guò)植物穩(wěn)定重金屬，降低重金屬的遷移性，達(dá)到環(huán)境污染治理的目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)源頭控制重金屬污染[3-4]。

1 污染情況

該廢棄礦區(qū)采礦場(chǎng)、排土場(chǎng)等占地面積大，地表形變范圍大且程度較嚴(yán)重。因廢棄區(qū)排土場(chǎng)、露采場(chǎng)等含有硫以及重金屬等污染物，在降水條件下低價(jià)硫容易氧化并產(chǎn)生酸性水，加劇重金屬不斷溶出，土壤明顯存在酸化與重金屬污染，pH值均值低達(dá)2.60，重金屬含量總鉛、總鋅、總銅、總鎘分別達(dá)到了5 516、745、654、1.0 mg/kg，有效態(tài)重金屬(Pb、Zn、Cu、Cd)分別高達(dá)100、48、28、0.29 mg/kg，這種強(qiáng)酸性且重金屬污染嚴(yán)重的土壤環(huán)境嚴(yán)重抑制植物生長(zhǎng)，普通方式種植的植物完全不能存活，嚴(yán)重阻礙生態(tài)恢復(fù)，進(jìn)而致使周邊環(huán)境生態(tài)功能退化嚴(yán)重。

2 礦山土壤修復(fù)工程措施

2.1 土壤原位微生物基質(zhì)改良措施

原位微生物基質(zhì)改良方案是指對(duì)整理后的種植條溝、表土采用物理、化學(xué)、生物的方法進(jìn)行包括表層與深層基質(zhì)土壤改良，撒施酸堿中和劑、土壤改良復(fù)合基質(zhì)、微生物菌劑等土壤改良物質(zhì)作改良基質(zhì)，進(jìn)行土壤改良，調(diào)整土壤pH值，增加土壤有機(jī)質(zhì)含量及降低土壤重金屬毒性，改良土壤結(jié)構(gòu)[5-6]。

其中，物理、化學(xué)方法主要采用石灰、土壤改良基質(zhì)、土壤改良調(diào)節(jié)劑等；生物方法主要采用微生物菌劑、無(wú)機(jī)肥、微生物菌種等材料，利用微生物細(xì)胞表面吸附和沉淀、吸收和富集、生物轉(zhuǎn)化、氧化還原等作用，持續(xù)改良土壤酸堿度并降低重金屬污染。對(duì)不同區(qū)域、不同地帶、不同類型土壤進(jìn)行分區(qū)，土壤改良材料的用量依照土壤檢測(cè)分析結(jié)果進(jìn)行調(diào)整，適時(shí)適地選擇配方。

2.2 植被修復(fù)品種

按照“適地適樹(shù)、適地適草”的原則，在樹(shù)草種選擇上：長(zhǎng)期植物選擇當(dāng)?shù)貎?yōu)勢(shì)鄉(xiāng)土野生植物，選擇速生、再生能力強(qiáng)、易繁殖、固氮能力強(qiáng)、適合重金屬污染土壤的修復(fù)植物，篩選出10種以上修復(fù)植物品種，禾本科植物主要有狗牙根、寬葉雀稗、狗尾草、百喜草等；豆科植物主要有木豆、豬屎豆、田菁等；菊科主要有野菊花、蒿等；其他科植物主要有松樹(shù)、大葉女貞、苧麻等。

3 礦區(qū)土壤修復(fù)效果評(píng)估

為了準(zhǔn)確及時(shí)掌握修復(fù)后區(qū)域內(nèi)土壤修復(fù)的效果，在實(shí)施修復(fù)措施約10個(gè)月后，依據(jù)取樣樣品最大可能代表實(shí)際土壤情況的原則，在顯著異質(zhì)性的代表性地段取得樣品，共采集5個(gè)土壤樣品，每個(gè)樣品均由3～5個(gè)子樣品混合而成，采集深度為0～20 cm。

3.1 土壤樣品測(cè)試因子及方法

1)測(cè)試因子：土壤樣品除去植物殘?bào)w和石塊后，置于通風(fēng)處風(fēng)干。風(fēng)干之后進(jìn)行研磨，過(guò)20目和100目篩，然后進(jìn)行理化指標(biāo)檢測(cè)，包括 pH、NAG-pH(Net Acid Generation pH，即凈產(chǎn)酸 pH)、總鉛、總鋅、總銅、總鎘等。

2)測(cè)定方法：

(1)pH：采用玻璃電極測(cè)定土壤懸濁液的pH值。

(2)NAG-pH：用于測(cè)定土壤酸化的潛力，利用過(guò)氧化氫的氧化進(jìn)行測(cè)定。

(3)重金屬總量(鉛、鋅、銅、鎘)：參考《土壤和沉積物 金屬元素總量的消解 微波消解法》(HJ 832—2017)和《固體廢物 22 種金屬元素的測(cè)定電感耦合等離子體發(fā)射光譜法》(HJ781—2016)的方法進(jìn)行重金屬消解和測(cè)定。

(4)重金屬有效態(tài)(指以水溶態(tài)和離子交換態(tài)存在，可有效影響土壤微生物的代謝活性的有效態(tài)重金屬)：參考《土壤8種有效態(tài)元素的測(cè)定二乙烯三胺五乙酸浸提-電感耦合等離子體發(fā)射光譜法》(HJ 804—2016)的方法進(jìn)行測(cè)定。

3.2 土壤產(chǎn)酸潛勢(shì)變化

由表1可以看出，pH、NAG-pH等指標(biāo)與修復(fù)前相比均有顯著改善。具體來(lái)說(shuō)，對(duì)于pH值，修復(fù)后的土壤樣品pH均值由修復(fù)前的2.60上升至7.08。當(dāng)土壤pH值大于4.0時(shí)，大多數(shù)植物已經(jīng)基本能夠在這種pH條件下定居生長(zhǎng)，所以該礦區(qū)的pH已經(jīng)能夠滿足大多數(shù)植物的生長(zhǎng)要求。對(duì)于NAG-pH指標(biāo)，修復(fù)后的土壤樣品NAG-pH均值由修復(fù)前的2.62上升至4.63，土壤產(chǎn)酸潛力由高度產(chǎn)酸變?yōu)榈投犬a(chǎn)酸，產(chǎn)酸情況已得到較好改善。

表1 修復(fù)前后酸化數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果(均值)

3.3 土壤重金屬含量及有效態(tài)變化

由表2可以看出，修復(fù)后的土壤樣品的重金屬總量相比修復(fù)前稍有降低?？紤]到前后測(cè)定的土壤重金屬總量有一定差異，選擇使用重金屬有效態(tài)來(lái)比較土壤修復(fù)前后重金屬的溶出情況。在有效態(tài)重金屬上，修復(fù)前后差異顯著，土壤中的有效態(tài)鉛、有效態(tài)鋅、有效態(tài)銅、有效態(tài)鎘從修復(fù)前的100、48、28、0.29 mg/kg，分別下降至51、26、9.1、0.12 mg/kg，降幅大部分在50%以上，甚至有效態(tài)銅降幅高達(dá)67.5%。由此看出，通過(guò)礦山土壤修復(fù)工程措施的實(shí)施，顯著降低了土壤中鉛、鋅、銅、鎘等重金屬元素的溶出，有效地控制了土壤重金屬污染。

表2 修復(fù)前后重金屬總量及有效態(tài)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果(均值)

3.4 土壤酸化及重金屬有效態(tài)變化機(jī)理分析

微生物菌劑在土壤修復(fù)中通過(guò)反硝化、甲烷生成作用、硫還原作用以及鐵、錳還原作用消耗弱堿性物質(zhì)產(chǎn)生強(qiáng)堿，進(jìn)一步中和土壤酸度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)土壤pH值、NAG-pH值雙升高的效果，降低土壤酸化程度。

3.5 礦區(qū)土壤修復(fù)效果

根據(jù)土壤修復(fù)措施實(shí)施10個(gè)月后的數(shù)據(jù)來(lái)看，土壤pH均值升至7.08，NAG-pH均值升至4.63，土壤產(chǎn)酸潛力由高度產(chǎn)酸變?yōu)榈投犬a(chǎn)酸，土壤鉛、鋅、銅、鎘的有效態(tài)下降范圍為49%～67.5%，重金屬污染已被有效控制，土壤環(huán)境已經(jīng)達(dá)到了適宜植物生長(zhǎng)的條件，而土壤修復(fù)措施實(shí)施10個(gè)月后的植被生長(zhǎng)情況也印證了這點(diǎn)。

土壤修復(fù)措施實(shí)施10個(gè)月后，修復(fù)區(qū)域已初步形成多種植物匹配互長(zhǎng)的生長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，生物多樣性高，已記錄的植物品種達(dá)到32種，涵蓋喬木、灌木、草本、蕨類等，區(qū)域內(nèi)植物平均株高約65 cm，植物根系已穿過(guò)改良基質(zhì)層長(zhǎng)入廢棄地土壤，深度約6 cm，區(qū)域植被的整體覆蓋度高達(dá)95%；各植物品種的根系已縱橫交錯(cuò)、互補(bǔ)，形成控制地表土壤流失的根系網(wǎng)絡(luò)，可有效地防止水土流失問(wèn)題；在植物根際微生物及植物根系共同作用下，廢棄地土壤環(huán)境已明顯改善(圖1)。

圖1 礦區(qū)土壤修復(fù)工程前后對(duì)比圖

4 結(jié)論與討論

1)在污染治理效果方面，該廢棄礦區(qū)修復(fù)區(qū)域土壤酸化和重金屬污染情況得到了有效治理。土壤pH值顯著升高，由原始最低2.60升至7.08，NAG-pH均值由修復(fù)前的2.62上升至4.63，土壤潛在產(chǎn)酸能力明顯下降；鉛、鋅、銅、鎘等重金屬有效態(tài)均值降低達(dá)到了45.3%，降低范圍為49%～67.5%，最高達(dá)67.5%，顯著地降低了重金屬元素的溶出。

2)在植被修復(fù)效果方面，項(xiàng)目區(qū)域現(xiàn)已被綠色覆蓋，初步形成多種植物匹配互長(zhǎng)的生長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，已記錄的植物品種達(dá)到32種，涵蓋喬木、灌木、草本、蕨類等，區(qū)域內(nèi)植物平均株高約65 cm，整體覆蓋度高達(dá)95%，自維持、不退化的植被系統(tǒng)已初步成型。

4)通過(guò)該礦區(qū)生態(tài)修復(fù)工作的開(kāi)展，整體的修復(fù)效果顯著，項(xiàng)目(一期)治理面積25 萬(wàn)m2，有效解決了礦山歷史遺留礦區(qū)的各種污染問(wèn)題，通過(guò)栽種大量植被、采取因地制宜的修復(fù)原則，實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境的全面修復(fù)。