吳建富 高繪文 盧志紅 魏宗強(qiáng)

摘? ?要? ?介紹了贛南廢棄稀土礦區(qū)概況，據(jù)統(tǒng)計(jì)，贛南稀土礦約有1.5億立方米尾砂未得到妥善處理，近10萬(wàn)公頃耕地地表植被遭到破壞，致使礦區(qū)及其周邊土壤沙化、土壤污染、水土流失嚴(yán)重。分析礦區(qū)土壤修復(fù)的物理化學(xué)修復(fù)技術(shù)（換土、客土、深耕、施肥和利用土壤改良劑等）、生物修復(fù)技術(shù)（微生物修復(fù)、土壤動(dòng)物修復(fù)、植物修復(fù)）研究進(jìn)展，提出了今后多方法聯(lián)用修復(fù)技術(shù)展望。

關(guān)鍵詞? ?廢棄稀土礦區(qū);土壤修復(fù);物理化學(xué)修復(fù);生物修復(fù);贛南

中圖分類號(hào)：S156? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：C? ? DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2018.34.032

江西贛州素有“稀土王國(guó)”之稱，擁有全國(guó)30%以上離子型稀土資源[1]，主要分布在定南縣、寧都縣、信豐縣、尋烏縣、安遠(yuǎn)縣、會(huì)昌縣、全南縣和龍南縣等地[2]。稀土礦業(yè)自20世紀(jì)70年代開采以來(lái)，為國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展和戰(zhàn)略安全發(fā)揮了十分重要的作用，但與此同時(shí)，對(duì)礦區(qū)及其周邊土壤資源與生態(tài)環(huán)境也造成了不同程度的破壞。據(jù)統(tǒng)計(jì)，贛南稀土礦開采至今約有1.5億立方米尾砂未能得到妥善處理，近10萬(wàn)公頃耕地地表植被遭到破壞，致使礦區(qū)及其周邊土壤沙化、土壤污染、水土流失嚴(yán)重，植被難于恢復(fù)，給當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境造成極大的不利影響[3-7]。長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)學(xué)者對(duì)廢棄稀土礦區(qū)尾砂土壤改良及其植物修復(fù)開展了大量研究，也取得了重大研究成果，對(duì)促進(jìn)礦區(qū)及周邊農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)保護(hù)、實(shí)現(xiàn)國(guó)家生態(tài)文明建設(shè)和“綠色崛起”戰(zhàn)略具有重要的理論意義和現(xiàn)實(shí)意義。筆者簡(jiǎn)要綜述礦區(qū)土壤修復(fù)技術(shù)研究進(jìn)展，以期引起對(duì)廢棄礦區(qū)尾砂修復(fù)的重視，為贛南廢棄稀土礦區(qū)尾砂治理研究提供參考。

1 礦區(qū)土壤修復(fù)技術(shù)研究進(jìn)展

廢棄稀土礦區(qū)生態(tài)恢復(fù)與重建的關(guān)鍵是土壤修復(fù)，而土壤生態(tài)系統(tǒng)功能的恢復(fù)是廢棄稀土礦區(qū)生態(tài)恢復(fù)的根本保障。由于土壤生態(tài)系統(tǒng)自身的復(fù)雜性，以及空間地域的差異性和有毒物質(zhì)污染的特殊性，加大了研究難度，制約了其研究發(fā)展進(jìn)程，已成為科技工作者的一大研究難題。眾所周知，礦區(qū)土壤修復(fù)技術(shù)方法大致可分為物理化學(xué)修復(fù)方法和生物修復(fù)方法[8]。常用的物理化學(xué)方法包括換土、客土、深耕、施肥和利用土壤改良劑等;生物修復(fù)方法大致分為微生物修復(fù)、動(dòng)物修復(fù)和植物修復(fù)。與傳統(tǒng)的物理化學(xué)修復(fù)技術(shù)相比，生物修復(fù)技術(shù)的成本低，在改良和修復(fù)廢棄礦區(qū)環(huán)境、防止水土流失的同時(shí)，可以改變地表景觀，豐富土壤生物多樣性，是一種環(huán)境友好型修復(fù)技術(shù)。尤其是植物修復(fù)技術(shù)具有更好的穩(wěn)定性、實(shí)用性和可操作性，是一種低投入、可復(fù)制、可持續(xù)的綠色生態(tài)修復(fù)方法，因而倍受各界學(xué)者關(guān)注。

1.1 物理化學(xué)技術(shù)

1.1.1 換土和客土

土壤質(zhì)量的好壞是影響植被生長(zhǎng)的重要因素之一，換土和客土是指把異地良好的土壤直接覆蓋于礦山廢棄地表層，為廢棄礦區(qū)的植被恢復(fù)提供有利的立地條件。國(guó)外研究表明，客土覆蓋對(duì)修復(fù)廢棄礦區(qū)土壤、促進(jìn)地表植被生長(zhǎng)具有明顯的促進(jìn)作用，當(dāng)覆蓋土層厚度達(dá)10～15 cm，修復(fù)效果明顯[9-11]。盡管該技術(shù)方法成熟、修復(fù)效果好，但客觀上存在客土土源供給難、工程量大、操作困難、費(fèi)用高等缺點(diǎn)。因此，該方法對(duì)廢棄稀土礦區(qū)土壤質(zhì)量重建與生態(tài)恢復(fù)的可操作性較低。

1.1.2 深耕

良好的土體構(gòu)造是衡量土壤質(zhì)量、確保植物生長(zhǎng)的重要因素，而深耕松土是創(chuàng)造良好土壤結(jié)構(gòu)最有效的方法。有研究表明，廢棄稀土礦區(qū)土壤修復(fù)后農(nóng)作物產(chǎn)量和翻耕深度呈良好的線性關(guān)系[12]，但同樣也存在工作量大、勞動(dòng)強(qiáng)度高等問(wèn)題。

1.1.3 施用有機(jī)肥或土壤調(diào)理劑

廢棄稀土礦區(qū)土壤一般存在土壤pH極端、養(yǎng)分比例失衡及有毒物質(zhì)污染嚴(yán)重等問(wèn)題，致使廢棄礦區(qū)土壤生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞，植被難于在短時(shí)間內(nèi)自然恢復(fù)。施用有機(jī)肥或土壤調(diào)理劑可以在較短時(shí)間內(nèi)調(diào)節(jié)土壤pH值，改善土壤理化和生物學(xué)性狀，提高土壤有效養(yǎng)分含量，緩解有毒物質(zhì)的毒性，達(dá)到改善土壤質(zhì)量、提高植被覆蓋率及其生物學(xué)產(chǎn)量的目的。研究指出，利用有機(jī)物料，如畜禽糞便、木屑、堆肥、污泥等農(nóng)業(yè)廢棄物資源能提高廢棄礦區(qū)土壤pH 值，改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤保水供肥能力，緩解重金屬毒害[13-14]。對(duì)銻礦區(qū)施用石灰和土壤改良劑可以有效提高土壤pH值，降低土壤中有效態(tài)稀土元素含量及其生物有效性，提高造林成活率[15]。劉旭等[16]研究表明，施用生物調(diào)理劑有利于改善礦區(qū)土壤理化性質(zhì)，提高土壤pH值、有機(jī)質(zhì)和CEC含量，降低土壤重金屬Cu、Cd、Pb的生物毒性。解開治等[17]研究指出，施用土壤改良劑可增加礦區(qū)土壤花生的生物量，花生增產(chǎn)效果明顯。

1.2 生物修復(fù)技術(shù)

1.2.1 微生物修復(fù)

微生物修復(fù)技術(shù)是指利用微生物產(chǎn)生的天然生物活性物質(zhì)使土壤中污染物含量降低或無(wú)害化，使受污染土壤的微生物體系得以恢復(fù)、重建，土壤功能完全或部分恢復(fù)到原始狀態(tài)的一種土壤環(huán)境污染治理技術(shù)。該技術(shù)應(yīng)用成本低，對(duì)土壤肥力和代謝活性負(fù)面影響小，復(fù)墾周期短，同時(shí)還可避免因污染物轉(zhuǎn)移進(jìn)而對(duì)人類健康和環(huán)境產(chǎn)生影響[18]。

1.2.2 土壤動(dòng)物修復(fù)

土壤動(dòng)物是土壤生態(tài)系統(tǒng)中的分解者和消費(fèi)者，直接或間接作用于土壤物質(zhì)、能量轉(zhuǎn)換，影響著微生物的生命活動(dòng)及其生物量，對(duì)恢復(fù)廢棄礦山土壤生態(tài)系統(tǒng)功能具有周期短、見(jiàn)效快等特點(diǎn)。有研究表明，蚯蚓在土壤中的活動(dòng)及其代謝產(chǎn)物不僅可以改善土壤的理化性質(zhì)，促進(jìn)植物的生長(zhǎng)發(fā)育和提高其生物量，還可以富集土壤中的有毒元素，降低其污染，達(dá)到廢棄礦區(qū)生態(tài)環(huán)境恢復(fù)與重建的目的[19]。但蚯蚓放養(yǎng)過(guò)程中易因礦區(qū)土壤環(huán)境惡劣、蚯蚓對(duì)不良環(huán)境耐性差等問(wèn)題，導(dǎo)致蚯蚓逃逸、死亡現(xiàn)象突出，影響其修復(fù)效果。

1.2.3 植物修復(fù)

與微生物修復(fù)和土壤動(dòng)物修復(fù)相比，植物修復(fù)技術(shù)具有穩(wěn)定性高、應(yīng)用性廣、可操作性強(qiáng)、成本低、可持續(xù)性高等優(yōu)點(diǎn)。該技術(shù)的關(guān)鍵是選擇適宜的植物。有研究表明，在南方稀土尾砂植被恢復(fù)試驗(yàn)中，百喜草和狼尾草從耐旱性、耐貧瘠和生長(zhǎng)力三方面綜合表現(xiàn)最好，是適宜在南方稀土尾砂地種植的草本植物[20-23]。李冰等[24]研究指出，種植香根草能改善稀土礦廢棄地土壤，結(jié)合施肥的效果更佳。王友生等[25]、宋祥蘭等[26]、廖日富[27]研究均認(rèn)為，選擇耐高溫、耐酸性、耐貧瘠的高效速生植被（寬葉雀稗、胡枝子、木荷、楓香、山杜英、百喜草）配置種植，有利于改良稀土礦廢棄地土壤肥力水平。

2 展望

近年來(lái)，隨著耕地質(zhì)量提升工程項(xiàng)目的實(shí)施和我國(guó)生態(tài)文明建設(shè)發(fā)展的需要，贛南廢棄稀土礦區(qū)土壤生態(tài)問(wèn)題已成為社會(huì)各界高度關(guān)注的問(wèn)題之一。因此，如何對(duì)稀土礦區(qū)尾砂進(jìn)行高效治理及其植被修復(fù)是礦區(qū)生態(tài)修復(fù)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。目前，國(guó)內(nèi)關(guān)于對(duì)廢棄稀土礦區(qū)土壤改良、修復(fù)的研究已有不少報(bào)道，但大多存在修復(fù)技術(shù)單一、治理修復(fù)時(shí)間長(zhǎng)、成本高、工程量大、勞動(dòng)強(qiáng)度高、治理效果慢等問(wèn)題，聯(lián)合使用幾種修復(fù)技術(shù)或許是未來(lái)礦區(qū)土壤修復(fù)的發(fā)展方向。自2015年開始，江西農(nóng)業(yè)大學(xué)國(guó)土資源與環(huán)境學(xué)院與江西匯申土壤環(huán)境科技有限公司合作，在贛南尋烏縣文峰鄉(xiāng)上甲村典型的廢棄稀土礦區(qū)尾砂地開展了土壤原位修復(fù)試驗(yàn)與示范，從試驗(yàn)示范現(xiàn)場(chǎng)來(lái)看，采用申祗土壤調(diào)理劑（利用天然有機(jī)物料、硅酸鹽類和碳酸鈣類礦物等原料加工而成）與草本植物（狼尾草、百喜草等）聯(lián)合對(duì)稀土礦區(qū)尾砂原位修復(fù)的效果十分明顯，且時(shí)間短，見(jiàn)效快，效果好。經(jīng)測(cè)產(chǎn)表明，試驗(yàn)區(qū)當(dāng)年草本植物覆蓋率達(dá)到95%以上，鮮草產(chǎn)量達(dá)90 t·hm-2以上;與對(duì)照相比，土壤有機(jī)質(zhì)、有效氮磷鉀和CEC含量均顯著提高，土壤生物多樣性明顯增加。筆者認(rèn)為，采用土壤調(diào)理劑與多種草本植物聯(lián)合對(duì)廢棄稀土礦區(qū)及其周邊尾砂土壤進(jìn)行修復(fù)是目前最有效、最簡(jiǎn)單的治理方法，值得大面積推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 梁惕平，陳韜.贛南某稀土礦礦山恢復(fù)治理措施[J].中國(guó)科技博覽，2013（27）：555.

[2] 劉云，楊晉，冷從德.贛南廢棄稀土礦山地質(zhì)環(huán)境治理現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù)，2015，26（2）：45-49.

[3] 李永繡，張玲，周新木.南方離子型稀土的資源和環(huán)境保護(hù)性開采模式[J].稀土，2010，31（2）：80-85.

[4] 李春.原地浸礦新工藝在離子型稀土礦的推廣應(yīng)用[J].有色金屬科學(xué)與工程，2011（1）：63-67.

[5] 劉毅.稀土開采工藝改進(jìn)后水土流失現(xiàn)狀和水土保持對(duì)策[J].水利發(fā)展研究，2002，2（2）：30-32.

[6] 盛海洋，王付全.我國(guó)的山地災(zāi)害及其防治[J].水土保持研究，2007，149（1）：129-131.

[7] 吳義泉，鄭海金.江西水土流失與困難之間的關(guān)系[J].中國(guó)水土保持，2006（6）：3-4.

[8] 魏遠(yuǎn)，顧紅波，薛亮，等.礦山廢棄地土地復(fù)墾與生態(tài)恢復(fù)研究進(jìn)展[J].中國(guó)水土保持科學(xué)，2012，10（2）：107-114.

[9] P.M. Holmes， D.M. Richardson. Protocols for Restoration Based on Recruitment Dynamics， Community Structure， and Ecosystem Function： Perspectives from South African Fynbos[J]. Restoration Ecology，1999，7（3）：215-230.

[10] E.F. Redente， T. McLendon， W. Agnew. Influence of topsoil depth on plant community dynamics of a seeded site in northwest Colorado[J]. Arid Soil Research and Rehabilitation， 1997，11（2）：139-149.

[11] R.E. Dunker， C.L. Hooks， S.L. Vance， et al. Deep tillage effects on compacted surface-mined land[J]. Soil Science Society of America Journal，1995，59（1）：192-199.

[12] 張艷.廢棄稀土礦區(qū)尾砂土壤改良及其植物修復(fù)試驗(yàn)研究[D].贛州：江西理工大學(xué)，2014.

[13] G.M. Tordoff， A.J.M. Baker， A.J. Willis. Current approaches to the revegetation and reclamation of metalliferous mine wastes[J]. Chemosphere，2000，41（1-2）：219-228.

[14] 李若愚，侯明明，卿華，等.礦山廢棄地生態(tài)恢復(fù)研究進(jìn)展[J].礦產(chǎn)保護(hù)與利用， 2007，157（1）：50-54.

[15] 童方平，李貴，龍應(yīng)忠，等.土壤改良劑和石灰對(duì)銻礦區(qū)造林成活率的影響[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2011，27（2）：66-71.

[16] 劉旭，吳余金，熊曉暉，等.生物調(diào)理劑對(duì)重金屬污染土壤的原位修復(fù)效果[J].江西科學(xué)，2014，32（4）：523-526.

[17] 解開治，徐培智，陳建生，等.酸性土壤改良劑在南方旱坡地花生上的應(yīng)用效果研究[J].廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，37（11）：10-12.

[18] 張艷，鄧揚(yáng)悟，羅仙平，等.土壤重金屬污染以及微生物修復(fù)技術(shù)探討[J].有色金屬科學(xué)與工程，2012（1）：63-66.

[19] 劉德鴻，成杰民，劉德輝，等.蚯蚓對(duì)土壤中銅、鎘形態(tài)及高丹草生物有效性的影響[J].應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報(bào)，2007，13（2）：209-214.

[20] 李德榮，董聞達(dá)，廖漢民，等.治理稀土尾砂中百喜草的生長(zhǎng)和促苗措施的研究[J].江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，23（1）：93-95.

[21] 李小飛，陳志彪，陳志強(qiáng)，等.南方稀土采礦恢復(fù)地土壤稀土元素含量及植物吸收特征[J].生態(tài)學(xué)雜志，2013，32（8）：2126-2132.

[22] 李德榮，董聞達(dá)，廖漢明，等.百喜草治理稀土尾砂的水土保持效果研究[J].水土保持學(xué)報(bào)，2003，17（4）：122-124.

[23] 曹學(xué)章，李小青，池明茹，等.4種草用于南方稀土尾砂地種植的適宜性之比較[J].江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，34（3）：603-608.

[24] 李冰，謝小康，廖富林，等.香根草對(duì)稀土礦廢棄地土壤環(huán)境影響分析——以廣東平遠(yuǎn)稀土礦為例[J].嘉應(yīng)學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)），2011，29（5）：60-64.

[25] 王友生，吳鵬飛，侯曉龍，等.稀土礦廢棄地不同植被恢復(fù)模式對(duì)土壤肥力的影響[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2015，24（11）：1831-1836.

[26] 宋祥蘭，王蘭英，鄺先松，等.贛南廢棄稀土礦區(qū)植被恢復(fù)模式試驗(yàn)[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2015，35（6）：58-62.

[27] 廖日富.定南縣治理廢棄稀土礦山的成功實(shí)踐[J].中國(guó)水土保持，2014（5）：6-7.