赣南废弃稀土矿区尾砂修复技术研究进展

吴建富 高绘文 卢志红 魏宗强

摘   要   介绍了赣南废弃稀土矿区概况，据统计，赣南稀土矿约有1.5亿立方米尾砂未得到妥善处理，近10万公顷耕地地表植被遭到破坏，致使矿区及其周边土壤沙化、土壤污染、水土流失严重。分析矿区土壤修复的物理化学修复技术（换土、客土、深耕、施肥和利用土壤改良剂等）、生物修复技术（微生物修复、土壤动物修复、植物修复）研究进展，提出了今后多方法联用修复技术展望。

关键词   废弃稀土矿区;土壤修复;物理化学修复;生物修复;赣南

中图分类号：S156    文献标志码：C    DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2018.34.032

江西赣州素有“稀土王国”之称，拥有全国30%以上离子型稀土资源[1]，主要分布在定南县、宁都县、信丰县、寻乌县、安远县、会昌县、全南县和龙南县等地[2]。稀土矿业自20世纪70年代开采以来，为国家经济发展和战略安全发挥了十分重要的作用，但与此同时，对矿区及其周边土壤资源与生态环境也造成了不同程度的破坏。据统计，赣南稀土矿开采至今约有1.5亿立方米尾砂未能得到妥善处理，近10万公顷耕地地表植被遭到破坏，致使矿区及其周边土壤沙化、土壤污染、水土流失严重，植被难于恢复，给当地农业生产和生态环境造成极大的不利影响[3-7]。长期以来，我国学者对废弃稀土矿区尾砂土壤改良及其植物修复开展了大量研究，也取得了重大研究成果，对促进矿区及周边农业可持续发展和生态保护、实现国家生态文明建设和“绿色崛起”战略具有重要的理论意义和现实意义。笔者简要综述矿区土壤修复技术研究进展，以期引起对废弃矿区尾砂修复的重视，为赣南废弃稀土矿区尾砂治理研究提供参考。

1 矿区土壤修复技术研究进展

废弃稀土矿区生态恢复与重建的关键是土壤修复，而土壤生态系统功能的恢复是废弃稀土矿区生态恢复的根本保障。由于土壤生态系统自身的复杂性，以及空间地域的差異性和有毒物质污染的特殊性，加大了研究难度，制约了其研究发展进程，已成为科技工作者的一大研究难题。众所周知，矿区土壤修复技术方法大致可分为物理化学修复方法和生物修复方法[8]。常用的物理化学方法包括换土、客土、深耕、施肥和利用土壤改良剂等;生物修复方法大致分为微生物修复、动物修复和植物修复。与传统的物理化学修复技术相比，生物修复技术的成本低，在改良和修复废弃矿区环境、防止水土流失的同时，可以改变地表景观，丰富土壤生物多样性，是一种环境友好型修复技术。尤其是植物修复技术具有更好的稳定性、实用性和可操作性，是一种低投入、可复制、可持续的绿色生态修复方法，因而倍受各界学者关注。

1.1 物理化学技术

1.1.1 换土和客土

土壤质量的好坏是影响植被生长的重要因素之一，换土和客土是指把异地良好的土壤直接覆盖于矿山废弃地表层，为废弃矿区的植被恢复提供有利的立地条件。国外研究表明，客土覆盖对修复废弃矿区土壤、促进地表植被生长具有明显的促进作用，当覆盖土层厚度达10～15 cm，修复效果明显[9-11]。尽管该技术方法成熟、修复效果好，但客观上存在客土土源供给难、工程量大、操作困难、费用高等缺点。因此，该方法对废弃稀土矿区土壤质量重建与生态恢复的可操作性较低。

1.1.2 深耕

良好的土体构造是衡量土壤质量、确保植物生长的重要因素，而深耕松土是创造良好土壤结构最有效的方法。有研究表明，废弃稀土矿区土壤修复后农作物产量和翻耕深度呈良好的线性关系[12]，但同样也存在工作量大、劳动强度高等问题。

1.1.3 施用有机肥或土壤调理剂

废弃稀土矿区土壤一般存在土壤pH极端、养分比例失衡及有毒物质污染严重等问题，致使废弃矿区土壤生态系统遭到破坏，植被难于在短时间内自然恢复。施用有机肥或土壤调理剂可以在较短时间内调节土壤pH值，改善土壤理化和生物学性状，提高土壤有效养分含量，缓解有毒物质的毒性，达到改善土壤质量、提高植被覆盖率及其生物学产量的目的。研究指出，利用有机物料，如畜禽粪便、木屑、堆肥、污泥等农业废弃物资源能提高废弃矿区土壤pH 值，改善土壤结构，提高土壤保水供肥能力，缓解重金属毒害[13-14]。对锑矿区施用石灰和土壤改良剂可以有效提高土壤pH值，降低土壤中有效态稀土元素含量及其生物有效性，提高造林成活率[15]。刘旭等[16]研究表明，施用生物调理剂有利于改善矿区土壤理化性质，提高土壤pH值、有机质和CEC含量，降低土壤重金属Cu、Cd、Pb的生物毒性。解开治等[17]研究指出，施用土壤改良剂可增加矿区土壤花生的生物量，花生增产效果明显。

1.2 生物修复技术

1.2.1 微生物修复

微生物修复技术是指利用微生物产生的天然生物活性物质使土壤中污染物含量降低或无害化，使受污染土壤的微生物体系得以恢复、重建，土壤功能完全或部分恢复到原始状态的一种土壤环境污染治理技术。该技术应用成本低，对土壤肥力和代谢活性负面影响小，复垦周期短，同时还可避免因污染物转移进而对人类健康和环境产生影响[18]。

1.2.2 土壤动物修复

土壤动物是土壤生态系统中的分解者和消费者，直接或间接作用于土壤物质、能量转换，影响着微生物的生命活动及其生物量，对恢复废弃矿山土壤生态系统功能具有周期短、见效快等特点。有研究表明，蚯蚓在土壤中的活动及其代谢产物不仅可以改善土壤的理化性质，促进植物的生长发育和提高其生物量，还可以富集土壤中的有毒元素，降低其污染，达到废弃矿区生态环境恢复与重建的目的[19]。但蚯蚓放养过程中易因矿区土壤环境恶劣、蚯蚓对不良环境耐性差等问题，导致蚯蚓逃逸、死亡现象突出，影响其修复效果。

1.2.3 植物修复

与微生物修复和土壤动物修复相比，植物修复技术具有稳定性高、应用性广、可操作性强、成本低、可持续性高等优点。该技术的关键是选择适宜的植物。有研究表明，在南方稀土尾砂植被恢复试验中，百喜草和狼尾草从耐旱性、耐贫瘠和生长力三方面综合表现最好，是适宜在南方稀土尾砂地种植的草本植物[20-23]。李冰等[24]研究指出，种植香根草能改善稀土矿废弃地土壤，结合施肥的效果更佳。王友生等[25]、宋祥兰等[26]、廖日富[27]研究均认为，选择耐高温、耐酸性、耐贫瘠的高效速生植被（宽叶雀稗、胡枝子、木荷、枫香、山杜英、百喜草）配置种植，有利于改良稀土矿废弃地土壤肥力水平。

2 展望

近年来，随着耕地质量提升工程项目的实施和我国生态文明建设发展的需要，赣南废弃稀土矿区土壤生态问题已成为社会各界高度关注的问题之一。因此，如何对稀土矿区尾砂进行高效治理及其植被修复是矿区生态修复领域研究的热点。目前，国内关于对废弃稀土矿区土壤改良、修复的研究已有不少报道，但大多存在修复技术单一、治理修复时间长、成本高、工程量大、劳动强度高、治理效果慢等问题，联合使用几种修复技术或许是未来矿区土壤修复的发展方向。自2015年开始，江西农业大学国土资源与环境学院与江西汇申土壤环境科技有限公司合作，在赣南寻乌县文峰乡上甲村典型的废弃稀土矿区尾砂地开展了土壤原位修复试验与示范，从试验示范现场来看，采用申祗土壤调理剂（利用天然有机物料、硅酸盐类和碳酸钙类矿物等原料加工而成）与草本植物（狼尾草、百喜草等）联合对稀土矿区尾砂原位修复的效果十分明显，且时间短，见效快，效果好。经测产表明，试验区当年草本植物覆盖率达到95%以上，鲜草产量达90 t·hm-2以上;与对照相比，土壤有机质、有效氮磷钾和CEC含量均显著提高，土壤生物多样性明显增加。笔者认为，采用土壤调理剂与多种草本植物联合对废弃稀土矿区及其周边尾砂土壤进行修复是目前最有效、最简单的治理方法，值得大面积推广应用。

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