煤矿区土壤污染植物修复技术研究与应用

徐晓军

（忻州市生态环境局西部区域监测技术保障中心，山西 忻州 034000）

煤炭能源作为重要的基础能源，为我国国民经济发展做出了非常重要的贡献。我国每年都需要开采大量的煤炭资源，以供居民生活和工业发展的基本需要[1]。煤矿开采过程不可避免的会对周围生态环境造成不同程度的污染，尤其是土壤的污染问题最为严重[2-3]。已有的实践经验表明，煤矿区土壤中会包含有大量的重金属物质，不仅会对附近各类植物造成损伤，还会威胁到居民的身体健康[4-5]。在我国大力倡导生态文明建设的背景下，有必要利用先进的技术对煤矿区土壤重金属污染进行治理。其中植物修复技术作为非常安全的手段，在很多煤矿区土壤污染治理工作中得到了广泛应用[6]。本文主要研究了植物修复技术在煤矿区土壤重金属污染中的实践应用效果，对于提升煤矿区生态环境具有重要的实践意义和理论意义。

1 煤矿区土壤污染情况概述

此次研究的煤矿区煤层埋深相对较深，主要通过井下开采方式来实现煤矿资源的开采，煤矿生产巅峰时期的每年产煤量可达200万t左右。由于煤矿开采过程中存在过度开采的问题，且没有严格应用科学方法进行回填和支护，使得该煤矿区地表出现了不同程度的沉陷。此外，在长时间的煤矿开采和运输过程中，煤矿区附近土壤出现了严重的重金属污染问题。为改善相关区域的生态环境，现需要对土壤重金属污染问题进行综合治理。在对煤矿区土壤进行取样并初步处理的基础上，利用原子吸收光谱仪对土壤样品进行分析，发现土壤中的重金属元素主要包含锌、铅、铜、镉、镍。为了得出土壤污染区重金属的污染严重程度，除了对污染区土壤进行取样外，还对本地区未受到煤矿开采影响的土壤进行取样并分析。基于检测结果，并结合内梅罗污染指数对重金属元素的综合污染程度进行评价，图1为基于内梅罗污染指数的重金属污染等级评定方法。

图1 基于内梅罗污染指数的污染等级评定方法

表1所示为土壤中五种重金属元素的内梅罗污染指数统计结果。将表中的内梅罗污染指数与图1中的污染等级进行对比发现，镉元素的指数达到了15.836 4，已经远远超过3，属于强度污染等级；镍元素的指数为0.838 6，属于第Ⅱ级别，即处于警戒区间，已经达到了危险的状态；其他三种元素的指数均没有超过0.7，表明这三种重金属元素没有对煤矿区土壤造成污染。另外，五种重金属元素的综合指数达到了15.536 7，属于强度污染等级。

表1 土壤中重金属元素的内梅罗污染指数

2 煤矿区土壤污染植物修复技术

在对煤矿区土壤重金属污染进行治理时，有很多方法可供选择，其中就包括植物修复技术。所谓植物修复技术就是在煤矿区土壤中种植相应的植物，通过植物对土壤中重金属元素的吸收来改善土壤中的营养成分，以达到修复污染的目的。植物修复技术在实践中虽然有速度较慢的缺点，但是可以取得较好的应用效果，不仅能够对土壤中的重金属进行吸收治理，同时还有利于附近区域生态环境的修复。基于此，本煤矿区决定采用植物修复技术对土壤的污染情况进行治理。在选用种植植物种类时，需要充分考虑土壤中的重金属元素特征。结合本地区实际情况最终选用的植物有三种，分别为黄花草木樨、紫花苜蓿、白花三叶草。将上述三种植物在煤矿区土壤中进行大面积种植，需要说明的是三种植物应该分开种植，以便能够单独研究不同植物的治理效果。为了研究植物修复技术对土壤污染情况的治理效果，在种植前将每种植物随机挑选50株，对它们的根长、株高、质量三个指标进行测量，并将各种植物的三个指标取平均值，结果见表2。

表2 三种植物经过两年时间生长前后的指标统计情况

3 植物改良土壤生态效应结果分析

为了检验三种植物对煤矿区土壤重金属的治理效果，需要对种植后的植物指标以及土壤中的重金属含量进行再次测量，并与种植前的情况进行对比。

3.1 植物的生长情况

考虑到植物的生长速度较慢，此次种植时间为两年，即将三种植物种植到土壤中两年后再次开展相关的检测工作。同样的，每种植物随机选择50株，测量其根长、株高和质量，然后取平均值，结果见表2。

由表中数据可以看出，三种植物在重金属土壤中的生长情况均相对较好，说明选择的植物能够很好地适应重金属土壤环境，具有很好的环境适应性。经过两年时间的生长，黄花草木樨的根长、株高和质量分别增长了64.85%、39.85%和48.56%，根部的生长速度最快；紫花苜蓿的根长、株高和质量分别增长了13.68%、25.63%和41.68%，质量的生长速度最快；白花三叶草的根长、株高和质量分别增长了2.56%、11.20%和16.21%，同样是质量的生长速度最快。进一步对比三种植物的综合生长情况，可以明显发现黄花草木樨的生长情况最好，紫花苜蓿次之，最差的是白花三叶草。说明黄花草木樨这种植物能够更好地适应煤矿区土壤的重金属污染情况，白花三叶草虽然可以适应这种生长环境，但是适应性相对较差。

3.2 土壤重金属含量变化情况

经过两年时间的种植后，在三种植物对应的种植区域中再次进行土壤取样，对土壤中的五种重金属元素含量进行检测，并基于内梅罗污染指数对其污染等级进行评价，所得结果如表3所示。由表中数据可以看出，经过两年时间的植物修复后，煤矿区土壤中的重金属污染程度有了明显的降低。除了镉元素的污染指数仍然大于3，属于强度污染外，其他四种重金属元素的污染等级全部降低到了Ⅰ级，即没有污染。但是镉元素的污染指数已经非常接近3，与治理前相比较而言已经有了显著的降低。

表3 植物修复后土壤中重金属元素的内梅罗污染指数

从表3中数据还可以发现，黄花草木樨对铅元素的治理效果最佳，治理前后铅元素的污染指数变化情况达到了78.27%；紫花苜蓿对锌、铅、镉元素的治理效果非常好，治理前后锌、铅、镉元素的污染指数变化情况达到了81.04%、99.53%、80.54%；白花三叶草同样对铅元素的治理效果最佳。经过治理修复后，三种植物对应区域土壤的综合污染指数分别降低到了2.674 2、2.234 9、3.876 6，对应的污染等级分别为中度污染、中度污染和强度无染。虽然还存在严重的重金属污染问题，但是与原始的污染情况相比较而言，已经有了很大的改善。

基于以上分析可以看出，在煤矿区存在重金属污染的土壤中种植植物可以达到很好的治理效果。由于该研究时间为2年，所以并没有将对应区域土壤的污染程度降低到理想状态。但是，相信经过更长时间的修复治理，可以将重金属污染问题得到彻底解决。

4 结论

煤矿开采和运输过程会对附近土壤造成严重的重金属污染，对生态环境造成恶劣影响，还会威胁附近居民的身体健康。基于植物修复技术可以对土壤中的重金属污染问题进行很好的修复，通过在煤矿区重金属污染土壤中种植植物，对种植前后植物的根长、株高和质量3个参数进行对比分析，发现植物可以在重金属污染土壤中很好地生长。又对植物修复前后对应土壤中的重金属污染程度进行研究，发现植物修复技术对重金属污染的治理具有很好的修复效果，显著降低了土壤中的重金属污染程度，取得了显著的生态效益。