矿山土壤生态修复相关技术的应用

刘津君

（福建马坑矿业股份有限公司 福建龙岩 364000）

0 引言

在我国社会经济不断朝前迈进的过程中，各种矿产资源的开发成为社会发展的重要支撑之一。不过，有关数据表明，大部分矿山企业在完成矿产资源的开采之后未被妥善管理，导致地质灾害频频发生［1］。由此可见，矿山生态修复工作需要受到人们更多的重视［2］。在开展这项工作时，应当对修复区域土壤的实际污染情况进行充分地分析，选用高效的修复技术，确保“对症下药”，实现“药到病除”。

1 矿山土壤污染程度评估方法

在对矿山土壤污染进行生态修复之前，需要对矿山所在区域土壤受污染的程度进行评定，以此选取最适宜的修复技术。在进行这一环节时，首先需要在待修复区域内进行土壤采样，将样品中重金属含量的检测数据导入到SPSS 软件中，借助软件分析得到污染区域污染物的标准差以及平均值等相关数据，然后进行污染程度的评估。在评估矿山土壤污染程度时，一般使用内梅罗综合指数法，其包含单因子指数法与多因子指数法。

1.1 单因子指数法

顾名思义，该评估方法主要是用于分析矿山土壤中单一污染物元素所造成的污染程度。全球多个国家在分析和研究矿山土壤污染物时，这种方法使用的频率较高。单因子指数法的计算如式（1）。

式中：Pi为矿山土壤中单一污染物元素的污染程度指数；Ci为采集到的土壤样品中该污染物元素实际测量时所获取到的具体含量；Si为该污染物元素在其所处地区的对照值（背景值）或者是国家标准值。

如果Pi＞1 时，已经高出土壤对照值，那么就说明测量区域的矿山土壤污染程度达到了超标的水准；如果Pi＜1 时，尚未超出土壤中污染物含量的标准，此时土壤污染程度可以被判定为无污染；如果Pi＞3，说明该矿山区域内土壤污染物含量已经达到了严重超标的层次，判定为严重污染。

1.2 多因子指数法

多因子指数法在对修复矿山土壤的污染程度进行评价时，计算公式如式（2）。

式中：PN为被测矿山区域土壤中多种污染物元素在土壤中的污染程度指数；Pi表示这一区域内土壤中某一种单一种污染物元素的污染程度指数；Pimax为多个污染物元素中单项污染综合指数最大值。

总体来说，在内梅罗综合指数法中，单因子指数法只能够用于将矿山土壤中某一种单一的污染物元素对土壤环境造成的实际污染情况进行直观地反映。但从实际情况来看，一片土壤中所含的污染物元素并不单一，往往是由多种不同的污染物共同作用所产生的复合型污染。在对矿山土壤的污染程度进行评估时，仅仅使用单因子指数法是难以获得比较全面的结果的。而多因子指数法可以弥补其弊端，能够将矿山区域受污染土壤中所含有的多种污染物元素所造成的实际污染程度进行更加综合且全面的反映［3］。因此，多因子指数法在实际应用期间所得到的数据又可以被称为综合污染指数。在使用内梅罗综合指数法进行土壤污染程度评价时，土壤污染指数分级标准如表1 所示。

表1 土壤污染指数分级标准［3］

2 矿山土壤生态修复相关技术

2.1 液压喷播植草技术

液压喷播植草技术来源于国外，是1 种新近开发的植物生态修复技术形式。这种技术在实际应用期间，需要在混合箱内将色素、土壤改良剂、纸张、粘着剂、肥料以及草籽等物质按照相应的比重与水混合之后进行充分地搅拌［4］。在完成修复材料的制备之后，用相应的机械设备将混合后的材料喷射到被污染的矿山土壤中。该技术本身有着较为鲜明的优势，在完成草籽的均匀喷播之后，能够在土壤表面形成一层薄膜，这种薄膜本身具有保温和保水性能，可以为植物种子发芽提供良好的条件，并且有着较高的施工质量和施工效率。除此之外，这种技术有着较为良好的防护效果，在应用到矿山土壤生态修复工作中30 d 左右，即可以实现70%以上的植被覆盖。此外，液压喷播植草技术还能够适应多种气候条件。

2.2 生物活性无土植被毯技术

生物活性无土植被毯技术在实际应用期间需要使用到活性固土制备培植构件，这种构件中至少需要包含1 个固底构件，可以放置携有根须的植物。纤维束是构成固底构件的主要要素，在纤维束外侧还需要进行网格加固层的设置。在实际使用过程中，需要在地表进行固底构件的排列，通常以所处地区的地形作为依据。在纤维束吸收到水分之后，固底构件本身的重量会增加，从而起到良好的固定土壤的作用，达到绿化环境、改善景观的目的。广元朝天区民主硫铁矿位于广元朝天区李家乡民主村，2013 年被区人民政府实施政策性关闭，2019年被纳入长江干支流沿岸10 km 历史遗留矿山生态修复项目。该矿山的主要污染问题为废弃堆积物污染周边环境，影响植物健康生长，因此，植被恢复是其中最为主要的一项内容。在应用生物活性无土植被毯技术进行修复之后，新增的耕地面积超过了9 333 m2，实现了全方位修复土地的目的，区域内地表植被得以有效恢复。

2.3 BS 活性土壤生态修复技术

BS 活性土壤生态修复技术中BS（Base Saturation）的中文含义为土壤盐基饱和度，这一技术主要是借助现代化程度较高的生态修复技术的理念以及成果，同时基于当前已经存在的传统客土喷播技术的前提，引入土壤菌理论，通过较为独特的技术和工艺，研制出1 种更加适合植物生长发育的土壤基材。该土壤基材的优势也十分明显，例如水土保持功能强大，肥力供应可持续化，固土、透气、保水性能优良，土壤活性强以及土壤团粒结构含量高等，能够对风雨侵蚀起到有效抵御作用，从根本上避免出现水土流失的情况。

在确保基面坡体足够稳定的情况下，借助人工作业、机械作业或者是喷附作业的形式，营造土壤基材。植物既可以在基材团粒保水剂的湿润以及肥料、客土等条件和环境的支撑下在短时间内萌芽，并逐渐发展成为植物根系网络，实现植物生长发育的健康化。与此同时，还可以将现阶段土壤基材活性程度不佳、肥力供给难以持续的问题进行有效克服和解决，实现植被群落生长和发育的可持续化。BS 活性土壤生态修复技术在生土基面、沙化基面以及岩石无土基面中的应用可以有效加快岩石风化的进程，即熟土腐殖化进程、生土熟土化进程和土壤化进程，这对于土壤造肥功能的提升是十分有利的。同时还能够为土壤基材养分供给和消耗之间保持平衡提供帮助，促使具备可持续演替功能和生物多样化特性的植物群落在短时间内有效形成。使用BS 活性土壤生态修复技术所完成的矿山土壤生态修复中的人造景观可以与矿山周边原有植被环境呈现出协调一致的局面，进而实现矿山土壤生态有效修复的目标［5］。相较于传统客土喷播土壤修复技术，BS 活性土壤生态修复技术有着相对明显的优势，这种优势对比具体情况如表2所示。

表2 BS 活性土壤生态修复技术与传统客土喷播技术对比

2.4 微生物修复技术

在一些重金属矿山中，土壤环境和生态环境受污染的程度往往比较严重，在修复这一类受污染的土壤时，微生物修复技术是比较常见的一种手段。近些年来，针对微生物修复方法的研究越来越多，微生物治理已经成为一种明显趋势。专家和学者在经过多次的深入研究之后，针对微生物特性应用技术形成了完善的修复系统，如图1 所示。

图1 微生物净化重金属和As 污染土壤的流程图

微生物修复技术指的是使用微生物实现土壤肥力的提升以及污染物质含量的降低［6-7］。举例来说，使用硫酸盐还原菌能够将采矿业酸性矿山废水中的大量硫酸盐进行有效还原和去除，同时还可以与废水中存在的重金属共同沉淀。据实验室结果显示，当pH 值能够在5.00 的数值状态下保持18 h 时，用于还原作用的硫酸盐细菌在回收硫酸盐时，其回收率能够达到46.10%，并且其中存在的铁、锌以及铜等金属的含量也会表现出明显的下降趋势。不仅如此，微生物修复技术还能将有机废物进行充分利用，并将N2进行有效固定，优化土壤本身的化学性质与物理性质。微生物修复技术的应用是一个自然的过程，不会对周边环境产生较大的影响，同时还能大幅降低土壤中的污染物浓度。不过，微生物修复技术本身的复杂程度较高，并且需要经历一段漫长的时间，特异性较为明显，所以微生物修复技术在实际应用时还会受到较大程度的制约。为了提升微生物修复技术的应用效果，还需要积极引入植物微生物联合修复技术或者微生物化学联合修复技术。

3 结语

矿山土壤生态修复技术能够在受污染矿山土壤修复之中发挥相应的作用，降低污染程度，修复自然生态。但也存在一定的不足，难以在所有污染类型的矿山土壤修复中发挥作用，还需要进一步拓宽研究范围，钻研多种矿山土壤的修复技术形式，推动相关行业实现健康、长久发展。