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。
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