1、植物修复在雷坪矿区土地复垦中的应用摘要： 矿区土地往往具有荒漠化特征，气温失调、保水差、湿度低、肥力低，同时还可能有重金属超标的问题。恢复土地功能、维护生态平衡是矿区土地复垦的主要目标。植物修复是通过植物的吸附、吸收、挥发来消除污染物，通过植物的群落演替来重新构建完整的生态体系。本文以雷坪矿区为背景，以黑麦草为例，分析、总结了植物修复在重金属污染矿区土地复垦中的应用情况。 关键词：土地复垦 重金属污染 植物修复 固废场 尾矿库 黑麦草 中图分类号：U465.2+1 文献标识码： A The Application of Phytoremediation in Landreclamation i
2、n Lei Ping mining area Chen Wen1 Zhen HuaWei1 Zhang YueAn1 Deng ShuShen1 (1 Changsha Research imbalance, poor water retention, low humidity, Low fertility, and it may also have aproblem of excesslevel ofheavymetal. Recovery of land function and ecologicalbalance is the prime target of land reclamati
3、on. The phytoremediation eliminates pollutants via adsorption, absorption, evaporation, and constructs ecological system via plant community. In this article, taking the Phytoremediation in Lei Ping for example, it analyses and summaries the adaptability of Ryegrass in this project. Key word: Landre
4、clamation, Heavy metal pollution, Phytoremediation, Solid wasteyard, Tailings, Ryegrass 1 前言 采矿，是人类改变地球表观，破坏地表生态最严重的活动之一，地面挖损、废弃物堆积和污水外排，对区域内植被系统、土壤结构造成严重破坏，对水源造成严重污染1。 随着“绿色矿山建设”概念的提出，矿山企业开始重视对新矿区的资源综合利用、节能减排、环境保护，对老矿区的土地复垦，以求维护矿区生态平衡。 植物修复，是现在热门的生态修复手段，指利用绿色植物来容纳、转移或转化污染土壤及水体中的有机物、重金属、放射性元素等污染物，使其
5、对环境无害 2。对矿区环境而言，可以通过有选择地种植耐性植物，辅以基质改良，加速矿区废弃地的生态恢复，使受损矿山生态系统恢复到采矿前的自然状态，或恢复成与周围环境相协调的其它状态1。 雷坪矿区，紧邻欧阳海水库，位舂陵江上游，属湘江主要支流的源头区，重金属污染严重。2012 年初启动尾矿库闭库、水库疏浚、土地复垦等一系列“湘江源头保护”治理工程，本文重点介绍矿区固废堆场土地复垦的情况。 2 环境情况 雷坪矿区约 6.8km2 的植被遭受破坏，地表裸露，植被覆盖率低于 60%。区域内露天废石场占地约 50000m2，废石堆放量约 200 万 m3，下游沟谷内淤积尾砂、废渣约 156 万 m3，欧阳
6、海水库内尾砂淤积带长约 100m，宽约 150m，深约 30m，沉积量约 75 万 m3。采取废石治理、尾砂回采、筑坝拦砂等项目后，最终形成一个由废石、废渣、尾砂堆砌而成，库尾高，坝前低，顺坡坡度 2.0%的固废堆场，植被待恢复面积约 100000m2。 大面积的裸露地表使得堆积区及周边气象效应失调，异于原阔叶林生态环境，而趋于荒漠化环境，对土地复垦造成以下不利情况3： (1)尾砂、废石、废渣比热容小，固废堆场地白天升温迅速，夜晚降温快，昼夜温差大，地温缓冲弱，容易在早春和晚秋时，造成植物受低温冻害。 (2)尾砂、废石、废渣的颗粒组成和结构成分与土壤不同，其含水量、持水能力与土壤相差悬殊，一般
7、而言，固废的含水量低于土壤，干旱时期更为明显，降雨时，含水量升高幅度也小于土壤升高幅度，且雨停后，很快将至雨前水平，基本丧失土壤“植物水库”的功能，容易造成植物生理缺水。 (3) 库区整体植被覆盖率低，固废堆体表面蒸发量大，植物蒸腾消耗潜热低，区域内相对湿度偏低，夏季积温偏高，春秋季积温偏低，热量资源季节分配不均，容易导致植物生育期缩短。 矿区尾砂属第类一般工业固废，主要危害物质为Pb、As、Zn、Cu、Cd 等重金属元素。成分鉴别结果为：Pb 含量为2685.8mg/kg，Cu 含量为 287.4mg/kg，Cd 含量为 14.1 mg/kg，As 含量为6614 mg/kg；浸出液鉴别结果
8、为：PH 值 6.3，Pb 浸出量为 0.02mg/L，Cu浸出量为 0.05mg/L，Cd 浸出量为 0.05mg/L，As 浸出量为 0.1mg/L。重金属的毒性，可能抑制植物的种子萌发，影响叶绿素生成、光合生理性，影响株高、生长速度等生长特性，显著降低植物地上部分生物量 46。3 复垦方案 针对雷坪固废堆场物理结构不良、表层温差大、保水性差、重金属毒性大的情况，土地复垦首先要对废弃堆场进行基质改良，以利植物定居。 表土覆盖是最简单的基质改良措施。雷平矿区土层为红壤土及少量河淤土，土层深厚，层次分明，质地偏沙。因此矿区拟从附近山体剥取山皮土，就近挖取欧阳海水库内沉积的污泥，以 1：1 的比
9、例混合，再施加 0.2%化肥混合后，覆于堆场表面，层厚 50cm，以提高覆土的有机质含量。 覆土坡面上设置反坡水平条沟，以利日常集水。条沟水平间距 20m，宽 1530cm，深 1530cm，外侧壁较内侧高 5cm。条沟之间植草，条沟内侧沿边挖坑植树，树坑尺寸 30cm50cm，深 50cm，间距 1.5m，坑底和侧壁铺设地膜以保水，并在坑内投放 10g 保水剂，与回填客土拌匀。 仿效自然植被演替规律，堆场采取先植草，再种灌木，最后种植乔木的方法，其中初期修复草本定为黑麦草，而后期的灌乔木拟选当地生长旺盛的油茶、映山红及杉树、松树。 4 种植措施及评价 单一污染下，黑麦草对 Pb、Zn 有很强
10、的抗性和耐性，对 Cu、Cd 抗性中等，生长快，生物量增大710，在 As 污染土壤中能存活，能生长11。但复合污染下，受 Cu、Zn、Cd 的共同胁迫，黑麦草根芽的萌发会受到抑制5，因此考虑将草种预先混合磷肥泡发萌芽后，再人工撒播，以提高草籽成活率。 雷坪属高丘地形，砂壤土，亚热带季风气候，历年平均降雨量1385.2mm，气温-9.535，平均气温 17.2，平均日照 1701.4h，全年无霜期 277 天。黑麦草适宜生长条件：土壤湿润，PH 值 67，温度1227，低于 5或高于 35时发芽困难，因此提前在 9 月底 10 月初播种。播撒后，人工均匀散布细土覆盖于草种上，以防渍害；适时浇水
11、，以保持土壤湿润。最后铺纤薄土工布，以保暖，减少温度骤变；。 目前，黑麦草种植工作已完成，播种片区均全部出芽，未出现秃斑区，且草芽长势良好，播撒草芽后 10 天，草本株高约 10cm，27 天后，株高约 25cm，草体油绿，基本达到正常生长水平，没有出现担心的死苗、黄叶、生长缓慢等不良情况。 5 管理措施及建议 黑麦草的根系能对土壤中重金属元素吸附与沉积，阻止重金属向地下水渗漏，减少重金属在土壤表面的侵蚀和移动，阻止重金属随粉尘在空气中扩散，同时，黑麦草对一些重金属具有“富集”作用，能将重金属从根系转移、储存到茎叶，比如 Zn、Cd 在地上部的含量大于根系含量，通过收割茎叶离地处理，很好地完成
12、污染土壤的提取修复1113。黑麦草的叶片在播种后的营养期内生长迅速，进入繁殖期后逐渐缓慢，因此，待黑麦草长至 3540cm 时进行刈割，留高 23cm，到次年 6 月底前轮流刈割 45 次，可刺激生长，强化重金属富集，增大总生物量，提高重金属污染修复能力14。 黑麦草在金属富集方面具有 3 个特点15：1）对低浓度污染物亦具有较高的富集速度；2）能在体内富集高浓度的污染物；3）能同时富集几种污染物，因此该固废堆场上的黑麦草是否可作为附近牲畜的饲料，须先进行食品卫生检测，避免超标重金属进入食物链。 6 小结 根据雷坪矿区的特点，选择黑麦草作为矿区固废堆场的修复草种，就目前草体的发育生长情况来看，
13、黑麦草能适应当地的生存环境，在短时间内覆盖土地形成草丛，满足为后期灌木、乔木生长提供营养的要求，促使植被群落演替，重建复垦后生态系统。同时，黑麦草能实现对污染固废堆场的重金属固定和富集，减少重金属下渗，避免下游水域污染；提取重金属，恢复土地功能。这种植物修复措施简单易行，经济有效，值得类似重金属矿区土地复垦工程借鉴使用。 参考文献： 1 李明顺，唐绍清，张杏辉，等，金属矿山废弃地的生态恢复实践与对策J矿业安全与环保，2005，32（4）：1618 2 黄铭洪，骆永明，矿区土地修复与生态恢复J土壤学报，2003，40（2）：161169 3 林素兰，袁立新，采矿业对环境影响效应研究J水土保持通报
14、，2005，25（1）：8891 4 陶玲，任珺，祝广华，等，重金属对植物种子萌发的影响研究进展J.农业环境科学学报（增刊） ，2007，26：5257 5 丁园，刘继东，陈炳存，等，重金属胁迫黑麦草种子萌发的影响J.江西畜牧兽医，2005.3：2122. 6 许振岚，陈红，城市污泥人工土壤中重金属生物有效性及综合毒性研究J,浙江大学学报（理学版） ，2010.37（3）：300305 7 乔冬梅，庞鸿宾，齐学斌，等，黑麦草分泌有机酸的生物特性对铅污染修复的影响J.农业工程学报，2011，27（12）：195199 8 徐卫红，熊治庭，李文一，等，4 品种黑麦草对重金属 Zn 的耐性及 Zn
15、积累研究J.西南农业大学学报（自然科学版）：785790 9 徐卫红，王宏信，王正银，等，重金属富集植物黑麦草对锌、镉复合污染的响应J.中国农学通报，2006,22（6）：365368 10 龙健，黄昌勇，腾应，等，铜尾矿对五种牧草生长情况的影响J中国草地，2003，25（2）：1821 11 冯人伟，植物对砷、硒、锑的富集及抗性机理研究.华中农业大学，2009 12 刘芳，张飒，苏敏，等，重金属超富集植物研究进展J.黑龙江环境通报，2011,35（3）：5962 13 张蕾，李红霞，马伟芳，等，黑麦草对复合污染河道疏浚底泥修复的研究J，农业环境科学学报，2006,25（1）：107112 14 温丽，傅大放，两种强化措施辅助黑麦草修复重金属污染土壤J.中国环境科学，2008，28（9）：786790 15 冉文静，傅大放，黑麦草修复模拟重金属污染土壤的化学强化及其潜在风险J，东南大学学报（自然科学版） ，2011.41（4）：793798 第一作者及联系人：陈雯（1983-） ，女，汉族，化工部长沙设计研究院，工程师，410014，湖南省长沙市。
