【技术】矿山废弃地的生态修复技术

3.2.1植物筛选技术植物修复技术的关键是筛选适宜的物种，植物能够用于矿山废弃地的修复依赖于植株对重金属的直接吸收和累积。目前，关于重金属耐性植物、富集或超富集植物的研究已经广泛开展。Cu富集能力最强的是高山甘薯（Ipomoeaalpina），累积铜的含量可高达12300mg/kg，鸭跖草（Commelinacommunis）地上和地下部分含铜量可达2200mg/kg。此外，海州香薷（Elsholtziahaichowensis）、酸模（Rumexacetosa）、小头蓼（Polygonummicrocephalum）叶片的含铜量为200~500mg/kg。Pb超富集植物有高山漆菇草（Minuaritiaverna），地上部分含铅量高达11400mg/kg，羽叶鬼针草（BidensanximawicziamaOett）、东南景天（Sedumalfredii）地上部分对Pb的累积量可达1000mg/kg以上。Zn超富集植物主要是遏蓝菜属植物，对Zn的最高累积量可达3000mg/kg。Cd超富集植物主要有天蓝遏蓝菜（Thlaspicaerulescens）、龙葵（SolanumnigrumL.）、宝山堇菜（Violabaoshanensis）、忍冬（LonicerajaponicaThunb.）、印度芥菜（Brassicajuncea）等。当前，用于矿山废弃地修复的植物多以草本为主，草本植株矮小，地上生物量较少，而且以草本植物为主的植被群落抗逆性较差，在极端气候条件下容易全部死亡。

与之相比，木本植物是植被系统的重要组成部分，不仅地上部分生物量大，而且根系发达，抗性较强，将成为重金属耐性植物筛选的研究趋势。杨柳科植物通过植物提取或固定的方法，对土壤中重金属具有较强的吸收富集能力。文献研究表明在一个生长期内，北京杨（Populus×beijingensis）、加拿大杨（Populus×canadensis）和健杨（Populus×canadensis‘Robusta’）枝部对镉的吸收量为21.3~26.8mg/kg，叶部对镉的吸收量为24.3~35.8mg/kg，其幼林可使土壤中镉含量削减0.6~1.2mg/kg。此外，杨对重金属汞也有较强的耐受性，加拿大杨体内汞的耐受阈值约为95~100mg/kg，最高富集量可达233.77mg/kg。旱柳（Salixmatsudana）对铜有较强的富集能力，利用铜矿尾砂试验210天后，其根系中铜的含量高达1649.06mg/kg，而植株并没有发现明显的毒害作用。柳树经过两年生长后对土壤中镉和锌有较高的提取效率，分别为47~57g/hm2和2.0~2.4kg/hm2。

除了杨柳科植物外，其他木本植物对重金属耐性和修复作用的研究也逐渐受到关注。木本豆科植物银合欢（Leucaenaleucocephala）能在铅锌尾矿库上成功定居，其所吸收的重金属铅含量80%蓄积在根、茎和叶。桑树（MorusalbaL.）在七宝山矿区污染试验地生长5个月后对土壤中Cu、Pb、Cd的削减量分别为1.21、0.74、0.21mg/hm2。臭椿（Ailanthusaltissima）在土壤中Cu含量为50~90mg/kg时，植株组织年均累积铜约20mg。虽然木本植物对重金属的富集优势不及草本植物，但是草本植物不宜生长于贫瘠环境，且生物量很少，由于根系不发达，对废弃地深层土壤的修复效果不明显，而选择木本植物进行生态修复能克服这些不足。

3.2.2植物修复强化技术植物修复技术也存在一定的局限性，首先，耐性植物虽然可以在污染的废弃地上生存，但是其生长速度缓慢，而且大多超富集植物个体矮小，生物量小，修复历时较长。其次，由于废弃地中重金属多为难溶态，可以被植物吸收利用的生物有效性低，而植物修复的最终目的是利用植物尽可能多的去除重金属。因此，需要通过植物修复强化技术提高重金属的活性、促进植物对重金属的吸收。可以利用有机肥、施加螯合剂、引入土壤动物等措施促进植物修复，研究发现，将EDTA、DTPA等螯合剂加入污染土壤中，通过与金属离子形成可溶络合物可以明显提高植物中重金属含量的累积，促进植物的提取修复。需要注意的是，螯合剂一般难以分解，残留期较长，易引起土壤或水体的二次污染，且价格昂贵，对于大面积的矿山废弃地修复而言，成本过高。

3.2.3修复植物处置技术利用超富集植物修复污染废弃地，当植物生长累积到一定阶段时，需要对植物的组织进行收获，从而产生大量重金属富集植物体。如果对这些植物处置不当，重金属元素可能重新释放到环境中形成二次污染。传统的处置方法有：焚烧法、高温分解法、堆肥法、压缩填埋法、灰化法、液相萃取法等。新兴的处置方法有：植物冶金法、热液改质法、生物解吸法等。目前，修复植物的处置技术尚处于研究阶段，虽然取得了一些成果，但是在处置技术的工艺流程设计、处置效果和资源化利用方面还存在争议，一定程度上阻碍了植物修复技术的工程化应用。

3.3微生物修复技术

微生物修复技术是通过对废弃地的建植植物接种菌根，利用根际微生物活动，改良土壤微环境的同时，改善植物营养条件，促进植物生长发育，从而对废弃地进行生态修复的一种技术。近年来，菌根技术已成为污染土壤修复的研究趋势，并且取得了较好的效果。王红新等利用铁矿尾砂作为基质接种丛枝菌根，试验结果表明菌根的接种使植物地上部分磷含量增加了2倍，促进了植株对磷的吸收。Rickenetal将菌根接种于锌、镉污染的土壤中，观测到苜蓿体内由根系向地上部分转移的重金属增加。Dennyetal也认为菌根菌丝分泌物改变了环境中的重金属有效性，促进了植物对重金属的吸收，提高了植物的抗性。微生物修复技术的基础是对适宜于废弃地的微生物群落进行筛选，可以利用废弃地定居植物根系微生物通过培养和繁殖后用于修复，因为这些微生物在长期的胁迫条件下，能够自然存活，表明其对环境具有较强的适应性和抗逆性。

3.4辅助修复技术

针对矿山废弃地的特征，除了采取必要的生态修复技术外，还需要辅助一些如边坡稳定、截排水措施等，才能达到生态修复的最佳效果。

边坡稳定技术。由于矿山废弃地多形成高陡边坡，为了保证坡面的稳定，需要采取削坡卸载、挂网加锚杆固定、修建挡土墙等技术使边坡稳定，为生态修复提供必要保证。

截排水措施。为了有效排除坡面降水和减少水土流失，需要在坡顶、坡面设置截排水沟，防止径流和汇水对坡面基质和修复初期植物的冲刷，保证坡面基质的长期稳定，同时降低大量降水进入坡体后产生滑坡的危险。

覆盖措施。利用植物种子修复时，在播种之后可以使用草帘、无纺布等进行覆盖，防止雨水冲刷和大风吹蚀，起到保水保温作用，促进种子的萌发，也可以防止鸟类对种子的取食。

4结论与讨论

在金属矿山废弃地生态修复过程中，植物修复是应用前景最好的技术，但是为了达到最佳的修复效果，通常需要将上述生态修复技术联合起来使用。基质改良技术是从根本上改变植物生长的限制因子，是植物修复的先决条件，而微生物修复技术又能提高植物的修复作用。有些金属矿山废弃地，在修复完成之初植物生长状况较好，之后会逐渐发生衰退。因此，要系统研究重建植被的动态及种类组成与基质改良措施，营养元素积累和循环、重金属含量和形态变化等的关系，揭示控制群落动态和稳定性的主要因素，为生态系统的稳定性和自我维持提供理论基础。

目前，金属矿山废弃地生态修复技术的研究大多是在温室盆栽、小规模试验地进行的，由于不同区域、不同类型金属矿山的废弃地差异性较大，将这些技术用于实地修复时往往由于环境因子、立地条件发生改变而达不到预期效果。今后的研究应该以金属矿山废弃地修复工程实践为主，通过具体案例研究，归纳总结出因地制宜的生态修复模式，以便在生态修复实践中应用和推广。

金属矿山废弃地生态修复成功与否需要通过修复效果来评估。因此，要开展矿山废弃地生态修复效益评价体系的研究，以污染控制、生态价值、生物多样性、环境效益、景观改良等为指标，评价矿山废弃地重建生态系统的投入产出效益，为合理选择生态修复技术提供支撑。