矿区土地修复技术与生态农业可持续发展对策

4.2 化学修复

多数矿区退化土壤缺乏有机质及其营养元素，如氮素。如果将修复后的土地用于农业生产，其首要前提是恢复土壤的肥力及提高土壤生产力。有机废弃物如污水污泥、垃圾或熟堆肥可作为土壤添加剂，并在某种程度上充当一种缓解释放的营养源，同时可通过螯合有效态的有毒金属而降低其毒性。Bradshaw和Chadiwick曾对可用于降低重金属有效性、改良尾矿理化性质并提供植物生长营养的一些常见有机物进行过系统的论述口。除有机添加剂以外，无机添加剂也可改善土壤特性，包括采石废弃物、粉碎的垃圾、煤灰、石灰、石膏肥料、氯化钙和硫酸等。在有毒的尾矿废弃物上覆盖一层如煤渣、钢渣等惰性材料，可防止有毒金属向表土层迁移，起到化学稳定修复作用。

4.3 绿色植物的稳定和提取修复

4.3.1利用重金属耐受型自然植物的稳定修复植物稳定修复是利用耐受性植物来固定矿区土壤中的重金属，主要是通过根部吸收和积累以及根区的沉淀。原位稳定是重金属污染土地修复最有效和最经济的方式，这包括使用适当的有机和无机添加剂及选用适宜的植物物种。

在重金属污染土地上种植金属耐受性植物可以降低金属的流动性，并减少进入食物链的金属的生物有效性。有毒金属将会被固定在生态系统中，减轻了通过风蚀和表土的风力传播所引起的迁移。同时，也减少了有毒金属因淋溶而进入地下水所引起的污染。可以通过种植并结合多种土壤添加剂，例如沸石、粗面岩、钢钻粒和羟磷灰石等固定土壤中重金属，来达到植物稳定的目标。利用耐受性植物稳定尾矿，还可以为自然净化提供良好的基础。在过去的几年里，已有关于在铅锌矿建立和定居几种先锋植物的成功示范例子的报道，包括草本(Vetiverzizanioldes)、禾本豆科(Sesbania rostrata)和木本豆科(Leucacna leucocephala)。因此，选择适宜的、可以在重金属污染土壤上生存的植物对于矿区土地的复垦至关重要。然而，某些严重污染的土壤如果用植物修复的办法来去除重金属的话，将会非常耗时而不切实际。通常要选择抗旱性的、能在重金属污染和营养缺乏的土壤上快速生长的树木或草本植物。

4.3.2 利用重金属超积累型植物的提取修复 植物提取又称植物积累，包括超积累植物根部对重金属的吸收以及重金属向地上部分的转移和分配。超积累植物可以富集大量重金属。对重金属的超级耐受力是这些植物从土壤中去除金属的关键，液泡的再分配是自然超积累植物重金属超耐性的基础 。矿区通常是超积累植物的栖身地。有证据表明，植物包括某些树(柳树和白杨)能够从土中去除一定量的重金属，净化低污染水平的土壤L4]。重金属污染土壤可以通过播种超积累植物种子来净化，经过几季收割后，重金属会随植物一起从土壤中分离出来。收获后的植物可以焚烧、堆肥处理或进行金属冶炼。

然而，超积累植物通常是野生的。它们的生物量往往很小而且散布于偏僻地区，生长很慢且很难与其它植物共同生长，即使是同种植物。事实上，植物提取可能更适合于那些重金属浓度刚刚高于环境标准或极限浓度的土壤。人工合成的金属螯合剂，如EDTA和柠檬酸，可用来作为土壤添加剂来提高超富集植物对重金属的吸收。在实践中，一方面要加快筛选具备忍耐和富集重金属能力的植物;另一方面也要重视可以促进植物地上部分生物量或提高植物根系重金属生物有效性的农艺措施的应用。此外，将超富集基因转入基因工程植物也是一个发展方向。Chaney等建议通过分子生物学技术改进野生超富集植物，建立商业化的实用植物提取技术。具体包括选择植物种类、收集种子、规范土壤管理、发展植物管理实践和妥善处理生物量。此外，不同的净化方案可能要求不同的植物种类或多种植物的串联使用。通常，植物修复可与其它净化方案联合使用。金属矿区土地的植物提取修复正处于起步实验阶段，具有潜在的应用前景。

4.4 植物一微生物及动物的协同修复

重金属污染土壤中的氮循环是矿区受损生态系统恢复并保持长期稳定性的根本所在 。豆科植物能够与根瘤菌形成固氮根瘤，并将氮气转化为氨，促进氮的循环和积累。因此，在矿区废弃土地中，寄主植物和根瘤菌的存活、生长、繁殖，形成根瘤菌一寄主共生协同关系的能力以及它们的固氮效率都非常重要。如果某一方面受到重金属毒性的严重抑制，豆科植物则不可能促进土壤中氮的积累。豆科植物只有在具备适宜的根瘤菌存活的情况下才有价值。所以，直用豆科植物修复重金属污染土壤的主要问题就是寄主、根瘤菌和它们的共生体系对矿区废弃地特别是重金属毒性的耐受能力。

豆科植物能生长于污染土壤并进行有效的固氮作用，使土壤中氮的积累大幅度提高。特别是一些具有茎瘤和根瘤的一年生豆科植物，生长速率快，能耐受有毒金属和低的营养水平，因而是理想的先锋植物，可加速人工生境的生态演替。Bengalgram(Cicerarientiurn)和(Cowpeaungiuculata)是对富含铅的土壤耐受性和适应性最强的植物。Cowpea和Bragg soybean(Glycinemax)通常有最大的干物质产量，并能从酸性含锌、锰、铅、铜、镍、铝的矿砂中大量吸收除了铝以外的其它重金属。Lotus purshianu、Lupinus bicolor、Trifolium pratense是耐受铜的豆科植物。因此，豆科植物具有重金属耐受性，并能提供有机质和氮源，可用于改良尾矿的性质。然而。重金属一般会抑制根瘤菌生长、寄主豆科植物瘤形成和固氮活性，甚至会导致豆科一根瘤菌无法建立共生关系，进而对豆科植物产生有机质、有效的氮素循环都产生负面的影响。从迄今的研究可得出两点结论：第一，有一些豆科植物种(生态型)在自然生长中可耐受废弃土地的土壤环境，寻找、筛选和培育这些耐受种(生态型)将会对金属矿区土地的修复产生重要的作用。第二，一些辅助方法对于提高豆科植物的氮积累非常必要，如基质改良(施磷、调节pH)和大量种植豆科植物以提高它们在自然生态系统中的种群优势。

菌根真菌与树根形成共生体，可以显着影响树木在污染土壤中的生长，并减少树根对重金属的吸收。接种固氮细菌和菌根可促进可持续发展生态系统的重建。然而，接种菌根来修复重金属污染土地的应用还刚刚处于起步阶段。另外，其它土壤生物，例如蚯蚓，在维持土壤肥力方面的作用也不容忽视。