【正文】 中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局項(xiàng)目設(shè)計(jì)書潼關(guān)金礦區(qū)土壤重金屬污染修復(fù)試驗(yàn)研究總體設(shè)計(jì)中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心長(zhǎng)安大學(xué)地質(zhì)調(diào)查研究院2013 年 4 月 25日14 / 40潼關(guān)金礦區(qū)土壤重金屬污染修復(fù)試驗(yàn)研究總體設(shè)計(jì)任務(wù)書編號(hào)：水[2013]03008002項(xiàng)目編碼：1212011140024實(shí)施/承擔(dān)單位：長(zhǎng)安大學(xué)地質(zhì)調(diào)查研究院項(xiàng)目負(fù)責(zé)人：易 秀編 寫 人：易 秀 姜 凌 賴?yán)と? 謝 娟 徐 斌單位負(fù)責(zé)人：裴先治單位技術(shù)負(fù)責(zé)人：裴先治提交單位： （蓋章）提交時(shí)間：2013年4月25日第一章 前言 項(xiàng)目概況項(xiàng)目來源：青藏高原礦產(chǎn)資源開發(fā)地質(zhì)環(huán)境影響調(diào)查與評(píng)價(jià)；任務(wù)下達(dá)單位：中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局（1212011140024）；項(xiàng)目名稱：西北地區(qū)典型礦山地質(zhì)環(huán)境治理關(guān)鍵技術(shù)協(xié)作單位：長(zhǎng)安大學(xué)；任務(wù)分工：污染農(nóng)田土壤重金屬修復(fù)、尾礦渣場(chǎng)復(fù)墾還田農(nóng)作物種植安全性試驗(yàn)研究。 目的任務(wù)礦產(chǎn)資源開采是迄今最大規(guī)模改變地球表面景觀和破壞地表生態(tài)系統(tǒng)的有組織的人類活動(dòng)。中國(guó)現(xiàn)有國(guó)營(yíng)礦山企業(yè)8000多個(gè)，個(gè)體礦山企業(yè)達(dá)到23萬多個(gè)。如此大規(guī)模的礦山開采對(duì)土地和環(huán)境的破壞是驚人的。據(jù)2007年統(tǒng)計(jì)，全國(guó)礦區(qū)累計(jì)被破壞的土地達(dá)2. 88106km2，并且每年以大約467 km2的速度增長(zhǎng)，使本已稀缺的土地資源呈加速減少的趨勢(shì)。礦山資源的開采，導(dǎo)致礦區(qū)生態(tài)退化與環(huán)境污染，尤其在金屬礦的開采中造成了礦山企業(yè)周邊地區(qū)土壤的嚴(yán)重污染。隨著國(guó)內(nèi)外工農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，對(duì)礦產(chǎn)資源的需求量呈快速上升趨勢(shì),但與之對(duì)應(yīng)的生產(chǎn)工藝落后，對(duì)尾礦以及金屬冶煉過程產(chǎn)生的廢棄物處置不當(dāng)，造成礦區(qū)周邊地區(qū)大氣、水及土壤環(huán)境污染的現(xiàn)象普遍發(fā)生，部分地區(qū)大面積土壤退化、糧食減產(chǎn)、品質(zhì)下降，土壤生態(tài)系統(tǒng)原有的生態(tài)平衡也遭到不同程度的破壞。我國(guó)人多地少，耕地資源十分貧乏，充分利用礦區(qū)復(fù)墾地便顯得十分重要。土壤是世界萬物之源，人類生存之本。土壤環(huán)境遭到破壞或是受到污染無疑會(huì)給土壤的生態(tài)功能帶來影響，甚至可能使土壤系統(tǒng)崩潰、功能喪失。土壤環(huán)境是植物生長(zhǎng)的基地，通過植物的吸收、積累作用可降解土壤中的污染物質(zhì)，但同時(shí)也可能將污染物轉(zhuǎn)移到植物體內(nèi)，然后可能通過食物鏈的形式進(jìn)入人體，從而危及人體健康。在礦山廢棄地生態(tài)修復(fù)中，土壤的改良是首先需要解決的問題，也是核心問題。 我國(guó)在上世紀(jì)80年代初開始至90年代煤礦造地復(fù)田綜合治理研究，提出了矸石充填復(fù)墾、粉煤灰充填復(fù)墾和挖深墊淺3種復(fù)墾技術(shù)。利用廢棄物料充填復(fù)墾形成農(nóng)田往往需要較高的投入，甚至由于二次污染等問題而不可行。由于煤礦廢棄物中含有多種重金屬元素，矸石、粉煤灰充填復(fù)墾有可能引起土壤污染；而且這些重金屬污染對(duì)土壤基本是一個(gè)不可逆的過程，重金屬進(jìn)入土壤后很難通過自然過程得以從土壤環(huán)境中消失或稀釋，對(duì)生物體的危害和對(duì)土壤生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能影響不容易恢復(fù)。中國(guó)礦區(qū)受損土地的恢復(fù)相當(dāng)緩慢，相比較而言，對(duì)于土壤污染修復(fù)的方方面面，研究工作還處于初步發(fā)展階段，以前人們更多關(guān)注的是顯性的水、大氣的污染，但其比例在逐年提高。%~ %，到了80年代末提高到了2%，%，%。1994年得到修復(fù)利用的礦區(qū)土地面積是1992年和1993年的總和，%。20年之后，采礦占用、破壞土地743萬hm2，每年遞增4萬hm2，但礦山土地復(fù)墾率仍不足10%；我國(guó)大型金屬礦山進(jìn)入集中閉坑期：26%銅礦、40%鉛鋅礦已經(jīng)閉坑或接近閉坑，如果不進(jìn)行復(fù)墾或修復(fù)，會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)境污染問題。 近年來國(guó)家和政府也日益高度關(guān)注土壤污染的治理工作，但有關(guān)礦區(qū)污染土壤的修復(fù)與生態(tài)恢復(fù)工作仍存在一些具有挑戰(zhàn)性的問題，包括技術(shù)方法、資金配套等。如果由各種原因所造成的土地破壞總量的一半能被恢復(fù)并用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，那么中國(guó)每年的糧食產(chǎn)量會(huì)提高幾百億kg?？梢?，礦區(qū)復(fù)墾區(qū)土壤質(zhì)量的改良、土地的生產(chǎn)力的恢復(fù)和土壤生態(tài)系統(tǒng)健康對(duì)中國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境保護(hù)、生態(tài)建設(shè)以及區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展均具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本研究區(qū)位于小秦嶺金礦區(qū)帶西段北坡的靈寶市和潼關(guān)縣接壤的中低山地區(qū)以北的山前沖洪積斜塬區(qū)、黃土溝壑臺(tái)塬區(qū)，面積約300 km2。金礦選冶活動(dòng)，尤其是混汞浮選法及小汞碾、小氰化、小浮選等“三小”提金活動(dòng)，廢水、廢渣及冶煉廢氣的無序排放造成了嚴(yán)重的土壤重金屬污染及環(huán)境效應(yīng)，造成大量農(nóng)田棄耕。周邊農(nóng)田土壤質(zhì)量惡化，生產(chǎn)的農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量和品質(zhì)下降，糧食安全受到威脅，制約了當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，成為建立和諧社會(huì)的瓶頸。針對(duì)上述現(xiàn)狀，通過開展野外調(diào)查和大量田間試驗(yàn)，提出一套適合于該礦區(qū)廢棄尾礦渣場(chǎng)復(fù)墾還田熟化及重金屬嚴(yán)重污染農(nóng)田質(zhì)量恢復(fù)的綜合技術(shù)體系方案，從而使礦區(qū)污染土壤的質(zhì)量得到根本性地改善，并以期獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益和社會(huì)效益。本項(xiàng)目通過對(duì)現(xiàn)有金礦開采區(qū)及加工區(qū)的各環(huán)境要素分析與評(píng)價(jià)，利用國(guó)內(nèi)外學(xué)者普遍認(rèn)可且經(jīng)濟(jì)有效的農(nóng)業(yè)栽培土壤熟化、營(yíng)養(yǎng)化技術(shù)及廢棄地工程處理技術(shù)，將現(xiàn)有礦區(qū)壓占廢棄地和污染的農(nóng)田改造為適合于農(nóng)業(yè)耕種的優(yōu)質(zhì)良田，對(duì)其耕地質(zhì)量變化趨勢(shì)和農(nóng)作物種植安全性進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，以期為類似礦區(qū)重金屬污染土壤防治提供示范和借鑒。 研究區(qū)范圍研究區(qū)位于關(guān)中平原東端的潼關(guān)縣，覆蓋了陜西省潼關(guān)縣全部地區(qū)及河南省靈寶市與潼關(guān)接壤的西部地段，經(jīng)緯度范圍為：經(jīng)度110176。08′00″~110176。29′00″；北緯34176。23′00″~34176。38′00″，面積約445km2。潼關(guān)縣北臨黃河，與山西省隔河而望；東北接大荔，以渭水為界；南依秦嶺，與洛南相鄰；西接華陰市；東與河南省靈寶市接壤。區(qū)內(nèi)交通便利，隴海鐵路橫貫東西，同蒲線北連山西。與隴海鐵路線平行的西安潼關(guān)高速公路由此進(jìn)入河南。黃河大橋?yàn)榍貢x連接通道。鄉(xiāng)鎮(zhèn)之間有縣級(jí)公路、簡(jiǎn)易公路相連。本項(xiàng)目研究主要區(qū)域位于潼關(guān)縣境內(nèi)（圖11）。圖11 研究區(qū)概圖第二章 研究現(xiàn)狀 國(guó)內(nèi)外研究概況及進(jìn)展礦山生態(tài)恢復(fù)研究可以追述到20世紀(jì)上半葉，其主要內(nèi)容是研究如何對(duì)一采礦業(yè)和開采地下水造成的各種塌陷環(huán)境進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)。隨著歐洲工業(yè)革命的進(jìn)一步推進(jìn)，使得人類對(duì)資源的要求和開發(fā)的規(guī)模急劇增長(zhǎng)，在輕率地進(jìn)行開發(fā)和獲得直接效益中，基本沒有考慮對(duì)土地的破壞，致使土地污染破壞程度由個(gè)別發(fā)展現(xiàn)象轉(zhuǎn)變?yōu)槠毡楝F(xiàn)象。這一現(xiàn)象最早在歐洲出現(xiàn)，盡管部分有識(shí)之士對(duì)此提出異議，但并未引起重視。直至1966年，英國(guó)南威爾士阿貝芬發(fā)生了一場(chǎng)災(zāi)難才引起了人們的極大關(guān)注，它使人們更清晰地認(rèn)識(shí)到對(duì)礦業(yè)廢棄地進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)的重要性。一些發(fā)達(dá)國(guó)家，特別是礦區(qū)較多的澳大利亞、德國(guó)、美國(guó)等國(guó)家較早開展了礦區(qū)土地修復(fù)的相關(guān)研究。經(jīng)過20多年的發(fā)展，礦區(qū)土地修復(fù)研究逐漸成為世界各采礦大國(guó)的熱點(diǎn)研究課題。Anthony對(duì)未被嚴(yán)重破壞和污染的礦區(qū)土壤進(jìn)行了自然恢復(fù)的研究，結(jié)果表明在不進(jìn)行人工影響的情況下，礦區(qū)被破壞的土壤可以進(jìn)行自我恢復(fù)。但是，由于大部分礦區(qū)污染較嚴(yán)重，僅僅靠土壤自然恢復(fù)時(shí)間太長(zhǎng)，效果也不很明顯。為了促進(jìn)廢棄土地快速演化和土壤培育，消除污染，改善土壤環(huán)境質(zhì)量，目前在國(guó)外礦區(qū)土壤修復(fù)方面研究較多的是土壤重構(gòu)。土壤重構(gòu)研究主要集中生物種類與活性、土壤理化性質(zhì)與礦物學(xué)特性、土壤重構(gòu)研究新技術(shù)的使用等三個(gè)方面。世界各國(guó)根據(jù)自身情況和技術(shù)水平，其生態(tài)恢復(fù)側(cè)重點(diǎn)各不相同，表現(xiàn)為：歐洲由于工業(yè)資源的過度開發(fā)而側(cè)重于礦山廢棄地的恢復(fù)；北美洲則側(cè)重于水體和林地恢復(fù)；新西蘭和澳洲則由于其畜牧業(yè)而側(cè)重于草原管理與恢復(fù)；中國(guó)則由于人口眾多而強(qiáng)調(diào)農(nóng)業(yè)綜合利用和農(nóng)業(yè)復(fù)墾（任海等，2001；趙曉英等，1998)。我國(guó)學(xué)者在礦區(qū)廢棄的生態(tài)修復(fù)工作方面進(jìn)行了大量工作，主要研究方向包括以下方面。（1）礦山廢棄地復(fù)墾我國(guó)金屬礦山廢棄地大規(guī)模有組織的復(fù)墾工作起步較晚，而目前近2 /3的礦產(chǎn)資源處于中后期開采階段或接近枯竭，在未來的幾十年將有不少礦山關(guān)閉，大量的廢棄地需要復(fù)墾。何書金和蘇光全篩選出了影響礦山廢棄地復(fù)墾潛力的自然和社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件方面的4類14個(gè)亞類因子，并劃分為6個(gè)等級(jí)，為全國(guó)礦山廢棄地復(fù)墾潛力的評(píng)價(jià)及礦山廢棄地的有效合理利用提供了參考。中澳礦山廢棄物研究管理項(xiàng)目是原中國(guó)有色金屬工業(yè)總公司和澳大利亞在環(huán)境保護(hù)復(fù)墾領(lǐng)域的首次技術(shù)合作項(xiàng)目。19931997年該項(xiàng)目按綜合性系統(tǒng)工程開展尾礦庫(kù)復(fù)墾研究，研究?jī)?nèi)容包括庫(kù)區(qū)復(fù)墾設(shè)計(jì)、無土建立植被、壩體穩(wěn)定性研究、復(fù)墾區(qū)社區(qū)發(fā)展、復(fù)墾政策與指南等專項(xiàng)。我國(guó)一些已取得較好成果的金屬礦山廢棄地復(fù)墾的案例見表21。表21 我國(guó)部分金屬礦山廢棄地復(fù)墾實(shí)例礦山或治理者復(fù)墾任務(wù)及效果中國(guó)鋁業(yè)貴州分公司第一鋁礦19982005 年以來，開展了大規(guī)模自行復(fù)墾活動(dòng)， 萬株, ，礦區(qū)荒山、。廢棄排土場(chǎng)、采空區(qū)植被覆蓋率達(dá)80. 7%。孝義鋁土礦， 平果鋁業(yè)公司鋁土礦采場(chǎng)、排土場(chǎng)復(fù)墾18萬m2， 復(fù)墾率74%。將工程復(fù)墾與生物復(fù)墾有機(jī)結(jié)合，建立了剝采、排土與復(fù)墾聯(lián)合新工藝，獲得有色金屬協(xié)會(huì)科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。銅陵有色集團(tuán)公司五公里尾礦庫(kù)復(fù)墾，建立了13 hm2無土植被，提出了“兼綠地與建筑用地為一體”復(fù)墾模式。中條山有色金屬集團(tuán)公司毛家灣尾礦庫(kù)復(fù)墾為農(nóng)業(yè)用地，研究了尾沙覆蓋方法、尾沙改良熟化措施： 用少量黃土與尾砂混合覆蓋，改良了尾沙結(jié)構(gòu), 是一種經(jīng)濟(jì)有效的復(fù)墾方法。廣東樂山鉛鋅礦在尾礦廢棄地上鋪蓋厚約20 cm垃圾及20kg /m2石灰, 提高了尾礦pH 值，降低了電導(dǎo)率，有效防止了下層尾礦的酸化， 植物生長(zhǎng)良好。銅陵獅子山礦，銅陵有色集團(tuán)公司水木沖尾礦庫(kù)無土植被邊坡穩(wěn)定技術(shù)研究，成功應(yīng)用在共6期后期壩的護(hù)坡上。在控制壩坡水土流失、邊坡汛期險(xiǎn)情上取得良好效果。（2）廢棄地重金屬污染的植物修復(fù)植物修復(fù)技術(shù)是近些年來發(fā)展起來的土壤修復(fù)技術(shù)。植物修復(fù)技術(shù)可分為植物提取、植物揮發(fā)、根際過濾和植物固定4種類型。一般將前三者統(tǒng)稱為去除過程，而將后者稱為穩(wěn)定過程。與覆蓋土壤、物理和化學(xué)處理方法相比，植物修復(fù)技術(shù)具有成本低、原位修復(fù)、不造成二次污染等多種優(yōu)勢(shì)，因而成為國(guó)際范圍的研究熱點(diǎn)。我國(guó)近來在這方面的研究也取得了一定成果，針對(duì)不同的重金屬，篩選出了對(duì)應(yīng)的高富集植物。如對(duì)于Pb，超富集或富集植物有羽葉鬼針、土荊芥、印度芥菜、雙穗雀稗、雀稗、芥菜、銀合歡等；對(duì)于Cd，有龍葵、小白菜、結(jié)球甘藍(lán)、印度芥菜等；對(duì)于As，有蜈蚣草、大葉井口邊草等；對(duì)于Cu，有鴨跖草、印度芥菜、密毛蕨等；對(duì)于Zn，有東南景天、大葉相思、印度芥菜等；對(duì)于Hg有加拿大白楊幼苗等。（3）再造耕作土，改善礦山廢棄地土壤肥力，加速土壤熟化由于廢棄尾礦渣場(chǎng)表面缺乏耕作土，因此復(fù)墾還田的第一步就要再造耕作層。對(duì)于新建的耕作層有機(jī)質(zhì)、氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)缺乏，是植物生長(zhǎng)的限制因子之一，很多學(xué)者用化肥、有機(jī)廢棄物和固氮植物（如豆科植物）改良土壤的營(yíng)養(yǎng)狀況來解決這類問題。一是種植豆科牧草。主要是用來增加土壤養(yǎng)分，加速土壤熟化。首先種植豆科灌木或牧草（ 有固氮作用），然后將植物（ 有機(jī)物）通過多種方法歸還土壤，如綠肥壓青、秸稈還田。通過如此循環(huán)來提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，加速土壤熟化和土壤改良速度。二是加入食用菌廢料。食用菌廢料中含有許多植物需要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，其中殘留的菌絲體在其生長(zhǎng)發(fā)育過程中能分泌出一些酶，可以促進(jìn)生化反應(yīng)，因而能從復(fù)雜的有機(jī)物中釋放出更多的易被植物吸收的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，并能起到活化土壤的作用，能為多種土壤微生物提供生長(zhǎng)基質(zhì)，所以是很好的土壤改良劑。另外有機(jī)肥對(duì)多種污染物在土壤中