趙虹，靳秋杰，梅丹娜，李敏，孫立群，曹秀鳳

（1.鞍鋼集團(tuán)礦業(yè)公司，遼寧鞍山114000；2.山東大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，山東濟(jì)南250000；3.山東半島藍(lán)色經(jīng)濟(jì)工程研究院，山東濟(jì)南250000）

鞍鋼礦區(qū)重金屬污染的植物修復(fù)技術(shù)研究

趙虹1，靳秋杰1，梅丹娜1，李敏2，孫立群2，曹秀鳳3

（1.鞍鋼集團(tuán)礦業(yè)公司，遼寧鞍山114000；2.山東大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，山東濟(jì)南250000；3.山東半島藍(lán)色經(jīng)濟(jì)工程研究院，山東濟(jì)南250000）

在對(duì)遼寧省鞍鋼礦區(qū)土壤性質(zhì)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，闡述了礦區(qū)生態(tài)修復(fù)的必要性和植物修復(fù)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，提出了幾種較好的可以用于該礦區(qū)土壤修復(fù)的植物種類(lèi)，探討了針對(duì)該區(qū)土壤特點(diǎn)的生物改良措施。最后，提出關(guān)于植物修復(fù)的后期處理，尤其是解決從植物體內(nèi)回收重金屬的生產(chǎn)工藝問(wèn)題將是今后研究的熱點(diǎn)之一。

植物修復(fù)；超積累植物；土壤改良

1 鞍鋼礦區(qū)土壤現(xiàn)狀及其生態(tài)修復(fù)的必要性

作為礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)活動(dòng)的直接結(jié)果之一，礦業(yè)廢棄地對(duì)環(huán)境造成了極大的壓力與污染，如礦山開(kāi)采過(guò)程中的廢棄物（尾礦、剝離巖等）需要大面積的堆置場(chǎng)地，從而導(dǎo)致對(duì)土地的過(guò)量占用和對(duì)堆置場(chǎng)原有生態(tài)系統(tǒng)的破壞；礦石、廢渣等固體廢物中含酸性、堿性、毒性、放射性或重金屬成分，通過(guò)地表水體徑流、大氣飄塵，污染周?chē)耐恋?、水域和大氣，其影響面將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)廢棄物堆置場(chǎng)的地域和空間，污染影響要花費(fèi)大量人力、物力、財(cái)力經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)時(shí)間才能恢復(fù)，而且難于恢復(fù)到原有的水平。由于近百年的礦山開(kāi)采活動(dòng)，在鞍山市城市周邊形成了占地791萬(wàn)m2的廢棄排土場(chǎng)和252萬(wàn)m2的廢棄尾礦庫(kù)。這些排土場(chǎng)和尾礦庫(kù)嚴(yán)重破壞了自然生態(tài)平衡系統(tǒng)。在春秋兩季強(qiáng)風(fēng)情況下，排土場(chǎng)和尾礦庫(kù)產(chǎn)生的揚(yáng)塵對(duì)市區(qū)造成嚴(yán)重的沙塵污染。因此，如何對(duì)排土場(chǎng)及尾礦庫(kù)進(jìn)行合理有效的治理，已成為整個(gè)世界面臨的一個(gè)共同難題。

生態(tài)破壞問(wèn)題已成為制約采選礦行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題，很多礦區(qū)因?yàn)閲?yán)重的環(huán)境污染及生態(tài)破壞而被強(qiáng)令關(guān)停。礦業(yè)活動(dòng)所形成的排土場(chǎng)、尾礦庫(kù)及周?chē)廴緢?chǎng)地往往污染物成分復(fù)雜，含有重金屬及多種有機(jī)污染物，這些重金屬及有機(jī)污染物的污染濃度高、污染程度重，造成植物等生物體很難在其中生長(zhǎng)，影響生態(tài)修復(fù)效果。礦產(chǎn)行業(yè)始終被認(rèn)為是高污染、存在很大生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的行業(yè)，如何在生產(chǎn)的同時(shí)兼顧生態(tài)環(huán)境保護(hù)，一直是礦產(chǎn)行業(yè)追求的目標(biāo)，對(duì)排土場(chǎng)、尾礦庫(kù)污染場(chǎng)地生態(tài)修復(fù)關(guān)鍵技術(shù)的研究，對(duì)于礦產(chǎn)行業(yè)，實(shí)現(xiàn)生態(tài)效益、資源效益及社會(huì)效益的協(xié)調(diào)統(tǒng)一和可持續(xù)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)行業(yè)的生態(tài)化轉(zhuǎn)型具有至關(guān)重要的作用。

重金屬污染物不同于有機(jī)污染物，其最大的特點(diǎn)就是不能為生物所分解，大多數(shù)也不能通過(guò)焚燒的方法從土壤中去除，相反地可以在生物體內(nèi)富集，有些還會(huì)轉(zhuǎn)化為毒性更大的甲基化合物。

通過(guò)對(duì)遼寧省鞍山礦區(qū)的鐵尾礦理化性質(zhì)和重金屬含量的取樣和測(cè)定，發(fā)現(xiàn)尾礦土壤顆粒組成以砂粒為主，中砂含量19.2%，細(xì)砂含量43.5%，黏粒含量?jī)H為3.68%，鐵尾礦pH值呈堿性，有機(jī)質(zhì)含量極低，鐵尾礦持水能力差，綜合肥力狀況低，需積極有效地改良措施；重金屬污染物中，總鎘、總鉛、總銅和總鎳含量略高。

2 植物修復(fù)技術(shù)

2.1 修復(fù)植物的選擇

植物修復(fù)是利用植物及其根際圈微生物體系的吸收、揮發(fā)和轉(zhuǎn)化，以及降解的作用機(jī)理來(lái)清除環(huán)境中污染物質(zhì)的一項(xiàng)新興的污染環(huán)境治理技術(shù)。廣義的植物修復(fù)包括利用植物凈化空氣（如室內(nèi)空氣污染和城市煙霧控制等），利用植物及其根際圈微生物體系凈化污水（如污水的濕地處理系統(tǒng)等）和治理污染土壤（包括重金屬及有機(jī)污染物質(zhì)等）。狹義的植物修復(fù)主要指利用植物及其根際圈微生物體系清潔污染土壤，而通常所說(shuō)的植物修復(fù)主要是指利用重金屬超積累植物的提取作用去除污染土壤中的重金屬。那些能夠達(dá)到污染環(huán)境治理要求的特殊植物統(tǒng)稱(chēng)為修復(fù)植物，如對(duì)空氣凈化效果好的綠化樹(shù)木和花卉等，能直接吸收、轉(zhuǎn)化有機(jī)污染物質(zhì)的降解植物，利用根際圈生物降解有機(jī)污染物質(zhì)的根際圈降解植物，以及提取重金屬的超積累植物、揮發(fā)植物和用于污染現(xiàn)場(chǎng)穩(wěn)定的固化植物等[7]。

選擇修復(fù)植物時(shí)，需要將植物對(duì)重金屬的耐受富集能力和礦區(qū)土壤實(shí)際情況相結(jié)合，兼顧生物量和重金屬的去除率。

目前發(fā)現(xiàn)的超富集植物種類(lèi)較多，但這數(shù)百種超富集植物普遍存在生物量小、生長(zhǎng)慢，在低濃度重金屬污染土壤上生長(zhǎng)，與鄉(xiāng)土植物相比缺乏競(jìng)爭(zhēng)力，不利于機(jī)械化收獲，對(duì)重金屬的富集具有專(zhuān)一性等缺點(diǎn)，要凈化一塊污染土地需要很長(zhǎng)時(shí)間。因此，近來(lái)國(guó)內(nèi)外把研究焦點(diǎn)放在利用擁有高生物量或者生長(zhǎng)快速的非超富集植物來(lái)修復(fù)污染土壤。

鞍鋼礦區(qū)的生態(tài)修復(fù)中植物的選擇初步考慮以下3個(gè)方面：（1）現(xiàn)場(chǎng)采集的鞍山地區(qū)尾礦土壤上自然分布的耐鹽堿且具一定經(jīng)濟(jì)價(jià)值的植物；（2）引種其他地區(qū)或其他鹽堿類(lèi)型地域已有應(yīng)用的耐鹽堿或耐重金屬植物；（3）從其他植物資源圃篩選、引種部分適于該地區(qū)并有發(fā)展?jié)摿Φ哪望}堿植物。

2.2 主要的修復(fù)備選植物

實(shí)際操作中，備選植物多為鞍山尾礦區(qū)現(xiàn)有自然分布的植物：龍葵、地膚、堿蓬、蒼耳、蘆葦、蘿、香附子、狗尾草、山萵苣、豬毛蒿、合被莧、刺槐、旱柳等。

通過(guò)文獻(xiàn)調(diào)研，在其他地區(qū)自然生長(zhǎng)或開(kāi)展過(guò)栽培試驗(yàn)的耐鹽堿或耐重金屬植物有：龍葵、東南景天、小酸漿、長(zhǎng)喙婆羅門(mén)參、刺兒菜、石防風(fēng)、狼把草、山萵苣、球果菜[7]。

其中鞍山尾礦區(qū)的代表植物有以下幾種。

堿蓬（Suaeda glauca（Bunge）Bunge in Bull）：雙子葉植物藥藜科，一年生草本，株高10～40 cm，廣泛分布于東北、華北等地，種子的休眠期很短，條件適宜能迅速發(fā)芽生長(zhǎng)。堿蓬是一種高耐鹽堿、耐貧瘠的野生植物，對(duì)養(yǎng)分要求不高，它在生長(zhǎng)的過(guò)程中能夠從鹽堿地里吸取鹽堿。通過(guò)對(duì)鞍鋼礦區(qū)實(shí)地采集土樣在實(shí)驗(yàn)室模擬種植堿蓬，得出堿蓬的最佳生長(zhǎng)條件為尾礦土壤和客土進(jìn)行1∶1混合，發(fā)芽溫度維持在20～25℃即可。發(fā)芽期在一周左右。對(duì)重金屬Cd的耐受濃度達(dá)到50 mg/kg，適宜作為鞍鋼礦區(qū)生態(tài)修復(fù)的備選種。

龍葵（Solanumnigrum）：茄科，一年生草本，高30～60 cm，生長(zhǎng)周期約為3個(gè)月，耐鹽堿，全國(guó)均有分布，是鞍鋼尾礦區(qū)現(xiàn)有自然分布的植物種。魏樹(shù)和等通過(guò)盆栽和田間濃度梯度設(shè)置實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，龍葵對(duì)Cd單一污染和Cu-Pb-Zn-Cd復(fù)合污染的耐性都較強(qiáng)，當(dāng)土壤中Cd濃度達(dá)到50 mg/kg時(shí)，龍葵出現(xiàn)生物量下降的情況[7]。

地膚（Kochia scoparia）：藜科，一年生直立草本花卉，株高50～100 cm，耐鹽堿，耐干旱，耐瘠薄，對(duì)土壤條件要求不嚴(yán)。分布區(qū)域在亞洲、歐洲以及中國(guó)大陸的大部分地區(qū)，是鞍鋼地區(qū)自然分布的植物種之一，長(zhǎng)勢(shì)良好，生物量較高。高生物量的牧草，雖然其富集能力比不上很多超富集植物，但是由于它們的生物量大，生長(zhǎng)快，能同時(shí)吸收多種金屬，所以植物體內(nèi)的重金屬總量也較大。地膚根際在土壤中較深，能適應(yīng)尾礦土粒徑小、持水性差的特點(diǎn)，是該地區(qū)生態(tài)修復(fù)較好的植物備選種之一。

蒼耳（Xanthium sibiricum Patrin ex Widder）：菊科，一年生草本，高可達(dá)1 m，生長(zhǎng)周期約120 d，我國(guó)各省區(qū)均有分布。耐干旱，耐貧瘠，根系較深，是鞍鋼地區(qū)自然分布的植物種之一，生物量較大。有研究表明，蒼耳對(duì)重金屬的耐性較強(qiáng)[7]，且具有很好的藥學(xué)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，適宜礦區(qū)的大面積種植。

3 改良措施的應(yīng)用

單純依靠植物本身對(duì)重金屬的富集特性，一般情況下很難達(dá)到理想的修復(fù)效果。所以人們通過(guò)采取改良措施來(lái)提高植物的生物量或者富集效率。尾礦庫(kù)的土壤具有粒徑小、透氣性差和保水性差的特點(diǎn)，粒徑分布狀況為細(xì)砂含量高。針對(duì)其特質(zhì)，常用的改良措施包括施有機(jī)肥、添加客土、移植菌根化植物、添加陶粒、凹凸棒等。

菌根化植物是通過(guò)篩選出能固定重金屬或者提高植物生物量的菌類(lèi)，將其與植物相結(jié)合，能大大提高重金屬去除率和改善土壤性質(zhì)。這些改良措施主要作用表現(xiàn)為:（1）改善土壤物理性狀。土壤總孔隙度增加，容重減小，田間持水量增大，土壤毛管孔隙、非毛管孔隙和通氣度都增加[2]。（2）改良土壤化學(xué)性狀。增加土壤有機(jī)質(zhì)，提高土壤肥力和作物產(chǎn)量，全N、水解N、速效P、速效K都會(huì)增加，并調(diào)節(jié)土壤酸堿度，增強(qiáng)土壤緩沖能力[3]。（3）提高土壤中離子交換率，改良鹽堿地，緩沖pH值，吸附重金屬。（4）增加土壤微生物數(shù)量，提高酶活性。

向土壤添加螯合劑EDTA和DTPA是目前研究較多、相對(duì)較為成熟的技術(shù)，但由于存在著螯合劑在土壤中的不易降解，殘留期，重金屬被螯合劑活化后向深層土壤和地下水遷移造成二次污染，以及螯合劑價(jià)格較昂貴等缺點(diǎn)，這項(xiàng)技術(shù)存在一定的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)和推廣利用的難度。因此，人們?cè)谏钊胙芯刻岣唑蟿┑睦脙r(jià)值的同時(shí)，也在努力尋找更加安全、經(jīng)濟(jì)、容易得到的，尤其是可以變廢為寶的物質(zhì)作為植物修復(fù)劑[1]。

近年來(lái)，在大量理論研究的基礎(chǔ)上，植物修復(fù)技術(shù)與工程實(shí)踐也逐漸結(jié)合在一起。例如我國(guó)的陳同斌帶領(lǐng)重金屬污染土壤植物修復(fù)團(tuán)隊(duì)于2001年在湖南郴州建立了世界上第一個(gè)As污染修復(fù)基地，隨后又在廣西和云南建立了As，Pb等重金屬污染及酸化土壤修復(fù)的示范工程，建立了超富集植物與經(jīng)濟(jì)作物間作的修復(fù)模式，實(shí)現(xiàn)了邊修復(fù)污染土壤，邊開(kāi)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)[5，6]。植物修復(fù)對(duì)于鞍鋼地區(qū)的生態(tài)恢復(fù)和重金屬去除具有很高的可操作性，是其主要途徑之一。

4 展望

應(yīng)用植物技術(shù)修復(fù)重金屬污染土壤或礦區(qū)生態(tài)修復(fù)已經(jīng)越來(lái)越受到人們的關(guān)注，有關(guān)的研究也越來(lái)越多。針對(duì)目前的發(fā)展以及和工程相結(jié)合的情況，總結(jié)之后需要加強(qiáng)和完善以下幾方面的研究工作。

（1）目前，已被測(cè)試和發(fā)現(xiàn)的超富集植物僅百余種，因而繼續(xù)尋找和篩選對(duì)重金屬耐性強(qiáng)且有較強(qiáng)富集能力的植物新品種，仍是土壤重金屬修復(fù)技術(shù)的研究熱點(diǎn)和方向之一。

（2）針對(duì)尾礦土壤粒徑小、透氣性差等缺點(diǎn)，植物想要達(dá)到生長(zhǎng)快速、生物量大并不容易，需要繼續(xù)探究各種改良措施改善土壤性質(zhì)，從而大大促進(jìn)植物修復(fù)技術(shù)在土壤中的應(yīng)用。

（3）關(guān)于超積累植物收割后的后期處理技術(shù)尚未成熟，有待進(jìn)一步研究。若植物回收重金屬的技術(shù)問(wèn)題得到解決，人們?cè)谥卫碇亟饘傥廴就寥赖耐瑫r(shí)，還能從種植的植物中回收一定量的重金屬用于其他生產(chǎn)，這方面的研究具有很大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和應(yīng)用前景。

（4）菌根化植物由于同時(shí)結(jié)合了植物和微生物的雙重優(yōu)點(diǎn)，是一項(xiàng)很好的修復(fù)技術(shù)。關(guān)于發(fā)掘相應(yīng)可應(yīng)用于菌根化的植物微生物種類(lèi)以及投入生產(chǎn)應(yīng)用于工程，需要大力投入研究和發(fā)展。

[1]張杏鋒，夏漢平，李志安，等.牧草對(duì)重金屬污染土壤的植物修復(fù)綜述[J].生態(tài)學(xué)雜志，2009，28(8):1 640-1 646.

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[7]魏樹(shù)和.超積累植物篩選及污染土壤植物修復(fù)過(guò)程研究[D].沈陽(yáng)：中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所，2004.

Phytoremediation technology of heavy metal pollutionin Anshan Iron and Steel Mine

ZHAO Hong1,JIN Qiujie1,MEI Danna1,LI Min2,SUN Liqun2,CAO Xiufeng3
（1.Ansteel Mining Compony，Ansan 114000,China; 2.College of Environmental Science and Engineering,Shandong University,Jinan 250000,China; 3.Shandong Peninsula Institute of Blue Economy&Engineering,Jinan 250000,China）

The paper summarized the soil properties in Anshan Mine in Liaoning Province and expounded the necessity of mine ecological restoration and advantages of phytoremediation.Several plant species were presented which can be used for soil remediation of the mining area.Biological improvement measure were discussed according to the soil characteristics of the area.Post-processing on phytoremediation,especially the production process of plants recovered from the heavy metal soil,will be one of the main issues in the future research.

phytoremediation;hyperaccumulator;soil improvement

X753

A

1674-0912（2016）12-0039-03

2016-09-01）

趙虹（1969-），女，遼寧鞍山人，工學(xué)學(xué)士，工程師，專(zhuān)業(yè)方向：供熱通風(fēng)與空調(diào)。