黃春霞，黃立幸

(1.廣西民族師范學(xué)院，廣西 崇左 532200； 2.廣西理工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 崇左 532200)

0 引言

錳在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中具有十分重要的戰(zhàn)略地位。錳及其化合物是冶金、建筑、化工、航空航天等領(lǐng)域不可或缺的基本材料，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的應(yīng)用較為廣泛[1]。

廣西錳礦儲(chǔ)量居中國(guó)之最，近年來(lái)，隨著錳礦資源大力開(kāi)發(fā)，采礦遺留下的尾礦、廢渣、廢棄地等導(dǎo)致重金屬對(duì)生態(tài)系統(tǒng)破壞較為嚴(yán)重，礦業(yè)活動(dòng)集中區(qū)域及周邊土壤重金屬污染問(wèn)題備受關(guān)注[2-4]。由于重金屬污染具有潛在累積及不可逆等特點(diǎn)，其危害往往呈現(xiàn)出滯后性。重金屬通過(guò)食物鏈從土壤-農(nóng)作物-人體遷移富集，會(huì)導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)破壞，人類健康遭到危害[5]。因此研究解決重金屬污染的修復(fù)與治理問(wèn)題迫在眉睫。

1 廣西錳礦區(qū)重金屬污染現(xiàn)狀

1.1 礦區(qū)土壤及植被重金屬污染現(xiàn)狀

廣西不同錳礦區(qū)土壤和植被重金屬污染情況已有相關(guān)學(xué)者進(jìn)行研究。李藝等[6]調(diào)查分析了廣西思榮錳礦復(fù)墾區(qū)重金屬的污染現(xiàn)狀及生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)情況，發(fā)現(xiàn)Pb、Cd、Mn及Cr是研究區(qū)土壤和植被的主要污染元素；唐文杰等[7]對(duì)廣西三錳礦區(qū)的土壤和農(nóng)作物進(jìn)行調(diào)查，并分析了重金屬含量特征，發(fā)現(xiàn)Cr、Pb、Cd元素污染最嚴(yán)重，尤其是Cd對(duì)人體健康存在較高的潛在風(fēng)險(xiǎn)；賴燕平等[8]分析評(píng)價(jià)了錳礦恢復(fù)區(qū)土壤重金屬污染情況，發(fā)現(xiàn)Cd是恢復(fù)區(qū)土壤的主要污染元素，錳礦廢棄地生態(tài)恢復(fù)初期應(yīng)當(dāng)排除選用農(nóng)作物恢復(fù)模式；孫杰等[9]研究廣西某典型錳礦區(qū)中不同地域土壤重金屬污染，發(fā)現(xiàn)土壤中Cr為輕度污染，Cd為嚴(yán)重污染，Mn的污染區(qū)域差異性較大。

廣西多個(gè)錳礦區(qū)因地域不同、開(kāi)采技術(shù)方法不同，重金屬污染程度也大不相同。廣西主要錳礦區(qū)的污染現(xiàn)狀和易受污染植物見(jiàn)表1。由表1可見(jiàn)，廣西錳礦區(qū)的土壤和植被均受到重金屬不同程度的污染，且屬于多種重金屬元素的復(fù)合污染。通過(guò)多種污染評(píng)價(jià)方法進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)不同礦區(qū)均呈現(xiàn)出Mn、Cd的重度污染，中、輕污染元素具有地域差異性。對(duì)于重金屬富集優(yōu)勢(shì)植物如商陸、飛蓬、五節(jié)芒、油茶、鬼針草、紅麻等可以對(duì)多數(shù)重金屬有較強(qiáng)富集能力，并能在廣西大部分地區(qū)生長(zhǎng)。另外，大量研究表明廣西河池礦區(qū)重金屬污染較嚴(yán)重[10-12]，屬于廣西污染最嚴(yán)重地區(qū)，Cd、As、Pb、Zn、Cu等元素均表現(xiàn)出重度污染?？傮w來(lái)看，廣西錳礦區(qū)的土壤和植被受重金屬污染較為普遍，應(yīng)加快修復(fù)治理步伐，恢復(fù)原有的生態(tài)系統(tǒng)平衡環(huán)境。

表1 廣西主要錳礦區(qū)土壤及植被重金屬污染現(xiàn)狀

1.2 礦區(qū)重金屬污染分布

從重金屬污染分布來(lái)看，礦產(chǎn)儲(chǔ)量高、開(kāi)發(fā)力度大的礦產(chǎn)開(kāi)發(fā)區(qū)、廢棄地、恢復(fù)地及其周邊地區(qū)一般為重金屬污染高發(fā)區(qū)。結(jié)合蔡剛剛[26]、白松濤等[27]對(duì)廣西礦區(qū)及周邊土壤重金屬污染現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)錳礦區(qū)重金屬污染主要集中分布在崇左、柳州、河池、百色等地區(qū)，污染嚴(yán)重區(qū)域主要為礦區(qū)周邊土壤、河流沿岸，污染元素主要有Mn、Cd、Pb、Cr、Cu、Zn、As、Hg，同一地區(qū)多種重金屬元素往往進(jìn)行復(fù)合污染，表現(xiàn)出不同的污染程度。鄧齊玉[28]等系統(tǒng)研究了廣西境內(nèi)的重金屬Cd的空間分布特征，發(fā)現(xiàn)Cd高含量地區(qū)以河池、崇左、百色、柳州、桂林等區(qū)域?yàn)橹?。廣西錳礦區(qū)土壤重金屬污染地域分布情況見(jiàn)表2。

表2 廣西錳礦區(qū)土壤重金屬分布及富集植物

2 廣西錳礦區(qū)重金屬污染危害

廣西主要錳礦區(qū)周邊土壤中Mn、Cd等元素普遍超標(biāo)嚴(yán)重，對(duì)土壤及農(nóng)作物造成嚴(yán)重的污染破壞。袁芳等[31]研究了崇左錳礦周邊地區(qū)的土壤和四種蔬菜(生菜、芥菜、韭菜、蒜苗)中的Mn、Cr、Cu、Zn、Pb元素的含量特征，發(fā)現(xiàn)該地區(qū)的土壤和四種蔬菜都受到嚴(yán)重的重金屬污染。土壤重金屬污染不僅可能導(dǎo)致農(nóng)作物減產(chǎn)，而且可以通過(guò)食物鏈富集危害人體健康，引發(fā)一些慢性疾病和癌癥等。例如，Pb能破壞人體神經(jīng)、免疫、造血、生殖和消化系統(tǒng)等，對(duì)人體各個(gè)系統(tǒng)和生理功能均能產(chǎn)生危害[32]；Cd會(huì)導(dǎo)致肺腺癌、肺癌、腎功能障礙和骨折等疾病發(fā)生[33]。

另外，重金屬元素也可通過(guò)水體、大氣等介質(zhì)對(duì)人體健康造成威脅。近年來(lái)，廣西一些錳礦區(qū)將含有大量重金屬元素的尾砂、廢水直接排入礦區(qū)周邊的江河，導(dǎo)致礦區(qū)附近河段的水體受到嚴(yán)重的污染。黃智寧[34]對(duì)廣西某錳礦區(qū)周邊河流進(jìn)行調(diào)查研究，發(fā)現(xiàn)錳礦開(kāi)采加工對(duì)河流錳礦段造成嚴(yán)重的重金屬污染，其中水體中Mn含量超標(biāo)嚴(yán)重，沉積物中的Mn、Pb、Zn及Cu含量表現(xiàn)出越靠近污染源重金屬濃度越大的特征。張麗娥[35]調(diào)查廣西大廠礦區(qū)下游某村水體、土壤、農(nóng)作物中重金屬的含量水平，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)河水受到了As和Cd的重度污染，飲用水受到了Pb的輕度污染。礦山開(kāi)采所致的水體重金屬污染將使沿岸民眾的飲水受到嚴(yán)重影響，也會(huì)通過(guò)灌溉對(duì)耕地土壤造成污染，最終對(duì)沿岸居民身體健康造成危害，需引起重視。

錳礦資源的開(kāi)發(fā)利用對(duì)生態(tài)環(huán)境的破環(huán)影響主要表現(xiàn)在破壞地表景觀和植被、重金屬污染、占用和破壞土地資源、誘發(fā)生物多樣性損失等多個(gè)方面。例如思榮錳礦區(qū)經(jīng)過(guò)幾十年的露天開(kāi)采，現(xiàn)遍布有幾米到幾十米深、大小不一的礦坑，地表景觀已是滿目瘡痍。礦區(qū)原有生態(tài)環(huán)境和自然景觀遭到嚴(yán)重破壞，土壤受到重金屬污染，耕地貧脊化，水土流失嚴(yán)重，農(nóng)業(yè)發(fā)展受到較大的影響[36]。

3 廣西錳礦區(qū)重金屬污染治理措施

綜合研究發(fā)現(xiàn)，根據(jù)不同重金屬的污染性質(zhì)，重金屬污染治理常用方法技術(shù)主要有工程物理技術(shù)、化學(xué)技術(shù)、生物修復(fù)技術(shù)、生態(tài)修復(fù)技術(shù)以及聯(lián)合修復(fù)技術(shù)[36-37]。

工程物理技術(shù)是指通過(guò)物理、理化原理來(lái)分解或固化土壤中的重金屬元素，主要包括客土法、土壤淋洗法、熱解吸法、電動(dòng)修復(fù)等方法。工程物理法操作方便徹底，周期短，可用于多種重金屬的消除治理，但實(shí)施的工程量大、成本高，易破壞土壤肥力，故只適用于小面積的重度污染治理。

化學(xué)技術(shù)是指向被污染的土壤中施加改良劑，以改變土壤pH值、Eh及電導(dǎo)等物理化學(xué)性質(zhì)，使土壤重金屬發(fā)生氧化、還原等一系列化學(xué)作用，以降低重金屬的毒害作用。化學(xué)法和物理法均適用于小區(qū)域的重度污染，對(duì)大面積的污染治理費(fèi)用高，且易導(dǎo)致添加劑對(duì)環(huán)境產(chǎn)生二次污染，故在實(shí)際應(yīng)用中受到一定的限制。

生物修復(fù)法是通過(guò)生物的新陳代謝活動(dòng)，削減降低土壤中的重金屬含量或使重金屬形態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)變，從而降低重金屬的毒性危害。生物修復(fù)法包括植物修復(fù)、微生物修復(fù)和動(dòng)物修復(fù)三種形式。生物修復(fù)法效果良好，投資費(fèi)用少，運(yùn)行耗費(fèi)低，易于操作管理，無(wú)二次污染，作用快速，但周期長(zhǎng)、效率較低，易受環(huán)境影響。

生態(tài)修復(fù)技術(shù)是指通過(guò)因地制宜地調(diào)整農(nóng)耕管理制度、在污染土壤中種植不易被重金屬侵入富集的植物的方式，避免重金屬向農(nóng)作物食物鏈的遷移，以達(dá)到減輕重金屬污染的目的。這種技術(shù)方法廉價(jià)實(shí)用，易于操作。

聯(lián)合修復(fù)技術(shù)是指結(jié)合以上兩種或多種修復(fù)技術(shù)，聯(lián)合進(jìn)行重金屬修復(fù)治理。聯(lián)合修復(fù)可以克服單一修復(fù)手段存在的缺點(diǎn)，可提高修復(fù)效率，降低成本，但是此技術(shù)操作較復(fù)雜。

對(duì)比以上五種修復(fù)技術(shù)，其中生物修復(fù)法中的植物修復(fù)可利用植物富集性對(duì)重金屬污染進(jìn)行治理，植物修復(fù)具有實(shí)施方便、價(jià)格低廉、易被公眾接受等特點(diǎn)[38-39]，因此在重金屬污染治理中較為推廣。

利用重金屬超富集植被或潛在的超富集植被可吸收、揮發(fā)和降低重金屬的毒性，在廣西已經(jīng)篩選確定的超富集植被種類較少，但潛在的超富集植被卻普遍存在(表2)。由表2分析發(fā)現(xiàn)，蜈蚣草不僅是As的超富集植物，還是多種重金屬元素的潛在超富集植物；另外，錳礦區(qū)污染程度較大的Mn元素，可通過(guò)超富集植物商陸以及潛在超富集植物飛蓬、五節(jié)芒、油茶等植物來(lái)進(jìn)行消減[40]。超富集植物重金屬污染修復(fù)效果顯著，今后應(yīng)加強(qiáng)對(duì)超富集植物的篩選及培育，并廣泛用于廣西錳礦區(qū)土壤重金屬污染的治理工作中。

4 展望及建議

(1)政府及相關(guān)部門(mén)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)錳礦區(qū)污染的監(jiān)督和管理。堅(jiān)持防治結(jié)合，從重金屬污染源頭進(jìn)行預(yù)防，優(yōu)化錳礦產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，加大落后產(chǎn)能淘汰力度；加強(qiáng)宣傳教育力度，提高礦區(qū)及周邊居民的防污意識(shí)。

(2)企業(yè)應(yīng)改進(jìn)重金屬提煉技術(shù)。將重金屬提取的新技術(shù)引入到礦產(chǎn)開(kāi)發(fā)領(lǐng)域，用高新技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，從源頭預(yù)防重金屬的污染危害。

(3)加強(qiáng)對(duì)廣西錳礦區(qū)重金屬污染的整體性調(diào)查，做到全區(qū)污染全面平衡治理。

(4)強(qiáng)化改進(jìn)重金屬污染防治措施。加強(qiáng)對(duì)重金屬污染防治措施的研究，重點(diǎn)研究重金屬超富集植物的篩選與培育，另外應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)廣西錳礦區(qū)農(nóng)作物對(duì)重金屬的敏感性和富集規(guī)律等方面的研究，以確保農(nóng)田種植既不損失經(jīng)濟(jì)效益又不危害人體健康。