重金属矿业废弃地的生态恢复(华中科大)
采矿废弃地植被恢复与生态重建研究——以湖南新邵县高家坳金矿为例
采矿废弃地植被恢复与生态重建研究——以湖南新邵县高家坳金矿为例李坤军;王曙光;伍谋殊【摘要】采矿废弃地由于具有物理结构不良、重金属含量过高、极端pH值等众多危害环境的极端理化性质特点,使得其对环境的危害持久而严重.文章通过对国内外矿山废弃地植被恢复与生态重建方法的分析,以新邵县高家坳金矿废弃地为研究对象,进行了植被快速恢复的研究试验,并对植被恢复的短期效果进行了分析.研究结果可为金矿废弃地及中国南方同类矿山的植被恢复与生态重建提供依据.【期刊名称】《湖南水利水电》【年(卷),期】2017(000)006【总页数】3页(P33-35)【关键词】采矿废弃地;植被恢复;生态重建;物种选择【作者】李坤军;王曙光;伍谋殊【作者单位】邵阳市水土保持科学技术推广站邵阳市 422000;邵阳市水土保持科学技术推广站邵阳市 422000;湖南省水土保持监测总站长沙市 410007【正文语种】中文引言由矿山开采产生的废弃地、尾矿、废渣引发的环境污染以及生态环境问题已经引起了社会各界的广泛重视。
在矿山这种极度退化的生境中，植物修复是矿山废弃地生态恢复的最佳途径之一。
植被的恢复与重建是矿山生态恢复的重要环节，通过人工选择物种，可以缩短植被演替的进程，加快矿山废弃地的生态重建进程，从而恢复结构复杂和功能良好的生态系统。
在这个惜地如金、以人为本的年代，对采矿废弃地进行植被恢复与生态重建，具有重大的现实和理论意义。
然而废弃地土壤结构差，植物生长所需的有机质及生长元素都逐步消退，并且土壤中重金属含量又相对较高，对植物的生长非常不利。
国内外在废弃地复垦研究上也有了一些成果，但关于有色金属矿山废弃地植被恢复研究还相对较少，可借鉴的直接经验较少。
本文旨在通过高家坳金矿废弃地进行植被恢复的试验研究，对采矿地植被修复结果及存在的问题进行深入分析，从而为金矿废弃地及中国南方同类矿山的植被恢复与生态重建提供依据。
1 高家坳金矿废弃地植被快速恢复试验1.1 矿区概况高家坳金矿位于东经111°16′59″～111°17′54″，北纬27°23′41″～27°24′38″，地处湖南省西南部地区，位于邵阳市新邵县巨口铺镇境内，距邵阳市区约30 km，距新邵县城约25 km，有简易公路2 km与矿区西侧的S217省道相通，交通较为便利。
矿山废弃地生态恢复与景观设计初探_以上海辰山植物园矿坑花园为例_李瑞琪
矿山废弃地生态恢复与景观设计初探———以上海辰山植物园矿坑花园为例李瑞琪，王琴*（湖北工业大学土木环境与建筑学院，湖北武汉430068）煤矿废弃地在我国矿业废弃地中占有相当大的比例，环境影响和土地破坏严重，治理修复的需求十分迫切。
以煤矿废弃地景观再生为主要研究对象，通过分析不同类型的煤矿废弃地所具有的潜在景观功能和利用条件，探讨煤矿废弃地景观再生模式的可行性和实现途径，从而总结出具有规律性、可以推而广之的规划设计原则和方法。
本文以上海辰山植物园矿坑花园与岩石园为例，依据相关理论，探讨矿山废弃地景观再生模式的实现途径。
矿山废弃地；生态恢复；景观设计；矿坑花园成新的景观元素，使它成为新兴矿业文化资源。
2矿山废弃地成因分析与研究意义2.1矿山废弃地成因分析釆煤受损土地在我国总量庞大、分布广泛，逐年递增，有效复垦不足，造成生态环境、土地资源、地表景观、植被、水资源、大气环境等诸多方面的环境问题和社会问题。
这些问题包括：对土壤的侵蚀和破坏使地表生物量减少，矿区原有生态系统的服务功能减弱或完全丧失，生态完整性遭到破坏；破坏地表景观，使原有地表形态、自然外貌特征发生巨大改变，形成大尺度的地表创面或使地表荒凉萧条，并逐渐丧失自然特征和美感，与周围未开采区域形成强烈的视觉冲突；破坏植被，或者使土地退化，难以支撑植物生长；酸性矿山废水污染地表水和地下水资源；有毒气体释放和扬尘造成大气污染；滑坡、崩塌、塌陷、地裂、泥石流等引发地质灾害；影响矿区工农业生产和居民生活，并引发一系列的社会问题等[4]。
因此，如果能在煤矿废弃地的治理修复和城市绿地开发建设中找到契合点，利用釆煤后损毁的土地，进行基于风景园林学的修复利用，并获得更大的综合效益，将是十分必要并具有现实意义。
2.2研究的意义社会经济的发展不能依赖于牺牲自然环境为代价，我国目前逐渐重视对矿山废弃地进行生态恢复和综合治理，一般可通过对废弃矿山原有的资源进行更新、改造和再利用，使退化的景观得以恢复，寻求社会、经济和生态的和谐统一。
浅析矿山废弃地生态恢复治理措施
２ 矿 山废 弃地 生态恢复措施
２１ 矿 区土壤 污 染的治理 ． ２１１ 矿 区土壤培 肥 改 良技 术 ．．
土壤 培 肥 改 良技术 就是 对 土 壤 有 机 质 、Ｈ值 、 ｐ 土 壤养 分 、 团粒结 构等性 质 的改 良。具体 的改 良技术 包括
灌木树种 ， 香根草 ， 百喜草等草本植物 ； ｂ ）微生物修复。从污染土壤中筛选 出能降解污染 以下 几种 ：）土壤 营养状 况改 良： 壤 营养状 况改 良主 ａ 土 如酶 菌 、 固氮 菌 、 酶菌 、 线菌 、 放 细菌 、 固氮 要包 括微 生 物 、 机废 弃 物 、 肥 、 有 绿 化学 肥料 、 固氮 植物 物 的微生 物 ， 然 驯 提 等 ；） ｂ 土壤 ｐ Ｈ值改 良：对于 ｐ Ｈ值不达标的土壤可以 菌 ， 后在 实 验 室 中对 其 进 行 修 饰 、 化 等 处理 后 ， 高对 污染物 的 降解能 力 ， 后制 成菌剂 。如 菌根是 土 然 通过石灰或碳酸氢盐来调节土壤的酸性 ，改善土壤结 构 ；）表 土转换 ： 采矿前 先把 亚表 层 和表层 的土壤取 壤 中 的高等植 物 营养根 系与真 菌 菌丝 形成 的一 种联 合 Ｃ 在 能 改善 土 壤 质 量 ， 助植 物从 土壤 中吸 帮 走并保存 ， 采矿完成后再把这些保存的土壤放 回原处 ， 体 ， 修 复土 壤 、 从 提 这样就可以基本保持土壤 的营养条件 、物理性质等方 收水 分 和矿质 营养 ， 而 提高植 物 抗病 力 ， 高植 物 的 耐旱性 ， 促进植物生长， 达到作物增产的目的； 面 的特性 ；）土壤 物理 性状 改 良： ｄ 土壤 物理 ｌ 改 良的 耐盐 、 生状 ｃ 物修 复 。为 了能 降低 污 染 土壤 中重金 属 的含 ）动 目标是改善土壤结构 、 提高土壤孔隙度 ， 短期 内可采用 可 蚯蚓 等低 等 动 物能 吸 收 土 施 用农 家肥 和深 翻土地 的方法 。 客土覆 盖 ： ⑤ 客土覆 盖 量 ， 以利用 土 壤 中的 鼠类 、 壤 中 的重金 属 的特性 ，在重 金属 污染 的土壤 中放 养这 就 是在 废弃 地 土层较 薄 时 ， 可采用 异 地熟 土 直接 覆盖 ， 待其 富集重 金属后 ， 灌水 、 采用 电激等 方法 并 通过 引进 植 物种 子 、 生 物 、 素 等方 法对 土 壤理 化 些低 等 动物 ， 微 氮 驱出这些低等动物 ， 然后进行集 中处理。 特 性进 行改 良。 ２２ 综合 治理 ． ２１ 生物恢 复措施 ．． ２ 在堆弃场地建设排水 、 拦渣坝 、 挡渣墙等 ， 进行 防 ａ ）植物 修复 。 漏 和拦 挡处理 。 对影 响安全 的坡 面， 以设置 排洪 渠 、 可 截 植物修复包括土壤的植物修复与水 的植物修复两 并 增 减少 类 。土壤 的植 物修 复机 理 主要利 用 植物 的固定 和 吸收 流 沟等 ， 配 以防护林 草 带 ， 加植 被覆 盖 ， 坡 面径 流对地 表 的冲刷 ］ 矿 山开 采形 成 的各类 边坡 要采 取 。 对 作用乜， 多为原位生物修复。 可用植物固化技术、 根际生 物降解的植物诱导技术 、根际过滤技术、植 物蒸发技 相 应 的工 程措 施 与恢 复 植被 措施 相 结 合 的方 法来 进 行 综 合 治理 。对产 生 的尾 矿库 、 废弃 工业 场地 、 石堆 ， 废 采 术 、 工湿 地构 建技术 等对植 物 进行修 复 。 人 取排蓄结合 的办法， 排水拦渣， 有效解决废水 、 废渣 的污 矿 区植 被 恢 复 的生 态 学原 则 ： ） 被 的连 通性 ： （植 ａ 生 态系统被孤立不但对生物物种带来不利的影响 ，而且 染 。 参考 文献 ： 会 严 重威 胁 到整个 生 态环 境 。而通 过增 加 孤 立 的植 被 １ 徐颂 梁 矿 Ｊ． 斑块间的连通性 ，可以有效提高生态系统保护生物多 ［ ］ 麦 少 芝， 军， 志娇 ． 业废 弃地 的特 点及 其 环境 影 响 ［ ］ 云 南地 理 环 境 研 究 ，０ ５０ ） ５ ２ ． ２０（ ： — ９ ３２ 样 性 的 能力 ； ） 的生 态完 整性 ： 被 的生 态完 整性 （ 植被 ｂ 植 ［ ］ 彭 建， ２ 蒋一 军， 昊健 生， 我 国矿 山开采 的生 态环境 效应 等． 包含 丰 富 的生物 多样 性 、 完整 的植 被 结构 、 整 的生 态 完 及 土 地 复 垦典 型 技 术 ［ ］ 理 科 学进 展 ， ０ （２： — ０ Ｊ． 地 ２ ５ ）９４ ． ０ ０ ３ 循环 系统 、 分 的地 表覆 盖 、 富 的生 态 功 能群 体 、 充 丰 丰 ［ ］ 吴 和政 ， 薇 ． 国矿 山生 态环 境 及 生 态恢 复 技 术 的 现 状 ３ 郑 我 富的植被层次、 完整的生态功能和效益产 出体系； ） （植 ｃ ［ ］ 矿 工 程 （ 土 钻掘 工程 ） ０ ８０ ） ０ ５ ． Ｊ． 探 岩 ，０（ ： —１ ２ ７５ 被 的 自然性 ：恢 复植 被应 充分 利 用 自然力 和 自然演 替 ［ ］ 杜 慧平 ， 军 ， 堆 ． 生 物 对矿 山 复 垦地 土 壤 基 质 的 改 ４ 刘利 闰双 微 规律 使其 逐 渐演 化 为天然 植 被 。封 山育林 是 自然恢 复 良作用［ ］ Ｊ． 山西农业科学， １ （１４ — ０ ２ １ ）７ ５． ０ ０ ： ［ ］ 张 东为 ， 建 国． 属 矿 山尾 矿 废 弃 地植 物 修 复 措施 探 讨 ［ ］ ５ 崔 金 Ｊ． 的典 型 方法 ； ） 种 间的生 态交 互性 ： 行植 被恢 复 的 （物 ｄ 进 中国水土保持， ０ （３４ — ６ ２ ６０ ） ４ ４ ． ０ ： 时候 ， 必须 认 真考 虑 到野 生 动植 物 之 间 的关 系口， 以 ］ 可 （ 责任编辑 ： 高志凤） 利用 物种 之 间 的这种 关 系 ，采取 适 当方 法促 进 这种 良
矿山废弃地的环境问题
矿山废弃地的环境问题摘要：作为矿产资源开发活动的直接结果之一，矿业废弃地对环境的压力与污染在相当程度上与矿产资源开发利用的方式及环境直接相关。
依据矿业废弃地污染环境的性质与特点，具体治理过程中，将基于生态恢复与生物技术利用以及正式与非正式的制度约束方面的对策措施结合起来，具有相当的必要性与合理性。
关键词：矿业，废弃地，生态恢复，基质改良，制度创新与约束一、矿业废弃地内涵及其我国矿业废弃地的现状所谓矿业废弃地主要是指因采矿活动所破坏的，非经治理而无法使用的土地。
依据其性质与形态上的区别，矿业废弃地主要涵盖了六大种类型：由剥离表土堆放而成的排土场废弃地，由开采的岩石碎块以及低品位矿石堆积而成的废石堆废弃地，由矿体采空后留下的采空区和塌陷区所造成的采矿坑废弃地，由采出的矿石经选出精矿后留下的尾矿堆积而成的尾矿废弃地，由采矿作业面、机械设施、矿山辅助建筑物和道路交通等先占用后废弃的土地，受采矿影响而无法利用与开发的土地。
此外，广义的矿业废弃地还应包括矿石的冶精所带来的冶炼渣堆积地以及冶炼厂周边的、因冶炼过程中重金属和排放所导致的退化土地。
显然，矿业废弃地是一个内涵十分丰富的概念，同时，也无形中说明了矿业废弃地对环境影响的广泛性及其治理工作的难度。
矿业活动所产生的废弃物可以说是世界上最主要的固体废弃物，而且因这种废弃物而造成的环境污染也已成了整个世界面临的一个共同难题。
据统计，世界各国每年因矿业开发而造成的尾矿就达！$亿吨以上；自#()*+'$$$年，估计世界采矿活动累计占地面积高达,)$$$-.'，相当于整个地球陆地面积的$/'0；由于一般情况下，矿山的污染范围又为其占地面积的#$倍，因此，总体而言，矿业的环境污染面积就占了整个地球陆地面积的'0，情况之严重不可谓不触目惊心。
相比较而言，我国的矿业废弃地对环境的影响状况也不容乐观，而且总体上看，至今为止，因矿业开采而造成的环境恶化之趋势尚未得到有效遏制。
矿业废弃地的生态恢复与重建研究
作者简介。 艳 （ ８一） 女 （ ， 魏 １ １ ． 汉族） 河南西华人，昆 ９ 明理工 大学环境科学与工程学院硕士 研究生・主 要从事生态学研究
全 管理 进入 良性循 环 。
伸 展 的介 质 、水 分 、营养 物质 、而 毒性 物 质含量 过 高；
通 过开展 “ 对职 工 进 行 安 全 意识 问卷 调 查 ” ，为 管 理 者提供 了 一个衡 量 职工安 全 意识 水平 的手段 。今 后 可通过 问 卷 调 查 结 果 分 析 ，掌 握 职 工 的思 想 脉
高整 个 职工 队伍 的安 全意识 。
Ｑｕ ｓｉｎ ａｒ ｖ ｓｉａｉｎ ｏ ａ ｅｙ ａ ｒｎ ｓ ｏ ｔｆ ｅ ｔ ｎ ｉ ｉ ｅｔ ｔ ｆ ｆｔ ｗａ ｅ ｅｓ ｆｓａ ｆ ｏ ｅｎ ｇ ｏ ｓ
Ｗ ＡＮＧ ｉｎ ｈ ｉ Ｌ ＡＮＧ Ｋｕ —ｕ Ｊａ － ｕ ． Ｉ ｎ ｌｎ
摘 要 ：大 量 的 矿 产 资 源 开 采 ．对 生 态 破 坏 、环 境 污 染 十 分 严 重 ，并 形 成 了 很 多 矿 业 废 弃 地 。本 文 在 国 内 外 矿 业废 弃 地 生 态 恢 复 现 状 的 基 础 上 ，对 生 态 恢 复 与 重 建 的 方法 进 行 了 综 述 ，并 提 出 其 存 在 的 问题 。
地 ；３ ）开 采 的矿石 经 分选 出精 矿 后 的 剩余 物 排 放
堆 积形 成 的尾矿 废 弃 地 ；４ 采 矿 作 业 面 、机 械 设 ）
施 、矿 山辅 助 建筑物 和 道路 交通 等先 占用 而后 废弃
的土地 。
由于受 采矿 活动 的剧 烈扰 动 ，矿业 废 弃地具 有
众 多危 害环 境 的极端 理化 性质 ．其 主要 特 征 ： —— 表 土层 破坏 导致 缺乏 植物 能够 自然生根 和
金属矿山废弃地重金属污染的植物修复治理技术
ａ ｍｉ ｅ ｗａ ｔ ｌ ｃ ｓｖ ｒ ｅ ｅ ｅ ｌ ｎ ｓ ｅ ｐ ａ ｅ ｉ ｅ ｙ ｓ ｖ ｒ ．Ｐｈ ｔ ｒ ｍｅ ｉｔ ｎ ｉ ｗｉ ｅ ｙ ｕ ｅ ｎ ｔ ｅｔ ｅ ｔ ｎ ｆｓ ｉ ｈ ａ ｙ ｍｅ ａ ｏ — ｙ ｏ ｅ ｄ ａ ｉ ｄ ｌ ｓ ｄ ｉ ｈ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｏ ｌ ｅ ｖ ｔ ｌｐ ｌ ｏ ｓ ｏ ｌ ｔ ｎ ｉ ｌ ｔ ｅ ｗｏ ｌ ． ｕ ｉ ｎ ａ ｌ ｈ ｒｄ ，Ｂｕ ｈ ｔ ｒ ｍｅ ｉｔ ｎ ｓｉｌ ａ ｅ ｓ ｍｅ ｐ ｏ ｌ ｍ ｏ ｓ ｌ ｅ ｏ ｔｐ ｙ ｏ ｅ ｄ ａ ｉ ｔ ｖ ｏ ｒ ｂ ｅ ｔ ｏ ｖ ，Ｔｈ ｅ ｄ ａ ｄ ｚ ｎ ｎ ｓ ｏ ｌｈ ｅ ｌａ ｎ ｉ ｃ ｍｉ ｅ ｉ
王英辉 祁士华 陈学军
（ ． 中 国地 质 大 学环 境 学院 ・ 汉 ４ ０ ７ ；２ １ 武 ３ ０ ５ ．桂 林 工 学院材料 与化 学 工程 系 ・ 林 ５ １ ０ 桂 ４ ０ ４）
摘 要 ： 属矿 山 开 采 引 发 的 环 境 问 题 已经 越 来 越 严 重 ，采 矿 活 动 破 坏 生 态 平 衡 ，造 成 矿 山 废 弃 地 金
Ｗ ａ ｇ Ｙｉｇ ｕ ｎ ｎ ｈ ｉ ’ Ｑｉ ｈｈ ａ Ｃｈ ｎＸｕｊ ｎ ｉｕ Ｓ ｅ ｅｕ
（ ． Ｃｈ ｎ ｉ ｅ ｓ ｔ ｏ ｃｅ ｃ ｖｒ ｎ ｎ ａ ａ ｅ １ ｉ ａ Ｕｎ ｖ ｒ ｉｙ Ｇｅ ｓ ｉｎ ｅ Ｅｎ ｉｏ ｍｅ ｔ ｌ Ａｃ ｄ ｍｙ・Ｗ ｕ ａ ３ ０ ５ ２ Ｄｅ ａ ｔ ｎ ｆ ｈ ｎ４ ０ ７ ； ， ｐ ｒ ｍｅ ｔｏ Ｍ ａ ｅ ｉｌａ ｄ Ｃｈ ｍｉ ｔｙ Ｅｎ ｉ ｅ ｒ ｇ，Ｇｕ ｌ ｉ ｅ ｓｔ ｆＴｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ・Ｇｕ ｌ ４ ０ ４ ｔ ｒ ｎ ｅ ｓｒ ｇｎ ｅｉ ａ ｎ ｉ ｎ Ｕｎ ｖ ｒ ｉ ｏ ｃ ｎ ｌ ｇ ｉ ｙ ｉｎ ５ １ ０ ） ｉ
生态修复技术在矿山废弃地的应用
地进行生态恢复与重建。但是,目前我国矿区废弃地的生态恢复工作总体上
还处于初期阶段, 因此, 在我国大力开展矿区废弃地的生态恢复工作是当务之 急。生态恢复的关键的是生态系统功能的恢复和合理结构的构建,而生态系 统的各种功能是靠系统的各组成成分相互作用来实现的。因此,要恢复生态 系统的功能,必须恢复系统的非生物成分的功能,进行植被的恢复及动物群落 和微生物群落的构建。
(a)植被的连通性：生态系统被孤立不但对生物物种带来不利的影响，而且会严重
威胁到整个生态环境。而通过增加孤立的植被斑块间的连通性，可以有效提高生 态系统保护生物多样性的能力；
我国矿区土地生态环境恢复的方法
(b)植被的生态完整性：植被的生态完整性包含丰富的生物多样性、完整的植被结构、 完整的生态 循环系统、 充分的地表覆盖、丰富的生态功能群体、丰富的植被层次、
我们也注意到采石场给环境、生态和景观带来了一系列的危害和问题，因此采石场的
生态环境恢复日益成为社会普遍关注的问题之一。
案列
在江苏省与苏州市进行的废弃矿山生态环境治理规划的指导下，苏州吴 中区旺山采石场于2002年关闭，同年5月21日杭州环复园林工程有限公司开
始对旺山进行生态环境治理，成为江苏省首批进行生态环境恢复的矿山，
观赏性植物 凤仙花
我国矿区土地生态环境恢复的方法
植被恢复物种选择原则：选用当地优良的先锋树种和乡土树种或选用固
氮树种；选用抗逆性好、适应性强、生长速度快的树种；选用抗病虫害、耐
湿、耐瘠薄、抗旱、抗风沙、抗污染以及具有较高经济价值的树种， 如刺 槐、 沙枣、杨树等乔木树种,胡枝子、山杏、金银花等灌木树种，香根草， 百喜草等草本植物；
我国矿区土地生态环境恢复的方法
c)动物修复。为了能降低污染土壤中重金属的含量，可以利用土壤中的鼠类、 蚯蚓等低等动物能吸收土壤中的重金属的特性，在重金属污染的土壤中放养 这些低等动物，待其富集重金属后,采用灌水、电激等方法驱出这些低等动 物，然后进行集中处理。
生态修复技术
4
1-3露天开采的影响—景观生态角度
4
1-4露天开采的影响——圈层角度
4
1-5开采沉陷的影响
4
02 矿山修复的指导思想和原则
2
2-1矿山修复的指导思想
以科学发展观为指导，以维护矿区生态环境 安全为重点，针对矿产资源开发利用方式以及产 生的主要生态环境问题，科学规划、合理布局， 提出生态环境保护与恢复治理的主要措施，及时 治理受损的生态环境，最大限度地减少因矿产资 源开发利用造成的危害， 促进矿产资源开发与 社会经济的可持续发展。
2
C目 录 ONTENTS
1
现代矿山开采对环境的影响
2
矿山修复的指导思想和原则
3
矿山生态修复具体应用技术
4
国外成功修复案例分析
2
01 现代矿山开采对环境的影响
2
1-1矿区生态系统特性
01 以人为中心，系统的产生、存在、发展和消亡都是按 照人的意愿进行的。
02 是一个开放性系统，与自然—经济—社会符合系统息 息相关。
4
1-2矿山开采带来的环境危害
露天开采影响
可以从景观生态角度 和圈层角度来说。 主要的危险危害因素 有滑坡、爆破、粉尘 洪水及泥石流危害等。
开采沉陷影响
开采沉陷引发了许多 地表的建(构)筑物、 水体、耕地、铁路、 桥梁和环境破坏 等， 并导致了许多灾害性
后果。
固体废弃物影响
固体废弃物在回收利 用前纯属废物，其对 环境的污染主要表现 在污染大气、污染水 体、污染土壤和污染
5
3-3植物修复——超富集植物
由于超富集植物可以忍受高浓度的重金属，因此矿藏丰富的地区，其他植物无法生长，它们却生长旺盛。 因此超富集植物最初被用来指示特定的矿床，在矿藏勘探中发挥了一定的作用。
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Letters to Nature, 2000:406
17
重金属 酸化 重金属 酸化
18
矿业废弃地的生态恢复
1.表土复原技术 2.覆土植被技术 3.直接植被技术
重金属 耐性植物 废弃地 原生演替 重金属矿 业废弃地
酸化生物地 球化学模型
酸化预测 与控制
基质改良与 物种配置
最大优势： 经济、有效
Hua…Shu*. ISME J 2015
36
建立AMD微生物群落与功能代谢潜能的预测模型
Kuang…Shu*. ISME J 2016
Why this study is so important - because it is the first to directly compare microbes in extreme and benign environments and look at their adaptive and evolutionary characteristics. What the researchers have found may very well explain how life managed to proliferate in the extreme environment that was Earth some 4 billion years ago. And it may also give us some hope, that if microbial life developed on Mars, somewhere it has and continues to evolve in the extreme environment of that planet
尾矿
采空区
排土场
污染退化区
黄铭洪、束文圣等，2003，环境污染与生态恢复，科学出版社
采空区
排土场
尾矿
3
源头控制
过程控制
终端治理
为矿山及周边重金属污染治理提供整体的理论与技术支撑
4
5
6
Hopes for future：Restoration ecology and conservation biology Science, 1997
重金属 耐性植物 废弃地 原生演替
重金属矿 业废弃地
酸化生物地 球化学模型
酸化预测 与控制
基质改良与 物种配置
最大优势： 经济、有效
25
26
重金属矿 业废弃地
理论支撑 科学研究
工程管理 优化技经
方案合理 因地制宜
用材得当 选种培育
专业施工 用心抚育
重金属
28
29
尾矿酸化过程中的微生物群落组成与功能演替 Dynamics of microbial community composition and function
48
Shu et al. 2001, Environ Int
49
• 铁硫氧化菌 • Fe2+完全氧化
调节池
• 调节pH(<4.5) • 回收施氏矿物
• aSRB • 回收重金属 厌氧反应器
好氧反应器
50
51
52
• 宏基因组学 • 单细胞基因组学 • GeoChip
GeoChip or Functional Gene Arrays (FGAs)
The most comprehensive high throughput metagenomic technology for characterizing microbial community functional structure and activities.
GeoChip: A high throughput tool for linking community structure to functions
Significance
↑ ↓** ↑ ↓** ↓ ↓** ↓** ↑** ↑** ↑*
41
p
修复前后的尾矿的微生物群落差别明显，酸化微生物被显著抑制。
42
Yang…Li*. Soil Biol. Biochem. 2017
43
44
江西德兴铜矿水龙山排土场 （第一期）生态恢复工程（2016.9）
pH EC (mS/cm） NAG-pH NAG (kg H2SO4/t) Available Pb (mg/kg) Available Zn (mg/kg) Available Cu (mg/kg) Total P (mg/kg) Available K (mg/kg) Available Mg (mg/kg)
Li…Shu*. Scientific Reports, 2014
AMD微生物群落的代谢潜能和功能活性
Chen…Shu*. ISME J 2015
39
1 4
原始情况 恢复6个月后
2 5
覆土平整 恢复6个月后
3 6
恢复3个月后 对照组与改良组对比
40
实验地整体恢复前后的土壤理化性质前后对比 Parameter
• Microarrays: Glass slides or other solid
surface containing thousands of genes arrayed by automated equipment.
• FGAs contain probes from the genes involved in
Highlighted by:
• A press release by Nature Press Office
•Reported by many Newspapers • National Ecology Observatory Networks (NEON), Roadmap • National Academy of Sciences, Metagenomics report
GeoChip Roadmap
83,992 Probes 549 Gene Families 28,000 Probes 292 Gene Families 24,243 Probes 150 Gene Families
268,059 Probes 2,433 Gene Families
2402 Genes
Geochemistry and mineralogy 16S pyrosequencing Metagenomic analysis
广东省凡口铅锌矿
16S焦磷酸测序揭示不同酸化阶段微生物群落组成的变化
Shifts of microbial community composition
Dominance of Proteobacteria in early and Archaea in late acidification stages
)%( ecnadnuba evitaleR
pH<3
~50 samples, 16S pyrosequencing
pH>5 pH 5-3 pH<3
硫铁矿酸化的室内模拟 Laboratory simulation experiments
Chen …Shu*. Environ Microbiol 2013 Liu …Huang*. Appl Environ Microbiol 2014 Chen …Shu*. Environ Sci Technol 2014
• Typical format: 50mer oligonucleotide arrays • Useful for studying microbial communities
– Functional gene diversity and activity – Limited phylogenetic diversity.
19
永平铜矿排土场生态恢复区域原貌
4个月
二. 工程实例
我们在铅锌尾矿建立的人工湿地可以长期稳定地处理矿山重金属废水。 污染物去除率：As 87%、Cd 94%、Pb 99%、Zn 97%、TSS 99%。 Yang et al, 2006, Environmental Pollution
1.表土复原技术 2.覆土植被技术 3.直接植被技术
•R & D 100, among most outstanding 100 technological innovations and breakthrough in 2009
7
Rocky Mountains
Rocky Mountains
Mining at Rocky Mountains
Question
o Heavy metals toxicity among wildlife in the Colorado Rocky Mountains
FIGURE 1. Cadmium concentrations in most commonly eaten ptarmigan foods (genera indicated) and in ptarmigan crops.
45
江西德兴铜矿水龙山排土场 （第一期）生态恢复工程（2017.5）
46
400 200 0 -200 -400 -600 -800 -1000 0 2 4
r = 0.44, P < 0.0001
ecneiliseR
6
8
10
12
Species richness
47
FeS2 + O2 + H2O → Fe(OH)3 + H2SO4 MS + O2 + H2O → M2+ + H+ + SO42pH<3；重金属溶出增加、毒性加剧；盐分高