矿山生态环境修复技术

矿山生态环境修复技术摘要：环境可以成为污染从人的活动无论是通过无意释放事件，如今工业，如工业生产过程控制紫金山铜矿湿法厂发生铜酸水渗漏。

这产生了既要限制进入环境的污染物排放量，而且要修复现有污染的热点地区。

整治是长期给予了一个特定环境清洁车厢（如土壤或水体），以减少特定污染物的水平，到可接受的浓度。

植物修复是一个补救机制，可以用来清理环境污染物的范围它涉及到土地用途的植物，可以容忍和污染，甚至在某些类型的茁壮成长环境，以减轻负担的具体污染。

关键词：矿区；土壤重金属污染；植物修复Abstract: the environment can be from human activity whether polluted by inadvertently released in just happen, now the zijin mining of serious environmental pollution, or as a result of the process of industry, such as industrial production process control ZiJinShan copper wet sour water leakage occurs the copper. It has to restrict access to the environment, and to repair pollutants existing pollution hotspots. Regulation is given a specific environment for cleaning cars (such as soil or water), in order to reduce levels of pollutants, specific to acceptable levels. Phytoremediation is a remedy mechanism, which can be used to clean the scope of environmental pollutants, it involves the use of land plants, can tolerate and pollution, even in some types of thrive environment.Keywords：mine and surrounding area；soil heavy metal pollution；phytoremediation矿产资源的开发在为国家提供重要战略资源的同时也造成了环境污染、地质灾害、生态破坏等严重后果。

矿冶活动是重金属污染的主要来源，我国因采矿累计占用、破坏土地达743 万hm2，且每年仍以4万hm2 的速度递增，而全国受矿业影响的土地复垦率却只有13.3％，且其中主要是煤矿山相对较高的复垦率贡献，而金属矿山的复垦率相对较低，这与发达国家75％的复垦率相差甚远。

此外，矿产资源的开发利用所造成的土壤重金属污染由地球化学链、食物链进入生物体，给矿山及其周边地区居民的食品安全、生态安全甚至社会和谐带来严重隐患，因此对矿区污染土壤的生态恢复就显得十分重要[1]。

1 矿山废弃地生态重建的实践1．1 矿山废弃地复垦我国人多地少，土地资源严重不足，在经济较发达的东部地区，矿山废弃地的复垦利用已经受到了普遍关注。

矿山废弃地分布广，环境污染严重，它在区域可持续发展研究和实践中具有特殊的重要性。

矿山废弃地生态环境恢复与重建的关键是在正确评价废弃地类型和特征的基础上进行植被的恢复与重建．进而使生态系统实现自行恢复并达到良性循环 [2]。

矿山废弃地隶属各种尺度的景观类型，不同类型矿山废弃地具有不同的生态重建途径。

影响矿山废弃土地复垦潜力的自然和社会经济条件方面的4类14个亚类因子．并划分为6个等级[3]．对平朔安太堡露天煤矿土地复垦系统开展了以下几个方面的研究：①矿区生态系统演变的阶段、类型、过程对效益的影响；②矿区土地利用结构调整及耕地总量动态平衡；⑧矿区未来空间待复垦土地适宜性评价单元类型的划分；④矿区时空变动地貌的水土保持布局模式；矿区土地复垦与生态重建规划的方法[4]。

在废弃地上铺盖厚约20cm 垃圾及20 kg／m 石灰提高了尾矿pH值并降低了电导率，而且较有效地防止了下层尾矿的酸化，植物生长也较好。

煤矿煤矸石可作为废弃地的充填复垦材料，风化煤矸石的矿物化学组成与矿区黄土相近．煤矸石的汞、镉、铅、砷、氟等有毒元素的含量不超标，可利用进行复垦，治理废弃地恶化的生态环境。

2 矿区多金属污染土壤植物修复技术与机理研究动态2.1 与传统的化学和物理治理技术相比，植物修复（phytoremediation）具有经济、对环境友好、能保持土壤生产力和无二次污染等优点，近年来一直是国内外重金属污染矿山修复的研究热点。

植物修复技术是利用自然生长植物或者遗传工程培育植物体系来吸收、挥发或稳定土壤环境污染物的技术总称。

重金属污染土壤的植物修复技术包括植物提取技术（采用重金属超富集植物将土壤中的重金属富集到植物地上部分，然后采用常规农业方法收获后进一步处理）、植物稳定技术（利用植物根系代谢活动将土壤活性重金属沉淀在土壤中或将土壤中的重金属吸收富集在植物根部，从而降低重金属在土壤中的迁移性能，减少其环境危害）和植物挥发技术（利用植物从土壤中吸收挥发性重金属元素，然后通过叶片挥发到大气中）等。

2.2 矿区周边重金属中低污染土壤的植物提取技术的研究与应用首先取决于超富集植物的发现和筛选。

目前，世界上共发现超富集植物有400 多种[5]，但通常只能对一种重金属元素表现出富集能力，仅少部分可以超富集吸收两种或两种以上的重金属。

近年来我国科学家陆续发现了Zn、Cd、As、Mn 的超富集植物多种，但能用于复合污染土壤修复的多金属超富集植物尚不多见。

目前，国内外关于超富集植物吸收重金属的机理研究取得了一定进展，主要涉及以下过程：（1）超富集植物根系对重金属的活化。

一般认为超富集植物的根系可以分泌质子和其他特异性小分子有机物，且根际分泌物的种类和性质会因为重金属类型与浓度的变化会改变，从而促进植物对土壤中特定重金属元素的活化和吸收。

但也有研究发现超富集植物的根际酸度与非富集植物没有显著差异，可能在土壤重金属的活化过程中根系分泌物的作用有限。

（2）植物体内重金属的赋存形态与吸收转运过程[13]2.3 矿山废弃地重金属的植物修复2.3.1在铅锌尾矿上定居的雀稗、双穗雀稗、黄花稔和银合欢对铅(Pb)的吸收表现出不同的模式：雀稗所吸收的Pb大部分被滞留在根部．使之较少影响到地上部茎叶的光合作用功能及生长，从而使植物对重金属Pb环境更具耐性[14]；双穗雀稗和黄花稔所吸收的Pb较多地被转移到便于收获移走的地上部分，因而具有较大的植物修复潜力；木本植物银合欢所吸收的重金属Pb总量的8O 以上是积累在根、茎的皮和木质部及枝条部分，只有15 左右分布在叶片中。

因此，在利用植物修复重金属污染土壤的实践中，这是一个特别值得利用的优点。

重金属Pb、Zn、Cu和Cd的全量和有效态重金属含量都随土壤深度的增加而递减。

宽叶香蒲等四种植物都具有较强的吸收和富集重金属的能力，且主要富集在植物的地下部分。

在废弃3000余年的湖北铜绿山古冶炼渣已形成了以草本植物为主体的植被，其中，鸭跖草是Cu的超富集植物，可用于Cu污染土壤的植物修复与重建。

最近发现蚯蚓对铜矿中的铜元素富集能力很强．可达体内组织的82．5～1218．4 mg／kg[11]；由此，还进一步讨论了矿山废弃地生态恢复的生物(蚯蚓)技术理论和方法。

利用现代生物技术探索解决矿山废弃地重金属污染我国也取得了新的进展。

王剑虹和麻密已构建了紫羊茅(Festucarubra)重金属抗性品种Merlin的cDNA文库，筛选出了在重金属胁迫下表达的两个基mcMT1和mc733。

构建了mcMT1的酵母表达载体，通过转化酵母基因组单一基因突变株ABDE1(对重金属敏感)及互补实验对mcMT1的功能进行了分析，证实了该基因具有重金属抗性功能。

利用RACE方法从大蒜(Alliun sativum)中克隆了植物络合素合酶的全长DNA．通过对镉敏感裂殖酵母M379和砷敏感裂殖酵母的转化，证实该基因的表达可以提高酵母对重金属镉和砷的抗性。

有关强化植物修复技术的研究最初由Wallace等(1974)报告，他们提出了在重金属污染土壤上施用EDTA 时与重金属形成络合物(metal-EDTA)提高了重金属的溶解度促进植物吸收[12]。

之后Blayllock等(1997)也陆续发表了EDTA能促进植物吸收重金属的观点。

把人为重金属污染土壤和矿山地区土壤作为供试土壤，EDTA作络合剂；艾蒿作为供试植物，进行植物吸收镉的调查研究显示，施用EDTA的试验区与未施用EDTA的对照相比艾蒿体内的镉含量明显升高，其中从矿山土壤中镉的吸收量增加2倍以上，人为污染土壤中镉的吸收量增加1.5倍以上。

施用EDTA后，植物从人为污染土壤中吸收的重金属增加量小于矿山土壤中吸收的重金属增加量的原因是：虽然两个区镉浓度一样，但是人为污染土壤中镉的有效度相对高的结果，这种现象在其他土壤栽培中也得到证实。

被铅污染的土壤中EDTA处理的效果也很显著，EDTA施用以后栽培植物前后土壤中可提取的有效态铅从栽培前的1 700mg／kg下降到栽培后的350mg／kg，植物不能吸收利用的残留态Pb含量是EDTA处理前后几乎没有变化(90mg／kg)。

以上结果表明，EDTA作为改良剂使用后可以提高土壤中有效态铅含量，从而显著提高强化植物修复技术效率。

另一方面，植物根系分泌的低分子有机酸可以提高根际土壤中金属离子的溶解度和根际微生物的活动以及促进根系发育来促进植物的重金属吸收。

还有，有机酸与土壤直接接触通过酸性化、络合、沉淀及氧化还原反应来促进植物的重金属吸收。

Krishnamurti等通过施用不同低分子质量有机酸(LMW0A)的试验，证明了与土壤中镉形成Cd-LMW0A络合物提高了土壤中镉的有效度。

但是，利用化学改良剂的植物修复技术施用了螯合剂而形成的溶解性金属络合物(metal-chelate)本身具有对生物体的潜在毒性，还可以引发施用螯合剂后重金属溶脱引起的地下水污染[15]，所以使用螯合剂时要慎重考虑。

特别是EDTA在自然环境中抗分解性强，土壤中的残留时间比较长，一部分EDTA流入地下水而污染水质。

以畜禽粪尿作为原料堆制而成的堆沤肥中含有丰富的腐殖质和植物需要的无机养分。

当这些肥料施用在重金属污染土壤中，既可提高土壤中的重金属溶解度充当螯合剂的作用，又可供应植物需要的养分，今后作为强化植物修复技术中的环境亲和性化学改良剂，其应用前景广泛。