離子型稀土礦區(qū)土壤生態(tài)恢復(fù)

周 丹 羅才貴 蘇 佳 羅仙平,3

(1.江西理工大學(xué)稀土學(xué)院，江西 贛州 341000；2.江西省礦冶環(huán)境污染控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西 贛州 341000；3.南方離子型稀土資源開發(fā)及應(yīng)用省部共建重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西 贛州 341000)

離子型稀土礦區(qū)土壤生態(tài)恢復(fù)

周 丹1,2羅才貴1,2蘇 佳1,2羅仙平1,2,3

(1.江西理工大學(xué)稀土學(xué)院，江西 贛州 341000；2.江西省礦冶環(huán)境污染控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西 贛州 341000；3.南方離子型稀土資源開發(fā)及應(yīng)用省部共建重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西 贛州 341000)

介紹了離子型稀土資源開發(fā)導(dǎo)致的土壤破壞和土壤污染問題；總結(jié)了礦山廢棄地及礦區(qū)污染農(nóng)田土壤的各種修復(fù)技術(shù)，并通過分析這些技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，提出了適合離子型稀土礦區(qū)土壤改良與修復(fù)的相應(yīng)方法，為離子型稀土礦區(qū)土壤的綜合治理和生態(tài)恢復(fù)提供參考。

離子型稀土礦區(qū) 土壤破壞 土壤污染 土壤生態(tài)恢復(fù)

離子型稀土礦主要分布于我國(guó)南方的江西、福建、廣東、湖南等省區(qū)，其中稀土和重稀土儲(chǔ)量占世界儲(chǔ)量的80%以上，是我國(guó)特有的寶貴資源[1-2]。在開發(fā)利用離子型稀土資源的過程中，大面積的表土破壞、嚴(yán)重的水土流失、浸礦藥劑的殘留以及伴生元素的釋放造成礦區(qū)土壤嚴(yán)重污染和退化。土壤圈處于地球上氣圈、水圈、生物圈及巖石圈的中心，是各圈層物質(zhì)循環(huán)與能量交換的樞紐，作為地球上生命密度最大、生命物質(zhì)能量最高的表生帶，是人類社會(huì)生存發(fā)展的基礎(chǔ)[3]。離子型稀土礦區(qū)生態(tài)環(huán)境恢復(fù)的首要問題就是解決稀土資源開采帶來的礦區(qū)土壤污染、表土被破壞、土壤嚴(yán)重退化問題。

離子型稀土礦主要分布在我國(guó)南方紅壤區(qū)。由于紅壤所具有的酸、瘦、黏等弱點(diǎn)以及紅壤分布區(qū)域降水在時(shí)空分布上的不均勻性，加上離子型稀土礦不合理的開發(fā)利用造成的水土流失、土壤污染等問題，使整個(gè)地區(qū)農(nóng)業(yè)及經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展受到了嚴(yán)重影響[4]。因此，離子型稀土礦區(qū)的土壤恢復(fù)對(duì)紅壤地區(qū)的生態(tài)環(huán)境保護(hù)、我國(guó)南方土地短缺矛盾的緩解有著極其重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文從土壤修復(fù)和土壤改良的角度，分析離子型稀土礦區(qū)土壤生態(tài)面臨的主要問題，概述適應(yīng)離子型型稀土礦區(qū)土壤修復(fù)與改良的主要方法，為離子型礦區(qū)土壤污染與退化等問題的綜合治理和生態(tài)修復(fù)提供參考。

1 離子型稀土礦區(qū)主要土壤問題

1.1 采礦跡地和尾砂廢棄地土壤問題

離子型稀土礦床為裸露于地面的風(fēng)化花崗巖或火山巖風(fēng)化殼，礦床厚度一般為8～10 m，稀土元素主要以水合或羥基水合陽離子的形式吸附在黏土礦物上。根據(jù)這一特點(diǎn)，我國(guó)科技工作者提出了采用電解質(zhì)通過離子交換浸取稀土的方法，并從第1代池浸工藝、第2代堆浸工藝發(fā)展到如今的第3代原地浸出工藝[5-6]。

在離子型稀土礦的開采過程中，使用化學(xué)藥劑將離子相稀土元素交換解吸下來，這種特殊的開采工藝使得離子型稀土礦區(qū)產(chǎn)生較為特殊的土壤問題。早期的池浸工藝需剝離礦體上覆蓋的表土，在浸析池進(jìn)行稀土的提取，“搬山運(yùn)動(dòng)”造成礦體的有效土層和風(fēng)化層基本全部剝離，形成大面積的裸露山體[7]。浸提過程中1 t稀土氧化物產(chǎn)生尾砂1 600～3 000 t(容重約為112 t/m3)，石英含量達(dá)80%，結(jié)構(gòu)松散。這些尾砂就近排放于采場(chǎng)周邊的山坡、山谷平緩地帶，導(dǎo)致嚴(yán)重的水土流失、壓占農(nóng)田、淤塞河道、淹沒公路[8]。江西省信豐縣資料顯示[9]，該縣開采稀土10年來，尾砂下泄淤積的農(nóng)田面積已達(dá)286 hm2，全部成為尾砂廢棄地。采礦形成的跡地和尾砂廢棄地都屬于極度退化和貧瘠的土地，基本沒有土壤層，黏粒含量少，保肥保水能力差，植被生長(zhǎng)的立地條件惡劣，且尾砂中含有的稀土元素和伴生重金屬元素進(jìn)一步威脅植被的恢復(fù)。第2代堆浸工藝實(shí)際上是放大的池浸工藝，沒有從根本上改變“搬山運(yùn)動(dòng)”對(duì)土壤造成的極大破壞。第3代原地浸礦工藝是將浸礦電解質(zhì)溶液注入礦體中，電解質(zhì)溶液中的陽離子將吸附在黏土礦物表面的稀土離子交換解吸下來，形成稀土母液，流出礦體，進(jìn)入集液溝內(nèi)，然后收集母液提取稀土[10]。原地浸礦雖然不剝離表土，較少破壞地表植被，但浸礦劑注入地下浸泡時(shí)間150～400 d，礦體中殘留大量硫酸銨，使得土壤中的鈉、鈣、鎂、鉛、鋁離子和重金屬元素被交換出來，土壤的理化性質(zhì)受到嚴(yán)重影響，浸礦劑通過側(cè)滲和毛細(xì)管作用使植物根系受損，地表植被難以生長(zhǎng)，水土流失、山體坍塌或滑坡的風(fēng)險(xiǎn)加劇[11]。

1.2 礦區(qū)農(nóng)田土壤污染問題

離子型稀土礦特殊的開采工藝使礦區(qū)農(nóng)田土壤被稀土元素、重金屬和浸礦劑復(fù)合污染。浸礦劑硫酸銨長(zhǎng)期輸入礦區(qū)土壤中，NH4+-N可以引起土壤中礦物質(zhì)虧損，改變土壤溶液的離子組成和強(qiáng)度，影響土壤對(duì)金屬離子的固定和釋放，加劇土壤重金屬污染的生物有效性[12]。有研究表明[13]，銨態(tài)氮肥的過量施用是農(nóng)田土壤加速酸化的重要原因，并顯著增加土壤的可交換H+和可交換Al3+。離子型稀土礦主要分布在巖石風(fēng)化和土壤淋溶強(qiáng)烈、土壤呈酸性的紅壤區(qū)域，土壤缺乏水穩(wěn)定性團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，陽離子交換量亦很低，自身的脫硅富鋁化過程本是一個(gè)較緩慢的酸化過程，但一旦有活化離子侵入，酸化過程將加劇。

溫小軍等[14]對(duì)贛南信豐某離子型稀土礦區(qū)耕作層的土壤進(jìn)行了研究，結(jié)果顯示土壤環(huán)境均為酸性，礦區(qū)下游的土壤污染以La、Ce、Pr為主，且為多種稀土元素復(fù)合性污染。高效江等[15]研究了江西贛縣大田離子型稀土礦區(qū)的農(nóng)田土壤，結(jié)果表明其中稀土元素的含量明顯高于對(duì)照區(qū)和全國(guó)土壤的平均含量，稀土元素主要以可交換態(tài)和有機(jī)結(jié)合態(tài)，特別是松結(jié)有機(jī)態(tài)形式存在，具有較高的活性和生物有效性。李曉飛等[16-17]研究了福建省長(zhǎng)汀縣離子型稀土礦區(qū)蔬菜地土壤和主要蔬菜中稀土元素和重金屬的含量，結(jié)果表明，蔬菜地土壤中稀土元素平均含量高于福建省背景值，Cd、Cu和As含量分別超過土壤環(huán)境質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)10.71、1.12、0.29倍。

2 離子型稀土礦區(qū)廢棄地修復(fù)與改良

2.1 廢棄地基質(zhì)改良

離子型稀土礦山廢棄地屬于退化生態(tài)系統(tǒng)，土壤基質(zhì)結(jié)構(gòu)不良，持水保肥能力差，植被難以通過自然過程恢復(fù)，過高的重金屬等有毒有害物質(zhì)含量、極端pH 值等條件又進(jìn)一步限制植物生長(zhǎng)。因此，如何將惡劣基質(zhì)轉(zhuǎn)變成能夠生長(zhǎng)植物的土壤是礦區(qū)生態(tài)恢復(fù)與重建的關(guān)鍵。

目前土壤基質(zhì)改良的方法主要有物理改良、化學(xué)改良和生物改良。物理改良方法是指對(duì)廢棄地進(jìn)行表土覆蓋，包括表土回填和客土覆蓋。表土回填是在資源開采前將土壤分層取走保存，開采結(jié)束后再將土壤分層運(yùn)回原處加以利用，這樣土壤的理化性質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)元素以及土壤中的植物種子庫、土壤微生物、土壤動(dòng)物等受到的影響最小，是一種常用且最為有效的措施，也是當(dāng)前礦山環(huán)境保護(hù)的標(biāo)準(zhǔn)程序[18]。然而離子型稀土礦區(qū)的廢棄地多形成于早期的池浸和堆浸工藝，不規(guī)范的開采過程和淡薄的環(huán)保意識(shí)使得原有的表土基本破壞殆盡?？屯粮采w的關(guān)鍵在于尋找土源和確定覆蓋的厚度與方式。離子型稀土礦多分布在多山丘陵地區(qū)，土源本來就較少，多年采礦后取土更加困難，花費(fèi)巨額資金進(jìn)行異地熟土覆蓋，解決不了礦山長(zhǎng)期使用土源問題[19]。因此，回填表土和異地熟土覆蓋的基質(zhì)改良方法只能在條件允許的礦區(qū)適用，在土源短缺，水土流失嚴(yán)重的離子型稀土礦區(qū)應(yīng)該選擇其他行之有效的基質(zhì)改良措施。

通過施用各種無機(jī)、有機(jī)物質(zhì)，改善廢棄地土壤的理化性質(zhì)，增加營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，固化重金屬等有害物質(zhì)是較為常用的土壤改良方式。對(duì)于離子型稀土礦區(qū)的酸性廢棄地，通過施用生石灰或碳酸鹽，可在升高土壤pH值的同時(shí)，有效降低土壤中重金屬的移動(dòng)性。但長(zhǎng)期或大量使用石灰會(huì)引起土壤板結(jié)，還會(huì)引起土壤中鈣、鎂、鉀等元素的平衡失調(diào)。一些天然礦物如沸石、珍珠巖、蛭石、膨潤(rùn)土等常用于土壤改良，它們能調(diào)節(jié)土壤酸堿度，并吸附土壤中的重金屬如Pb、Ni、Cu、Zn、As、Sb、Cd等，降低其生物有效性。但天然礦物在實(shí)際應(yīng)用中尚存在一些理論和技術(shù)問題，如施用量，施用方式，天然礦物的儲(chǔ)量對(duì)其大面積推廣應(yīng)用的限制等[20-21]。常用的有機(jī)物改良物質(zhì)以有機(jī)固體廢棄物為主，例如木屑、秸稈堆肥、養(yǎng)殖糞肥和城市污泥等。有機(jī)廢棄物在提高土壤的pH值，改善土壤的結(jié)構(gòu)和肥力等方面具有較好的效果。

目前，在土壤改良劑的研究和應(yīng)用中，生物炭作為一類新型環(huán)境功能材料引起廣泛關(guān)注，其在土壤改良、溫室氣體減排以及受污染環(huán)境修復(fù)方面都展現(xiàn)出應(yīng)用價(jià)值[22]。生物炭(biochar)也稱生物質(zhì)炭，是生物質(zhì)(木屑、農(nóng)業(yè)秸稈、城市污泥等)在缺氧或無氧條件下熱裂解得到的一類穩(wěn)定的、高度芳香化的、富含碳素的固態(tài)物質(zhì)[23]。生物炭具有良好的孔隙結(jié)構(gòu)和巨大的比表面積，其吸附特性及穩(wěn)定性對(duì)酸性土壤的改良具有顯著效果。生物炭含有C、H、O以及土壤養(yǎng)分元素如N、P、K、Ca、Mg等，其表面豐富的芳環(huán)結(jié)構(gòu)和羥基、羧基等基團(tuán)顯著增加了離子交換的位點(diǎn)，可使土壤的 CEC水平顯著提高，可與金屬離子形成特定的金屬配合物，也可以通過提高土壤pH降低重金屬在土壤中的移動(dòng)性[24]。對(duì)于污染和退化土壤，生物質(zhì)炭在改善土壤理化性質(zhì)、降低有機(jī)污染物和重金屬的生態(tài)毒性等方面顯示出積極的影響，有廣泛應(yīng)用的巨大潛力。

生物改良劑包括一些商業(yè)化的微生物土壤改良劑、微生物增肥劑、菌根、好氧堆制茶、蚯蚓等[25]。自生固氮菌和叢枝菌根真菌是土壤中的2類重要功能菌，在土壤營(yíng)養(yǎng)循環(huán)中具有重要的調(diào)控作用，目前在土壤改良和土壤修復(fù)方面應(yīng)用和研究較多[26]。叢枝菌根真菌是一種普遍存在的內(nèi)共生真菌，它能夠與80%以上的陸生植物形成共生體，能增加土壤的有機(jī)質(zhì)含量，提高土壤的穩(wěn)定性，增強(qiáng)土壤的通透性，可以改變甚至逆轉(zhuǎn)植物種間的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，在植物群落競(jìng)爭(zhēng)演替、物種多樣性的形成及群落空間分布格局中均起著重要的調(diào)節(jié)作用，而自生固氮菌可為那些生活在貧瘠的土壤中且無法與共生固氮菌形成根瘤的植物提供氮源[27]。

基質(zhì)改良是離子型稀土礦區(qū)廢棄地修復(fù)中極為重要的步驟，從環(huán)保、經(jīng)濟(jì)的角度選擇適宜的改良劑對(duì)廢棄地的修復(fù)和復(fù)墾都有著非常重要的作用。有機(jī)固體廢棄物、生物炭和微生物改良劑在離子型稀土礦區(qū)廢棄地的基質(zhì)改良方面有著較好的應(yīng)用前景。

2.2 廢棄地修復(fù)

礦業(yè)廢棄地對(duì)植物來講是一個(gè)非常惡劣的生長(zhǎng)環(huán)境，存在許多限制植物生長(zhǎng)的因素，尤其是重金屬殘留、極端酸性、大量營(yíng)養(yǎng)元素(如N、P)的缺乏和極差的土質(zhì)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致許多礦業(yè)廢棄地經(jīng)過多年自然恢復(fù)，植被仍然稀疏，因此人工干預(yù)就成為加快礦業(yè)廢棄地生態(tài)重建的必要手段[28]。目前，礦業(yè)廢棄地復(fù)墾與生態(tài)恢復(fù)已成為世界各國(guó)共同關(guān)注的課題和跨學(xué)科的研究熱點(diǎn)。礦業(yè)廢棄地恢復(fù)是一項(xiàng)綜合的、跨學(xué)科的，集成了生態(tài)、材料、植物、土壤、工程等多方面技術(shù)的系統(tǒng)工程，單一的方法難以奏效。生物修復(fù)是主體，物理和化學(xué)方法一般作為生物方法的輔助。目前大多數(shù)礦業(yè)廢棄地生態(tài)修復(fù)的重點(diǎn)是植被的重建，并通過植物穩(wěn)定、提取等技術(shù)減緩或者消除重金屬對(duì)周邊環(huán)境的污染。因此，礦業(yè)廢棄地修復(fù)中植物的選擇就顯得尤為重要，耐旱、耐貧瘠、根系生長(zhǎng)迅速的植物比較容易在礦業(yè)廢棄地存活，能夠固定或者富集重金屬也是修復(fù)植物選取要考慮的要素之一[29]。

禾草和豆科植物具有頑強(qiáng)的生命力并耐貧瘠，能有效改善土壤的微域環(huán)境，促進(jìn)其他植被的生長(zhǎng)。許多研究表明，禾本科的百喜草、香根草等[30]對(duì)酸性條件、重金屬脅迫有很強(qiáng)的耐受性，已成為礦區(qū)廢棄地恢復(fù)過程中的先鋒物種。豆科植物對(duì)于養(yǎng)分缺乏的土地能取得很好的改良效果[31]，如沙打旺、胡枝子、苜蓿等在國(guó)內(nèi)外礦業(yè)廢棄地修復(fù)中被廣泛應(yīng)用。在礦業(yè)廢棄地恢復(fù)方面，重金屬的超富集植物也是研究的重點(diǎn)。目前已發(fā)現(xiàn)的眾多重金屬超積累植物以草本植物為主，但存在生物量少，修復(fù)土壤只能局限在植物根系所能延伸的范圍內(nèi)等缺陷。此外，已發(fā)現(xiàn)的重金屬超積累植物常表現(xiàn)出較窄的生態(tài)適應(yīng)性和特有的生態(tài)型，對(duì)重金屬富集具有一定的選擇性，而礦業(yè)廢棄地多為重金屬復(fù)合污染，后續(xù)綜合處置或資源化利用技術(shù)尚不完善[32]。近年來，木本植物在重金屬污染土壤的修復(fù)方面受到了越來越多的重視。木本植物生物量大，重金屬耐性好，兼具植被恢復(fù)的功能。柳樹是目前樹木植物修復(fù)中研究最為深入的樹種，共有400多種以及200多種雜交類型，為修復(fù)種型的選擇提供了便利，并且柳樹能快速定植在條件極端不利的土壤上，其高效的養(yǎng)分?jǐn)z取能力、顯著的無性系特性對(duì)重金屬萃取非常有利[33]。

在礦業(yè)廢棄地修復(fù)植物的選擇上，能源植物也應(yīng)作為重點(diǎn)關(guān)注的對(duì)象。21世紀(jì)，能源、環(huán)境是人類社會(huì)面臨的重大課題，能源植物以其資源的豐富性、可再生性和二氧化碳零排放等優(yōu)勢(shì)，必將成為一種重要的替代能源。許多國(guó)家出臺(tái)了相關(guān)的優(yōu)惠政策推動(dòng)生物質(zhì)能源的生產(chǎn)和利用，用于規(guī)?；a(chǎn)生物柴油的原料有大豆(美國(guó))、油菜籽(歐共體、加拿大)、棕櫚油(東南亞)等，巴西則利用蔗糖發(fā)酵制取燃料乙醇，其他還有甜高粱、木薯等作物[34]。目前研究和應(yīng)用較多的能源植物以糧食作物為主，我國(guó)人多地少，大規(guī)模利用耕地來生產(chǎn)能源植物不現(xiàn)實(shí)，礦業(yè)廢棄地在植被重建時(shí)可以篩選和引種能源植物，實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)原料生產(chǎn)與廢棄地修復(fù)的雙贏。芒屬植物[35]是具有高效光合固碳效率、生長(zhǎng)快、適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)良能源植物，其中芒、五節(jié)芒分布于長(zhǎng)江以南廣大區(qū)域,在山地、丘陵和荒坡原野常形成優(yōu)勢(shì)群落，可減輕土壤侵蝕，防止水土流失，改良土壤。目前國(guó)外已培育出幾種生物量高的芒屬植物新品系，并計(jì)劃作為優(yōu)良的能源植物大面積推廣利用。此外，麻瘋樹、棕櫚、油楠、光皮樹、黃連木等，其主要成分是烴類，被認(rèn)為是未來能源植物發(fā)展的重點(diǎn)，而油桐是在我國(guó)南方地區(qū)生長(zhǎng)著的另一種非常有潛力的油料植物[36]。

礦山廢棄地生態(tài)環(huán)境恢復(fù)與重建的關(guān)鍵是正確評(píng)價(jià)廢棄地的類型和特征，在此基礎(chǔ)上使生態(tài)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自行恢復(fù)并達(dá)到良性循環(huán)。廢棄地植被群落構(gòu)建應(yīng)以增加物種多樣性和系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)為目標(biāo)，結(jié)合廢棄地的立地條件，盡量實(shí)行喬灌草復(fù)層混交。我國(guó)南方地區(qū)土地資源稀缺，離子型稀土礦區(qū)廢棄地的修復(fù)與復(fù)墾有著非常重要的現(xiàn)實(shí)意義，宜林廢棄地應(yīng)建立以生態(tài)恢復(fù)為目標(biāo)的林地，可以復(fù)墾的廢棄地應(yīng)采用以土地資源重新利用為目標(biāo)的修復(fù)方案，同時(shí)配合相應(yīng)的土壤改良和工程措施，選擇適應(yīng)的植物種類，以達(dá)到在實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境恢復(fù)的同時(shí)創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益。

3 離子型稀土礦區(qū)農(nóng)田土壤稀土與重金屬污染的修復(fù)

資源開采過程中造成的區(qū)域農(nóng)田土壤重金屬污染已經(jīng)成為受到廣泛關(guān)注的環(huán)境問題。重金屬污染不僅使農(nóng)田土壤退化，農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和品質(zhì)降低，而且會(huì)通過食物鏈最終危及人體健康。目前重金屬污染土壤的修復(fù)技術(shù)主要包括物理法(深耕翻土、熱脫附等)、化學(xué)法(土壤淋洗、穩(wěn)定/固化等)、生物法(植物、微生物)[37]。深耕翻土只適用于輕度污染土壤，而熱脫附只適用于易揮發(fā)的污染物(Hg、Se、As等)，且能耗大，費(fèi)用高[38]。土壤淋洗是用淋洗液來淋洗污染土壤，使吸附在土壤顆粒上的重金屬形成溶解性的離子或金屬-試劑絡(luò)合物，然后通過收集淋洗液回收重金屬。淋洗液可分為無機(jī)淋洗劑、人工螯合劑、表面活性劑及有機(jī)酸淋洗劑等，常用的有鹽酸、磷酸鹽、EDTA(乙二胺四乙酸)、DTPA(二乙烯三胺五乙酸)、SDS(十二烷基硫酸鈉)等，天然有機(jī)酸和生物表面活性劑是淋洗劑的發(fā)展方向[39]。土壤淋洗技術(shù)是一種快速、高效的方法，但對(duì)于土質(zhì)黏重、滲透性比較差的土壤修復(fù)效果較差，此外，淋洗過程會(huì)影響土壤的結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)。化學(xué)鈍化修復(fù)是通過向土壤中加入穩(wěn)定化劑，使重金屬發(fā)生吸附、絡(luò)合、沉淀、離子交換和氧化還原等一系列反應(yīng)，降低其在土壤環(huán)境中的生物有效性和可遷移性，從而減少重金屬對(duì)動(dòng)植物的毒性。穩(wěn)定化只能改變重金屬的存在形態(tài)，重金屬元素仍保留在土壤中，有再度活化的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)[40]。

相對(duì)于物理和化學(xué)修復(fù)法，生物修復(fù)具有低成本、低耗能、可改善土壤質(zhì)量的特點(diǎn)，已成為我國(guó)農(nóng)田土壤重金屬污染修復(fù)的重要示范技術(shù)[41]。生物修復(fù)技術(shù)的重點(diǎn)是對(duì)重金屬超富集植物的篩選，治理效果取決于重金屬超積累植物對(duì)重金屬的提取能力和其生物量。目前有大量關(guān)于重金屬超富集植物的研究成果，但大多處于田間試驗(yàn)和示范階段，篩選出的重金屬超富集植物存在生物量小、修復(fù)周期長(zhǎng)、富集效果受種植環(huán)境因素影響、富集重金屬單一等不足[42]。

一些研究表明，油菜、玉米、木薯、甘蔗等農(nóng)作物對(duì)重金屬也有一定的富集能力，雖然其富集量遠(yuǎn)小于重金屬超富集植物，但這些作物生長(zhǎng)周期快、生物量大，對(duì)于中低程度污染土壤的修復(fù)具有一定的優(yōu)越性。后續(xù)處理方面，這些經(jīng)濟(jì)作物可作為生物能源加以利用，從而避免其進(jìn)入食物鏈，同時(shí)還可帶來額外的收益[43]。南方離子型稀土礦區(qū)主要分布在長(zhǎng)江以南地區(qū)，區(qū)域內(nèi)有大量的稻田，冬閑時(shí)比較適宜種植油菜，油菜籽的不飽和脂肪酸含量高，在生物柴油生產(chǎn)方面具有廣闊的應(yīng)用前景[44]。

離子型稀土礦區(qū)的農(nóng)田土壤污染是稀土元素與重金屬元素的復(fù)合污染，在修復(fù)技術(shù)的選擇上，應(yīng)以降低土壤和農(nóng)產(chǎn)品中的重金屬含量為核心，以保障礦區(qū)耕地資源的持續(xù)利用為目標(biāo)。對(duì)于中高程度污染的農(nóng)田，應(yīng)以植物提取為主要手段，配合淋洗、化學(xué)調(diào)節(jié)、微生物協(xié)同等措施，促進(jìn)重金屬向生物有效態(tài)轉(zhuǎn)變，選擇植物時(shí)可以充分考慮油菜、木薯等本地的大生物量經(jīng)濟(jì)作物。對(duì)于低程度污染的農(nóng)田，可以選種低積累作物，結(jié)合農(nóng)藝措施和土壤穩(wěn)定劑調(diào)節(jié)[45]，使重金屬從生物可利用性較強(qiáng)的形態(tài)向生物可利用性較弱的形態(tài)轉(zhuǎn)化，恢復(fù)土壤重金屬含量趨于“安全”水平。

4 結(jié) 語

資源開采造成的區(qū)域生態(tài)環(huán)境破壞是我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迫切需要解決的問題，離子型稀土礦區(qū)廢棄地和污染農(nóng)田土壤的修復(fù)對(duì)改善礦區(qū)生態(tài)環(huán)境，提高人民生活水平具有重要意義。由于離子型稀土礦區(qū)土壤的生態(tài)恢復(fù)涉及多學(xué)科，是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，因此，應(yīng)改變前期調(diào)查不充分、相關(guān)試驗(yàn)研究尤其是野外原位試驗(yàn)研究不系統(tǒng)、方案設(shè)計(jì)人員和施工隊(duì)伍不專業(yè)、后期監(jiān)測(cè)和管理跟不上的現(xiàn)狀，以保證這項(xiàng)工作切實(shí)有效地向前推進(jìn)。

[1] 池汝安，田 君．風(fēng)化殼淋積型稀土礦評(píng)述[J]．中國(guó)稀土學(xué)報(bào)，2007，25(6)：641-649． Chi Ru'an，Tian Jun．Review of weathered crust rare earth ore[J]．Journal of the Chinese Rare Earth Society，2007，25(6)：641-649．

[2] Du Xiaoyue，Graedel T E．Global in-use stocks of the rare earth elements：a first estimate[J]．Environ Sci Technol，2011，45：4096-4101．

[3] 趙其國(guó)，周健民，沈仁芳，等．面向不斷變化世界，創(chuàng)新未來土壤科學(xué)——第19屆世界土壤學(xué)大會(huì)綜合報(bào)道[J]．土壤，2010，42(5)：681-695． Zhao Qiguo，Zhou Jianmin，Shen Renfang，et al．Facing the changing world,innovative future soil science：comprehensive report of the 19th world soil science conference [J]．Journal of Soil，2010，42(5)：681-695．

[4] 高志強(qiáng)，周啟星．稀土礦露天開采過程的污染及對(duì)資源和生態(tài)環(huán)境的影響[J]．生態(tài)學(xué)雜志，2011，30(12)：2915-2922． Gao Zhiqiang，Zhou Qixing．Contamination from rare earth ore strip mining and its impacts on resources and eco-environment[J]．Chinese Journal of Ecology，2011，30(12)：2915-2922．

[5] 程建忠，車麗萍．中國(guó)稀土資源開采現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J]．稀土，2010，31(2)：65-69． Cheng Jianzhong，Che Liping．Current mining situation and potential development of rare earth in China[J]．Chinese Rare Earths，2010，31(2)：65-69．

[6] 黃小衛(wèi)，張永奇，李紅衛(wèi)．我國(guó)稀土資源的開發(fā)利用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J]．中國(guó)科學(xué)基金，2011(3)：134-137． Huang Xiaowei，Zhang Yongqi，Li Hongwei．Development trend and research progress of rare earth extraction in China[J]．Bulletin of National Natural Science Foundation of China，2011(3)：134-137．

[7] 李天煜，熊治廷．南方離子型稀土礦開發(fā)中的資源環(huán)境問題與對(duì)策[J]．國(guó)土與自然資源研究，2003(3)：42-44． Li Tianyu，Xiong Zhiting．Resource and environmental issues and countermeasures in exploiting ion-absorbed rare earth elements ores of South China[J]．Territory & Natural Resources Study，2003(3)：42-44．

[8] 劉 芳．龍南離子型稀土礦生態(tài)環(huán)境及綜合整治對(duì)策[J]．金屬礦山，2013(5)：135-138． Liu Fang．Eco-environment status and its comprehensive countermeasures of Longnan ionic rare-earth mine [J]．Metal Mine，2013(5)：135-138．

[9] 彭冬水．贛南稀土礦水土流失特點(diǎn)及防治技術(shù)[J]．亞熱帶水土保持，2005，17(3)：14-15． Peng Dongshui．Characteristics and control technique of soil and water erosion[J]．Subtropical Soil and Water Conservation，2005，17(3)：14-15．

[10] 李永繡，張 玲，周新木．南方離子型稀土的資源和環(huán)境保護(hù)性開采模式[J]．稀土，2010，31(2)：80-85． Li Yongxiu，Zhang Ling，Zhou Xinmu．Resource and environment protected exploitation model for ion-type rare earth deposit in Southern of China[J]．Chinese Rare Earths，2010，31(2)：80-85．

[11] 陳 韜，李 盼，梁惕平．離子吸附型稀士原地浸礦對(duì)環(huán)境現(xiàn)狀的影響[J]．中國(guó)科技博覽，2012，34：175-176． Chen Tao，Li Pan，Liang Tiping．Environmental impact from lixiviating mineral at the original place for ionic rare earths[J]．China Science and Technology Review，2012，34：175-176．

[12] 串麗敏，趙同科，安志裝，等．土壤硝態(tài)氮淋溶及氮素利用研究進(jìn)展[J]．中國(guó)農(nóng)學(xué)報(bào)，2010，26(11)：200-205． Chuan Limin，Zhao Tongke，An Zhizhuang．Research advancement in nitrate leaching and nitrogen use in soils[J]．Chinese Agricultural Science Bulletin，2010，26(11)：200-205．

[13] Zhang H M，Wang B R，Xu M G．Effects of inorganic fertilizer inputs on grain yields and soil properties in a long-term wheat-corn cropping system in South China[J]．Communications in Soil Science and Plant Analysis，2008，39(11/12)：1583-1589．

[14] 溫小軍，張大超．資源開發(fā)對(duì)稀土礦區(qū)耕作層土壤環(huán)境及有效態(tài)稀土的影響[J]．中國(guó)礦業(yè)，2012，21(2)：44-47． Wen Xiaojun，Zhang Dachao．Effect of resource exploitation on soil environment and rare earth bioavailable fractions in plough layer of mining are[J]．China Mining Magazine，2012，21(2)：44-47．

[15] 高效江，章 申，王立軍．贛南富稀土礦區(qū)農(nóng)田土壤中稀土元素的環(huán)境化學(xué)特征[J]．土壤與環(huán)境，2001，10(1)：11-13． Gao Xiaojiang，Zhang Shen，Wang Lijun．Environmental chemistry of rare earth elements(REEs)in the cultivated soil of a typical REE mine in the Southern Jiangxi[J]．Soil and Environmental Sciences，2001，10(1)：11-13．

[16] 李小飛，陳志彪,，陳志強(qiáng)，等．南方稀土采礦地土壤和蔬菜重金屬含量及其健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J]．水土保持學(xué)報(bào)，2013，27(1)：146-150． Li Xiaofei，Chen Zhibiao，Chen Zhiqiang，et al．Concentrations and health risk assessment of heavy metal in soil and vegetables from rare earth mining area，F(xiàn)ujian Province[J]．Journal Soil and Water Conservation，2013,27(1)：146-150．

[17] 李小飛，陳志彪，張永賀，等．稀土礦區(qū)土壤和蔬菜稀土元素含量及其健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J]．環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2013，33(3)：835-843． Li Xiaofei，Chen Zhibiao，Zhang Yonghe，et al．Concentrations and health risk assessment of rare earth elements in soil and vegetables from a mining area in Fujian Province[J]．Acta Scientiae Circumstantiae，2013，33(3)：835-843．

[18] 陳義群，董元華．土壤改良劑的研究與應(yīng)用進(jìn)展[J]．生態(tài)環(huán)境，2008，17(3)：1282-1289． Chen Yiqun，Dong Yuanhua．Progress of research and utilization of soil amendments[J]．Ecology and Environment，2008，17(3)：1282-1289．

[19] 黃銘洪，駱永明．礦區(qū)土地修復(fù)與生態(tài)恢復(fù)[J]．土壤學(xué)報(bào)，2003，40(2)：161-169． Huang Minghong，Luo Yongming．Land remediation and ecological restoration of mined land[J]．Acta Pedologica Sinica，2003，40(2)：161-169．

[20] Garcia-Sanchez A，Alastuey L A，Queroul X．Heavy metal adsorption by different minerals：application to the remediation of polluted soils[J]．The Science of the Total Environment，1999，242：179-188．

[21] 趙默涵．礦山廢棄地土壤基質(zhì)改良研究[J]．中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2008，24(12)：127-131． Zhao Mohan．The research on amelioration of soil in the mining wasteland[J]．Chinese Agriculture Science Bulletin，2008，24(12)：127-131．

[22] Joseph S D，Camps-Arbestain M，Lin Y，et al．An investigation into the reactions of biochar in soil[J]．Australian Journal of Soil Research，2010，48：501-515．

[23] 王萌萌，周啟星．生物炭的土壤環(huán)境效應(yīng)及其機(jī)制研究[J]．環(huán)境化學(xué)，2013，32(5)：768-780． Wang Mengmeng，Zhou Qixing．Environment effects and their mechanisms of biochar applied to soils[J]．Environmental Chemistry，2013，32(5)：768-780．

[24] 袁金華，徐仁扣．生物質(zhì)炭的性質(zhì)及其對(duì)土壤環(huán)境功能影響的研究進(jìn)展[J]．生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2011，20(4)：779-785． Yuan Jinhua，Xu Renkou．Progress of the research on the properties of biochars and their influence on soil environmental functions[J]．Ecology and Environmental Sciences，2011，20(4)：779-785．

[25] 朱蘭保，盛 蒂．重金屬污染土壤生物修復(fù)技術(shù)研究進(jìn)展[J]．工業(yè)安全與環(huán)保，2011，37(2)：20-21． Zhu Lanbao，Sheng Di．Research progress on the bioremediation of soils contaminated by heavy metal[J]．Industrial Safety and Environmental Protection，2011，37(2)：20-21．

[26] 趙永紅，張 濤，成先雄．礦山廢棄地植物修復(fù)中微生物的協(xié)同作用[J]．中國(guó)礦業(yè)，2008，17(10)：46-48． Zhao Yonghong，Zhang Tao,Cheng Xianxiong．Cooperation effect of microbe in plant remediation of mining wasteland[J]．China Mining Magazine，2008，17(10)：46-48．

[27] 杜善周，畢銀麗，吳王燕，等．叢枝菌根對(duì)礦區(qū)環(huán)境修復(fù)的生態(tài)效應(yīng)[J]．農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2008，24(4)：113-116． Du Shanzhou，Bi Yinli，Wu Wangyan，et al．Ecological effects of arbuscular mycorrhizal fungi on environmental phytoremediation in mine areas[J]．Transactions of the CSAE，2008，24(4)：113-116．

[28] 王英輝，陳學(xué)軍．金屬礦山廢棄地生態(tài)恢復(fù)技術(shù)[J]．金屬礦山，2007(6)：4-7． Wang Yinghui，Chen Xuejun．Ecological restoration technology for metal mine wasteland[J]．Metal Mine，2007(6)：4-7．

[29] 魏 遠(yuǎn)，顧紅波，薛 亮，等．礦山廢棄地土地復(fù)墾與生態(tài)恢復(fù)研究進(jìn)展[J]．中國(guó)水土保持，2012，10(2)：107-114． Wei Yuan，Gu Hongbo，Xue Liang，et al．Review of studies on reclamation and ecological restoration of abandoned land of mine[J]．Science of Soil and Water Conservation，2012，10(2)：107-114．

[30] 張鴻齡，孫麗娜，孫鐵珩，等．礦山廢棄地生態(tài)修復(fù)過程中基質(zhì)改良與植被重建研究進(jìn)展[J]．生態(tài)學(xué)雜志，2012，31(2)：460-467． Zhang Hongling，Sun Lina，Sun Tieheng，et al．Substrate amelioration and vegetation reconstruction in ecological remediation of abandoned mines：Research advances[J]．Chinese Journal of Ecology，2012，31(2)：460-467．

[31] 張志權(quán)，束文圣，廖文波．豆科植物與礦業(yè)廢棄地植被恢復(fù)[J]．生態(tài)學(xué)雜志，2002，21(2)：47-52． Zhang Zhiquan，Shu Wensheng，Liao Wenbo．Role of legume species in revegetation of mined wastelands [J]．Chinese Journal of Ecology，2002，21(2)：47-52．

[32] 郭丹丹，吳曉芙，陳永華，等．礦區(qū)廢棄地重金屬的植物修復(fù)技術(shù)研究進(jìn)展[J]．環(huán)境科學(xué)與管理，2012，37(4)：53-56． Guo Dandan，Wu Xiaofu，Chen Yonghua，et al．Progress of phytoremediation technology of heavy metal in mining waste land[J]．Environment Science and Management，2012，37(4)：53-56．

[33] 賀 庭，劉 婕，朱宇恩，等．重金屬污染土壤木本-草本聯(lián)合修復(fù)研究進(jìn)展[J]．中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2012，28(11)：237-242． He Ting，Liu Jie，Zhu Yuen，et al．The research progress of joint remediation of heavy metal contaminated soil[J]．Chinese Agricultural Science Bulletin，2012，28(11)：237-242．

[34] 李 軍，吳平治，李美茹，等．能源植物的研究進(jìn)展及其發(fā)展趨勢(shì)[J]．自然雜志，2007，29(1)：21-25． Li Jun，Wu Pingzhi，Li Meiru，et al．Development of energy plant：progress and suggestions[J]．Chinese Journal of Nature，2007，29(1)：21-25．

[35] 解新明，周 峰，趙燕慧，等．多年生能源禾草的產(chǎn)能和生態(tài)效益[J]．生態(tài)學(xué)報(bào)，2008，28(5)：2330-2335． Xie Xinming，Zhou Feng，Zhao Yanhui，et al．A summary of ecological and energy-producing effects of perennial energy grasses[J]．Acta Ecologica Sinica，2008，28(5)：2330-2335．

[36] 匡廷云，馬克平，白克智．生物質(zhì)能研發(fā)展望[J]．中國(guó)科學(xué)基金，2009(6)：326-330． Kuang Tingyun，Ma Keping，Bai Kezhi．Prospects of bioenergy exploitation[J]．Bulletin of National Natural Science Foundation of China，2009(6)：326-330．

[37] 黃益宗，郝曉偉，雷 鳴．重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)及其修復(fù)實(shí)踐[J]．農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2013，32(3)：409-417． Huang Yizong，Hao Xiaowei，Lei Ming．The remediation technology and remediation practice of heavy metal-contaminated soil[J]．Journal of Agro-environment Science，2013，32(3)：409-417．

[38] 李 青，周連碧，祝怡斌．礦山土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)綜述[J]．有色金屬工程，2013，3(2)：56-59． Li Qing，Zhou Lianbi，Zhu Yibin．Review on the remediation technology of heavy metal-contaminated soil in mine[J]．Nonferrous Metal Engineering，2013，3(2)：56-59．

[39] 何 岱，周 婷，袁世斌，等．污染土壤淋洗修復(fù)技術(shù)研究進(jìn)展[J]．四川環(huán)境，2010，29(5)：104-107． He Dai，Zhou Ting，Yuan Shibin，et al．Research progress of flushing technology in soil remediation[J]．Sichuan Environment，2010，29(5)：104-107．

[40] 郝漢舟，陳同斌，靳孟貴，等．重金屬污染土壤穩(wěn)定/固化修復(fù)技術(shù)研究進(jìn)展[J]．應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2011，22(3)：816-824． Hao Hanzhou，Chen Tongbin，Jin Menggui，et al．Recent advance in solidification/stabilization technology for the remediation of heavy metals contaminated soil[J]．Chinese Journal of Applied Ecology，2011，22(3)：816-824．

[41] 吳耀楣．中國(guó)土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)的專利文獻(xiàn)計(jì)量分析[J]．生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2013，22(5)：901-904． Wu Yaomei．Patent bibliometric analysis on the remediation techniques of soil heavy metal pollution[J]．Ecology and Environmental Sciences，2013，22(5)：901-904．

[42] 陳一萍．重金屬超積累植物的研究進(jìn)展[J]．環(huán)境科學(xué)與管理，2008，33(3)：20-24． Chen Yiping．Research trends on heavy metal hyperaccumulators[J]．Environment Science and Management，2008，33(3)：20-24．

[43] 程 序，朱萬斌，謝光輝．論農(nóng)業(yè)生物能源和能源作物[J]．自然資源學(xué)報(bào)，2009，24(5)：842-847． Cheng Xu，Zhu Wanbin，Xie Guanghui．Agro-bioenergy and energy crops[J]．Journal of Nature Resources，2009，24(5)：842-847．

[44] 蘇德純，黃煥忠．油菜作為超累積植物修復(fù)鎘污染土壤的潛力[J]．中國(guó)環(huán)境科學(xué)，2002，22(1)：48-51． Su Dechun，Huang Huanzhong．The phytoremediation potential of oilseed rape(B.juncea)as a hyperaccumulator for cadmium contaminated soil[J]．China Environmental Science，2002，22(1)：48-51．

[45] 樊 霆，葉文玲，陳海燕．農(nóng)田土壤重金屬污染狀況及修復(fù)技術(shù)研究[J]．生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2013，22(10)：1727-1736． Fan Ting，Ye Wenling，Chen Haiyan．Review on contamination and remediation technology of heavy metal in agricultural soil[J]．Ecology and Environmental Sciences，2013，22(10)：1727-1736．

(責(zé)任編輯 孫 放)

Soil Ecological Restoration in Ionic Rare Earth Mining Area

Zhou Dan1,2Luo Caigui1,2Su Jia1,2Luo Xianping1,2，3

(1.FacultyofRareEarth，JiangxiUniversityofScienceandTechnology，Ganzhou341000，China；2.JiangxiKeyLaboratoryofMining&MetallurgyEnvironmentalPollutionControl，Ganzhou341000，China；3.KeyLaboratoryofSouthernIonic-typeRareEarthResourcesDevelopmentandApplicationofMinistryofEducation，Ganzhou341000，China)

Soil destruction and soil pollution stemmed from the exploitation of ionic rare earth resources is introduced.Various renovating techniques applied in abandoned mining land and polluted farmland in mining area are summarized and their advantages and disadvantages are analyzed.Corresponding measures for improving and repairing ionic rare earth mining area are proposed,which provides reference for comprehensive treatment and ecological restoration of ionic rare earth mining area.

Ionic rare earth mining area，Soil destruction，Soil pollution，Soil ecological restoration

2014-08-25

“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(編號(hào)：2012BAC11B077)，科技惠民計(jì)劃項(xiàng)目(編號(hào)：2013GS360203)，江西省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(編號(hào)：20132BAB213017)，“贛鄱英才555工程”領(lǐng)軍人才培養(yǎng)計(jì)劃項(xiàng)目。

周 丹(1978—)，女，博士研究生。通訊作者 羅仙平(1973—)，男，院長(zhǎng)，教授，博士研究生導(dǎo)師。

X5，X45

A

1001-1250(2014)-10-103-07