有色金属尾矿库土地复垦与环境治理效益估算研究进展

有色金属矿山选矿形成的尾矿库是潜在的高风险重金属污染源,闭库后应及时进行土地复垦与环境治理.有色金属尾矿库的综合整治效果如何,可以通过合理的效益估算来分析,有效的效益估算往往涉及多学科领域的专业知识.在归纳总结国内外有色金属尾矿库复垦治理效益相关研究的基础上,系统地阐述了复垦治理经济效益、社会效益和生态环境效益的概念、内容及其估算方法.对已有有色金属尾矿库复垦治理效益估算的研究表明:尾矿库复垦的直接经济效益较小,主要是估算复垦区内植物的经济收益以及采用收益还原法估算复垦土地的增值收益;社会效益主要是采用价值法和替代法针对增加就业和社会保障进行估算,较少关注复垦治理对社会其他方面的贡献;生态环境效益估算方法主要包括污染损失率法、生态服务价值法及环境价值法等,但与复垦治理技术措施结合较少,效益估算对复垦治理措施优化的作用较弱.总体来看,有色金属尾矿库复垦治理效益估算的内容涵盖不够全面,尚未形成适合重度重金属污染尾矿库特点的效益估算体系,效益估算准确性较低.因此,合理确定尾矿库复垦治理效益估算的内容、完善效益估算方法及其数学模型、合理确定模型参数,是有色金属闭库尾矿库土地复垦与环境治理效益估算进一步研究的重点内容.有效的效益估算可为优化有色金属尾矿库复垦治理措施、寻求最佳复垦治理模式及确定复垦治理的资金投入提供依据.      

安徽铜陵杨山冲尾矿库尾砂重金属元素的迁移规律

安徽铜陵杨山冲尾矿库使用期为1966—1990年,堆积了近1 308×104 t尾矿,选择该尾矿库进行尾砂重金属迁移规律研究.结果表明:在自然风化条件下,Cu,As,Hg,Cd和Pb的淋滤迁移速度相对较快,Zn略慢;Zn,Pb,Hg和Cd在50～60 cm深处产生了二次富集;不同位置的尾砂中重金属迁移规律有一定差异,低洼区Zn,As和Cd等在表层形成局部富集,100 cm以内浅层尾砂中也有部分重金属元素二次富集;经过长期风化氧化和淋滤作用,浅层尾砂中的重金属元素易淋滤部分大多被淋失,风化后尾砂中Cu,Pb,As和Hg以残渣态为主要赋存形式,其含量占全量比例均大于35%,其次为铁锰氧化态,其中Zn和Cd以铁锰氧化态含量在表层最高.在尾矿库表面植草能减少扬尘,也可能造成部分重金属元素含量在表层异常升高,影响尾矿库的进一步改造和复垦.      

煤矸石山覆土体系重金属污染特征及生态风险评价

长期堆积的煤矸石会在雨水淋滤、地下水浸泡下释放重金属元素,随着水流向周边土壤扩散的同时,也会在土壤毛细作用及植物根系活动作用下向上层覆土迁移,对土壤质量产生影响。以宁夏宁东某矿矸石山为研究对象,分析矸石山不同深度覆土及周边0~200 m土壤环境中Cu、Zn、Pb、Cr、Cd、As、Mn、Ni元素的空间分布特征,探究土壤环境质量现状,并综合评估土壤生态风险。研究表明:Cr是研究区的主要污染因子,矸石山覆土有86.36%的采样点位Cr含量超过原土,矸石山周边表层、深层土壤分别有100%、50%的采样点位Cr含量超过对照点土壤背景值;煤矸石中有毒重金属元素向覆土有一定的迁移性,且与煤矸石层接触的土壤中重金属元素富集明显;煤矸石粉尘扩散是周边土壤中重金属元素富集的主要途径,其显著影响范围在矸石山10 m内;矸石山周边土壤潜在生态危害指数(RI)为40.80~63.31,污染程度均为轻微,矸石山覆土潜在生态危害指数(RI)为44.83~70.54,仅有1个点位污染程度达到中等。     

金属矿复垦中的污染防治与生态复垦设计探讨——以广东云安县高枨铅锌矿为例

矿区土地生态复垦与重建是保护环境、减少矿产开采对周围生态环境破坏与污染的重要途径。金属矿废弃地的重金属污染和植物生长条件的严重劣化导致了矿区废弃地植被恢复和生态重建的效率低下、速度十分缓慢。因此,有效治理重金属污染并选择适宜的恢复植被品种是进行金属矿山废弃地植被重建和生态恢复的关键。文章以广东高枨铅锌矿复垦方案为例,在分析预测矿区土地破坏与污染状况的基础上,结合项目区地形地貌等特点,提出了尾矿库和废石场污染的三阶段防治措施:(1)化学钝化措施;(2)工程阻隔措施;(3)植被生长层建立或生态恢复的生物措施。根据当地气候条件及土壤特点,对适宜的植物品种进行了严格的筛选和组配,提出了尾矿库和废石场生态复垦规划设计方案以重建人工生态系统。     

矿山复垦土壤典型元素时空变化研究

在抚顺矿区矸石回填复垦还田生态重建试验区,利用网格布点取样法采集不同覆土类 型、不同土壤深度、不同覆土时间的土壤样品,对矿山复垦土壤的营养元素和重金属元素的 时空变化进行了研究.结果表明,矸石回填覆土后,营养元素含量在覆土初期恢复较快,覆土中 重金属元素含量呈逐年递减趋势;施(培)肥造成了重金属元素和营养元素含量表层高于30cm 层和60cm层;覆土中重金属元素主要来源于外界输入; 矸石母质中的重金属不存在对覆土耕 作层的污染问题.     

门头沟生态系统土壤保持功能及其生态经济价值分析

在遥感和地理信息系统的支持下,利用通用土壤流失方程(USLE)和风力侵蚀模型,研究了门头沟生态系统土壤保持能力,并评价了其生态经济价值.结果表明:门头沟生态系统每年可以减少土壤的水蚀量为14.93×104 t/a,风蚀量为2 254.38×104 t/a;土壤保持能力在空间上呈现很大的差异性,总体上植被覆盖度高且坡度小的地区土壤保持能力最强,而植被覆盖度低且坡度较大的山地土壤保持能力最弱.土壤保持功能总价值为58 198.83×104　元/a,其中减少水蚀功能价值为442.83×104　元/a,减少风蚀功能价值为57 756×104　元/a.      

某铅锌尾矿库周边地下水污染特征与评价

通过对西南某铅锌矿尾矿库周围地下水土壤重金属元素含量的测定,研究、评价该尾矿库及其周围的浅层和深层地下水重金属污染、迁移特征及规律,为该类尾矿库工程设计、地下水预防和防治提供科学依据。结果表明：尾矿库下游的浅层地下水的铅和锌超标,尾矿库上游浅层地下水和尾矿库南、东和西的深层岩溶水各重金属物均达到《地下水质量标准》（GB／T14848—93）III类标准要求。尾矿库周围浅层地下水铅、锌、砷等重金属浓度比同一位置的深层地下水的高。     

尾矿库覆土效果参数确定

文章根据氡析出率和覆盖层厚度关系的指数减弱规律原理,在某铀尾矿库222Rn释出率研究和所获得资料的基础上,重点探讨了尾矿库覆土厚度与覆土效果的关系。通过使用实验室和野外实测结果比较相近的两种不同的222Rn析出率测定方法测定了不同容重、尾矿砂不同含水量的条件下的不同覆土层厚度的对降低222Rn析出率的效果,从而确定了在降低天然降水的入渗量的最佳条件下覆土效果参数、覆土后γ辐射水平以及安全粘土覆盖层厚度和费用,为尾矿库的治理设计提供了理论基础。当粘土覆盖层厚度80～120cm,平均厚度为l00cm时,尾矿库滩面氡析出率降低至国家规定限值0.74Bq/m2·s,覆土费用4200～4800万元。     

基于土地利用与植被恢复情景的土壤侵蚀演变特征

基于土地利用与植被恢复情景,使用USLE和土壤风蚀方程对坝上地区水蚀和风蚀强度进行估算。结果表明：（1）2015年坝上地区风蚀、水蚀和总侵蚀强度均值分别为8.83±5.15 t·ha^-1·a^-1、4.37±6.62 t·ha^-1·a^-1和13.22±8.18 t·ha^-1·a^-1;风蚀占总侵蚀67%,水蚀占33%。（2）土地利用调整情景下,风蚀、水蚀和总侵蚀强度分别减少4.9%~9.9%、2.9%~8.3%和4.3%~9.3%;土地利用+植被恢复情景下,风蚀、水蚀和总侵蚀强度则分别减少6.3%~13.8%、5.2%~16.2%和5.9%~14.3%。（3）土地调整面积与风蚀强度减少率呈对数关系,与水蚀强度减少率呈指数关系,与总侵蚀强度减少率呈线性关系（P<0.01）。本文结果可以为土壤侵蚀方程计算及区域土壤侵蚀防治提供数据参考。     

黄土高塬沟壑区不同坡位和植被下的土壤硝态氮特征研究

地形和植被会改变水分在土壤中的运移,进而影响土壤中硝态氮(NO_3~--N)的分布,并可能导致对水体污染的差异.在黄土高塬沟壑区黑河流域选取3个样点,采集刺槐林和草地在不同坡位(上、中和下坡位)的6 m深土样,分析了坡位和植被对NO_3~--N迁移的影响,并初步评估了其对地表水及地下水污染的潜在风险.不同坡位及植被条件下,土壤中硝态氮均没有出现累积,在表层土壤达到最大值后逐渐减小.2种植被下NO_3~--N达到稳定时的深度约为200 cm,稳定浓度均为下坡位上坡位中坡位,但在同一坡位的稳定浓度均有草地高于刺槐林的特点,说明坡位及植被覆盖类型均会影响NO_3~--N在土壤中的分布.整个流域地表水NO-3含量枯水期及汛期分别为(6.90±2.10)mg·L~(-1)和(5.84±2.86)mg·L~(-1),而坡地表层土壤(0~20 cm)中可移动态NO_3~-为(29.55±6.59)mg·L~(-1),明显大于地表水中的浓度,很有可能随径流流失造成地表水氮素污染.地下水枯水期和汛期的NO_3~-含量分别为(24.61±23.72)mg·L~(-1)和(15.70±10.78)mg·L~(-1),而坡地深层土壤(200 cm)中NO-3为(0.78±0.16)mg·L~(-1),由于浓度较低,对地下水造成污染的可能性较小.     

陕北采油区灌木枯落叶对油污土壤环境的改良效应

采集陕北石油污染区典型荒地土壤,分别以3种石油污染水平(轻度污染15g/kg,中度污染30g/kg,重度污染45g/kg)油土混合培养后,施入当地9种常见灌木枯落叶进行室内分解培养试验120d,检测不同灌木枯落叶对油污土壤生物化学性质的影响.结果表明:柠条、沙棘、紫穗槐、沙蒿和小叶女贞枯落叶可明显促进3种水平油污土壤微生物的生长和土壤呼吸.柽柳、柠条、花棒和踏榔枯落叶可明显促进3种水平油污土壤碱性磷酸酶和脱氢酶活性.柠条、沙蒿、踏榔、小叶女贞、花棒、柽柳和紫穗槐枯落叶可明显增加3种水平油污土壤有机碳和速效K含量.爬地柏、沙棘和花棒枯落叶可明显提高3种水平油污土壤Fe、Mn和Zn的有效性.综合而言,柠条和踏榔枯落叶对3种水平油污土壤均有明显改良效果,紫穗槐枯落叶对轻度油污土壤、小叶女贞枯落叶对中度油污土壤,柽柳和紫穗槐枯落叶对重度油污土壤也均有较明显的改良效果.     

Seedling growth and metal accumulation of selected woody species in copper and lead/zinc mine tailings

A greenhouse pot experiment was conducted to evaluate the potential of selected woody plants for revegetation in copper (Cu) and lead/zinc (Pb/Zn) mine tailing areas. Five woody species (Amorpha fruticosa Linn, Vitex trifolia Linn: var. simplicifolia Cham, Glochidion puberum (Linn.) Hutch, Broussonetia papyrifera, and Styrax tonkinensis) and one herbaceous species (Sesbania cannabina Pers) were planted in Cu and Pb/Zn tailings to assess their growth, root morphology, nutrition uptake, metal accumulation, and translocation in plants. Amorpha fruticosa maintained normal growth, while the other species demonstrated stress related growth and root development. Sesbania cannabina showed the highest biomass among the plants, although it decreased by 30% in Cu tailings and 40% in Pb/Zn tailings. Calculated tolerance index (TI) values suggested that A. fruticosa, an N-fixing shrub, was the most tolerant species to both tailings (TI values 0.92–1.01), while S. cannabina had a moderate TI of 0.65–0.81 and B. papyrifera was the most sensitive species, especially to Pb/Zn tailings (TI values 0.15–0.19). Despite the high concentrations of heavy metals in the mine tailings and plants roots, only a small transfer of these elements to the aboveground parts of the woody plants was evident from the low translocation factor (TF) values. Among the woody plants, V. trifolia var. simplicifolia had the highest TF values for Zn (1.32), Cu (0.78), and Pb/Zn (0.78). The results suggested that A. fruticosa and S. cannabina, which have the highest tolerance and biomass production, respectively, demonstrated the potential for tailings revegetation in southern China.     

矿山土复垦利用试验

利用分层随机取样法取得开滦矿区范矿南矸石回填复土区不同复土方式、不同复土年份、不同土地利用形式及不同深度的矿山土样品,对矿山土的养分状况、酸性污染与重金属污染规律进行了研究．结果表明,矸石回填复土区完全可以种植白菜、白薯、大豆、葡萄、紫穗槐等植物;此类矿山土的酸性污染可以通过条带式复土、全面复土方式得到有效地控制,而穴植法效果不佳,养分状况可通过种植紫穗槐或牧草得到改善;重金属元素含量没有超标,但试验点的矿山土培肥及表土受空气与粉尘污染造成表土的重金属元素含量高于30cm处土壤．     

中国南方某铀尾矿库周缘土壤重金属污染研究

选择中国南方某铀尾矿库周边2条背景剖面（B1、B2）和3条潜在污染剖面土壤剖面（S1、S2、S3）,通过比较各剖面中重金属元素分布,讨论铀尾矿库土壤中外源重金属元素的污染特征、迁移行为.研究表明：（1）相较于背景剖面,邻近铀尾矿库周缘土壤主、微量组分呈显著外源输入特征.（2）应用主成分法分析铀尾矿库周缘土壤外源重金属元素来源,发现尾矿库是该地区土壤重金属污染的直接来源,并向周缘土壤输送As、Pb、Sb、Cd、U等重金属污染元素.（3）分析铀尾矿库周缘土壤中尾矿库源重金属元素（As、Pb、Sb、Cd、U）同主、微量组分与理化参数的关系,发现潜在污染土壤中各金属元素与LOI（烧失量）、K、P呈较密切相关,与Na、Ca、Mn、pH、Fe存在次等相关性;由重金属淋溶迁移程度可知,重金属在潜在污染剖面（S1、S2）呈显著富集特征;各重金属横向迁出特征表明,其迁移至铀尾矿库周缘土壤具有不同的迁移方式.（4）铀尾矿库周缘近源土壤（距尾矿库30m左右）As、Pb、Sb、Cd、U呈显著污染,含量远大于国家农用地土壤环境质量评价标准和所在省份土壤元素背景值,应对该尾矿库潜在风险进行及时管控.     

我国人工林生态系统的水成本核算

健康的生态系统能够提供水土保持、防风固沙、涵养水源、调节气候、减少环境污染、增加游憩地与文化保护等良好的生态服务价值。然而,生态环境修复与建设不仅需要巨大的经费投入,也需要占用大量的自然资源。为了正确理解人工造林活动的成本问题,论文用7种蒸散发模型首次对我国1949年以来人工造林和自然植被恢复的耗水量及人工造林耗水量的机会成本进行计算,初步了解人工修复活动对水资源供给的影响。结果显示,1952—2011年我国人工造林累计耗水量比自然修复多767×10⁸ m³,水机会成本累计536×10⁸元。为了维护生态平衡,生态修复（尤其是人工修复）和经济活动都应关注水资源的成本问题,通过不同措施的成本效益比较,最大限度地降低生态修复成本,这是修复生态学需要面对的重要科学问题之一。     

铅锌尾矿中重金属在模拟酸雨淋溶下的浸出规律

重金属尾矿污染是世界性难题,污染水体、大气和土壤,对周边的生态环境和人体健康造成严重危害。在我国酸雨范围大且酸雨问题比较严重的背景下,探讨酸雨淋溶下尾矿中重金属的浸出规律将有利于加强我国重金属尾矿的污染控制和管理。采用湖南桃林铅锌尾矿库中的尾矿模拟酸雨条件进行淋溶实验,研究发现重金属Pb、Zn、Cu、Mn含量分别为1252.5,849.4,363.1,280.0mg/kg。其中,Pb、Zn主要以残渣态存在,分别占69.7%和53.8%;Cu主要以有机结合态存在,占67.0%;Mn主要以铁锰氧化态、有机结合态和残渣态存在,共占90.0%。在静态淋溶实验中,固液比越大、模拟酸雨pH值越小,重金属的浸出浓度越大。在动态淋溶实验中,Zn、Mn浸出浓度随时间呈现减小趋势,而Pb和Cu浸出浓度随时间先增大,后减小。     

不同利用方式对草甸草原抗风蚀能力的影响

为了解不同利用方式对呼伦贝尔草甸草原抗风蚀能力的影响,采用植被凋查结合风洞实验的方法对不同利用方式条件下的草甸草原植被变化和草甸草原原状土的抗风蚀能力进行了研究.结果表明,草甸草原不同利用强度条件下临界风蚀风速(v)随植被盖度(Cover)的变化基本服从二次幂函数关系.随着利用强度的增加,植被盖度降低,在同样风速条件下(大于临界风蚀风速),风蚀率迅速增加.较轻的利用强度下,当植被盖度保持在63%时,在风速为25 m/s条件下风蚀率也很小,而当植被盖度<35%时,在风速为20～25 m/s条件下,风蚀率随植被盖度的下降迅速上升.草甸草原区的免耕农田由于完全失去植被的保护,每分钟狂风(25 m/s)造成的土壤风蚀量达到682.1 kg/hm2,接近1 a的土壤平均生成量(1 000 kg/hm2).     

土壤重金属污染及其预防、修复研究

土壤重金属污染是一个难以解决的全球性棘手问题,不仅会直接或间接地危害人体健康,而且其污染的修复也十分困难,因此土壤重金属污染的预防与修复具有特别重要的意义.目前中国部分地区土壤重金属污染已相当严重,土壤污染防治已被提上中国环境保护工作的重要议程.文章先从自然地理环境的整体性出发说明土壤重金属污染的危害,接着介绍了由于人类活动引起的农耕区及城市土壤重金属污染来源,最后有针对性地提出土壤重金属污染的预防及其修复措施.