矿山开采在全世界范围内都广泛存在，其提供了大量工业生产原材料，为经济和社会的发展做出了巨大贡献。但与此同时，矿山开采和后续的选矿过程产生了大量的矿业废弃物，它们的堆置及其带来的各类环境问题也日益引起人们的重视。尾矿是矿石经选矿提取后产生的残渣，排放量巨大，是目前主要的矿业废弃物之一。中国矿产资源丰富，位居世界前列，现已开采的大型及中型矿山超过9 000个，小型矿山约有2.6×105个[1]。据不完全统计，截至2020年底，全国尾矿库数量近8 000座，总量居世界第一位，尾矿累计堆存量已超过2.0×1010t，年新增量约1.295×109t[2]。其中，重金属尾矿占很大比例，是环境中重金属污染的主要来源之一，而且其所带来的问题在各类尾矿中最为突出，特别是对周边农田和水源造成了极大的环境威胁。重金属尾矿的生态修复治理，能够从源头显著控制矿山重金属污染，保障粮食安全和饮水安全。鉴于此，本文围绕重金属尾矿生态修复的基质改良和植被重建这两大核心内容介绍相关的研究进展，以期为中国重金属尾矿的生态修复工作提供一定的参考和借鉴。

1、重金属尾矿的生态环境问题

重金属尾矿在选矿中产生的比例极高，每从矿石中提取1 t金属，有2～12 t尾矿产出[3]。据统计，目前国内金属尾矿的堆存量已经超过2.0×1010t[4]，成为国内产出量最大的工业固体废弃物之一。海量的尾矿占用了大量的土地，对宝贵的土地资源造成了破坏。根据相关资料，仅因尾矿堆存而破坏的土地面积就已经达到了2 000 hm2[5]。同时，重金属尾矿也存在一定的安全风险。重金属尾矿质地比较松散，堆放时如不进行修复处理，容易引起尾矿库溃坝，造成巨大的环境破坏和社会影响。

此外，重金属尾矿对生态环境和人体健康也具有较大的影响。重金属尾矿通常含有大量的低价金属硫化物，在O2、水和微生物的作用下极易发生氧化产酸，造成重金属溶出，产生含有大量重金属的酸性矿山废水，污染周边土壤和水体，对农作物安全和当地居民的身体健康造成威胁。据相关报道，中国土壤点位超标率为16.1%，其中包括近20%的耕地遭受不同程度的污染，而重金属污染是最主要的一种污染类型[6]，重金属尾矿等矿业废弃物是环境中重金属的重要来源。梁雅雅等[7]对广东省一铅锌尾矿库周边农田土壤重金属污染状况进行调查发现，尾矿库周围农田土壤受到多种重金属的复合污染，铅、锌、铜、镉、砷含量均不同程度地超标，镉的污染程度甚至达到重污染级别。吕玉娟等[8]对浙江省一铜矿尾矿库周边农田进行了调查，铜、锌、镉重度污染占比均高达10.5%，中度污染占比为5.26%，其中尾矿库附近15.8%的点位属于重度污染等级，正定矩阵受体模型（PMF）解析结果表明其污染源主要是铜矿尾矿及其渗滤酸水。

2、重金属尾矿生态修复的基质改良和植被重建

由于重金属尾矿诱发的各类环境、安全问题日益突出，寻找合适的治理手段逐渐受到人们的关注。传统的重金属尾矿治理技术主要聚焦在物理或化学修复方面。物理修复主要包括改土修复、电动修复、物理分离、表面固化等，技术手段成本高、持续效果较差，难以大面积应用[9]。化学修复主要是通过添加化学修复剂，利用络合、吸附、淋洗、沉淀等方式降低尾矿重金属污染物的迁移能力或去除重金属，但这种方法需大量使用化学药剂，成本较高，容易造成二次污染问题，可实施性较差[10]。近年来，基于直接植被的生态修复技术因成本低、环境友好及效果持久等优势而受到广泛认可。其中，基质改良和植被重建是生态修复的核心内容，下面将从这两方面介绍相关的研究进展。

2.1 重金属尾矿基质改良

重金属尾矿通常表现出物理结构不良、干旱、营养匮乏以及高度的重金属毒性，特别是其往往还具有极低的p H值。以上这些不利的因素导致植被重建在重金属尾矿上难以实施，限制了生态修复技术在尾矿治理中的应用。基质改良是应对重金属尾矿极端条件的有效措施，是实施尾矿植被重建的保障条件。

目前最常用的基质改良物质是各类有机改良材料。有机改良材料有助于降低尾矿的重金属毒性，充当缓释肥料，同时也能够改善土壤结构，提高尾矿的持水保肥能力[11]。目前已报道的有机改良材料主要包括木屑、秸秆、蘑菇渣、污泥堆肥、生物炭以及鸡粪、猪粪等各类粪肥[12-17]。碳氮比（有机物中碳的总含量与氮的总含量的比值）是选用有机改良材料的重要考量指标，一般来说最好在12∶1～20∶1之间，以避免有机物的高速分解和氮损耗，过高的碳氮比可能会导致N元素的固定并影响植物的长期稳定[18]。

此外，无机改良材料也常用于重金属尾矿的改良中。石灰是目前应用最为普遍的无机改良材料。对于极端酸性的重金属尾矿而言，石灰能够短期内调节尾矿的p H值，同时降低可溶性铅、锌、铜的浓度，使重金属迁移受到限制[19]，但过量使用石灰可能会影响植物对营养物质的吸收。再者，石灰往往是作为辅助手段使用的，对于极端酸性的尾矿，如果缺乏有机改良材料的添加，则需要连续不断地添加石灰以保持所需的p H值。磷肥或磷酸盐矿物在尾矿生态修复中的应用也受到广泛的关注。磷酸盐能够通过离子交换、表面吸附、表面络合、配合作用与重金属离子形成可沉淀的金属磷酸盐，实现重金属的固定。磷酸盐对不同类型的重金属发挥固定作用的机制有所不同，一般认为铅以沉淀作用为主，而锌和铜以表面吸附和配合作用为主。殷皓[20]将磷酸钠及磷酸二氢钾用于湖北省一历史遗留尾矿库的尾矿砂修复中，铅的钝化效率最高可分别达到98.7%、91.3%；吴高阳[21]利用黄磷渣处理铅锌尾矿，铅和镉的钝化效率可达90%。

考虑到重金属尾矿对植物生长的诸多不利因素，组合使用各类改良材料在实际工作中往往是最佳选择。YANG T T等[22]在江西省城门山铜矿尾矿库的野外修复试验表明，采用鸡粪、石灰组合改良铜尾矿能够取得良好的改善效果，尾矿的酸化问题明显得到控制，有效铜含量显著降低，C、N、P等营养元素含量均显著提高，植被覆盖度高达90%。宗传娇[23]比较了生物炭、稻壳、有机肥、熟土4种改良材料在单一和组合情况下对尾矿的改良效果，结果表明这些材料单一使用情况下均能对物理、化学性质起到改善作用，但效果最佳的是生物炭、稻壳、有机肥、熟土按照1∶3∶1∶10质量比组合使用。吴子剑等[24]通过对湖南省锰尾矿施用猪粪、鸡粪、吸附剂等制成的混合有机菌肥（含工程区分离的土著优势抗性菌种），显著地提高了该修复区域植物群落生物量和盖度。王俊等[25]通过在凡口铅锌矿尾矿中添加石灰和有机改良基质，产酸情况得到有效改善，3个月后植被覆盖度在90%以上。单一使用一类改良材料也偶见报道，主要是有机肥料或工农业废弃物的应用。艾艳君等[26]研究发现城市剩余污泥有助于降低铅锌尾矿中重金属的有效性，污泥质量分数为5%时的重金属稳定效果最好。

2.2 重金属尾矿植被重建

尽管通过基质改良的方式，重金属尾矿的酸性、重金属毒性得到一定程度的降低，营养状况有了较大的改善，但相对于正常的土壤环境而言，改良后的尾矿仍然是一种相对极端的环境，酸性、重金属毒性和营养匮乏问题仍然存在。同时，尾矿的物理结构不良、表面温度过高、干旱等问题也进一步增大了在这种环境条件下重建植被系统的难度。因此，如何选择适应于这种环境的修复植物品种是植被重建过程中首先需要考虑的重点和难点问题。

用于重金属尾矿生态修复的植物一般选择重金属耐性植物，或者以重金属耐性植物为主，同时应尽量避免选用重金属超富集植物。原因主要如下：1）尽管重金属超富集植物能够承受高浓度的重金属，但在植物的生长方面仍然会受到影响，导致生长状况不佳；2）存在被食草动物摄食而导致重金属进入食物链的环境风险，所以重金属在植物茎叶组织的积累是需要避免的。其他耐性植物，如耐酸、耐贫瘠、耐干旱、耐高温植物，也是尾矿生态修复的候选植物品种，因为以上限制性因素在尾矿环境中都广泛存在。

不同重金属类型尾矿的候选修复植物品种也有一定差异。表1总结了文献报道的不同类型重金属尾矿的修复植物品种。孙伟等[27]发现，地枇杷、胡枝子、黑麦草、高羊茅、斑茅、苎麻、紫花苜蓿和白三叶对铅锌具有较强的耐受性，可用于铅锌尾矿的生态修复。野苎麻、芒、苏槐蓝、续断菊、苦卖菜和巢菜等，可作为铜尾矿植被恢复优先选择的植物品种[28-30]。其他研究者[31-35]通过野外试验、盆栽试验或者植物调查的方式分别对铁、金、汞、砷、锑等尾矿的修复植物品种进行了研究。一些具有复合重金属耐受能力的植物品种，如苎麻、黑麦草等，在对应的多种重金属类型尾矿修复方面均有广泛应用。

此外，乡土植物也是修复候选植物的重要来源，特别是生长在矿区的植物，因为它们通常对当地的环境条件表现出良好的耐受性，并且很容易生长和繁殖。豆科的银合欢、田菁、刺槐等，由于能够在根瘤菌的帮助下进行固氮，增加系统的氮素供应，在尾矿的生态修复中也具有很好的应用效果[36-37]。

采用乔、灌、草结合的方式对于植被系统的稳定具有十分重要的意义。许多草本植物，例如狗牙根、高羊茅、百喜草、黑麦草等，是常用的先锋植物。它们既对尾矿早期恶劣的环境条件具有很强的耐受性，又具有较快的生长速度。这些草本植物能够在基质改良后的重金属尾矿上迅速生长并形成覆盖表面的植被，为灌木和乔木提供早期的生长环境。灌木和乔木能够提供更广阔的树冠覆盖，并建立更深的根系网络防止侵蚀。灌木和乔木后期也能够为草本植物提供良好的生长环境，减弱水分胁迫和改善土壤的物理性质。相关研究表明，植物品种的多样化对于促进系统的稳定具有重要的意义，在抵御不良气候条件、病虫害等方面具有积极的作用，同时也可以显著提高植被系统稳定重金属的效率[38]。

表1 不同类型重金属尾矿的修复植物品种

3、结束语

中国当前正面临着污染防治攻坚战这一关系到绿水青山的重要战役，重金属污染治理是其中关键的一环。重金属尾矿是环境中重金属污染的主要来源之一，加快尾矿生态修复技术的研发和应用具有重要的意义。未来在重金属尾矿生态修复基质改良和植被重建研究工作中应重点关注以下几方面。

1）尾矿微生物群落与生态修复关系密切，可从矿山环境分离富集耐酸的重金属高效修复菌株，优选其在尾矿复杂环境下的作用条件及相关参数，实现从微观尺度进行深层基质改良。

2）工农业废弃物的应用能够明显降低修复成本，可优选对典型重金属具有多效改良效果的废弃物、有机质材料等及其复配基质，实现以废治废。

3）返酸退化是尾矿植被重建面临的重大问题，可从环境中筛选“草-灌-乔”不同类别的耐酸修复植物，研究具有自维持特征的高效修复植物组合，从而实现植被系统的免维护、自维持，构建长期有效的尾矿修复方案。

4）尾矿修复过程可协同考虑固碳增汇。在基质改良方面，可重点研究开发尾矿有机重构技术、碳基材料减污固碳技术、微生物辅助高效固碳封存技术等；在植被重建方面，可筛选适应性强、储碳密度高的修复植物品种和配置模式等。

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文章来源:杨涛涛,毛喆,廖斌,等.重金属尾矿生态修复的基质改良和植被重建研究进展[J].能源与节能,2024,(11):6-9.