隨著我國鋁工業(yè)的快速發(fā)展和礦產(chǎn)資源的持續(xù)開采，赤泥和礦泥已成為堆存量巨大、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)突出的典型大宗工業(yè)固廢。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國赤泥和礦泥年產(chǎn)量均達(dá)數(shù)億噸，傳統(tǒng)堆存方式不僅占用大量土地，其高堿、高鹽及潛在重金屬溶出風(fēng)險(xiǎn)也對周邊土壤、地下水及生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成嚴(yán)重威脅。

如何實(shí)現(xiàn)赤泥、礦泥的無害化、資源化與場地化利用，是當(dāng)前礦山生態(tài)修復(fù)與固廢資源循環(huán)利用領(lǐng)域亟待突破的關(guān)鍵問題。近年來，“土壤化處置”技術(shù)逐漸成為研究熱點(diǎn)，即通過物理、化學(xué)及生物手段將赤泥、礦泥轉(zhuǎn)化為具備種植功能的類土材料，進(jìn)而用于礦區(qū)復(fù)墾、生態(tài)重建與農(nóng)業(yè)利用。

然而，目前相關(guān)研究多集中于材料改性、單一植物篩選等方面，針對肥料-作物協(xié)同驅(qū)動成土過程的系統(tǒng)研究仍較缺乏，尤其是在大田尺度下驗(yàn)證其可行性、安全性及長效穩(wěn)定性的研究更為少見。為此，桂林理工大學(xué)成官文團(tuán)隊(duì)依托前期研究基礎(chǔ)，開展了“肥料-玉米協(xié)同作用對赤泥礦泥土壤化成土重構(gòu)的影響研究”，旨在為赤泥、礦泥的大規(guī)模生態(tài)處置與耕地化利用提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支撐。

赤泥-礦泥土壤化處置基質(zhì)物理結(jié)構(gòu)改善機(jī)制

肥料與玉米根系協(xié)同作用顯著降低基質(zhì)容重18.2%，提升孔隙度8.3%。顯微結(jié)構(gòu)顯示，基質(zhì)中出現(xiàn)球狀團(tuán)聚體，孔隙連通性增強(qiáng)，逐步趨近耕地土壤結(jié)構(gòu)特征。

（a）容量

（b）孔隙度

圖1 赤泥-礦泥土壤化處置基質(zhì)容重和孔隙度的變化

（a）脫水礦泥

（b）盆栽試驗(yàn)機(jī)制

圖2 脫水礦泥和盆栽試驗(yàn)基質(zhì)的SEM圖像

鹽堿調(diào)控與養(yǎng)分提升效應(yīng)

肥料-玉米系統(tǒng)有效調(diào)節(jié)基質(zhì)pH至7.0~8.5，電導(dǎo)率（）滿足復(fù)墾標(biāo)準(zhǔn)。

（a）pH

（b）

圖3 盆栽試驗(yàn)赤泥-礦泥土壤化處置基質(zhì)pH和的變化

重金屬遷移阻控與農(nóng)產(chǎn)品安全

玉米對Cr、As、Pb、Hg的生物富集系數(shù)與轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)均＜1，表明重金屬主要固持于根部，向地上部遷移能力弱。大田試驗(yàn)玉米果實(shí)經(jīng)第三方檢測，各重金屬含量均低于《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)》限值，證實(shí)農(nóng)產(chǎn)品安全風(fēng)險(xiǎn)可控。

表1 不同施肥水平下玉米體內(nèi)重金屬轉(zhuǎn)運(yùn)能力

表2 大田試驗(yàn)場地成熟期玉米果實(shí)重金屬含量 mg/kg

微生物群落重組與生態(tài)功能提升

根際土壤中變形菌門（Proteobacteria）豐度顯著提升，硫循環(huán)相關(guān)菌屬（Thiobacter、Thiobacillus等）富集，不僅促進(jìn)重金屬鈍化，還改善了基質(zhì)的養(yǎng)分轉(zhuǎn)化與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

現(xiàn)場試驗(yàn)

利用肥料-玉米協(xié)同作用，對5%赤泥、礦泥土壤化處置生態(tài)修復(fù)進(jìn)行大規(guī)模應(yīng)用場地試驗(yàn)，試驗(yàn)表明肥料-玉米協(xié)同作用可有效重構(gòu)赤泥-礦泥土壤化處置基質(zhì)的理化與養(yǎng)分特征，pH穩(wěn)定于7.0~7.5區(qū)間有助于提高養(yǎng)分有效性，、容重與孔隙度變化趨同耕地土，5%赤泥-礦泥土壤化處置基質(zhì)種植玉米產(chǎn)量與植株生長生理狀況均顯著優(yōu)于脫水礦泥土壤化處置處理，產(chǎn)量和葉綠素含量較脫水礦泥土壤化處置處理提高了69.8%、71.6%。

圖4 赤泥-礦泥土壤化應(yīng)用場地

創(chuàng)新點(diǎn)

• 直接利用未控堿赤泥，通過低比例（5%）摻混與肥料-作物協(xié)同，實(shí)現(xiàn)鹽堿原位調(diào)控與成土加速，簡化了傳統(tǒng)赤泥預(yù)處理工藝。

• 系統(tǒng)闡明了肥料-玉米協(xié)同驅(qū)動成土的物理、化學(xué)與微生物機(jī)制，突出“植物-微生物-基質(zhì)”互作在團(tuán)聚體形成、養(yǎng)分活化和重金屬穩(wěn)定化中的作用。

• 首次在大田尺度驗(yàn)證了赤泥-礦泥基質(zhì)種植玉米的農(nóng)產(chǎn)品安全性與生態(tài)可行性，為工程化應(yīng)用提供直接依據(jù)。

結(jié)語

赤泥與礦泥的土壤化處置是一條兼具環(huán)境修復(fù)與資源循環(huán)的可行之路。肥料-玉米協(xié)同成土技術(shù)，不僅為這兩類難處理固廢找到了“變廢為土”的新路徑，也為礦區(qū)土地復(fù)墾與農(nóng)業(yè)安全利用提供了科學(xué)示范，對推動有色金屬行業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

作者簡介

成官文

桂林理工大學(xué)

桂林理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院教授，現(xiàn)任桂林信息科技學(xué)院董事與銀齡教授，主要從事水污染控制工程、固體廢棄物處理與處置、生態(tài)環(huán)境規(guī)劃、工業(yè)工程等方面的教學(xué)與科研工作，曾任廣西農(nóng)業(yè)地質(zhì)副主任委員、廣西農(nóng)村環(huán)境綜合整治專家組副組長、廣西污染治理設(shè)施運(yùn)行服務(wù)能力和工程設(shè)計(jì)能力考評專家組組長，先后獲得國家教學(xué)成果二等獎、中共廣西壯族自治區(qū)委員會與廣西壯族自治區(qū)人民政府環(huán)境保護(hù)與生態(tài)文明建設(shè)先進(jìn)個(gè)人、廣西壯族自治區(qū)教學(xué)成果特等獎與三等獎、水污染控制工程國家精品課程建設(shè)、中國環(huán)境科學(xué)學(xué)會“優(yōu)秀科技工作者”、中國大學(xué)出版社優(yōu)秀教材一等獎、教育部課件大賽二等獎與首屆微課比賽二等獎等獎項(xiàng)，出版水污染控制工程、環(huán)境污染控制原理等教材五部，獲授權(quán)發(fā)明專利16項(xiàng)，實(shí)用新型專利2項(xiàng)，發(fā)表文章100余篇。

《金屬礦山》簡介

《金屬礦山》由中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究總院股份有限公司和中國金屬學(xué)會主辦，主編為中國工程院王運(yùn)敏院士，現(xiàn)為北大中文核心期刊、中國科技論文統(tǒng)計(jì)源期刊（中國科技核心期刊）、中國精品科技期刊（F5000頂尖學(xué)術(shù)論文來源期刊）、中國百強(qiáng)報(bào)刊、RCCSE中國核心學(xué)術(shù)期刊（A）、中國期刊方陣雙百期刊、國家百種重點(diǎn)期刊、華東地區(qū)優(yōu)秀期刊，被美國化學(xué)文摘（CA）、美國劍橋科學(xué)文摘（CSA）、波蘭哥白尼索引（IC）、日本科學(xué)技術(shù)振興機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)庫（JST）等世界著名數(shù)據(jù)庫收錄。主要刊登金屬礦山采礦、礦物加工、機(jī)電與自動化、安全環(huán)保、礦山測量、地質(zhì)勘探等領(lǐng)域具有重大學(xué)術(shù)價(jià)值或工程推廣價(jià)值的研究成果，優(yōu)先報(bào)道受到國家重大科研項(xiàng)目資助的高水平研究成果。

責(zé)編：楊 婷

編排：余思晨

審核：王小兵

聲明：本文系轉(zhuǎn)載自互聯(lián)網(wǎng)，請讀者僅作參考，并自行核實(shí)相關(guān)內(nèi)容。若對該稿件內(nèi)容有任何疑問或質(zhì)疑，請立即與鐵甲網(wǎng)聯(lián)系，本網(wǎng)將迅速給您回應(yīng)并做處理，再次感謝您的閱讀與關(guān)注。