1、中国地质调查局项目设计书潼关金矿区土壤重金属污染修复试验研究总体设计中国地质调查局西安地质调查中心长安大学地质调查研究院2013 年 4 月 25 日潼关金矿区土壤重金属污染修复试验研究总体设计任务书编号 ： 水201303-008-002项目编码 ： 1212011140024实施/承担单位 ： 长安大学地质调查研究院项目负责人 ： 易 秀编 写 人 ： 易 秀 姜 凌 赖坤容 谢 娟 徐 斌单位负责人 ： 裴先治单 位 技 术 负 责 人 ： 裴先治提交单位 ： （盖章）提交时间 ： 2013 年 4 月 25 日第一章 前言1.1 项目概况项目来源：青藏高原矿产资源开发地质环境影响调查与
2、评价；任务下达单位：中国地质调查局（1212011140024） ；项目名称：西北地区典型矿山地质环境治理关键技术协作单位：长安大学；任务分工：污染农田土壤重金属修复、尾矿渣场复垦还田农作物种植安全性试验研究。1.2 目的任务矿产资源开采是迄今最大规模改变地球表面景观和破坏地表生态系统的有组织的人类活动。中国现有国营矿山企业8000多个，个体矿山企业达到23万多个。如此大规模的矿山开采对土地和环境的破坏是惊人的。据2007年统计，全国矿区累计被破坏的土地达2. 8810 6km2，并且每年以大约 467 km2的速度增长，使本已稀缺的土地资源呈加速减少的趋势。矿山资源的开采，导致矿区生态退化与
3、环境污染，尤其在金属矿的开采中造成了矿山企业周边地区土壤的严重污染。随着国内外工农业经济的迅猛发展，对矿产资源的需求量呈快速上升趋势,但与之对应的生产工艺落后，对尾矿以及金属冶炼过程产生的废弃物处置不当，造成矿区周边地区大气、水及土壤环境污染的现象普遍发生，部分地区大面积土壤退化、粮食减产、品质下降，土壤生态系统原有的生态平衡也遭到不同程度的破坏。我国人多地少，耕地资源十分贫乏，充分利用矿区复垦地便显得十分重要。土壤是世界万物之源，人类生存之本。土壤环境遭到破坏或是受到污染无疑会给土壤的生态功能带来影响，甚至可能使土壤系统崩溃、功能丧失。土壤环境是植物生长的基地，通过植物的吸收、积累作用可降解
4、土壤中的污染物质，但同时也可能将污染物转移到植物体内，然后可能通过食物链的形式进入人体，从而危及人体健康。在矿山废弃地生态修复中，土壤的改良是首先需要解决的问题，也是核心问题。我国在上世纪80年代初开始至90年代煤矿造地复田综合治理研究，提出了矸石充填复垦、粉煤灰充填复垦和挖深垫浅3种复垦技术。利用废弃物料充填复垦形成农田往往需要较高的投入，甚至由于二次污染等问题而不可行。由于煤矿废弃物中含有多种重金属元素，矸石、粉煤灰充填复垦有可能引起土壤污染；而且这些重金属污染对土壤基本是一个不可逆的过程，重金属进入土壤后很难通过自然过程得以从土壤环境中消失或稀释，对生物体的危害和对土壤生态系统结构与功能
5、影响不容易恢复。中国矿区受损土地的恢复相当缓慢，相比较而言，对于土壤污染修复的方方面面，研究工作还处于初步发展阶段，以前人们更多关注的是显性的水、大气的污染，但其比例在逐年提高。在上世纪80年代初得到恢复的矿区废弃地只有0.7%1.0 %，到了80年代末提高到了2%，90年代初增至6.7%，1994年已达到13.3%。1994年得到修复利用的矿区土地面积是1992年和1993年的总和，占全国在1987至1995年期间共修复土地的3.7%。 20年之后，采矿占用、破坏土地743万hm 2，每年递增 4万hm 2，但矿山土地复垦率仍不足10%；我国大型金属矿山进入集中闭坑期：26%铜矿、40%铅锌
6、矿已经闭坑或接近闭坑，如果不进行复垦或修复，会导致严重的环境污染问题。 近年来国家和政府也日益高度关注土壤污染的治理工作，但有关矿区污染土壤的修复与生态恢复工作仍存在一些具有挑战性的问题，包括技术方法、资金配套等。如果由各种原因所造成的土地破坏总量的一半能被恢复并用于农业生产，那么中国每年的粮食产量会提高几百亿kg。可见，矿区复垦区土壤质量的改良、土地的生产力的恢复和土壤生态系统健康对中国农业生产、环境保护、生态建设以及区域社会经济可持续发展均具有重要的现实意义。本研究区位于小秦岭金矿区带西段北坡的灵宝市和潼关县接壤的中低山地区以北的山前冲洪积斜塬区、黄土沟壑台塬区，面积约300 km 2。金
7、矿选冶活动，尤其是混汞-浮选法及小汞碾、小氰化、小浮选等“三小”提金活动，废水、废渣及冶炼废气的无序排放造成了严重的土壤重金属污染及环境效应，造成大量农田弃耕。周边农田土壤质量恶化，生产的农产品产量和品质下降，粮食安全受到威胁，制约了当地的农业经济发展水平，成为建立和谐社会的瓶颈。针对上述现状，通过开展野外调查和大量田间试验，提出一套适合于该矿区废弃尾矿渣场复垦还田熟化及重金属严重污染农田质量恢复的综合技术体系方案，从而使矿区污染土壤的质量得到根本性地改善，并以期获得良好的经济效益、生态效益和社会效益。本项目通过对现有金矿开采区及加工区的各环境要素分析与评价，利用国内外学者普遍认可且经济有效的
8、农业栽培土壤熟化、营养化技术及废弃地工程处理技术，将现有矿区压占废弃地和污染的农田改造为适合于农业耕种的优质良田，对其耕地质量变化趋势和农作物种植安全性进行长期监测，以期为类似矿区重金属污染土壤防治提供示范和借鉴。1.3 研究区范围研究区位于关中平原东端的潼关县，覆盖了陕西省潼关县全部地区及河南省灵宝市与潼关接壤的西部地段，经纬度范围为：经度 11008001102900；北纬 342300343800，面积约 445km2。潼关县北临黄河，与山西省隔河而望；东北接大荔，以渭水为界；南依秦岭，与洛南相邻；西接华阴市；东与河南省灵宝市接壤。区内交通便利，陇海铁路横贯东西，同蒲线北连山西。与陇海铁
9、路线平行的西安-潼关高速公路由此进入河南。黄河大桥为秦晋连接通道。乡镇之间有县级公路、简易公路相连。本项目研究主要区域位于潼关县境内（图 1-1） 。图 1-1 研究区概图第二章 研究现状2.1 国内外研究概况及进展矿山生态恢复研究可以追述到20世纪上半叶，其主要内容是研究如何对一采矿业和开采地下水造成的各种塌陷环境进行生态恢复。随着欧洲工业革命的进一步推进，使得人类对资源的要求和开发的规模急剧增长，在轻率地进行开发和获得直接效益中，基本没有考虑对土地的破坏，致使土地污染破坏程度由个别发展现象转变为普遍现象。这一现象最早在欧洲出现，尽管部分有识之士对此提出异议，但并未引起重视。直至1966年，
10、英国南威尔士阿贝芬发生了一场灾难才引起了人们的极大关注，它使人们更清晰地认识到对矿业废弃地进行生态恢复的重要性。一些发达国家，特别是矿区较多的澳大利亚、德国、美国等国家较早开展了矿区土地修复的相关研究。经过20多年的发展，矿区土地修复研究逐渐成为世界各采矿大国的热点研究课题。Anthony对未被严重破坏和污染的矿区土壤进行了自然恢复的研究，结果表明在不进行人工影响的情况下，矿区被破坏的土壤可以进行自我恢复。但是，由于大部分矿区污染较严重，仅仅靠土壤自然恢复时间太长，效果也不很明显。为了促进废弃土地快速演化和土壤培育，消除污染，改善土壤环境质量，目前在国外矿区土壤修复方面研究较多的是土壤重构。土
11、壤重构研究主要集中生物种类与活性、土壤理化性质与矿物学特性、土壤重构研究新技术的使用等三个方面。世界各国根据自身情况和技术水平，其生态恢复侧重点各不相同，表现为：欧洲由于工业资源的过度开发而侧重于矿山废弃地的恢复；北美洲则侧重于水体和林地恢复；新西兰和澳洲则由于其畜牧业而侧重于草原管理与恢复；中国则由于人口众多而强调农业综合利用和农业复垦（任海等，2001；赵晓英等，1998)。我国学者在矿区废弃的生态修复工作方面进行了大量工作，主要研究方向包括以下方面。（1）矿山废弃地复垦我国金属矿山废弃地大规模有组织的复垦工作起步较晚，而目前近2 /3 的矿产资源处于中后期开采阶段或接近枯竭，在未来的几十
12、年将有不少矿山关闭，大量的废弃地需要复垦。何书金和苏光全筛选出了影响矿山废弃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，为全国矿山废弃地复垦潜力的评价及矿山废弃地的有效合理利用提供了参考。中澳矿山废弃物研究管理项目是原中国有色金属工业总公司和澳大利亚在环境保护复垦领域的首次技术合作项目。1993-1997年该项目按综合性系统工程开展尾矿库复垦研究，研究内容包括库区复垦设计、无土建立植被、坝体稳定性研究、复垦区社区发展、复垦政策与指南等专项。我国一些已取得较好成果的金属矿山废弃地复垦的案例见表2-1。表2-1 我国部分金属矿山废弃地复垦实例矿山或治理者 复垦任务及效
13、果中国铝业贵州分公司第一铝矿1998-2005 年以来，开展了大规模自行复垦活动，植树5.9 万株, 排土场复垦面积29.11万m 2，采空区复垦6.0万m 2，矿区荒山、坡地复垦绿化8.25万m 2。废弃排土场、采空区植被覆盖率达80. 7%。孝义铝土矿， 平果 采场、排土场复垦18万m 2， 复垦率74%。将工程复垦与生物复垦有机结合，建立了剥铝业公司铝土矿 采、排土与复垦联合新工艺，获得有色金属协会科技进步二等奖。铜陵有色集团公司 五公里尾矿库复垦，建立了13 hm2无土植被，提出了“兼绿地与建筑用地为一体”复垦模式。中条山有色金属集团公司毛家湾尾矿库复垦为农业用地，研究了尾沙覆盖方法、
14、尾沙改良熟化措施： 用少量黄土与尾砂混合覆盖，改良了尾沙结构, 是一种经济有效的复垦方法。广东乐山铅锌矿 在尾矿废弃地上铺盖厚约20 cm垃圾及20kg /m2石灰, 提高了尾矿pH 值，降低了电导率，有效防止了下层尾矿的酸化， 植物生长良好。铜陵狮子山矿，铜陵有色集团公司水木冲尾矿库无土植被边坡稳定技术研究，成功应用在共6期后期坝的护坡上。在控制坝坡水土流失、边坡汛期险情上取得良好效果。（2）废弃地重金属污染的植物修复植物修复技术是近些年来发展起来的土壤修复技术。植物修复技术可分为植物提取、植物挥发、根际过滤和植物固定4种类型。一般将前三者统称为去除过程，而将后者称为稳定过程。与覆盖土壤、物
15、理和化学处理方法相比，植物修复技术具有成本低、原位修复、不造成二次污染等多种优势，因而成为国际范围的研究热点。我国近来在这方面的研究也取得了一定成果，针对不同的重金属，筛选出了对应的高富集植物。如对于Pb，超富集或富集植物有羽叶鬼针、土荆芥、印度芥菜、双穗雀稗、雀稗、芥菜、银合欢等；对于Cd，有龙葵、小白菜、结球甘蓝、印度芥菜等；对于As，有蜈蚣草、大叶井口边草等；对于Cu，有鸭跖草、印度芥菜、密毛蕨等；对于Zn ，有东南景天、大叶相思、印度芥菜等；对于Hg有加拿大白杨幼苗等。（3）再造耕作土，改善矿山废弃地土壤肥力，加速土壤熟化由于废弃尾矿渣场表面缺乏耕作土，因此复垦还田的第一步就要再造耕作
16、层。对于新建的耕作层有机质、氮、磷等营养物质缺乏，是植物生长的限制因子之一，很多学者用化肥、有机废弃物和固氮植物（如豆科植物）改良土壤的营养状况来解决这类问题。一是种植豆科牧草。主要是用来增加土壤养分，加速土壤熟化。首先种植豆科灌木或牧草（ 有固氮作用），然后将植物（ 有机物）通过多种方法归还土壤，如绿肥压青、秸秆还田。通过如此循环来提高土壤有机质含量，加速土壤熟化和土壤改良速度。二是加入食用菌废料。食用菌废料中含有许多植物需要的营养物质，其中残留的菌丝体在其生长发育过程中能分泌出一些酶，可以促进生化反应，因而能从复杂的有机物中释放出更多的易被植物吸收的营养物质，并能起到活化土壤的作用，能为多
17、种土壤微生物提供生长基质，所以是很好的土壤改良剂。另外有机肥对多种污染物在土壤中的固定有明显的作用。如红壤种上绿肥紫云英后，镉在土壤溶液中的含量明显减少。适量施用有机肥可以防止作物的汞污染，降低汞的迁移能力。但有机肥对各种污染物的作用在不同的土壤中表现不一，因而在施加有机肥时应根据不同的土壤谨慎对待。莫测辉等将城市污泥应用在矿山废弃地的复垦中，证明城市污泥及其堆肥是一种良好的有机肥料和土壤改良剂；但在应用前必须对城市污泥进行检测及处理，重金属含量超标的不能使用，以避免加重废弃地的污染。刘莉莉等研究发现，土壤生物肥力水平是成功地进行矿业废弃地土地管理的关键因素之一，是矿业废弃地生态恢复和治理的重
18、要指标。龙健等通过观察浙江哩铺铜矿废弃地复垦土壤的微生物特征，发现矿区复垦土壤微生物区系发生明显改变。（4）区域生态系统的恢复和重建矿山废弃地生态恢复是一项综合性很强的工作， 要站在区域(小流域)的高度思考其生态系统的恢复及其可持续发展问题。在恢复和重建的同时，应以小流域为单元对区域进行综合整治和建立区域生态恢复及重建模式。杨福海等研究迁安市包官营铁矿的恢复重建过程中，在可持续发展理论指导下，以矿养农，因地制宜综合开发，农林牧副渔全面发展，利用尾矿、废石改良荒山36.7hm 2，复垦土地23.3 hm 2，并改旱田为水田6.7 hm 2，建果园60多hm 2、鱼塘1.8hm 2、养鸡场养鸡棚7
19、座，形成了良好的区域生态系统。矿山的综合整治同时还带动了机修业、运输业、加工业的发展，并使部分剩余劳动力得到了安置。青南砂金矿治理恢复面积达67193 hm 2，修复的河道宽10 m 、深112 m，基本恢复了原河床的位置与形态。治理恢复区播种披碱草，面积 67193 hm2草场圈定了网围栏。通过治理，过去采区沙堆、采金坑遍布，满目狼籍的景象已不复存在。现治理恢复区地形平坦，披碱草长势良好，水土流失量降低，地质和生态环境得到明显改观。通过两年的围栏养护，治理恢复区披碱草产草量为自然状态下的511倍，成为矿区过采区综合治理的一个“绿色植被示范区”。2.2 研究区污染土壤修复及防治工作发展方向（1
20、）完善政策法规，尽快实施对小型矿山的有效管理。通过对矿区小矿山的调查，应尽快修订和完善有关土地复垦与生态恢复的政策法规，制订土地复垦法和生态恢复指南。建议成立专门的小型矿山管理机构，或者将对小型矿山的管理权限下放给县级政府， 让当地政府按国家和地方的法规政策实施管理。（2）加强技术合作，多学科联合攻关。矿区复垦耕地土壤修复一个复杂的系统工程，与生态、地质、土壤、肥料、作物栽培、林业、农田水利、环境保护、毒理、美学、农艺、地理等许多学科有关。因此，生态和环境保护界等各方面的学者应和采矿界的技术人员联合攻关，通过引进植物新品种，改善植物生长性能；利用化学工程技术加速土壤的改良和熟化，使矿区复垦耕地
21、的土壤质量在短时期内取得较大进展和突破。（3）扩大对重金属超富集植物的筛选。矿区废弃地重金属污染严重，而植物修复对其治理有较好的前景和优势。因此应积极开展适合当地自然环境条件的超富集植物的筛选，这对金属矿区废弃地生态恢复工作具有重要的理论意义和实践价值。（4）建立金属矿山废弃地生态恢复示范工程。国内对单个矿山的案例研究较多，而在黄土地区对矿区废弃地生态重建所面临的共同问题研究较少。建议将矿业废弃地按污染程度划分为不同的类型，按不同类型实施不同的污染土壤修复方案，建立试验示范工程，集中优势科研力量和资金，攻克共性的难关，构建同类型矿区重金属污染土壤生态恢复可行模式，并开发培育成套技术。第三章 研
22、究区地质背景3.1 研究区地质背景3.1.1 地层潼关金矿区地处华北地台的渭河小区、金堆城小区接壤带。主要出露地层有太古界太华群中- 高级变质岩系和新生界第四系黄土。太华群(Ar2)，分布于潼关县南部秦岭基岩山地区，出露面积 45km2。岩性特征可分为上下两个岩套，即太峪岭岩套和翁岔铺岩套。太华群地层年龄为晚太古代，新生界第四系广布于潼关县山前大断裂以北的冲洪积斜源和黄土沟壑地貌区，南部山区有零星分布。主要为早-中更新统三门组冰湖相冲洪积沉积层和中-晚更新统离石组、马兰组风积黄土及全新统现状河流沉积。马兰组表层为耕作熟化的塿土，是潼关县主要农业耕作土壤。3.1.2 岩石研究区内岩浆活动较为发育
23、，具有期次多、岩性复杂等特点。按时代可分为太古代、元古代、加里东-华力西期、印支期、燕山早期等。其中太古代侵入岩主要有花岗岩、伟晶岩和混合花岗岩，以前者为主，多呈岩脉状，分布在太峪、桐峪以及篙岔峪沟脑，主要组成矿物有斜长石(30%)、微斜长石(45%)、石英(20%) 、黑云母(5%)。后者为岩株、岩床状，分布于大西沟和蒲峪三官庙一带，岩性为阴影状斜长混合花岗岩，主要矿物由钾长石 50%、石英 30%35%、斜长石 15%、黑云母 5%10%组成。加里东-华力西期侵入岩出露于文峪、泔涧峪和小文峪，岩性为二长花岗岩。主要组成矿物为微长石(25%40%) 、斜长石 (30%50%)、石英(20%2
24、5%)、黑云母(5%)，斑晶为微斜条纹长石。伴生副矿物有磁铁矿榍石、磷灰矿锆石、萤石、黄铁矿等。岩石化学总体为富硷(钠质)花岗岩。Na 2O+NaO 为 8.3%9.06%，钠略大于钾，K 2O/Na2O 比值为0.81。3.1.3 地质构造潼关县地处小秦岭太华台拱与汾渭断陷接合部。由于古老基底太华群的长期隆起和渭河断凹的不断下降，形成悬殊的地形地貌单元和构造单元。在新构造运动的作用下，山前断裂发生间歇性强烈抬升，山麓冲洪积扇群叠覆，河流长期遭受剥蚀夷平，形成了现代地质构造景观。3.2 研究区矿产资源开发情况研究区矿产资源开发主要以金矿开发为主，金矿开发是该县的支柱性产业。近年来，全县（仅县属
25、和集体企业）黄金产量稳定在 10 万两左右，产值 22.5亿元，利润 20003000 万元。黄金矿业产值占全县国内生产总值（77.5 亿元）的 30%左右；黄金企业对县财政的贡献率在 70%以上。 （详见表 3-1）表 3-1 陕西潼关金矿区主要矿山企业生产状况一览表企业名称 实际生产能力（万 t） 年末保有（万 t） 生产状况东桐峪金矿 20.4 223.13 生产大煣峪金矿 4.1 163.66 生产小口金矿 4.1 9.25 生产玉石峪金矿 2.9 11.652 生产李家金矿 8.86 6.9 生产太要金矿 1.4 80.32 生产黄金冶炼厂 1.5 3.3478 生产秦太金矿 1.5
26、 1.173 生产陕西基指金矿 1.5 6.2308 生产渭南市金矿 1.5 生产窑上金矿 1.6 1.825 生产秦河矿业有限公司 1.2 生产合计 50.56 生产（资料来源：渭南市矿山资源开发利用现状图，渭南市国土资源局等，2003.6）以黄金为主导的矿产资源开发利用，极大地促进了当地经济社会的发展，在过去二十年及其今后相当长的一段时间内，黄金矿业都将作为该县经济发展的支柱产业。同时，潼关县黄金矿业在二十多年的发展过程中，也出现了一些不可忽视的问题：金矿后续资源紧张，可持续发展受到威胁。目前大多数企业难以保证三年可供开采的探明储量。企业探矿各占一方，攻其一点，缺乏全局性、系统性。采矿和选
27、矿对生态环境的破坏和污染比较严重。植被破坏、河道堵塞、水质污染、水循环系统改变、地灾隐患严重。第四章 指导思想和技术路线4.1 指导思想矿区废弃尾矿渣复垦还田及农田土壤重金属污染修复是国家环境保护“十二五”规划的重点内容之一，是“十二五”削减总量-改善质量-防范风险的规划主线的主要体现，是改善民生、保障安全的集中所在。因此本项研究中，要依靠科技进行科学的污染评估，分区、分类有针对性地采用经济高效的修复技术，有组织的开展受污染土壤治理与修复试点示范工程研究，维护好、保护好、实现好人民群众的根本利益。根据矿区重金属污染的实际现状，采用合理的生态治理工程，突出重点、循序渐进，分步实施。对各类保障措施
28、尽量提出简单、有效、易操作的方式方法，最大程度的节约人力、物力和财力，从而科学有效的完成预定任务。4.2 技术路线针对矿区废弃尾矿渣场的分布面积及农田耕地污染程度和污染物的特点，在广泛收集国内外研究资料的基础上，进行典型污染区调研（陕西潼关金矿区） ，对重污染区的土壤生产潜力、植被生长状况、矿区开采对周边环境的影响程度进行现场调查，为矿区土壤修复熟化试验提供背景数据和参数；充分调研国内有关重金属污染土壤修复、熟化及防治技术，结合当地的实际情况，分析目前矿区土壤修复防治技术的发展方向；设计野外小区试验方案，并邀请专家进行论证，确保试验的可操作性和可靠性，以达到实施本项目要求的目标；在小区试验的基
29、础上，通过优选，提出适合于该矿区的土壤修复技术，进行长期定位观测试验，为今后矿区土壤修复熟化提供基础保障和技术体系，以期产生良好的经济效益、生态效益和社会效益。第五章 研究内容及工作部署5.1 研究内容研究内容包括两大试验。（1）污染农田土壤重金属修复试验1）物理修复（客土与原土不同比例混合、上下层土均匀混土）2）农作物结构调整（小麦、玉米、马铃薯等）（2）尾矿渣场复垦还田土壤熟化及营养化试验1）隔离层和安全覆土方式试验2）土壤快速熟化及营养化试验（绿肥压青）5.2 试验方案5.2.1 制定试验方案的依据（1）重金属污染土壤修复方法的选择目前重金属污染土壤的修复方法主要有三大类：物理工程措施；
30、化学修复措施；生物修复措施，包括植物修复和微生物修复技术。在本研究区（黄土地区）由于土壤的理化性质和特定的重金属种类（Hg、Cd 、Pb ） ，采用化学技术修复污染土壤，或者是生物修复中的微生物修复，技术尚不成熟，且有一定的局限性，难以大规模处理污染土壤。因此本试验中，考虑被修复土壤最终进行农业生产的目的，选择物理工程措施（客土掺混、布设不同隔离层、覆盖层）结合植物修复措施（不同农作物合理布局）进行矿区废弃矿渣场复垦还田和重金属污染农田修复。（2）污染因子的选择国土资源部“重点矿区环境地质问题专题调查”( 200412300057) ；国土资源部“陕西潼关金矿区环境地质问题专题调查”( 200
31、412300057- 1)研究成果表明，1）研究区土壤中汞、铅、镉、铜、锌元素的含量均值高于全国土壤背景值、关中地区塿土背景值、邻区4060cm似背景值和耕作层对比值。2）矿业污水灌溉型土壤剖面上，Hg含量超标深度已达35cm，Pb、Cd超标深度达25cm；Hg、Pb、Cu累积污染超标深度达60 cm，Cd为25 cm 。尾矿渣淋溶型土壤剖面上，Hg超标深度20cm，Hg 、Pb 、Cd累积污染超标深度达140 cm。根据以上研究成果，本研究选择重金属Hg、Pb、Cd作为污染因子。（3）供试农作物的选择根据国土资源部“陕西潼关金矿区环境地质问题专题调查” ( 200412300057- 1)研
32、究成果，金矿区薯类作物、玉米籽粒吸收累积重金属比小麦籽粒少的特点，结合当地生产实际，选择玉米、小麦、马铃薯和大豆作为供试作物。其中选择大豆是因为豆科作物的特点，其根茎叶作为绿肥压青培肥土壤，显著改善土壤结构性，加速复垦土壤熟化，缩短复垦周期。（4）工程措施中隔离层材料的选择隔离层材料的选择应当考虑其本身具有惰性、有害物质含量低、渗透系数小、价廉易得等特点。因而根据其他学者的研究成果和当地实际情况，选择黄土、熟石灰、细沙组成的“三合土”作为隔离层，起到隔水、化学稳定的作用，防止重金属挥发或随毛细管作用向表土层的迁移。同时熟石灰可不同程度提高土壤 pH，降低 Pb、Cd 在土壤中的生物有效性。5.
33、2.2 试验方案（1）污染农田土壤重金属修复试验1）研究区域：矿区重污染农田2）研究目的：按不同比例的客土掺混、上下层土均匀混合两种方式，来降低耕作层土壤重金属含量，得到最佳掺混量；选用不同品种的农作物和布局方式，通过种植达到既可以使土壤中污染物的残留量降到最低程度，又能使农作物中污染物的量达到食品卫生标准的目的，同时使土壤的生产力和综合质量得到提升。3）试验设计：根据该地区土壤重金属测定结果，Hg 、Cd 、Pb 三种元素中以 Hg污染最严重，因而客土掺混量及上下层混合深度的计算主要依据污染土壤中 Hg 的超标倍数。试验 8 个处理水平，每个处理水平 3 个重复，共计 24 个处理。每个处理
34、的耕作层深度保证在 80cm。A（对照）：原土 80cm+小麦+玉米；B（对照）：原土 80cm+马铃薯+ 玉米；C：掺混 20cm 厚客土+原土 60cm+小麦+玉米；D：掺混 20cm 厚客土+ 原土 60cm+马铃薯+ 玉米；E：原土 40cm 上下层混匀 +原土 40cm+小麦+ 玉米；F：原土 40cm 上下层混匀+原土 40cm+马铃薯+玉米；G：原土 80cm 上下均匀混合 +小麦+玉米；H：原土 80cm 上下均匀混合 +马铃薯+玉米。每个处理的小区面积长 5m，宽 4m，24 个不同处理的小区随机排列如图 5-1。A-1 B-1 A-2 B-2 A-3 B-3C-1 D-1
35、C-2 D-2 C-3 D-3E-1 F-1 E-2 F-2 E-3 F-3G-1 H-1 G-2 H-2 G-3 H-3图 5-1 试验小区随机分布图说明：A、B、C 、D、E、F 、G、H试验的 8 个处理；1，2，3每个处理的重复试验数。每个小区的分布如图 5-2 所示，黑色区域为小区边界，宽 0.25m，作为保护带，边界内不种植作物。因此，每个小区实际种植作物的面积为 4.75m3.75m。图 5-2 试验小区示意图4）每个小区中客土的掺混量计算：客土容重按 1.20g/cm3 计，则每个小区掺混20cm 厚客土重 4300kg。5）种植方式：常规种植。施肥量按大田每亩用量折算，栽种前
36、一次施入，生长期间不再追肥。整个生育期，灌溉定额、灌水时间按作物需求量和土壤干旱程度确定，但所有处理的灌水时间保持一致。（2）尾矿渣场复垦还田土壤熟化及营养化试验1）研究区域：尾矿渣场2）研究目的：通过布设隔离层、不同方式的安全覆盖技术，最终选择出一个工程量小，并可以有效阻止污染物扩散迁移的安全覆盖层。通过种植不同类型作物和合理布局，达到快速熟化土壤，并能显著提高肥力的目的，从而为矿区建立复垦还田试验示范基地提供有效数据。3）试验设计：每个处理的隔离层由黄土、熟石灰、细沙“三合土”组成，隔离层和覆盖层厚度保证 80cm。 隔离层和安全覆土方式试验：8 个处理水平，每个处理水平 3 个重复，共计
37、24 个处理。A（对照）：尾矿渣推平碾实+50cm 客土压实30cm 客土压实+旋耕（2025cm）+ 小麦+ 玉米；B（对照）：尾矿渣推平碾实+50cm 客土压实30cm 客土压实+ 旋耕（2025cm）+ 马铃薯+ 玉米；C（对照）：尾矿渣推平碾实+80cm 客土压实旋耕（2025cm）+ 小麦+玉米； D（对照）：尾矿渣推平碾实+80cm 客土压实旋耕（2025cm）+马铃薯+玉米；E：尾矿渣推平碾实+10cm 隔离层40cm 客土压实30cm 客土压实+旋耕（2025cm）+ 小麦+ 玉米；F：尾矿渣推平碾实 +10cm 隔离层40cm 客土压实30cm 客土压实+旋耕（2025cm）
38、+ 马铃薯+ 玉米；G：尾矿渣推平碾实+10cm 隔离层70cm 客土压实旋耕（2025cm）+小麦+ 玉米；H：尾矿渣推平碾实+10cm 隔离层70cm 客土压实旋耕（2025cm）+马铃薯+玉米。 土壤快速熟化及营养化试验（绿肥压青）：共计 4 个处理。I：尾矿渣推平碾实+50cm 客土压实30cm 客土压实 +旋耕（2025cm）+大豆（压青翻入）；J：尾矿渣推平碾实+80cm 客土压实旋耕（2025cm）+大豆（压青翻入）；K：尾矿渣推平碾实+10cm 隔离层40cm 客土压实30cm 客土压实+旋耕（2025cm）+ 大豆（压青翻入）；L：尾矿渣推平碾实+10cm 隔离层70cm 客
39、土压实旋耕（2025cm）+大豆（压青翻入）。每个处理的小区面积和分布同于试验（1） ，24 个不同处理的小区排列如图 5-3。A-1 B-1 A-2 B-2 A-3 B-3 IC-1 D-1 C-2 D-2 C-3 D-3 JE-1 F-1 E-2 F-2 E-3 F-3 KG-1 H-1 G-2 H-2 G-3 H-3 L图 5-3 试验小区随机分布图说明：A、B、C 、D、E、F 、G、H、I、J、K、L试验的 12 个处理； 1，2，3每个处理的重复试验数。4）隔离层和安全覆盖层的材料及用量：每个小区中隔离层由黄土、熟石灰、细沙按 5:3:2 体积比配制，隔离层容重按 2.0g/cm3
40、 计，则每个小区 10cm 隔离层土重3600kg；安全覆盖层客土容重按 1.40g/cm3 计，每个小区 70cm 厚客土重 17600kg。 5）种植方式：常规种植。同于试验试验（1） 。（3）土壤和植物样监测1）土壤样品测定：样品类型：作物种植前后原土、客土，不同处理后的耕作层土样；测定项目：pH，含水量，容重，有机质，全氮，全磷、碱解氮、速效钾，速效磷，水溶盐分，重金属元素（Hg、Cd、Pb）含量。2）植物样品测定：作物收获后不同器官（籽粒、块茎）重金属元素含量（Hg、Cd 、Pb ） ；作物发芽率、不同生长期株高、叶片面积、蛋白质、可溶性糖、叶绿素、电导率、根系活性面积等植物生理指标
41、；千粒重，作物产量。5.3 工作部署5.3.1 工作部署思路（1）在了解国内外重金属污染土壤修复防治措施的基础上，提出潼关矿区废弃尾矿渣场和重度污染土壤复垦还田及熟化的工程技术措施和植物修复的初步方案，组织相关专家对矿区重金属污染土壤工程修复和植物修复设计思路和试验方案进行论证工作，以保障矿区生态修复工程的顺利实施和试验结果的可靠性；（2）以陕西潼关矿区为研究对象，开展矿区土壤生产潜力、植被生长状况、矿区开采对周边环境的影响程度现场调查，为矿区土壤修复试验提供背景数据和参数；（3）按照野外试验研究内容，开展不同内容的研究工作。在总结研究成果的基础上，对各种试验方案优选，提出适合于该矿区的土壤修
42、复熟化技术体系。5.3.2 工作进度安排（1）资料收集、现状调查及评价，1 个月；（2）污染农田土壤重金属修复试验、尾矿渣场复垦还田农作物种植安全性试验，18 个月；（3）修复及熟化后的矿区土壤综合质量评价研究及验收，5 个月。第六章 实物工作量污染农田土壤重金属修复试验、尾矿渣场复垦还田农作物种植安全性试验各有 1个试验场，分布 52 个处理；每个处理小区面积为 5m4m，共计开挖面积 1040m2；按平均开挖深度 80cm 计，共计挖方量 832 m3；种植小麦、玉米、马铃薯、大豆 4 种类型作物；按一年单次试验预计，采集耕层土壤样品 52 个，测定项目 13 个；预计采集植物根、叶、籽实
43、样共计 200 个，测定项目 13 个。第七章 预期成果预期成果主要包括：（1）污染农田土壤重金属修复关键技术；（2）尾矿渣场复垦还田农作物种植安全关键技术；（3）潼关金矿区土壤重金属污染修复效果综合评价研究报告；（4）国内外重要期刊发表研究论文 2 篇以上。第八章 组织机构及人员安排8.1 专题项目组人员安排专题项目组人员安排及分工如表 8-1。表 8.1 专题研究人员工作安排表序号 姓名 职称 专题中承担的职责 工作时间1 易 秀 教 授专题总负责人，负责专题的方案设计、经费预算、研究过程的监管、成果汇总12 个月2 姜 凌 副教授 野外试验的具体实施、研究报告撰写等 12 个月3 赖坤容
44、 副教授 野外试验观察、样品监测分析工作。 10 个月4 谢 娟 高级工程师 野外采样、室内化学分析等工作。 10 个月5 徐 斌 工程师 数据分析、图像处理、建模等工作。 4 个月6 臧友华 硕士研究生室内外试验观测、分析、数据整理等工作。10 个月8.2 专题项目负责人易 秀，女，48 岁，教授，1989 年获农业环境保护专业硕士学位，2003 年获地质工程专业博士学位，硕士生导师。先后主持及参加了国家科技部重大科技攻关项目中国西北不同生态地域山川秀美试验示范区建设与重大科技难题研究、中国西北地区山川秀美科技行动计划前期基础调查及战略研究，国家自然科学基金项目水溶液平衡化学模型及其水文地球
45、化学应用，教育部高等学校学科创新引智计划项目干旱半干旱地区人类活动水文生态效应及水安全问题研究，陕西省水利厅项目陕西交口抽渭灌区水源污染对灌溉影响及治理对策研究和强化灌区节水养水提高水与粮食安全研究。其中陕西交口抽渭灌区水源污染对灌溉影响及治理对策研究2006 年获陕西省科技进步3 等奖。出版专著 3 部： 1）黄土类土对铬砷的净化机理及其迁移转化研究，陕西科学技术出版社，2006，专著；2）土壤化学与环境，化学工业出版社，2008，主编；3）环境科学实验技术，化学工业出版社，2008，主编。近年来在土壤重金属污染研究方面发表科研论文40余篇。主要有：1）污染损失率法在土壤重金属污染评价中的应
46、用.干旱区资源与环境,2012,26(12): 64-68.2）Yi Xiu, Jiang Ling, Bu Ping-ping.Comprehensive Assessment on Soil Quality in Jinghuiqu Irrigation District of Shaanxi Province.Proceedings of 2011 International Symposium on Water Resource and Environmental Protection. China: Shaanxi, Xian, May 20-22, 2011. （Ei检索）3）陕西
47、省泾惠渠灌区土壤肥力质量综合评价.干旱区资源与环境,2011,25(2): 132-137.4）陕西省泾惠渠灌区土壤肥力质量变化趋势研究.灌溉排水学报,2011,30(3): 114-117.5）陕西省泾惠渠灌区土壤重金属污染潜在生态风险评价.干旱地区农业研究,2010, 28(6): 217-221.6）陕西省泾惠渠灌区土壤重金属污染累积趋势预测.生态环境,2010,19(9): 2209-2213.7）陕西省泾惠渠灌区土壤重金属地质累积指数评价.地球科学与环境学报,2010, 32(3):288-291.8）陕西省泾惠渠灌区土壤重金属环境质量现状及评价.水土保持通报,2010,30(3):
48、 153-157.9）铬砷及其交互作用对黑麦生理的影响.干旱地区农业研究,2008,26(4):65-69.10）铬砷及其交互作用对其土壤-植物系统迁移的影响.水土保持学报,2008,22(2): 62-65.11）铬和砷及其交互作用对黑麦生长的毒性效应.生态环境,2008,17(1):201-205.12）西安市污灌区土壤中重金属潜在生态危害评价.干旱区资源与环境,2007,21(3): 118-120.8.3 项目主要成员姜 凌，女，36 岁，副教授，2009 年获长安大学地质工程专业博士学位。主要从事水土污染监测及治理方面的研究工作。在本项目中承担野外试验的具体实施、研究报告撰写等工作。
49、赖坤容，女，42 岁，副教授，2011 年获长安大学地质工程专业博士学位。主要从事水文地球化学及化学分析方面的工作。本项目中承担野外试验观察、样品监测分析工作。谢 娟，女，50 岁，高级工程师，硕士学位。主要从事应用化学工程分析、环境监测等方面的工作。本项目中承担野外采样、室内化学分析等工作。徐 斌，男，35 岁，工程师，博士研究生。2005 年获长安大学地理信息工程专业硕士学。主要从事地理信息系统、遥感在环境领域的工程应用研究。在本项目中承担数据分析、图像处理、建模等工作。臧友华，男，23 岁，在读硕士研究生，环境工程专业。本项目中承担室内外试验观测、分析、数据整理等工作。第九章 经费预算9.1 项目概况潼关金矿区土壤重金属污染修复试验研究项目承担单位均为长安大学，项目性质属于科研项目，工作起止年限为 2013.1-2014.12。项目经费 20 万元。工作区范围为陕西地区。总体工作目标：本项目通过对现有金矿开采区及加工区的各环境要素分析与评价，利用国内外学者普遍认可且经济有效的农业栽培技术及废弃地工程处理技术，将现有矿区压占废弃地和污染
