江西主要类型重金属污染现状及修复实践

王小玲，王 歆，刘腾云，高 柱，黄益宗，余发新*

(1.江西省科学院，江西省重金属污染生态修复工程技术研究中心，330096，南昌；2.江西省鄱阳湖重点实验室，330096，南昌；3.中国科学院生态环境研究中心，100085，北京)

江西主要类型重金属污染现状及修复实践

王小玲1,2，王 歆1，刘腾云1,2，高 柱1,2，黄益宗3，余发新1*

(1.江西省科学院，江西省重金属污染生态修复工程技术研究中心，330096，南昌；2.江西省鄱阳湖重点实验室，330096，南昌；3.中国科学院生态环境研究中心，100085，北京)

江西省是我国矿产资源大省，也是受重金属污染面积较广的省份之一。各类矿山开采破坏了当地生态环境，鄱阳湖流域生态环境也遭到了严重破坏，广大群众的身体健康受到威胁，重金属污染与防治、保护鄱阳湖“一湖清水”成为人们高度关注的环境问题。结合近年来在污染修复方面的工作经验，阐述了江西省铜矿、钨矿和稀土矿开采导致的矿区及周边地区土壤、水体及植物重金属污染现状，以及矿山开采引起的鄱阳湖流域重金属污染现状，同时对江西省内典型铜矿和稀土矿的重金属污染土壤修复工程实践进行了介绍，以期为重金属污染土壤修复提供借鉴和参考。

重金属；生态环境；鄱阳湖；修复实践

0 引言

江西是我国主要有色、稀有、稀土矿产基地之一，占全国有色金属产业的1/10，也是我国矿产资源配套程度较高省份之一。但长期的矿山开采、选矿与冶炼等产生的“三废”对周边土壤、水体、动植物及人类生存造成了巨大压力，五河流域重金属污染水源汇入中国最大淡水湖——鄱阳湖，因此鄱阳湖及其流域内重金属污染修复治理成为保护鄱阳湖“一湖清水”的重要措施之一。

自1958年露天开采以来，德兴铜矿已形成5.76 km2裸地、207 km2尾矿堆积区[1]，每年排放含铜、镉等多种重金属离子的酸性废水，导致下游数千亩良田变成了荒地。钨矿引起周边土壤砷、镉、镍和硒超标，大余县受污染农田约5 500 km2，约140 km2稻米含镉量超过1 mg/kg，成为全国16个“镉米”产地之一，全县因食用“镉米”、“镉水”毒害人口达10余万。赣州稀土开采污染遍布18个县(市、区)，涉及废弃稀土矿山300多个，遗留尾矿(废渣)1.91亿t，被破坏山林面积97.34 km2；龙南县、定南县、全南县为赣州公认的3大稀土产区，其中，龙南县稀土开采破坏山林面积达17.77 km2，占全县毁林面积20%。鄱阳湖的五河流域均受到不同程度重金属污染，饶河入湖口、乐安河口铜污染指数分别高达31.8和27.7[1]。江西每年因土壤重金属污染而减产粮食达80余万t，直接被重金属污染的粮食达10余万t，二者造成年经济损失共计超过2亿元[2]。可见，矿山开采引起的土壤、水体等重金属污染的系列生态环境问题，严重威胁到了人类的生存和身体健康，其恢复治理工作刻不容缓。

1 江西省重金属污染现状

1.1铜矿区重金属污染现状

德兴铜矿作为江西铜业的“利润奶牛”，由于开采年限较长，且缺乏治理，废水、废气排放已对当地的水质、土壤、空气造成了多项指标超标的交叉式污染。江铜集团贵溪冶炼厂炼铜规模居亚洲第1、世界第3，在20年的生产建设中为该区经济发展作出了巨大贡献，同时也造成了严重的环境污染和生态破坏[3]。

铜矿工业废水、粉尘、堆积的尾矿，通过沉降、雨淋、水洗等方式造成附近农田土壤受重金属污染。铜在环境中的浓度一般较低，非污染区土壤中为10～30 mg/kg，而德兴铜矿区土壤中铜平均含量为186.5 mg/kg，是正常值的10倍；尾矿中铜平均含量为450.46 mg/kg，是正常值的25倍[1]；周边农田土壤Cu含量平均值为195.52 mg/kg，超过国家II级土壤标准(Cu 50 mg/kg)，是江西土壤元素背景值(Cu 20.3 mg/kg)的9.63倍，属严重污染[4]。

贵溪冶炼厂每年生产水碎渣18～20万t，尾矿6～8 t，中和渣0.8～1.0 t，废渣主要堆放在苏门村、水泉村和竹山村。废渣中含有Cu、Pb、As、Cd等重金属，其中水碎渣、尾渣、中和渣中铜含量分别为0.55%～0.713%、0.35%～0.54%和0.10%～0.50%。污灌区稻田土壤中铜含量最高为209.92 mg/kg，是背景值的172倍，其中苏门村稻田土壤铜含量最高为548.30 mg/kg，最低为139.80 mg/kg[5]；水泉村和竹山村土壤重金属铜含量则是当地背景值的6.17～11.7倍，其中水泉村农田土壤铜含量是GB15618-1995中规定的二级标准值的3倍[6]；周边蔬菜地土壤重金属铜含量也远远超过了GB15618-1995中规定的蔬菜地土壤最高允许含铜量(50 mg/kg)，最高为365.9 mg/kg，最低为235.3 mg/kg[7]。据《中国新闻网》2010年5月14日报道，贵溪冶炼厂曾因为废渣处理不当，造成附近耕地遭受不同程度的重金属污染，部分地方土壤Cr含量超标30倍，农作物减产，甚至土壤沙化，污染土壤种植“铬米”，严重影响当地乃至全省及其它省市居民身体健康。

铜在非污染自然水体中含量低于2 μg/L。贵溪冶炼厂随废水排放的重金属污染物总量相当高，自1986年至1999年随废水排出的铜总量为14 107.38 t，砷为221.56 t，镉为23.06 t[5]。重金属在水体中检出率、超标率越来越高，仅2002年度德兴铜矿工业用水量就高达11 659.30 万t，造成下游大坞河、乐安河、甚至鄱阳湖水严重偏酸，河水中铜离子浓度最高达30 mg/L，是正常水域的15 000倍，特别是河流底泥受含铜废水长年累月的沉积作用，铜含量高达500～10 000 mg/kg，超过了矿石中平均含量1 106.38 mg/kg。调查研究表明，随着水环境重金属污染加剧，水生态遭受严重破坏，排入大坞河的废水流量占河水流量10%以上，河水pH值仅2.77，水质污染导致大型经济鱼类大量减少甚至灭绝，受污染的鱼类基本不能食用，对渔业经济造成严重损害[8]。

土壤重金属含量超标导致植物生长不良，影响光合作用和呼吸作用，生物量下降，产量减少、品质下降。黄长干和邱业先调查发现[9]，在德兴铜矿区莎草(CyperusrotundusL.)、构树(BroussonetiapapyriferaLinn.)、粘毛蓼(PolygonumbarbatumLinn.)、鸭跖草(Commelinacommunis)和辣蓼(PolygonumflaccidumMeissn.)体内铜含量最高分别为500.00 mg/kg、455.79 mg/kg、384.40 mg/kg、407.74 mg/kg、355.33 mg/kg。贵溪冶炼厂污灌水田土壤中，当Cu含量低于50 mg/kg时，水稻生长未受到影响，每公顷产量为7 500 kg，当Cu含量达到110～180 mg/kg时，水稻约减产35%～70%。Cu对水稻的危害主要表现在新梢生长量减少，死根增加，进而引起减产。糙米对重金属Cu的吸收率与土壤中Cu含量呈正相关，各器官对Cu吸收量顺序为：根>茎叶>糙米[3]。红薯(sweet potato)、辣椒(Capsicumannuum)、芋头(Colocasiaesculenta(L.) Schoot)可食部分Cu含量明显比茎叶低，且可食部分和茎叶中Cu含量均低于土壤，但Cd含量则大大高于土壤，说明以上作物根系可以富集此类元素[7]。

1.2钨矿区重金属污染现状

江西省大余县素有“世界钨都”之称，境内拥有西华山钨矿、荡坪钨矿、漂塘钨矿和下垄钨矿四大国有钨矿，近几十年的开采曾给国家国防事业和社会经济发展做出巨大贡献，但开采带来的“三废”对当地环境与社会经济发展造成了严重危害。据测定，大余县稻田土壤中Cd含量平均达到1.49 mg/kg，并由此形成了约70 km2的“镉米区”，该县也因此成为全国Cd污染最严重的县之一。

钨矿区重金属含量随着恢复年限增加而减少，盘古山钨矿区淤泥及恢复年限较少的尾矿区重金属含量较高、污染严重，而恢复了20年左右的尾矿山重金属污染程度较轻[10]。西华山、荡坪、漂塘和下垄钨矿区尾矿土壤pH分别为6.29、6.95、5.73和6.44，呈弱酸性；重金属Cd、Cu、Zn含量分别为5.20～52.95 mg/kg、35.40～2 135.50 mg/kg、49.10～1 915.80 mg/kg，超出《土壤环境质量标准》三级标准(GB 15618-1995)[12]；而Mo和W含量分别是背景值的75.00～369.08和8.07～153.53倍[11]。研究表明，钨矿尾砂废水中钼、镉对人畜有较大的危害，即便是达标排放亦是如此。1981-1986年大余县8个乡5 500 hm2土地受到污染，土壤中钼含量25 mg/kg，稻草中钼含量达182 mg/kg，受害耕牛近万头，其中水牛死亡率33%，黄牛死亡率10%；当时废水中钼含量仅为0.43～0.44 mg/L；污染区稻谷中镉含量为一般稻谷中54倍，蔬菜为15倍，动物内脏为8.7～20.3倍[8]。

植物对重金属的吸收与土壤中重金属含量呈正相关。江西大余4大钨矿尾砂库区优势植物体内Cu、Pb、Zn、Cd、Mo和W重金属含量最高分别达到642.60 mg/kg、556.20 mg/kg、1 208.40 mg/kg、35.00 mg/kg、947.50 mg/kg、59.80 mg/kg，植物对重金属富集的高低为Zn>Cd>Mo>Cu>Pb>W[10]。不同矿区同种植物对重金属富集存在显著差异，荡坪矿区植物对Mo、Zn和Cu富集较高，西华山矿区植物对Pb和W吸收较高，而Cd以漂塘矿区最高；盘古山钨矿区松树不仅对Mn吸收性很好，还对Cr有很好的耐受性；梧桐(Firmianaplatanifolia(L.f.) Marsili)对Mn、Cr、Pb吸收性都很高，被认为是重金属污染土壤修复的潜力树种[12]。至今为止，钨矿区仍没有发现重金属超富集植物，芒箕(GleichenialinearisClarke.)、龙葵(SolanumnigrumLinn.)、酸模(RumexacetosaLinn)可用于污染土壤植物修复，乌毛蕨(BlechnumorientaleL.)、梵天花(UrenaprocumbensLinn.)、狗脊蕨(Woodwardiajaponica(L.f.) Sm.)可用于植物固化技术，狗尾草(Setariaviridis(L.) Beauv.)、鬼针草(BidenspilosaL.)、白苏(Perillafrutescens)可作为矿区废弃地植被重建先锋物种，均仅为Cu、Pb、Zn、Cd耐性植物[13]，而非超富集植物。

1.3稀土矿区重金属污染现状

赣州地区拥有丰富的离子型稀土资源，经过40多年的发展，先后经历了池浸、堆浸和原地浸矿3种采矿工艺的变迁，但由于稀土矿山开采一直存在“小、散、乱、差、低”等问题，以致稀土开采污染遍布赣州18个县(市、区)，涉及废弃稀土矿山302个，遗留尾矿1.91 亿t[14]。稀土开发累计破坏土地面积74.87 km2，造成水土流失面积81.02 km2，在卫星图片中呈斑块状散布，为此，未来赣州地区需投入高达380亿元资金来恢复当地自然生态[15]。

池浸和堆浸采矿要求完全剥离地表土壤，造成植被和生态环境毁灭性破坏，每生产1 t稀土，需破坏地表植被160～200 m2，剥离地表土300 m3，形成尾砂1 000～1 600 m3[16]，产生浸矿废液1 000～1 200 m3[17]。原位浸矿的发展在很大程度上缓解了稀土开采对生态环境的破坏，但也存在以下问题：1)约1/3的植被因为开挖注液洞浅槽、集液沟和工人来往践踏而被破坏[18-19]；2)硫铵液浓度大、浸泡时间长，浸矿液侧渗和毛细管作用导致植物根系逐渐受损，生长停滞或枯死，丧失了水土保持作用[20]；3)每生产1 t稀土产品产出尾矿仅比池浸工艺约少220 t，因此坡沟谷底仍然会淤积大量泥沙[17]；4)在气候条件恶劣的情况下，因注液不当、集液沟渗液不畅、穿井等引起山体滑坡、崩塌，如龙南地区2006 年原位浸析开采区共有滑坡401个，占地 28.830万m2[21]。3种工艺产生的废液未经处理就直接排放，一方面残余硫铵与金属离子交换导致水体中金属离子超标，另一方面废液中铵态氮浓度过高，严重抑制作物的生殖生长，导致水稻大幅减产或绝收。

1.4鄱阳湖湿地重金属污染现状

鄱阳湖是中国第一大淡水湖，其流域是赣江、抚河、信江、饶河和修水 5 大河流集水范围的总称，全湖面积为3 583 km2，流域面积为162 225 km2[22]。随着鄱阳湖流域有色矿产资源的开发，尤其是铜矿的开发利用，重金属酸性废水不断汇入鄱阳湖，流域内重金属污染负荷日益增加，对流域生态环境和人体健康已构成潜在危害[23-24]。因此，国内外学者对鄱阳湖及其流域中Cu、Pb、Zn、Cd、Cr、Ni等重金属污染的污染状况开展了大量的研究工作[25-27]。

鄱阳湖水质总体较好[28]，各采样口水体中的重金属含量相对都较低，均小于0.005 mg/L，达到了地表水评价标准中的IV类标准，也能适于渔业用水的要求[29]。万金保[24]等调查也发现，除沽口处Cu含量超出地表水环境质量标准III类标准外，其它各项监测指标及pH值均能达到地表水环境质量II类标准，且多数样点中检出Pb、Zn含量甚至达到了地表水环境质量I类标准，但也存在一定的重金属污染，主要由As、Hg、Pb、Cu、Cd、Zn等引起。鄱阳湖流域重金属污染具有区域性，如在乐安河和昌江交汇后的饶河入湖口区域Cu、Zn浓较度较高，Cu超标率达20%～30%，Zn超标率高达90%以上[30]。

鄱阳湖流域土壤中重金属污染相对较严重，尤其是重金属Cu，在乐安河-鄱阳湖段湿地土壤中，最高含量达到774.79 mg/kg；Pb和Cd污染程度相对较弱，最高含量分别为35.76 mg/kg 和3.79mg/kg。简敏菲[31]等采用4种评价方法对乐安河-鄱阳湖段各典型湿地区域土壤重金属污染风险评价结果表明，大坞河沿程以及大坞河汇入乐安河后下游邻近区域为重度污染，而乐安河中下游其余区域随水流方向重金属污染逐渐减弱，表现为中度至轻度污染。而重金属在鄱阳湖表层沉积物中污染程度最高，Cu、Zn、Pb和Cd 4种重金属含量平均值分别为61.53 mg/kg、194.11 mg/kg、48.17 mg/kg、1.54 mg/kg，是鄱阳湖土壤背景值的12.95、3.85、4.24、2.05倍，是中国土壤背景值的2.72、1.85、2.62、15.88倍，其中Cu是主要污染因子[32]。

鄱阳湖不同生态类群的水生植物对重金属表现出一定的忍耐和富集能力，其忍耐力为：挺水植物>漂浮(浮叶)植物>沉水植物；富集能力为：沉水植物>漂浮(浮叶)植物>挺水植物[33]。周雪玲[34]等调查结果则表明，水生植物对重金属的富集具有选择性，同种植物只能对1种或2种重金属表现出超富集能力，如苦草(Vallisnerianatans(Lour.) Hara)、青葙(CelosiaargenteaL.)、金鱼藻(CeratophyllumdemersumL.)对Pb、Cd，箭叶蓼(PolygonumsieboldiiMeisn.)对Cu、Cd，灰化苔草(CarexcinerascensKükenth.)对Pb，飞廉(CarduusnutansLinn)和小窃衣(Torilisjaponica)对Zn，南荻(TriarrhenalutarioripariaL Liu)、一年逢(Erigeronannuus(L.) Pers.(Aster an-nuus L.))、飞廉和鼠曲草(GnaphaliumaffineD.Don)对Cd的富集能力较强，这些植物都可以列为鄱阳湖湿地重金属污染修复选择对象[35]。另外，湿地植物对重金属元素的富集作用与根区土壤背景中重金属含量呈正相关[36]，随着土壤背景中重金属含量的增加，植物富集能力达到限量而趋于一个稳定值，但土壤中Hg、Pb浓度达到一定程度后，湿地植物体内Pb含量呈下降趋势，而Hg含量变化趋势不明显[23]。

2 江西重金属污染修复实践

2.1铜矿区修复实践

从20世纪80年代初，江西省内、外多家科研院所先后致力于德兴铜矿废弃地及贵溪冶炼厂附近的生态恢复研究，主要通过物理与化学方法、工程措施及植物修复技术进行污染综合治理和生态修复，且取得了显著效果。植物修复技术具有技术和经济上的双重优势，已被普遍关注，并逐步走向商业化，如中国科学院红壤生态试验站在贵溪冶炼厂周边重金属污染区，筛选种植的能源植物巨菌草，亩产鲜草达到30～35 t，折成风干草产量约为4～5 t；巨菌草(Pennisetumsp.)收获后送到鄱阳生物质发电厂燃烧发电，每公斤干燥的巨菌草可产生能量约3 700大卡；巨菌草光合效率高、生长量大，生物质碳量高，重金属污染地修复后种植巨菌草等能源植物又变成了碳汇基地。因此，“污染土壤+能源植物”的治理模式受到了广大农民群众较高评价和自觉参与，具有广阔的发展前景。

2.2稀土矿区修复实践

赣南稀土矿区植被恢复前主要采用了“五字方针”：一“填”，填补大的冲刷口；二“平”，平整梯形平台；三“排”，梯台的坡脚、坡沿修砌排水沟渠；四“坎”，沿梯台外缘修砌土坎阻截尾矿砂；五“降”，降低坡面落差，尽可能削减高陂边坡。根据土壤立地条件，主要的植被恢复方式有：1)在原地浸矿区利用注液井侧重培育杉木、湿地松等用材林；2)在粘性土含量较高的池、堆浸区，通过土地平整和稳定化处理后，发展脐橙、油茶等林、果、药种植业；3)在砂性极高，土壤严重板结的荒漠化区域，通过种植草灌快速恢复植被，有效防止水土进一步流失[14]。2013年，定南县稀土产业管理办公室组织实施的国家科技惠民计划项目，引进多项先进技术，大力发展脐橙种植业，取得了较好生态和经济效益。

3 重金属污染土壤修复思考

因重金属污染种类多样性、危害多面性和严重性及其生态修复的艰巨性，迄今为止对于重金属引起的污染土壤修复，国内外还没有一种通用的修复方法，或者可以一劳永逸地解决这一生态难题的可行措施。笔者根据多年的研究认为，今后江西省重金属污染土壤生态修复还应从以下几个方面深入思考。

3.1发展乡土花卉苗木产业模式

花卉苗木产业是绿色朝阳产业。以江西省优越的自然条件和得天独厚的植物种质资源条件，在优先保障其生态修复功能的同时，针对性地选择种植对该地区重金属污染土壤吸附力较强的乡土花卉苗木品种，在把被重金属污染土地转化为可再开发土地的同时，兼顾其社会和经济效益，是发展重金属生态修复的突破口和落脚点，发展潜力较大。

3.2推广非粮能源植物修复模式

目前，国内对于重金属轻度污染的农田，主要通过土壤改良后，改种非敏感品种作物来实现农产品的安全生产。然而，对于重金属中度与重度污染的农田，可尝试通过土壤重金属钝化，种植非粮能源植物进行安全经济利用，即可作为治理污染土壤和发展经济之间的结合点。

3.3倡导时间和空间阶梯生态修复模式

对于矿山废弃地、尾砂地等可尝试“草→灌→乔”的时空阶梯修复模式。即先选用耐贫瘠、耐重金属、防风固沙、抗性强的先锋草类植物，覆盖废弃裸地形成草丛群落，提高废弃地的自我修复能力，然后依次通过种植灌木和乔木最终形成乔灌草搭配的复层植物群落，逐步形成结构完整、功能完善的生态系统。

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ContaminatedSituationandRemediationPracticeoftheMainTypesbyHeavyMetalsinJiangxiProvince

WANG Xiaoling1,2,WANG Xin1,LIU Tengyun1,2,GAO Zhu1,2,HUANG Yizong3,YU Faxin1*

(1.Jiangxi Academy of Science.Jiangxi Engineering Research Center of Eco-Remedication of Heavy Metal Pollution,330096,Nanchang,PRC;2.Jiangxi Key Laboratory of Poyang Lake,330096,Nanchang,PRC;3.Chinese Academy of Sciences.Research Center for Eco-Environmental Sciences,100085,Beijing,PRC)

Jiangxi province is not only one of the big provinces with mineral resources,but also with wide contaminated area by heavy metals in China.In recent years,all kinds of mining activities had seriously damaged the local ecological environment and the ecological environment of Poyang Lake basin,which had serious impact on human health.How to control heavy metals and protect Poyang Lake becomes one of the notable environmental problems.The present paper aims to provide a critical review on the contaminated situation of the mining and the surrounding area′s soils,water and plants by heavy metals,caused by copper,tungsten ore and rare earths mining activities.And the contaminated situation of Poyang Lake basin caused by all kinds of mining activities.At the same time,the copper and rare earths mining typical remediation practices of heavy metals in Jiangxi Province are introduced,in order to provide the reference for the remediation of heavy metal-contaminated soil in China.

heavy metal;ecological environment;Poyang Lake;remediationpractice

2014-07-19;

2014-08-28

王小玲(1979-)，女，陕西白水人，博士，副研究员，主要从事污染生态学研究。

江西省青年科学基金项目(20142BAB214007);江西省科技支撑计划项目(20133BBG70013)；江西省科学院“省部共建国家重点实验室培育基地”计划项目(赣科院字[2013]19号-04)；江西省科学院科研开发专项基金项目(2012-YYB-03)；江西省科学院协同创新专项研究项目(2013-XTPH1-05)。

10.13990/j.issn1001-3679.2014.05.007

X53

A

1001-3679(2014)05-0594-06

*通讯作者：余发新(1968-)，男，江西都昌人，研究员，博士，研究方向为遗传育种。E-mail: fxy2000@126.com。