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铁尾矿废弃地植物修复技术研究进展及展望论文

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2025-07-24 17:03:10    来源:    作者:xuling

摘要:近年来,在我国土壤修复的工作中,生物修复技术占比较高,不同植物对应的修复原理不同,主要是植物降解、提取、挥发、稳定等修复。

  摘要:近年来,在我国土壤修复的工作中,生物修复技术占比较高,不同植物对应的修复原理不同,主要是植物降解、提取、挥发、稳定等修复。在铁尾矿废弃地的生态修复过程中采用植物修复技术,主要是结合当地的实际情况选择适应性较高、耐干旱性能良好且可解决重金属污染问题的地域性植物,构建新的生态系统,改善铁尾矿废弃地的修复效果,提升整体的修复水平,为促使各项修复工作的良好开展提供支持。


  关键词:铁尾矿;废弃地;植物修复技术


  铁矿开采是典型的金属矿山开采工作,对地形地貌与景观都会产生直接影响,引发地质灾害的同时造成周围环境的污染,铁尾矿是污染问题较为严重的部分,有机质含量低,重金属的含量高,不利于植物的生长。因此,对铁尾矿废弃地进行修复的过程中,植物修复技术的难度较高,需全面分析植物修复技术的特点,按照具体情况做好处理工作,发挥植物修复技术的价值,促使铁尾矿废弃地生态环境的良好修复。


  1植物修复技术


  植物修复技术是生物修复技术中的重要部分,成本较低,操作具有便利性的特点,可改善地形地貌,具有水土保持的重要作用,且不同植物生长期间对污染物的作用原理存在差异,污染修复的效果有所不同,植物降解修复是植物生长的代谢过程中,能够形成对污染物的降解与转化作用,可有效进行单一有机物污染土壤的修复处理,例如,植物在生长的过程中会分泌降解酶,将污染物吸收后转化,或是在根系的位置产生分泌物直接进行污染物降解;植物提取修复是在植物栽培与生长期间,根系或茎叶对重金属污染物进行吸收积累,将植物采收后集中处理,可有效进行污染物的提取,去除土壤中的重金属污染物;植物挥发修复方面,如若土壤中存在容易挥发的汞元素等重金属,可采用植物进行修复,植物生长期间对挥发性重金属污染物进行释放与转化,例如,种植烟草植物,可产生对土壤中二价汞的挥发作用,将其转化成为毒性很低的气态汞,提高修复的水平;植物稳定修复是采用植物进行污染物的稳定与积累,使得污染元素不会受到水土流失或是物质循环因素的影响出现扩散迁移的现象,全面解决重金属污染问题。

  2铁尾矿废弃地植物修复技术研究进展

       2.1生态本底调查


  由于不同类型植物对铁尾矿废弃地的修复效果有所不同,因此,在采用植物修复技术前,需要重点开展生态本底调查的活动,切实按照当地区域的情况,科学进行植物的选择,提升生态修复水平。在《铁尾矿废弃地植物修复技术研究进展及展望》(2022年)研究中认为,对于铁尾矿废弃地的修复,在采用植物修复技术的过程中,需要深入开展生态本底调查的活动,按照当地的立地条件特点,选择具有耐干旱性能、耐重金属污染性能的地域性植物,科学合理进行铁尾矿废弃地生态系统的重建。在植物群落建设与先锋植物品种选择方面,需要科学合理选择乔木类型、草本类型与灌木类型的植物,增加植物的层次结构,使得各类植物在重金属污染修复方面相互补充,同时,选择具备一定固氮性能的豆科植物,达到植物群落快速演替的目的。在植物搭配的过程中,结合常绿类型、落叶类型、一年与多年生类型、根系深浅类型的植物特点,完善搭配的方案计划,提升修复的水平。


  2.2植物—微生物联合修复技术


  植物与微生物联合修复技术,主要是在铁尾矿废弃地修复的过程中,将植物与微生物相互联合,提升修复的效果,在《铁尾矿土壤化利用植物—微生物联合修复与改良技术研究》(2018年)研究中,主要分析了典型修复植物筛选与特色菌剂制备的方式,结合铁尾矿的特点,筛选具有耐盐碱、耐金属特点的植物,将植物与微生物相互联合,改善铁尾矿基质pH值、持水量、酶活性、孔隙度,利用植物与微生物联合的改良技术,加快植物地上部分的生长速度,提升植物根系的生长水平。开展相关的实验活动,在盆栽土壤中设置重金属,14天后利用湿式消解法进行土壤样本中PD与CD的提取,利用原子吸收光谱仪进行含量的测定,作为修复前的对比数据值,然后采用植物与微生物联合修复的技术,盆栽的土壤是铁尾矿的土壤,将其与营养土混合,比例为4:1,每盆土是250g,实验中设置空白、植物、植物与微生物组别,采用的植物是紫羊茅,植物与微生物的组别设置20ml混合菌剂,等待植物收割后,再次利用相关仪器设备测量PD与CD的含量,计算重金属去除率,主要是重金属去除率等于修复前的重金属含量减去修复后的重金属含量,除以修复前的重金属含量,乘以百分之百。完成实验操作后可发现,种植植物的土壤基质,在PD方面的去除率较高,而植物与微生物联合修复的组别,PD的去除量高达42.2%,CD的去除量高达64.4%,证明植物与微生物相互联合进行铁尾矿的修复,能够提升修复效果,具有推广价值。


  2.3植物—改良剂联合修复技术


  由于铁尾矿的产量较高,具有高碱性的特点,营养成分含量很低,对植物的生长会产生不利的影响,加之铁尾矿长时间堆积存储,废弃地的区域已经出现不同的问题,不利于植物的良好生长。因此,在采用植物修复技术的过程中,需要按照铁尾矿的实际情况,将植物修复技术与改良剂联合应用,提升整体的修复效果。在《不同改良剂修复铁尾矿的研究》(2023年)研究的过程中,将唐山市铁尾矿作为案例,分析不同类型改良剂在植物修复过程中应用的效果,利用室内盆栽的实验方式,将有机肥、生物炭、秸秆作为主要的改良剂,质量梯度是1%、3%、5%,在盆栽中种植紫花苜蓿,分析尾矿营养成分含量、植物的生长情况,在研究后发现,改良剂能够改善尾矿的有机质,降低碱含量,减少氮元素,有效控制速效磷与速效钾的含量,加快植物的生长速度,合理进行尾矿的修复。因此,在铁尾矿废弃地的修复过程中,需切实按照生物修复技术的应用特点与原理,科学合理采用植物与改良剂联合类型的修复技术,进一步提升生态修复的水平,保证工作的有序开展。


  2.4注重碳汇效益


  由于在采用植物修复技术进行铁尾矿废弃地修复的过程中,很容易受到火灾因素、肥料因素、病虫害因素的影响出现区域碳汇问题,产生碳排放损失的现象。因此,需要在使用生物修复技术的过程中,科学合理进行铁尾矿库的碳排放损失控制,在《“双碳”背景下铁尾矿库生态修复技术方向与策略》(2022年)研究中认为,采用植物修复技术进行铁尾矿废弃地修复的过程中,需强化火灾防控的力度,设置警示牌,注重火灾风险的监测,建设配套性的基础设施,预防火灾问题,避免出现植物大面积死亡、碳汇释放的现象。同时注重基质处理碳汇成本的有效控制,严格控制客土量,改良肥料技术,遵循就地取材的原则,减少植物修复技术应用的成本,降低材料运输产生的碳成本。


  2.5提高植物修复的效果


  由于在铁尾矿的废弃地修复工作中,植物修复技术容易受到诸多因素的影响,不能保证修复效果。因此,在采用植物修复技术的过程中,需深入分析不同的影响因素,按照具体情况完善修复方案,提升植物修复的效果,在《矿山地区重金属污染土壤植物修复技术研究》(2022年)研究中认为,矿山地区的植物修复效果,容易受到植物的选择、土壤属性、其他污染物等因素的影响,强调不同类型植物在重金属转移与吸收能力方面存在差异,需要按照矿山区域的重金属含量与类型科学选择植物,如若矿山地区的铜重金属含量较高,可选择黑麦草植物,镉重金属含量高,则选择番茄类型的植物。土壤有机质含量与土壤pH值都会对植物的重金属转移吸收效果产生影响,加之矿山地区土壤中还会存在放射性或是有机类型的污染物,也会对植物的重金属吸收积累作用产生影响。基于此,可采用溶解酶进行土壤微生物的分解,改善土壤微生物的活性、有机酯成分,加快植物生长速度,提升植物对重金属的吸收效果,或是采用微生物进行重金属离子的还原,降低溶解度,减小活性,借助重金属离子的作用,提高微生物的活性,使其更好的进行有机物降解、氮磷元素的转换,提升植物修复效果。在未来阶段,还需开发具有铅元素吸收作用的植物类型,改善植物对矿山重金属污染的修复效果,按照重金属和植物生长的关系,增强污染地区土壤的稳定性,预防土壤被破坏的问题。


  3铁尾矿废弃地植物修复技术的展望

       3.1影响因素的调查分析


  根据相关的研究可以发现,铁尾矿废弃地的修复中采用植物修复技术,会受到诸多因素的影响,需深入分析各类影响因素,完善优化相应的修复技术模式,分析铁尾矿废弃地的植物修复影响因素类型,研究土壤的pH值、有机质含量、重金属含量等影响,分析气候的温湿度、降雨量等对植物的生长产生影响,不同植物对尾矿废弃地的适应能力和修复效果存在差异,具体的调查分析工作中需对铁尾矿废弃地进行实地考察,研究现场环境、气候、地形等情况,采集土壤样品,分析土壤的pH值、有机质含量、重金属含量等数据值,对废弃地上的植物进行调查,记录植物种类、生长状况等,对采集的土壤样品进行实验室分析,研究土壤的性质和污染状况,收集相关植物修复技术的研究成果,基于相关数据进行整理分析,定量评估各因素对植物修复效果的影响程度。按照调查结果编制针对性的植物修复技术方案,选择适合当地环境的植物种类、调整土壤pH值、增加有机质含量,提出改善生物多样性的措施“设置天敌控制害虫、种植固氮植物”,提出减少人为干扰的措施“设立警示标志、加强监管”等,完成修复方案的编制后,在技术方案指导下进行植物修复工作,动态监测评估调整技术方案,保证植物修复效果达到预期目标,为提升植物修复技术应用的水平提供支持。

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  3.2强化技术的创新


  铁尾矿废弃地植物修复技术的创新发展,需要从多个层面入手,提升技术的创新水平,例如,随着科技的不断发展,铁尾矿废弃地植物修复技术也在不断进行技术创新与升级,可采用基因编辑技术改良植物品种,提高其对重金属的耐性与吸收能力,适应尾矿废弃地等恶劣环境中生长,采用新型的生物技术和微生物修复技术,利用微生物的代谢活动降低土壤中的重金属含量,提高土壤的肥力,改善生物活性。传统的植物修复技术主要关注于对土壤和植物的单一处理,而目前的创新发展趋势则更加注重综合治理与生态修复,需综合分析气候、地形、水文等多种因素编制治理方案,促使生态系统的整体恢复,注重生态系统的自我调节与恢复能力,设置多种植物和微生物,建设稳定的生态系统,提升生态修复效果。例如,采用超富集植物,筛选培育适合铁尾矿废弃地的超富集植物,提高植物修复的效率,将植物修复与微生物修复技术相结合,借助微生物的代谢活动与植物的吸收能力共同作用于铁尾矿废弃地,加速重金属的转化固定,筛选高效的重金属耐受性微生物,将其与超富集植物共培养,提高植物修复的效率。同时铁尾矿废弃地土壤贫瘠、结构不良,限制植物的生长,因此,需要改良土壤结构与肥力,添加有机肥料、石灰、磷酸盐等提高土壤的保水保肥能力,改善土壤酸碱度,为植物生长创造更好的条件。另外,利用现代信息技术建设铁尾矿废弃地植物修复的智能监测系统,对土壤、植物、气象等数据进行实时监测分析,精准掌握植物修复的动态过程,调整修复策略,优化资源配置,提高修复效果,将植物修复技术与生态工程设计相结合,合理完成植被配置、景观构建,实现铁尾矿废弃地的生态恢复,创造具有观赏性、经济价值的绿色空间,改善工作的效果,达到预期的目的。


  3.3注重信息技术的应用


  随着智能化和信息技术的发展,铁尾矿废弃地植物修复技术也开始向着智能化和信息化的方向进步,在实际工作中可采用遥感技术、地理信息系统等技术对铁尾矿废弃地进行全面的监测评估,为植物修复工作提供更加精准的数据支持。采用智能化的智能灌溉、智能施肥技术对植物生长进行精准管理调控,提高植物修复的效率,或是按照植物修复技术的应用特点,开发修复效果的监测系统,例如,采用信息技术、大数据技术、云计算技术等,开发植物修复技术效果的监测系统,准确采集分析铁尾矿废弃地植物修复的各类数据信息,监测修复前、修复中、修复后的重金属含量,按照监测的数据值,科学合理进行修复技术方案的调整优化,提高修复的有效性。


  4结语


  综上所述,由于铁尾矿废弃地的土壤复杂繁琐,对植物的要求较为严格,因此,在实际工作中需要选择适应铁尾矿废弃地特殊环境的本地植物,具有较强的耐重金属、耐盐碱、耐贫瘠等特性,在恶劣环境中良好生长,或是采用基因编辑技术改良植物品种,提高其对重金属的耐性、吸收能力,选择根系发达、能够固定土壤的植物,预防水土流失与土壤侵蚀问题,为了建立稳定的生态系统,应选择多种植物进行搭配种植,提高生态系统的多样性,利用不同植物之间的相互作用提高修复效果。根据上述的研究,多数学者认为需要将植物修复技术与微生物、改良剂相互整合,改善植物的生长效果,提高对重金属的吸收转化水平,保证整体的修复有效性。


  铁尾矿废弃地的植物修复技术在未来发展的过程中,需切实按照铁尾矿废弃地的情况,完善优化生物修复技术的应用模式,科学合理进行各类影响因素的调查研究,采用先进的信息技术,强化对植物修复技术的创新改良,改善修复的水平。同时为提升植物修复技术应用的有效性,需重点完善有关的技术体系,做好监测工作,进一步提高生态修复的质量。