隨著我國鋁工業(yè)的快速發(fā)展和礦產資源的持續(xù)開采，赤泥和礦泥已成為堆存量巨大、環(huán)境風險突出的典型大宗工業(yè)固廢。據(jù)統(tǒng)計，我國赤泥和礦泥年產量均達數(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險也對周邊土壤、地下水及生態(tài)系統(tǒng)構成嚴重威脅。

如何實現(xiàn)赤泥、礦泥的無害化、資源化與場地化利用，是當前礦山生態(tài)修復與固廢資源循環(huán)利用領域亟待突破的關鍵問題。近年來，“土壤化處置”技術逐漸成為研究熱點，即通過物理、化學及生物手段將赤泥、礦泥轉化為具備種植功能的類土材料，進而用于礦區(qū)復墾、生態(tài)重建與農業(yè)利用。

然而，目前相關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，桂林理工大學成官文團隊依托前期研究基礎，開展了“肥料-玉米協(xié)同作用對赤泥礦泥土壤化成土重構的影響研究”，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依據(jù)和技術支撐。

赤泥-礦泥土壤化處置基質物理結構改善機制

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

（a）容量

（b）孔隙度

圖1 赤泥-礦泥土壤化處置基質容重和孔隙度的變化

（a）脫水礦泥

（b）盆栽試驗機制

圖2 脫水礦泥和盆栽試驗基質的SEM圖像

鹽堿調控與養(yǎng)分提升效應

肥料-玉米系統(tǒng)有效調節(jié)基質pH至7.0~8.5，電導率（）滿足復墾標準。

（a）pH

（b）

圖3 盆栽試驗赤泥-礦泥土壤化處置基質pH和的變化

重金屬遷移阻控與農產品安全

玉米對Cr、As、Pb、Hg的生物富集系數(shù)與轉運系數(shù)均＜1，表明重金屬主要固持于根部，向地上部遷移能力弱。大田試驗玉米果實經第三方檢測，各重金屬含量均低于《食品安全國家標準》限值，證實農產品安全風險可控。

表1 不同施肥水平下玉米體內重金屬轉運能力

表2 大田試驗場地成熟期玉米果實重金屬含量 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)相關菌屬（Thiobacter、Thiobacillus等）富集，不僅促進重金屬鈍化，還改善了基質的養(yǎng)分轉化與結構穩(wěn)定性。

現(xiàn)場試驗

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)修復進行大規(guī)模應用場地試驗，試驗表明肥料-玉米協(xié)同作用可有效重構赤泥-礦泥土壤化處置基質的理化與養(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種植玉米產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-礦泥土壤化應用場地

創(chuàng)新點

• 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，實現(xiàn)鹽堿原位調控與成土加速，簡化了傳統(tǒng)赤泥預處理工藝。

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

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

結語

赤泥與礦泥的土壤化處置是一條兼具環(huán)境修復與資源循環(huán)的可行之路。肥料-玉米協(xié)同成土技術，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)土地復墾與農業(yè)安全利用提供了科學示范，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

桂林理工大學環(huán)境科學與工程學院教授，現(xiàn)任桂林信息科技學院董事與銀齡教授，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)工程等方面的教學與科研工作，曾任廣西農業(yè)地質副主任委員、廣西農村環(huán)境綜合整治專家組副組長、廣西污染治理設施運行服務能力和工程設計能力考評專家組組長，先后獲得國家教學成果二等獎、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)境保護與生態(tài)文明建設先進個人、廣西壯族自治區(qū)教學成果特等獎與三等獎、水污染控制工程國家精品課程建設、中國環(huán)境科學學會“優(yōu)秀科技工作者”、中國大學出版社優(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，出版水污染控制工程、環(huán)境污染控制原理等教材五部，獲授權發(fā)明專利16項，實用新型專利2項，發(fā)表文章100余篇。

《金屬礦山》簡介

《金屬礦山》由中鋼集團馬鞍山礦山研究總院股份有限公司和中國金屬學會主辦，主編為中國工程院王運敏院士，現(xiàn)為北大中文核心期刊、中國科技論文統(tǒng)計源期刊（中國科技核心期刊）、中國精品科技期刊（F5000頂尖學術論文來源期刊）、中國百強報刊、RCCSE中國核心學術期刊（A）、中國期刊方陣雙百期刊、國家百種重點期刊、華東地區(qū)優(yōu)秀期刊，被美國化學文摘（CA）、美國劍橋科學文摘（CSA）、波蘭哥白尼索引（IC）、日本科學技術振興機構數(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、機電與自動化、安全環(huán)保、礦山測量、地質勘探等領域具有重大學術價值或工程推廣價值的研究成果，優(yōu)先報道受到國家重大科研項目資助的高水平研究成果。

責編：楊 婷

編排：余思晨

審核：王小兵

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