（植物营养学专业论文）磷矿渣覆土还田利用可行性研究.pdf

华中农业大学学位论文独创性声明及使用授权书 学位论文 否 如需保密，解密时间年月 日 是否保密 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华中农业大学或其他教育机构 的学位或证书而使用过的材料，指导教师对此进行了审定与我一同工作的同志 对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明，并表示了谢意 研究生张胆恣 帆7 年7 月f 日 学位论文使用授权书 本人完全了解“华中农业大学关于保存使用学位论文的规定”，甲学生必 须按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存提交论文的印 刷版和电子版，并提供目录检索和阅览服务，可以采j 玎影印，缩印或扫描等复制 手段保存、汇编学位论文。本人同意华中农业大学可以用不同方式在不同媒体上 发表、传播学位论文的全部或部分内容 注：保密学位论文在解密后适用于本授权书 学位论文作者鲐胆待导师张哲i 页 签名日期：加7 年7 月f 日 签名日期：粤7 年7 月f 日 磷矿渣覆土还田对土壤与植物的影响 摘要 湖北省宜都市某化工厂在生产磷铵的过程中产生大量的磷矿渣，从2 0 0 3 年1 月到2 0 0 5 年3 月，在当地三板湖村累计堆放磷矿渣约2 5 5 万吨，2 0 0 5 年扩大生产 规模后，每天向外排放量高达5 0 0 0 吨。这些磷矿渣的堆放不仅占用大面积的土地， 而且对当地自然生态环境造成一定的影响。为解决磷矿渣堆放占用耕地的问题，保 护农业生产与居民生活，采用田间试验和室内实验相结合的方法，对磷矿渣堆放地 覆土农用展开研究，以此为将来进行大规模的土地复垦工作提供可行性依据。在宜 都市枝城镇三板湖村的1 0 0 亩磷矿渣堆放地上覆土6 0 c m ，以玉米( 临奥1 号、中 金3 6 8 ) 为供试作物，开展田间试验。在武汉市华中农业大学资源与环境学院盆栽 场以狮子山黄棕壤和磷矿渣为材料布置盆栽实验与淋溶实验，盆栽实验供试作物为 油菜( 中油8 2 1 ) 和小麦( 华麦9 号) ，淋溶实验用水为去离子水。 本研究获得主要结果如下： 1 作物在6 0 c m 的覆土地上生长状况良好。在磷矿渣覆土地上种植的两个玉米 品种长势较好，没有出现生长异常症状，而且产量也显著高于农户种植。在6 0 c m 覆土的盆栽实验中，油菜和小麦均生长正常，与覆土2 0 c m 和4 0 e r a 的处理相比， 获得较高的产量水平。 2 作物在6 0 c m 的覆土地上能安全生长。在磷矿渣覆土地上种植的玉米i 。籽粒 的质量符合国家粮食卫生标准，不存在重金属污染。盆栽油菜和小麦的籽粒中，重 金属元素的含量均远远低于国家粮食卫生标准，没有受到重金属污染。作物体内重 金属元素超标主要是在根和叶中，进入食物链循环的可能性不大。 3 覆土6 0 c m 是一个比较合适的厚度。6 0 e r a 的覆土经过培肥后，能为作物生 长提供充足的养分，且耕层土壤的养分条件改善较快，而2 0 e m 和4 0 e r a 的覆土对 作物的生长有一定的限制。 4 覆土6 0 c m 是一个比较安全的厚度。磷矿渣覆土地的土壤基本符合土壤环境 质量的二级标准，没有发生重金属污染，底部的磷矿渣没有增加土壤中重金属元素 的含量，施肥或大气输入是土壤中重金属增加的主要原因。 5 磷矿渣中的游离酸对土壤的p h 有一定的影响，需施用适量碱石灰，对土壤 的酸性加以改良。 关键词：复垦；玉米；油菜；小麦：养分；重金属：p h 陈涛华中农业大学硕士学位论文2 0 0 7 年6 月 a b s t r a c t am a s so fp h o s p h o r u sg y p s u mw a sb r o u g h tw h e nt h ep h o s p h a t ef e r t i l i z e rw a s p r o d u c e db yac h e m i c a lp l a n t i ny i d uc i t y , h u b e ip r o v i n c e t h e p h o s p h o r u sg y p s u mw a s a d d e du pt o2 5 5 x 1 0 6ta l m o s t l yb e t w e e nj a n u a r y , 2 0 0 3a n dm a r c h ，2 0 0 5i nt h es a n b a n l a k ev i l l a g e ，a n di tw a sp i l e du pt o5 0 x 1 0 tp e rd a ya f t e rm o r ep h o s p h a t ef e r t i l i z e rw a s p r o d u c e di nt h ec h e m i c a lp l a n t al a r g es c a l eo fl a n dw a ss t a c k e da n dt h ee n t i r o n m e n t w a sp o l l u t e db yt h ep h o s p h o r u sg y p s u m i no r d e rt os e t t l et h e s ep r o b l e m s ，ar e c l a m a t i o n r e s e a r c hw a ss e t t e du p u s i n gap r a c t i c a lf i e l de x p e r i m e n t ，ag r e e nh o u s ep o t t e d e x p e r i m e n ta n da3 0 - d a yl e a c h i n ge x p e r i m e n t , t h i sp a p e rs t u d i e dt h er e c l a m a t i o no nt h e p h o s p h o r u sg y p s u m ，w h i c ha i mt ol i b e r a t et h es t a c k e dl a n d t h em a i nr e s u l t so ft h er e s e a r c hw e r ea sf o l l o w ： 1 t h ec r o p sv e g e t a t e dw e l li nt h er e c l a i m e dl a n d t w ob r e e do fc o r n sg r o w e du pt os n u f f i nt h er e c l a i m e dl a n d ，a n dt h ey i e l dl e v e lw a sh i g l l e rt h a nt h ef a r m l a n d t h ep o t t e dr a p e a n dw h e a tt oe a r t hu p6 0 c mg r o w e dw e l l ，a n dt h ey i e l dl e v e lw a sh i g i l e rt h a nt h e t r e a t m e n st oe a r t hu p2 0 c ma n d4 0 c mn a t a b i l i t y 2 t h ec r o p sv e g e t a t e ds a f e l yi nt h er e c l a i m e dl a n d t h eq u a l i t yo ft h es e e dt h a tg a i n e di n t h er e c l a i m e dl a n da n dt h ep o t t e de x p e r i m e n tw e r et a l l yw i t ht h en a t i o n a lf o o dq u a l i t y c r i t e r i o n t h eh e a v ym e t a l sp o l l u t i o no fc r o p sm o s t l yc o m ef o r t hi nt h er o o ta n dl e a f 3 i t saa p p r o p r i a t ep l yf o rt h ec o v e r i n gs o i lt oe a r t hu p6 0 c m t h ec o v e r i n gs o i lc o u l d s u p p l ye n o u g hn u t r i t i o nf o rt h ec r o p sg r o w t h ，a n dn u t r i e n t c o n d i t i o nw a sa m e l i o r a t e d r a p i d l yb yf e r t i l i z a t i o n 4 i t sas e c u r ep l yf o r t h ec o v e r i n gs o i lt oe a r t hu p6 0 e r a t h ec o v e t i n gs o i lw a sa c c o r d w i t ht h ee n v i r o n m e n t a lq u a l i t ys t a n d a r df o rs o i l s ，t h eh e a v ym e t a l sw e r a n ta g g r a n d i z e d i nt h ec o v e r i n gs o i l 5 t h ed i s s o c i a t e da c i d o fp h o s p h o r u sg y p s u mc o u l di n f l u e n c e dt h ep hv a l u eo ft h e c o v e r i n gs o i l t h ea c i d i t yo ft h es o i lc o u l db ei m p r o v e db ye m p l o y i n gc a l c a r e o u s n e s s k e y w o r d s ：r e c l a m a t i o n ；c o r n ；r o p e ；w h e a t ；n u t r i t i o n ；h e a v ym e t a l ；p h 2 磷矿渣覆土还田对土壤与植物的影响 1 绪论 1 1 矿产开发对自然生态环境、社会经济生活的影响 矿产资源是人类生存和社会发展的物质基础，人类自诞生之日起，矿产资源就 成为人们日常生活中不可或缺的生产资料，人们的衣、食、住、行、用都离不开矿 产资源( 孙庆先和胡振琪，2 0 0 3 ) 。并且，随着经济的发展、人口的增长和人民生 活需求的提高，人们对矿产资源的依赖性也日益加强。现在，我国有9 5 以上的一 次能源、8 0 以上的工业原料、7 0 以上的农业生产资料都来源于矿产资源( 国土 资源部，2 0 0 3 ) 。 然而，矿产资源的开发利用在为国民经济作出巨大贡献的同时，也不可避免的 对矿区自然生态环境造成一些影响，特别是部分中小型矿山企业，由于生产方式粗 放、经营管理落后，给当地自然生态环境、社会经济生活带来了较大的负面影响。 1 1 1 矿产开发对土地资源的侵占 我国的矿产资源埋藏深的多，可露天开采的少，开采难度大( 孙庆先和胡振琪， 2 0 0 3 ) ，而且，由于矿产和土地空间分布具有同位性( 方创琳，1 9 9 7 ) ，导致矿产开 发过程中土地资源被破坏十分普遍，除了矿山企业民用建筑设施对土地资源的占用 外，矿山开采过程中对土地的破坏尤为严重。据测算，1 9 8 7 年，全国各种工矿废弃 地累计面积约2 0 0 万公顷，每年新增废弃地面积是2 6 7 _ 3 3 3 万公顷( 胡振琪和刘 海滨，1 9 9 6 ) 。1 9 9 4 年，全国工矿废弃地面积总计约3 0 0 万公顷，每年新增加2 7 _ 4 1 万公顷废弃地( 何书金等，1 9 9 6 ：焦华富和陆林，1 9 9 9 ) 。截至2 0 0 5 年，全国累计 工业废弃地面积超过4 0 0 万公顷，每年仍在以3 3 _ _ 4 7 万公顷的速度增加( 刘仁芙， 2 0 0 2 ：胡振琪等，2 0 0 5 ) 。由此可见，我国因矿产开发产生的废弃地面积在增加， 并且，新增面积的年增长速率也在提高，矿产开发对土地资源的破坏日益严重。 1 1 2 矿产开发对自然生态环境的影响 人口、资源和环境是制约当今社会实现可持续发展的三个基本要素。资源是人 类生存和发展的物质基础，环境是社会生活得以安定的基本条件。人类生存、社会 经济发展既需要开发利用资源，也需要良好的自然生态环境( 汤惠君，2 0 0 4 ) 。但 是，在矿产资源的开发利用过程中，不可避免地会对自然生态环境造成破坏。 3 陈涛华中农业大学硕士学位论文2 0 0 7 年6 月 1 1 2 1 废渣对环境的影响 矿山的开采过程中产生大量的尾矿( 张策和何绪文，2 0 0 1 ) ，截至2 0 0 2 年，全 国矿产行业排放的尾矿累计达到5 8 亿吨，占全国废渣贮存总量的8 9 ，并仍以每 年3 亿吨的速度增加( 朱训，2 0 0 2 ) 。这些尾矿的堆放不仅占用了大量的宜耕农田， 破坏了自然景观和植被，而且，也可能造成严重的环境污染和地质灾害。尾矿堆放 不合理，一方面使肥沃的农田变成荒地、沼泽；另一方面导致粉尘飞扬。废水、废 气渗溢，区域大气水文条件恶化( 胡振琪和刘海滨，1 9 9 6 ) 。并且，尾矿中常常含 有一些重金属，这些重金属一旦通过土壤进入食物链，带来的危害是灾难性的，牲 畜食用含有重金属毒害的牧草后会得病死亡，人食用含有重金属污染的瓜果、蔬菜 和肉类后，人体健康会受到损害。据相关资料报道，人们长期食用含有重金属铅的 农产品，将导致记忆力下降，发生智力障碍( o l i v e r , 1 9 9 7 ) 。食用含氟量高的稂食， 会引发氟斑牙和氟骨症等疾病( 胡振琪等，2 0 0 3 ) 。 1 1 2 2 废水对环境的影响 矿产开发过程中产生的废水主要有矿坑排水和选矿尾水( 孙庆先和胡振琪， 2 0 0 3 ) ，这些废水中往往含有对生物具毒害性的元素，特别是金、铀、汞等矿产的 开采过程中产生的废水，常常含有放射性的剧毒物质，其危害是潜在而深远的，如 果不加处理，排入江河湖泊，不但会使水质恶化，水生生物灭绝，而且会使矿区居 民的癌症病发率上升。2 0 世纪6 0 年代，在日本的富山县神通川i 流域，由于铅锌冶 炼厂排放的含镉废水污染水稻田，当地居民长期食用含镉量高的稻米而造成镉中 毒，镉进入人体后破坏人体骨骼系统，骨质变脆易折，引发“骨痛病”( 顾继光等， 2 0 0 5 ) 。1 9 8 6 年，对我国5 3 2 条河流进行调查，有4 3 6 条受到不同程度的污染( 秦 万德，1 9 9 2 ) ，这些污染河流严重影响了附近动植物的正常生长和人们的身体健康。 1 1 2 3 废气对环境的影响 矿区大气污染主要来自矿井排风、瓦斯抽放和各种矿产品加工排放的废气。据 统计，仅煤炭开采排放的废气就高达3 9 5 4 亿立方米年，其中有害气体排放量7 3 1 3 万吨年，多为烟尘、h 2 s 、s 0 2 、n o 。和c o ( 孙庆先和胡振琪，2 0 0 3 孔令国，2 0 0 5 ) 。 另外，全国的1 5 0 0 座煤矸石山中发生自燃的有3 0 0 座左右，至今仍在燃烧的约有 1 5 0 座( 胡振琪和刘海滨，1 9 9 6 ) ，煤矸石自燃释放出h 2 s 和s 0 2 等有毒气体，导 致酸雨产生，污染大气环境，引发矿区居民呼吸道传染病发病率升高( 高荣久和胡 振琪，2 0 0 2 ：屠世浩和陈宜先，2 0 0 3 ) 。 4 磷矿渣覆土还田对土壤与植物的影响 1 1 3 矿产开发对农业生产的影响 “民以食为天，食以土为本”，土地和矿产都是人类赖以生存的自然资源( 胡振 琪和陈龙乾，1 9 9 4 ) 。然而，由于矿产和土地空间分布的同位性，采矿必然导致土 地破坏，激化人地矛盾。 土地的社会属性决定了其涉及人地关系和人人关系( 龚乃勤，2 0 0 4 ) 。自上世 纪2 0 年代以来，由于工业的高速发展，特别是矿工业对矿产资源的大量开采，带 来了一系列阻碍农业生产的问题，引发工农业矛盾( 方创琳，1 9 9 7 ) ，一方面矿产 开发使耕地面积减少，人均耕地数量不足。导致人地矛盾突出，粮食减产；另一方 面矿产开发加大了地方就业难度，激发了工农矛盾，一些压矿村庄被集体搬迁，千 里良田被迫荒废，数万农民失去土地，农民无地可种，农村劳动力闲散，必然会带 来更深层次的社会经济问题。据江苏省铜山县“国家土地复垦示范区”的相关资料报 道，每压占1 万亩土地就会导致1 8 0 0 人失业( 何书金等，1 9 9 6 ) 。 工业以农业为基础而发展，但工业不能以破坏农业为代价而发展( 方创琳， 1 9 9 7 ) 。矿工业的发展影响了土地资源的开发，破坏了大量的耕地，改变了土地的 自然状态和用途，导致土地生产力连年下降，使工农业矛盾、人地矛盾、社会经济 发展与自然生态环境间的矛盾愈演愈烈( 瞿映华，1 9 9 6 ) 。 1 2 我国土地复垦概况和现阶段存在的问题以及对策思考 众所周知，我国人多地少，土地资源短缺，人均耕地面积占有量仅0 1 0 6 公顷， 只相当于世界人均水平的4 3 ，有7 个省级地区人均不足o 0 7 公顷，4 0 0 多个县人 均不足o 0 3 公顷。而且，全国耕地总体质量不高，有水源保证和灌溉设施的耕地面 积只占3 9 8 ( 刘毅华，2 0 0 3 ) 。另外，每年因各种人为活动和自然灾害毁损的土地 达百万亩之多( 胡振琪和毕银丽，2 0 0 4 ) ，耕地资源危机迫在眉睫。 耕地是土地的精华，是一切农业生产活动的基础，是农业生产中不可替代的生 产资料，是保持国民经济可持续发展的重要资源。保护耕地，珍惜和合理利用每一 寸土地是我国的一项基本国策。为了缓解人地矛盾，实现耕地总量动态平衡，出路 主要有两条：一是开垦宜农荒地，一是土地整理复垦，其中前者是国家限制发展项目， 后者是国家大力发展项目( 胡振琪，1 9 9 7 ) 因此，为了协调土地矿产同位异类资源的合理开发利用，保证矿工业与农 业的持续性发展，缓解人地矛盾，大力开展矿区土地复垦工作刻不容缓。按照“谁 陈涛 华中农业大学硕士学位论文2 0 0 7 年6 月 破坏，谁复垦”的原则和中央有关“占用耕地与开发复垦挂钩”的精神，矿山企业必须 组织复垦工作，以实现耕地总量动态平衡的要求( 刘超等，2 0 0 5 ) 。 1 2 1 我国土地复垦开展概况 中国是一个传统的农业大国，以土地资源开发利用为主的农业生产长期以来都 占据优先地位，直到2 0 世纪5 0 年代新中国成立后，国家加大了对工业发展的重视， 不但耗巨资支持矿工业的发展，而且给矿产开发在土地利用、村庄搬迁、基础设施 建设等方面提供了一系列优惠政策，从而使矿产资源的开发居于优先地位( 方创琳， 1 9 9 7 ) 。由于当时矿工业的产出效益远高于农业的产出效益，所以尽管矿工业的迅 猛发展挤压到农业发展的空间，导致耕地大量破坏，土地生产力连年下降，工农业 矛盾愈演愈烈，但是，这些矛盾并未引起政府和企业的重视，只有个别卓富远见的 矿山单位自发地进行了一些土地复垦工作。 从2 0 世纪7 0 年代开始，部分矿区农民因为耕地被压占，无田可种，不得以进 行了小规模的塌陷区水面养殖、种植和以煤矸石充填作基建用地的摸索( 郭焕成和 吴登茹，1 9 9 0 ) 。 到了2 0 世纪8 0 年代，中国人口剧增，人地矛盾日益突出，严峻的国情迫使人 们认识到要缓解人地矛盾，保证耕地总量动态平衡，必须大力开展土地复垦工作。 1 9 8 8 年国务院颁布了土地复垦规定，标志我国土地复垦工作步入了规范化阶段。 上世纪9 0 年代以来，由于可持续性发展战略的提出，国家对土地复垦工作日 益重视，土地复垦进入大规模整体规划阶段。1 9 9 5 年7 月国家土地管理局发布了中 华人民共和国行业标准“土地复垦技术标准”( 试行) ，从而使我国土地复垦工作步 入法制化轨道。 现在，随着“三农”问题的提出，国家的“十一五”规划中将土地复垦方面的工作 也放到了一个更加关注的层面。 1 2 2 现阶段土地复垦中存在的问题 我国的土地复垦工作经历了5 0 年代自发、7 0 年代零星、8 0 年代前半期的试验 复垦、8 0 年代末到9 0 年代的大规模整体规划复垦阶段，取得了显著的成绩( 焦华 富和陆林，1 9 9 9 ) ，全国平均复垦率由1 9 9 6 年的不足2 上升到2 0 0 3 年的1 2 ( 何 书金等，1 9 9 6 ；胡振琪等，2 0 0 3 ) ，少数一些矿山企业的复垦率已达到5 0 - - - - 6 0 ， 尤其是在东部一些用地比较紧张的地区，土地复垦工作正在积极健康地开展实施。 6 磷矿渣覆土还田对土壤与植物的影响 然而，和发达国家如美国、英国、加拿大和德国土地复垦率6 5 的高水平相比， 我国的土地复垦工作还存在很大差距，至少落后了三十年( 胡振琪和毕银丽，2 0 0 0 ) ， 在近十年的土地复垦实践过程中也暴露出不少的问题。 1 2 2 1 对土地复垦相关概念的理解不够深入 “土地复垦”词来源于国外，美国往往用“r e c l a m a t i o n ”( s c h a l l e r f wa n ds u t t o n e 1 9 7 8 ) ，加拿大和澳大利亚习惯用“r e h a b i l i t a t i o n ”0 u d ys ，1 9 9 5 ) ，英国则常常用 “r e s t o r a t i o n ”( b r a d s h a w a da n dc h a d w i c kmj ，1 9 8 0 ) ，国外在对复垦的定义和目标的 论述中，都十分重视生态原则( d a r i n e l a n dg e r h a r d ，1 9 9 2 ；u d a yd ，1 9 9 0 ) ，既要恢复 土地资源，又要重建生态平衡( s c h a f e rw ma n dn i c l s ag a 1 9 7 9 ；s i n d e l a rge ，1 9 8 2 ： j o n e s c um e ，1 9 7 9 ) 。而在我国，“土地复垦”最早被称为“造地覆田”、“复田”、“垦复”、 “综合治理”等( 严志才，1 9 8 8 ；李根福，1 9 9 1 ) ，直到1 9 8 8 年1 1 月土地复垦规定 的颁布，“土地复垦”一词才被确定下来。 “土地复垦”是指对在生产过程中，因挖损、塌陷，压占等所造成的土地采取整 治措施，使其恢复到可供利用状态的活动( 国务院，1 9 8 9 ) ，国内不少人一提到土 地复垦就认为是土地问题，而不是环境生态问题( 胡振琪等，2 0 0 4 ) ，并顾名思义， 将“土地复垦”简单地理解为“土地的恢复耕种”( 白中科等，1 9 9 9 ) 。这些对“土地复 垦”概念和内涵的片面理解，不利于我国复垦工作的开展( 徐嵩龄等，1 9 9 4 ) 。 1 2 2 2 重工程实践，轻理论研究 我国有关土地复垦理论的系统研究开始于2 0 世纪9 0 年代初期，从事复垦研究 的专家少且涉及的领域窄，复垦的理论研究远远落后于复垦的实践要求( 胡振琪， 1 9 9 6 ) ，土地复垦工程因缺乏理论指导而带有一定的盲目性，有些人片面的认为复 垦工作就是土方的挖挖填填。 目前的研究集中在对塌陷地的利用方式、工程技术措施和塌陷区复垦的管理模 式等的总结、归纳上，而对土地复垦过程中所涉及的政策、法规和经济问题研究不 足。 1 2 2 3 相关法规不健全，待复垦土地的产权界限不清 根据国务院土地复垦规定，土地复垦实行“谁破坏、谁复垦”的原则( 国务 院1 9 8 9 ) ，但矿山企业在长期的生产、征赔和复垦过程中，因利益冲突问题与地 方政府、当地农民之间矛盾很深，使土地复垦工作的开展困难重重。同时，即使矿 山企业有能力和愿望进行土地复垦，也由于待复垦土地的产权界限不清而无法实现 7 陈涛 华中农业大学硕士学位论文2 0 0 7 年6 月 ( 胡振琪等，2 0 0 3 ) 。按照目前的征地规定，矿山企业对所征用的土地经采矿后形 威的塌陷地无使用权。如果企业需对塌陷地进行复垦以作它用，则必须进行二次征 地，加重了企业的负担。如果企业在不进行重新征地的情况下进行复垦和使用，则 将招致地方政府和农民的强烈干预( 龚乃勤，2 0 0 4 ) 。“谁破坏、谁复垦”与“谁复恳、 谁受益”不统一，让企业出资复垦，然后交给地方或农民使用，显然是不现实的。 1 2 2 4 复垦资金严重不足 资金渠道不确定严重制约了土地复垦工作的开展。根调查，土地复垦的资金主 要渠道有信贷资金、农民集资、农村集体筹资、股份制合作资金、政府投资和国家 拨款。信贷资金和农民个体、集体集资是最主要的资金来源( 焦华富和陆林，1 9 9 9 ) 。 矿山企业和地方政府，因经济状况不佳而无力投入大量资金进行土地复垦。现实中 的矿山企业，特别是国有重点矿山，经济效益不佳，很多企业严重亏损，职工工资 都难以保证，投入大量资金进行土地复垦根本无从谈起。国家没有专项土地复垦资 金，使土地复垦缺乏必要的启动资金。 1 2 2 5 对土地复垦的重要性认识不足 从全国矿区土地复垦的情况来看，多数地区进展缓慢，甚至没有进行积极有效 的复垦，对土地复垦的重要性认识不足是其中的一个重要原因。地方政府和企业对 土地复垦工作不够重视，国家有关土地复垦的政策没有得到很好的贯彻执行( 胡振 琪等，2 0 0 3 ) 。 1 2 2 6 缺少专门的监督管理组织 国家没有专门的土地复垦管理机构，复垦过程缺乏统一规划，重修复数量，轻 修复质量，复垦后土地的质量较差，土地利用方向不符合当地生产习惯而不被农民 接受( 胡振琪，2 0 0 1 ) 。 1 2 3 对策思考 1 2 3 1 加快完善土地复垦的法律法规 随着经济发展对矿产资源需求量的增加，矿区生态环境的破坏日益严重，为了 修复治理矿区的生态环境，立法是首要之急( 祝国军，1 9 9 3 ) 。为此，在国务院土 地复垦规定的基础上，在国家宏观政策的指导下，应根据各地区的具体条件，尽 快制定出关于矿区生态环境修复的法案，以协调政府、企业和农民的利益，调动各 方面的积极性( 中国2 1 世纪议程，1 9 9 4 ) 。 8 磷矿渣覆土还田对土壤与植物的影响 1 2 3 2 成立专门的管理机构，加强土地复垦规划 土地复垦规划在我国尚未普遍开展，不少矿区的土地复垦都是自发性和局部性 的( 刘超等，2 0 0 5 ) 。按照国务院土地复垦规定的要求，各有关行业管理部门 负责本行业土地复垦规划的制定与实施，各级人民政府土地管理部门负责管理、监 督、检查本行政区域的土地复垦工作。在现实中，矿山企业的主管部门是地矿局或 煤炭局，其主要职能是负责地方或乡镇矿产的生产许可证发放，并无进行土地复垦 规划的机构和人员。 因此，有必要由国土资源部和国家环保总局牵头，各有关部委配合，成立一个 专门的“矿区生态环境修复”管理机构，负责全国矿区生态环境修复的法规制定、治 理实施、规划审批、监督检查等工作( 胡振琪等，2 0 0 1 ) 。 1 2 _ 3 - 3 划定修复治理界限以明确责任 土地复垦涉及国家、地方政府、矿山企业、农村集体和个人的利益。目前，各 利益主体在土地复垦过程中的责、权、利界限不清，待复垦土地资源的配置及其复 垦后的使用权缺乏明确的法律规定，使土地复垦过程中出现较多的纠纷，影响土地 复垦的积极性( 胡振琪，1 9 9 3 ) 。因此，加强有关土地复垦的各项法规研究具有重 一- 要意义。现行的“谁破坏、谁复垦”的规定难以操作，其原因是，一方面矿山企业无 力进行大规模的复垦，另一方面是由于企业只有复垦的责任，而无受益的权利( 胡 振琪，1 9 9 5 ) 。 土地复垦的承担主体不明确，必须通过法律、法规明确复垦主体及其相应的权 利和义务，从制度上保证土地复垦工作的开展。参照国外经验，明确矿区生态环境 问题的“旧账”和“新账”，使责、权、利进一步明晰。新破坏的生态环境必须由矿山 企业1 0 0 修复，已破坏的“旧账”由国家通过适当方式加以解决( 胡振琪等，2 0 0 5 ) 。 1 2 3 4 拓宽复垦资金来源渠道 拓宽资金来源渠道，增加资金投入，是促进土地复垦的必要条件。解决资金问 题需要国家、地方政府、矿山企业、农村集体和个人的共同努力。信贷资金是最主 要的渠道之一，国家应在复垦资金贷款的数量和利息方面予以优惠。建议设立国家 土地复垦专项基金，支持土地复垦工程。基金来源可考虑按一定比例从矿产的销售 收入中提取，以此来体现“谁破坏、谁复垦”的精神。地方政府同样应从因矿山开采 所获得的收入中，提收一定数量的资金用于土地复垦，真正做到“取之于土地、用 之于土地”( 焦华富和陆林，1 9 9 9 ) 。 9 陈涛 华中农业大学硕士学位论文2 0 0 7 年6 月 1 2 3 5 深入土地复垦的理论研究 理论来自于实践，反过来又指导实践。今后土地复垦研究中应重点注意以下两 个方面，一是土地复垦的模式与工程、技术措施研究。我国矿区的土地复垦工作尚 未全面展开，不同矿区的地理环境差异大，应针对不同地区的环境特点，研究相应 的复垦模式和措旌。二是加强土地复垦资金筹措渠道的研究。资金短缺是制约土地 复垦的关键因素，应加强土地复垦不同资金筹措渠道的可行性和操作模式的研究， 将土地复垦视为一种开发性的投入来对待，而不是单纯的环境修复工程( 胡振琪等， 2 0 0 3 ) 。 1 2 3 6 实行复垦保证金制度，建立严格的复垦标准 我国已实行矿产资源的“开采许可证”制度，在开采许可证制度中，要求申请人 先交纳复垦保证金，等完成复垦验收合格后再予以返还。这样就可以调动企业采取 先进的复垦技术履行复垦义务的积极性( 胡振琪，2 0 0 1 ) 。 我国目前进行的矿区生态环境修复工作，多注重修复数量，缺乏对修复质量的 重视。有的修复治理工作未进行可行性分析和科学的规划，往往导致修复工作失败 或成效不大，有的甚至还产生二次污染。有些已修复好的土地，因为没有及时栽种 植物，又产生严重的侵蚀破坏。一些己修复好的鱼塘水面未注意污染源的控制，往 往又产生鱼塘水面的污染等等( 胡振琪，1 9 9 3 ) 。因此，有必要建立严格细致的复 垦验收标准，并且与复垦保证金制度挂钩，分阶段验收分阶段退还复垦保证金，这 样就可以保证复垦工程保质保量的完成( 胡振琪等，2 0 0 5 ) 。 磷矿渣覆七还田对十壤j 植物的影响 2 课题研究的背景、目标、内容及技术路线 2 1 研究背景 磷是农业生产中的肥料三要素之一，它是动植物和人体都必需的营养元素。我 国的磷矿资源保有储量为1 3 2 5 亿吨，2 0 0 1 年磷矿石产量2 1 0 0 万吨，在我国各类 矿产品产量中位居前列( 孙庆先和胡振琪，2 0 0 3 ) 。 磷矿渣是磷肥生产过程中产生的固体废弃物，由于磷肥生产中多采用 6 0 一7 0 的硫酸、盐酸进行酸化处理，而磷矿石里含有氟、砷，镉、铬、铜、铅 等对人体有害的元素，这些元素经酸化后以离子状态存在于磷矿渣中，因此，磷矿 渣的堆放问题必须得到妥善解决，否则可能会对周围环境造成不良影响。 磷矿渣中残留有约5 的游离酸，p h 低，一般在4 0 左右。因其质地轻，当风 速达到4 0 n l s 时，会形成粉尘随风飘扬进入大气。沉积在植物叶表面后，会影响植 物光合作用。被雨水冲刷进入河流后，会影响水体质量，并且，雨水淋溶物还有可 能进一步向下渗漏污染地下水。 图1 磷矿渣 f i g1p h o s p h o r u sg y p s u m 图3 粉尘沉积植物叶表面 f i g3a s ha g g r a d a t i o no nl e a f 图2 粉尘对大气的污染 f i g 2a t m o s p h e r ep o l l u t i o n 图4 磷矿渣对植物的酸害 f i g4a c i dp o h u t i o nt op l a n t 陈涛 华中农业人学颈l ：学位论文 2 0 0 7 年6 月 图5 磷矿渣随雨水地表径流图6 磷矿渣对河水的污染 f i g5f l o w i n gi ns u r f a c ew a t e rf i g6w a t e rp o l l u t i o ni nr i v e r 湖北省宜都市某化工厂在制造磷铵的过程中产生大量磷矿渣副产物，从2 0 0 3 年1 月到2 0 0 5 年3 月，在当地三板湖村累计堆放磷矿渣约2 5 5 万吨，2 0 0 5 年扩大 生产规模后，每天向外排放量高达5 0 0 0 吨。这些磷矿渣的堆放不仅占用土地，而 且影响农业生产与居民生活。为解决磷矿渣堆放占用大量农用耕地的问题，保证农 业的可持续发展，保护当地居民生活环境不受影响，该厂在相关部门的支持配合下， 于2 0 0 5 年2 月在三板湖村的1 0 0 亩磷矿渣堆放地上开展磷矿渣表面覆土还田工程。 按照农田基本要求和复垦相关标准( w i l d e m a n , 1 9 9 5 ) ，保证表层土壤厚度不少于 6 0 c m , 并压实、整平，同时，修建配套沟渠，完善排灌水设施。 图7 磷矿渣堆放场 f i g7g y p s u ma h e a p 图9 覆土6 0 e r a f i g9 6 0 c mc o v e r i n gs o i l 2 图8 复垦现场 f i g8s c e n eo fr e c l a m a t i o n 图1 0 配套捧水沟渠 f i g1 0 b a r r e l - d r a i n 磷矿渣覆土还田对土壤与植物的影响 2 2 研究目标 本研究通过田间试验与室内实验相结合的方法，从复垦土壤的环境质量、养分 情况和所种植作物的营养生长状况、产量水平以及品质安全等方面，分析探讨磷矿 渣堆放地复垦农用的可行性，为解决磷矿渣的堆放占地问题，保障农业生产和居民 生活不受影响，提供科学指导和理论依据。 2 3 研究内容 土地复垦的主要任务是构造适种型的土壤，而作物生长的好坏又是土壤质量优 劣的直接反映，因此，本研究的主要内容是： ( 1 ) 研究磷矿渣复垦地作物的营养生长状况和产量水平 ( 2 ) 研究磷矿渣复垦地作物的重金属污染状况 ( 3 ) 研究磷矿渣复垦地土壤的环境质量 ( 4 ) 研究磷矿渣复垦地土壤的养分情况 ( 5 ) 研究磷矿渣和土壤的淋溶特性 2 4 技术路线 陈涛华中农业大学硕士学位论文 2 0 0 7 年6 月 3 田间试验 3 1 前言 磷矿渣是磷铵生产过程中产生的固体废弃物，主要成分有磷石膏 ( c a s 0 4 7 i - 1 2 0 ) 、游离酸和各种金属矿物盐。磷矿渣的外观呈浅灰色，粒径范围是 0 1 5 旬4 0 r a m ，粒问松散，比表面积大。这些磷矿渣的堆放不仅压占大面积的土地， 而且影响农业生产和居民生活，对当地自然生态环境也有一定破坏作用。 本研究以湖北省宜都市枝城镇三板湖村磷矿渣堆放地的复垦试验为例，对磷矿 渣覆土还田过程中复垦区重金属污染、复垦土壤改良和重新植被的一些规律进行探 讨，为进一步开展磷矿渣占用地的复垦利用提供理论依据。 3 2 材料与方法 3 2 1 试验地自然条件与覆土基本养分性状 宜都市位于长江清江交汇处，地处长江中上游湖北省西南部，东经 1 1 0 。0 5 f 1 1 1 。3 6 ，北纬3 0 。0 5 3 0 。3 5 ，属中亚热带向北亚热带过渡的大陆季风气 候，具有四季分明、雨热同季、降水充沛、光照充足、热量丰富、无霜期长的特点。 年平均日照时数1 7 3 8 9 小时，年平均气温1 6 7 ，最高气温4 0 8 c ，年均降水量 1 2 2 3 3 毫米，降水主要集中于4 月一1 0 月，占全年降水量的8 2 ，年平均无霜期 2 7 3 天，平均植物生长期2 4 7 天。 覆土为第四纪粘土，p h 5 4 2 ，基本养分状况为有机质4 2 4 9 k g 、碱解氮 2 7 4 0 m g & g 、有效磷3 2 5m g k g 、速效钾7 3 5 0m g k g 3 2 2 试验设置 玉米为当地主产作物，具有较强的抗旱和耐贫瘠能力，所以，选择玉米作为先 锋作物进行示范种植，种植品种为“临舆1 号”和“中金3 6 8 ”。试验为小区试验，小 区试验以厢为单位，随机排列，厢宽2 米，长2 0 米，用来分析复垦区玉米的营养生长 状况与品质安全，并与当地农民责任田作对照，考察复垦区种植与农户种植的差别。 3 2 3 试验管理 试验区玉米采用塑盘育苗移栽，播种期为3 月1 8 日一2 1 日，移栽期为4 月5 日3 日，种植密度为4 2 0 0 0 株公顷。带土移栽后，浇定根水，缓苗期遇干旱天气， 浇水抗旱保存活。针对复垦地土壤有机质缺乏的特点，增施生物有机肥作底肥，底 1 4 磷矿渣覆土还田对土壤与植物的影响 肥在移栽前施于播种沟内，覆土。每公顷施生物有机肥3 0 0 0 k g ，磷酸一铵7 5 0 k g ， 硫酸锌1 5k g ，硼砂3 0k g 。4 月2 1 日追施第一次肥，每公顷施尿素1 5 0k g ，沟施， 覆土。第二次追肥于5 月2 3 日，每公顷施尿素1 5 0 k g ，硫酸钾1 5 0 k g 。 3 2 4 样品的采集与测定 3 2 4 1 土壤样品的采集与测定 采取分层随机取样法，于2 0 0 5 年4 月、5 月、7 月和2 0 0 6 年4 月在试验区按 覆土表层( 0 - - 2 0 c m ) 、中层( 2 0 - - 4 0 c m ) 和底层( 4 0 - - 6 0 c m ) 三种取样深度布置 取样点。所取土样在室内自然风干，磨碎，过2 0 目、1 0 0 目尼龙筛，贮于聚乙烯薄 膜袋中。 土样的p h 用蒸馏水( 水土比5 ：1 ) 浸提，p h 计测定；有机质用外加热一重铬 酸钾容量法测定：碱解n 用碱解扩散法测定：有效p 用0 5 m o f l 的n a h c 0 3 溶液 浸提，钼锑抗比色法测定；速效k 用l m o l l 的中性n h 4 0 a c 溶液浸提，火焰光度 计测定；水溶性f 用去离子水浸提，氟离子选择电极法测定；重金属a s 、c a 、c r 、 c u 、n i 、p b 和z n 用王水( 浓h n 0 3 ：浓h c l = 1 ：3 ) 消化，等离子体发射光谱仪( i c p ) 测定。 3 2 4 2 植物样品的采集与测定 采取多点采集混合法，2 0 0 5 年5 月采集复垦地上玉米的叶片，冲洗干净，7 0 c 烘干，磨碎，过6 0 目尼龙筛。2 0 0 5 年7 月采集玉米果实，烘干，脱粒，磨碎，过 6 0 目尼龙筛，贮于聚乙烯薄膜袋中。 。 玉米叶片经浓h 2 s 0 4 _ h c l 0 4 混合酸( 体积比2 0 - 1 ) 消化后，用开氏定氮法 测定其含n 量，钼锑抗比色法测定其含p 量，火焰光度计测定其含k 量。叶片和 籽粒中的重金属a s 、c d 、c r 、c u 、n i 、p b 和z n 用浓硝酸消化，等离子体发射光 谱仪( i c p ) 测定。 3 3 结果与分析 3 3 1 复垦地玉米的营养生长情况和产量水平 覆土地由于缺乏耕作，基本农化性状较差，土地比较贫瘠。农户耕地由于长期 耕作，理化性状优良，土壤肥力较好。复垦试验地与农户用地相比，复垦地的养分 条件较差，土壤利用受到一定的限制。土地复垦的目的是为了构造适合植物生长的 土壤，所以植物生长的好坏是检验土地复垦成败的重要标准。为了研究磷矿渣覆土 阵涛 华中农业大学硕士学位论文2 0 0 7 年6 月 地对玉米生长的影响，分别于2 0 0 5 年4 月和5 月对玉米的长势、株高和叶片数进行 调查统计( 表1 ) ，结果表明，从长势观察，覆土地上玉米长势良好，没有出现生长 异常症状。并且，复垦区两个玉米品种的株高、叶面积都好于农户种植，这说明磷 矿渣没有对玉米生长产生不良影响。 表l 玉米的生长情况 t h b l e1g r o w i n gc o n d i t i o no fc o ini nt h er e c l a i m e dl a n d 农户种植小区试验 时间项目 l l 缶奥1 号中金3 6 8 临奥1 号中金3 6 8 2 0 0 5 年5 月采集试验区和农户种植的玉米叶片进行分析( 表2 ) ，从表2 可以 看出，复垦区玉米的叶片中n 、p 、k 养分含量与农户种植的没有明显差异，这表 明通过合理施肥后，土壤条件得到改善，玉米完全可以在覆土地上正常生长。 表2 玉米的养分含量( ) t a b l e2n u t r i e n tc o n t e n t so fc o r ni nt h er e c l a i m e dl a n d 产量水平是衡量作物生长好坏的一个重要指标。从表3 可知，覆土地上种植的 两个玉米品种“临奥1 号”和“中金3 6 8 ”，在原始土壤肥力较差的条件下，仍然获得 高产，而且显著高于农户种植玉米的产量，分别是农户种植的1 2 倍和1 4 倍。2 0 0 5 年，由于受到风灾的影响，玉米严重减产，但覆土地通过合理施肥、科学管理后， 两个玉米品种仍然达到了较高的产量水平，这说明在磷矿渣复垦地上，玉米不但可 以正常生长，产量也能获得丰收。 表3 玉米的产量( k g h m 2 ) t a b l e3y i e l dl e v e io fc o r l li nt h er e c l a i m e di a n d 3 3