土壤原位改良系列修复技术:精准高效增值修复离子型稀土矿区环境

由国家地质实验测试中心牵头申报，中国地质大学（北京）、江西省地质局第七地质大队合作完成的“离子型稀土矿区环境问题识别与修复成效评价技术研究及应用”项目成果，近期荣获中国稀土学会和中国稀土行业协会公布的2023年度稀土科学技术奖二等奖。

据介绍，该项目基于“调查评价—修复示范—监测评估”全生命周期生态修复的理念，注重矿集区有益有害人体健康生命元素迁移转化导致的人群健康潜在风险和效应，采用“遥感+地球化学”等手段，系统建立了矿区及周边生态状况变化曲线，以及岩—土—水—气—生地球化学指标参考值，并在此基础上创新性研发了“离子型稀土矿区环境问题识别与修复成效评价技术”，实现了离子型稀土矿山生态影响、修复成效的定量评估和精准高效增值修复。

                         江西赣州龙南足洞原地浸矿型稀土矿山修复后种植蓝莓获丰收

成果：“调查评价—修复示范—监测评估”全生命周期生态修复技术体系基本形成

中国赣州是世界上首次发现并开采离子型稀土矿的地区，自20世纪70年代开采以来，已经历了50余年的开发历史。半个世纪以来，以草酸、硫酸铵露天浸提的方式开采，不但造成了稀土矿开采区植被、土壤、地貌景观破坏等“外伤”（宏观问题），还造成了下游水体和土壤中氮、稀土等化学元素异常富集等“内伤”（微观问题），一度给下游居民带来了潜在的健康风险。长期以来，由于缺乏有效的问题诊断识别、修复成效评价技术和相应的指标体系，导致对矿区水土环境问题认识不清，对异常生命元素的赋存、迁移、转化等机理不明，修复成效难以定量评估等，严重制约了矿山绿色开发和生态修复工作的深入开展。

针对上述问题，2013年，国家地质实验测试中心联合中国地质大学（北京）、江西省地质局第七地质大队成功申报“离子型稀土矿区环境问题识别与修复成效评价技术研究及应用”地质调查科研项目，启动了对离子型稀土矿集区生态修复的研究工作。根据稀土矿集区宏观+微观的生态问题，项目组制订了“调查评价—修复示范—监测评估”全生命周期的生态修复方案。

在调查评价阶段，项目组以找准生态问题及其影响程度和范围为目的，主要采用遥感、钻探、地球化学调查等手段，在国内率先系统建立了离子型稀土矿生态环境评价的“时空基准标尺”，筛选出了水土中的主要影响因素。其中，项目组首次将1960年和1975年1.2米分辨率KeyHole（KH）影像与Landsat影像和矿业权相结合，提取重建了赣州全域稀土矿区60年来生态状况（NDVI）变化曲线，形成“矿区生态评价标尺”。通过对比3700余件岩心、土壤、水、农作物和大气干湿沉降样品近17万余个测试数据，项目组建立了矿区与非矿区“岩—土—水—气—生”中的氮等40余个元素指标的对比参考值，形成了“矿区地球化学评价标尺”，进而识别出稀土矿区及周边水体中的影响因素以氨氮、铅为主，土壤中的以铅元素为主，可定量回答“稀土矿山开采造成的污染元素有哪些”的问题。

项目组还建立了全量、形态分析、同位素示踪等水土环境问题识别的技术方法，可有效识别出全域矿区地表水中的氨氮和铅的影响半径为0.5千米~20千米；通过模拟实验刻画了不同采矿工艺条件下矿体（尾矿）中氨氮和铅元素的分布和赋存形态，成果得到了国际同行认可。同时，项目组还发现尾矿中钾、锌、锰等有益人体健康元素富集，高于全国土壤平均水平。

在调查评价基础上，项目组创新研发了稀土矿区土壤原位改良的“天然黏土矿物土壤重构—植被配置技术”“稀土矿区蓝莓修复技术”“地球化学工程+生态袋柔性结构技术”等一系列地球化学工程学修复技术。

其中，天然黏土矿物土壤重构—植被配置技术依据地球化学的原理和规律，充分利用天然物料特性，添加一种或多种天然黏土矿物对土壤进行重构，同时采用“草本—灌木—乔木”形式科学配置，可实现植被快速恢复。

地球化学工程+生态袋柔性结构技术，则根据原始土壤pH值、有机质、氨氮含量、土壤粒级等要素组合情况，添加一种或多种组分对原始土壤或客土进行改良，将改良后土壤装入生态袋内，形成一种生态袋加劲挡土墙，可有效阻隔挡土墙安置地污染土壤内氨氮和铅有害元素的迁移，并能改善污染土壤质量。

应用稀土矿区蓝莓修复技术，将陡峭废弃稀土矿平整成坡度和缓的梯田，在梯田上开挖树穴，并对挖出的原土改良，然后将蓝莓树苗置于改性树穴中，利用改良土壤和酸性水对蓝莓定植；利用动态修复种植管理方法对定植后的蓝莓进行田间管理，实现植被恢复。该技术不但使被破坏的矿区恢复植被生长，还带来了经济效益，而且所用材料来源易得、成本低廉。

基于相关研究成果，项目组于2020年系统构建了以稀土矿山开采影响土地、水体、植被、山体为主的评价指标体系，创新性地将水土中pH值、氨氮、铅等主要化学指标系统纳入离子型矿山生态影响评价和生态修复成效评估的技术指标体系中，在传统评价指标基础上增加了元素影响半径、元素形态等指标，能较好地定量识别区域风险。基于稀土矿山修复后的土地利用类型和修复地区的生态功能，提出了基于遥感解译、地球化学调查分析为主的林地/草地、耕地/园地、建设用地及其他用地类型矿山生态修复效果综合评价的指标体系和技术方法。基于指标体系完成了赣州全域稀土矿区修复治理区划，将其划分为污染控制修复区、生态退化恢复区、增值修复利用区等区域。

为确保修复后各项生态指标的健康稳定，项目组成功研发了集束式离子型稀土矿山地下水在线监测传感器，结合土壤在线监测、综合气象站监测和无人机搭载多光谱、高光谱传感器定期监测方法，建立了稀土矿山监测系统，实现了pH、氨氮等10余项关键指标的在线监测。

应用：推广修复离子型稀土矿区万余亩，降低修复成本19%~40%

2016年，基于该项目成果，自然资源部帮扶赣州稀土矿山生态修复综合示范基地建立。相关项目成果展现了先进的示范引领作用，其指标体系应用于赣州市、县"十四五"生态修复规划中“生态修复成效评估”，取得了良好的效果。龙南足洞废弃稀土矿区水土综合监测已实现了初步建设到稳定运行，截至目前已获取pH、氨氮等10余项指标，近百万条数据记录，为揭示关键污染物动态变化规律提供了坚实的基础。

项目组因此收到来自赣州市自然资源局、龙南市自然资源局，赣县区自然资源局、宁都县自然资源局等单位的致谢。

生态修复系列技术还被当地多家企业采用，推广应用于足洞、学堂嘴等多个离子型稀土矿区。在相关成果推广应用的万余亩矿区，降低修复成本19%~40%。同时，该技术在广东省废弃稀土矿区增值生态修复中也得到了良好的推广应用，成效明显。“调查评价——修复示范——监测评估”离子型稀土矿区全链条修复模式正在逐渐形成，将促进稀土矿区生态修复和产业振兴协同发展。

该生态修复系列技术在2023年入选自然资源部《国土空间生态修复创新适用技术名录（第一批）》，荣获中国稀土学会和中国稀土行业协会2023年度稀土科学技术奖二等奖。截至目前，项目组发表相关论文12篇，获得国家发明专利6项，研制行业标准1项，出版专著2部，培养硕士研究生13名、博士研究生2名。

                             江西赣州龙南足洞废弃离子型稀土矿生态修复综合示范基地

                              信丰学堂咀堆浸型稀土矿修复后成为蓝莓种植示范基地