导读
美国俄亥俄州立大学James Ippolito团队在Soil & Environmental Health（SEH，《土壤与环境健康》）期刊发表题为“土壤健康作为使用石灰和污泥对金属尾矿进行长期复垦成功的指标（Soil health as a proxy for long-term reclamation success of metal-contaminated mine tailings using lime and biosolids；2024，2(3)：100096）”的研究论文。
有色金属开采造成含重金属硫化物的尾矿渣暴露于地表，之后其中的金属硫化物发生氧化，导致重金属和酸性物质释放到环境中，造成尾矿沉积物中重金属含量高、酸性强，具有较大的健康风险。本研究在这类污染矿渣（土壤）中施用石灰石和污水处理厂污泥，21年后调查，发现处理达到了在原无植物的采矿废渣冲积体（土壤）上形成较茂盛植被、土壤健康状况变好、土壤重金属可提取性降低等目的。
图文摘要（Graphic abstract）
主要内容
试验方法
田间试验在美国科罗拉多州落矾山脉中的莱德维尔市开展。这里曾经是美国著名的铅、金和银的开采和冶炼区域。该地区的开矿活动开始于1859年，开采形成的大量矿渣在矿区下游形成冲积体。修复前冲积体的性质为：pH 3.4，有机质含量17~26 g/kg，Cd、Pb、Zn含量分别为16、3170和1730 mg/kg，重金属具有较高的溶解性。1998年，对矿渣冲积体进行稳定修复，稳定剂用量为石灰石224 Mg/ha和污水处理厂厌氧消化污泥224 Mg/ha。
2019年，对修复区进行采样。采样时，研究区的主要植物种类包括细茎披碱草、蓝茎冰草和发草。采集植物和土壤样品，分析，计算土壤健康指数。在田间采样时同时采取地下水露头的区域（Seep区域）作为对照，这些区域无植物生长（图1）。分析项目包括0.01 mol/L CaCl2可提取态重金属、Mehlich-3可提取态重金属；分析的土壤健康参数包括：容重、水稳性团聚体含量、pH、EC、有效磷、有效钾、潜在可矿化态氮（PMN）、微生物生物量碳（MBC）、β-葡萄糖苷酶活性（BG）、有机碳、粘粒含量。各指标的测定值转化为0（最差）和1（最好）之间的得分。对土壤锌形态进行X射线吸收谱（XAS）测定。
图1 研究区和采样方法。图中绿色线代表采样点分布，右下角照片显示地下水露头（Seep）区域。
试验结果
（1）土壤健康
与Seep区域相比，修复区土壤性质得到较大的改善（图2），如pH升高、容重和EC下降、水稳性团聚体、有效磷和钾、有机碳、PMN、BG和MBC上升。土壤健康指数的计算表明，物理性健康指数、生物健康指数和总健康指数均显著上升（p<0.001），但化学健康指数的得分无显著增加。
（2）可提取态重金属和XAS结果
土壤健康评价系统（SMAF）中不包括土壤有效态重金属的参数。建议最终将有效态重金属结果包括到计算体系中。与Seep区相比，修复成功区可提取态重金属含量显著降低。XAS检测到的锌形态包括水铁矿和针铁矿吸附态锌、蒙脱石吸附态锌、锌-铝层状双金属氢氧化物沉淀态锌（LAH）。Seep区域有较高的LAH态锌含量，且在一个区域检测到ZnSO4的存在。
（3）植物重金属含量和品质
植物重金属含量比1999年在该区域采集的样品低一个数量级，且低于动物饲料最大容许含量。植物的Fe:Mn比值范围为0.2~1.1，有可能引起锰中毒或铁吸收不足，但采样时未观察到植物有以上症状。植物锌含量是常见植物含量的6倍以上。植物蛋白质含量小于作为饲料的推荐值7%，因此，用研究区植物饲喂动物时，需要补充蛋白质。
图2 土壤健康得分
总结与展望
本研究的结果表明，对于酸性、高重金属含量的矿渣冲积体（土壤），可通过施用石灰石和污水处理厂污泥实现成功修复。研究结果显示，处理后土壤健康得到改善，有效态重金属含量、植物重金属含量均较早期下降。另外，土壤重金属含量超过美国环保环保署规定土壤生态筛选标准，具有一定的生态风险，但该区域面积较小，降雪和冰冻会缩小动物在该区域摄食植物的时间，从而有利于减小土壤重金属的生态风险。另外，随着土壤稳定的成功，土壤重金属进入周围环境的风险减小。因此，该区域土壤修复的成功有助于改善植物、动物和生态系统健康。另外，研究所用的SMAF土壤健康系统中不含有土壤重金属的得分项，在未来研究中应当进行调整。
原文链接：
https:///10.1016/j.seh.2024.100096
作者简介
第一兼通讯作者简介：
James A. Ippolito，美国俄亥俄州立大学环境与自然资源学院教授，曾任职于美国农业部农业研究服务局（USDA-ARS）和科罗拉多州立大学土壤与作物科学系。主要关注提升农业、草地及重金属污染生态系统的土壤肥力、化学、微生物学性质及土壤健康，其研究将土壤大量和微量养分、土壤痕量金属和重金属、微生物活动、土壤物理性质联系起来，并探索这些因素如何从总体上影响生态系统的可持续性、韧性、食物、气候和环境安全。已发表学术论文170多篇，参编专著3部；并担任Journal of Environmental Quality副主编。
期刊介绍
Soil & Environmental Health是由朱利中院士、朱永官院士和马奇英教授担任主编、浙江大学与Elsevier合作出版的全英文开放获取国际学术期刊。自2022年12月以来，期刊出版了来自19个国家的96篇优秀文章；期刊CiteScoreTracker 2025 为9.6，目前已被ESCI、DOAJ、Scopus、CAS和GEOBASE数据库收录。
导读
美国俄亥俄州立大学James Ippolito团队在Soil & Environmental Health（SEH，《土壤与环境健康》）期刊发表题为“土壤健康作为使用石灰和污泥对金属尾矿进行长期复垦成功的指标（Soil health as a proxy for long-term reclamation success of metal-contaminated mine tailings using lime and biosolids；2024，2(3)：100096）”的研究论文。
有色金属开采造成含重金属硫化物的尾矿渣暴露于地表，之后其中的金属硫化物发生氧化，导致重金属和酸性物质释放到环境中，造成尾矿沉积物中重金属含量高、酸性强，具有较大的健康风险。本研究在这类污染矿渣（土壤）中施用石灰石和污水处理厂污泥，21年后调查，发现处理达到了在原无植物的采矿废渣冲积体（土壤）上形成较茂盛植被、土壤健康状况变好、土壤重金属可提取性降低等目的。
图文摘要（Graphic abstract）
主要内容
试验方法
田间试验在美国科罗拉多州落矾山脉中的莱德维尔市开展。这里曾经是美国著名的铅、金和银的开采和冶炼区域。该地区的开矿活动开始于1859年，开采形成的大量矿渣在矿区下游形成冲积体。修复前冲积体的性质为：pH 3.4，有机质含量17~26 g/kg，Cd、Pb、Zn含量分别为16、3170和1730 mg/kg，重金属具有较高的溶解性。1998年，对矿渣冲积体进行稳定修复，稳定剂用量为石灰石224 Mg/ha和污水处理厂厌氧消化污泥224 Mg/ha。
2019年，对修复区进行采样。采样时，研究区的主要植物种类包括细茎披碱草、蓝茎冰草和发草。采集植物和土壤样品，分析，计算土壤健康指数。在田间采样时同时采取地下水露头的区域（Seep区域）作为对照，这些区域无植物生长（图1）。分析项目包括0.01 mol/L CaCl2可提取态重金属、Mehlich-3可提取态重金属；分析的土壤健康参数包括：容重、水稳性团聚体含量、pH、EC、有效磷、有效钾、潜在可矿化态氮（PMN）、微生物生物量碳（MBC）、β-葡萄糖苷酶活性（BG）、有机碳、粘粒含量。各指标的测定值转化为0（最差）和1（最好）之间的得分。对土壤锌形态进行X射线吸收谱（XAS）测定。
图1 研究区和采样方法。图中绿色线代表采样点分布，右下角照片显示地下水露头（Seep）区域。
试验结果
（1）土壤健康
与Seep区域相比，修复区土壤性质得到较大的改善（图2），如pH升高、容重和EC下降、水稳性团聚体、有效磷和钾、有机碳、PMN、BG和MBC上升。土壤健康指数的计算表明，物理性健康指数、生物健康指数和总健康指数均显著上升（p<0.001），但化学健康指数的得分无显著增加。
（2）可提取态重金属和XAS结果
土壤健康评价系统（SMAF）中不包括土壤有效态重金属的参数。建议最终将有效态重金属结果包括到计算体系中。与Seep区相比，修复成功区可提取态重金属含量显著降低。XAS检测到的锌形态包括水铁矿和针铁矿吸附态锌、蒙脱石吸附态锌、锌-铝层状双金属氢氧化物沉淀态锌（LAH）。Seep区域有较高的LAH态锌含量，且在一个区域检测到ZnSO4的存在。
（3）植物重金属含量和品质
植物重金属含量比1999年在该区域采集的样品低一个数量级，且低于动物饲料最大容许含量。植物的Fe:Mn比值范围为0.2~1.1，有可能引起锰中毒或铁吸收不足，但采样时未观察到植物有以上症状。植物锌含量是常见植物含量的6倍以上。植物蛋白质含量小于作为饲料的推荐值7%，因此，用研究区植物饲喂动物时，需要补充蛋白质。
图2 土壤健康得分
总结与展望
本研究的结果表明，对于酸性、高重金属含量的矿渣冲积体（土壤），可通过施用石灰石和污水处理厂污泥实现成功修复。研究结果显示，处理后土壤健康得到改善，有效态重金属含量、植物重金属含量均较早期下降。另外，土壤重金属含量超过美国环保环保署规定土壤生态筛选标准，具有一定的生态风险，但该区域面积较小，降雪和冰冻会缩小动物在该区域摄食植物的时间，从而有利于减小土壤重金属的生态风险。另外，随着土壤稳定的成功，土壤重金属进入周围环境的风险减小。因此，该区域土壤修复的成功有助于改善植物、动物和生态系统健康。另外，研究所用的SMAF土壤健康系统中不含有土壤重金属的得分项，在未来研究中应当进行调整。
原文链接：
https:///10.1016/j.seh.2024.100096
作者简介
第一兼通讯作者简介：
James A. Ippolito，美国俄亥俄州立大学环境与自然资源学院教授，曾任职于美国农业部农业研究服务局（USDA-ARS）和科罗拉多州立大学土壤与作物科学系。主要关注提升农业、草地及重金属污染生态系统的土壤肥力、化学、微生物学性质及土壤健康，其研究将土壤大量和微量养分、土壤痕量金属和重金属、微生物活动、土壤物理性质联系起来，并探索这些因素如何从总体上影响生态系统的可持续性、韧性、食物、气候和环境安全。已发表学术论文170多篇，参编专著3部；并担任Journal of Environmental Quality副主编。
期刊介绍
Soil & Environmental Health是由朱利中院士、朱永官院士和马奇英教授担任主编、浙江大学与Elsevier合作出版的全英文开放获取国际学术期刊。自2022年12月以来，期刊出版了来自19个国家的96篇优秀文章；期刊CiteScoreTracker 2025 为9.6，目前已被ESCI、DOAJ、Scopus、CAS和GEOBASE数据库收录。
导读
美国俄亥俄州立大学James Ippolito团队在Soil & Environmental Health（SEH，《土壤与环境健康》）期刊发表题为“土壤健康作为使用石灰和污泥对金属尾矿进行长期复垦成功的指标（Soil health as a proxy for long-term reclamation success of metal-contaminated mine tailings using lime and biosolids；2024，2(3)：100096）”的研究论文。
有色金属开采造成含重金属硫化物的尾矿渣暴露于地表，之后其中的金属硫化物发生氧化，导致重金属和酸性物质释放到环境中，造成尾矿沉积物中重金属含量高、酸性强，具有较大的健康风险。本研究在这类污染矿渣（土壤）中施用石灰石和污水处理厂污泥，21年后调查，发现处理达到了在原无植物的采矿废渣冲积体（土壤）上形成较茂盛植被、土壤健康状况变好、土壤重金属可提取性降低等目的。
图文摘要（Graphic abstract）
主要内容
试验方法
田间试验在美国科罗拉多州落矾山脉中的莱德维尔市开展。这里曾经是美国著名的铅、金和银的开采和冶炼区域。该地区的开矿活动开始于1859年，开采形成的大量矿渣在矿区下游形成冲积体。修复前冲积体的性质为：pH 3.4，有机质含量17~26 g/kg，Cd、Pb、Zn含量分别为16、3170和1730 mg/kg，重金属具有较高的溶解性。1998年，对矿渣冲积体进行稳定修复，稳定剂用量为石灰石224 Mg/ha和污水处理厂厌氧消化污泥224 Mg/ha。
试验结果
与Seep区域相比，修复区土壤性质得到较大的改善（图2），如pH升高、容重和EC下降、水稳性团聚体、有效磷和钾、有机碳、PMN、BG和MBC上升。土壤健康指数的计算表明，物理性健康指数、生物健康指数和总健康指数均显著上升（p<0.001），但化学健康指数的得分无显著增加。
土壤健康评价系统（SMAF）中不包括土壤有效态重金属的参数。建议最终将有效态重金属结果包括到计算体系中。与Seep区相比，修复成功区可提取态重金属含量显著降低。XAS检测到的锌形态包括水铁矿和针铁矿吸附态锌、蒙脱石吸附态锌、锌-铝层状双金属氢氧化物沉淀态锌（LAH）。Seep区域有较高的LAH态锌含量，且在一个区域检测到ZnSO4的存在。
总结与展望
本研究的结果表明，对于酸性、高重金属含量的矿渣冲积体（土壤），可通过施用石灰石和污水处理厂污泥实现成功修复。研究结果显示，处理后土壤健康得到改善，有效态重金属含量、植物重金属含量均较早期下降。另外，土壤重金属含量超过美国环保环保署规定土壤生态筛选标准，具有一定的生态风险，但该区域面积较小，降雪和冰冻会缩小动物在该区域摄食植物的时间，从而有利于减小土壤重金属的生态风险。另外，随着土壤稳定的成功，土壤重金属进入周围环境的风险减小。因此，该区域土壤修复的成功有助于改善植物、动物和生态系统健康。另外，研究所用的SMAF土壤健康系统中不含有土壤重金属的得分项，在未来研究中应当进行调整。
原文链接：
https:///10.1016/j.seh.2024.100096
作者简介
第一兼通讯作者简介：
期刊介绍
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