矿山生态修复过程中，土壤调查工作怎么做?

土壤是在地球表面生物、气候、母质、地形、时间等因素综合作用下形成的能够生长植物、具有生态环境调控功能、处于永恒变化中的矿物质与有机质的疏松混合物。简单地说，土壤就是地球表面能够生长植物的疏松表层。我国矿产资源丰富，类型多样、分布广泛，矿业活动和矿山生态修复所涉及的土壤类型也基本包含了所有的土壤类型。

矿山土壤调查是通过对矿区土壤分布地段的调查，平面及剖面采样分析，查明土壤类型、赋存规律、土壤质量，以及土壤可剥离量。对于新建矿山是土壤现状的调查，重点是土壤类型、质量、可剥离量的调查；对于在生产矿山除了上述几个方面外，还需调查已剥离表土的留存情况、保护措施，矿山土壤破坏情况等；对于生态修复中需外来土壤的，则需调查外来土壤质量，尤其是是否受到污染，严禁将污染土壤作为修复时的覆土。

一、土壤分类调查

现行土壤分类基本采用国家技术质量监督局和国家标准化管委会1988年发布，并于2000年和2009年进行了两次修订的《中国土壤分类与代码》分类（表3-7）。矿山生态修复原则上可采用此分类系统。

表3-7　中国土壤分类与代码表（GB/T 17296—2009）

中国主要土壤类型可概括为红壤、棕壤、褐土、黑土、栗钙土、漠土、潮土（包括砂姜黑土）、灌淤土、水稻土、湿土（草甸、沼泽土）、盐碱土、岩性土和高山土等，主要类型土壤特点如下：

（1）红壤系列

中国南方热带、亚热带地区的重要土壤资源，适合发展热带、亚热带经济作物、果树和林木，作物一年可二熟乃至三熟、四熟，土壤生产潜力大。目前尚有较大面积荒山、荒丘有待因地制宜加以改造利用。自南而北有砖红壤、燥红土（稀树草原土）、赤红壤（砖红壤化红壤）、红壤和黄壤等类型。

1）砖红壤：发育在热带雨林或季雨林下强富铝化酸性土壤，在中国分布面积较小。海南岛砖红壤的分析资料表明：风化度很高，黏粒的二氧化硅/氧化铝比值（以下同）低于1.5，黏土矿物含有较多的三水铝矿、高岭石和赤铁矿，阳离子交换量很少，盐基高度不饱和。

2）燥红土：热带干热地区稀树草原下形成的土壤，分布于海南岛的西南部和云南南部红水河河谷等地，土壤富铝化程度较低，土体或具石灰性反应。

3）赤红壤：发育在南亚热带常绿阔叶林下，具有红壤和砖红壤某些性质的过渡性土壤。

4）红壤和黄壤：均为中亚热带常绿阔叶林下生成的富铝化酸性土壤，前者分布在干湿季变化明显的地区，淀积层呈红棕色或橘红色，剖面下部有网纹和铁锰结核，二氧化硅/氧化铝比值为1.9~2.2，黏土矿物含有高岭石、水云母和三水铝矿；后者分布在多云雾，水湿条件较好的地区，以川、黔两省为主，以土层潮湿、剖面中部形成黄色或蜡黄色淀积层为其特征，黏土矿物含有较多的针铁矿和褐铁矿。

（2）棕壤系列

亦为中国东部湿润地区发育在森林下的土壤，由南至北包括黄棕壤、棕壤、暗棕壤和漂灰土等土类。

1）黄棕壤：亚热带落叶阔叶林杂生常绿阔叶林下发育的弱富铝化、黏化、酸性土壤，分布于长江下游，界于黄壤、红壤和棕壤地带之间，土壤性质兼有黄壤、红壤和棕壤的特征。

2）棕壤：主要分布于暖温带的辽东半岛和山东半岛，为夏绿阔叶林或针阔混交林下发育的中性至微酸性的土壤，特点是在腐殖质层以下具棕色的淀积黏化层，土壤矿物风化度不高，二氧化硅/氧化铝比值3.0左右，黏土矿物以水云母和蛭石为主，并有少量高岭石和蒙脱石，盐基接近饱和。

3）暗棕壤：又称暗棕色森林土，是发育在温带针阔混交林或针叶林下的土壤，分布在东北地区的东部山地和丘陵，介于棕壤和漂灰土地带之间，与棕壤的区别在于腐殖质累积作用较明显，淋溶淀积过程更强烈，黏化层呈暗棕色，结构面上常见有暗色的腐殖质斑点和二氧化硅粉末。

4）漂灰土：又称为棕色泰加林土和灰化土，分布在大兴安岭中北部，是北温带针叶林下发育的土壤，亚表层具弱灰化或离铁脱色的特征，常出现漂白层，强酸性，盐基高度不饱和，属于生草灰化土和暗棕壤之间的过渡性土类，可认为是在地方性气候和植被影响下的特殊土被。

棕壤系列均为很重要的森林土壤资源。目前，不仅分布有较大面积的天然林可供采伐利用，为中国主要森林业生产基地；且大部分土壤，尤其是分布在丘陵平原上的黄棕壤和棕壤有很高的农用价值，多数已垦为农地和果园。

（3）褐土系列

包括褐土、黑垆土和灰褐土，这类土壤在中性或碱性环境中进行腐殖质的累积，石灰的淋溶和淀积作用较明显，残积-淀积黏化现象均有不同程度的表现。

（4）潮土、灌淤土系列

中国重要的农耕土壤资源，包括潮土、灌淤土、绿洲土。这类土壤是在长期耕作施肥和灌溉的影响下形成。在成土过程中，获得了一系列新的属性，使土壤有机质累积、土壤质地及层次排列、盐分剖面分布，都起了很大变化。

（5）水稻土系列

主要分布在秦岭—淮河一线以南，其中长江中下游平原、珠三角、四川盆地和台湾西部平原最为集中。水稻土是耕种活动的产物，由各种地带性土壤、半水成土和水成土经水耕熟化培育而成，其形成过程是在季节性淹水灌溉耕作施肥等措施影响下，进行氧化还原交替过程、有机质的合成与分解、复盐基作用与盐基的淋溶，及黏粒的分解、聚积与迁移、淋失，使原来的土壤特征受到不同程度的改变，使剖面发生分异，而形成特有的土壤形态、理化和生物特性。

水稻土大致可分为淹育、潴育及潜育三种类型。淹育型发育层段浅薄，属初期发育的水稻土，底土仍见母土特性，如红壤仍有红色底层；潴育型发育完整，具有完整的剖面结构；潜育型属由潜育土或沼泽土发育而成。

（6）盐碱土系列

分为盐土和碱土。我国盐碱土主要分布在西北、华北和东北平原的低地、湖边或山前冲积扇的下部边缘，以及沿海地带。

（7）岩性土系列

包括紫色土、石灰土、磷质石灰土、黄绵土（黄土性土）和风沙土。这类土壤性状仍保持成土母质特征。

（8）高山土系列

指青藏高原和与之类似海拔高山垂直带最上部，在森林郁闭线以上或无林高山带的土壤。由于高山带上冻结与融化交替进行，土壤有机质腐殖化程度低，矿物质分解也很微弱，土层浅薄，粗骨性强，层次分异不明显。因而将高山土壤作为独特的系列划分开来；高山土系列有亚高山草甸土、高山草甸土、亚高山草原土、高山草原土、高山漠土和高山寒漠土之分。

二、土壤分布调查

土壤分布调查主要是调查矿山土壤类型随地理位置、地形高度变化的规律，即土壤的水平分布和垂直分布规律。调查要进行成土因素的调查与研究，包括气候、地形、土壤母质、植物、水文地质、生产活动情况等，还要对土壤剖面形态进行观察记载，采取代表性土样，送有资质的实验室进行分析化验。

（一）调查路线确定

在进行矿区土壤资料收集、现场踏勘、人员访谈、信息整理及分析后，就可以根据调查区面积大小和地形、地质、植被的复杂程度，确定一至数条调查路线。每条路线应通过不同的地形，植被和母岩分布区。

（二）土壤剖面的设置与挖掘

对土壤剖面形态和性状特征进行详细的观察和描述，是研究土壤形成、演化与环境因素的关系，以及了解土壤的生态特性的重要手段，为此就要设置有代表性的土壤剖面进行观察。

1.土壤剖面类型

土壤剖面一般分为主要剖面、检查剖面（对照剖面）和定界剖面。主要剖面，或称为基本平面，是为全面研究土壤而设置的，一般要求选择在具有典型性、代表性的地方。剖面的深度是自然地表向下直达母质或基岩为止。检查剖面，是为检查、修正基本剖面所确定的土壤主要特征的变化程度和稳定性而设置的。它比基本剖面要浅，但数量要多。定界剖面，是为检查和修正土壤的边界而设置的，其深度一般低于1m或者更浅，只要能观察出主要特征就可以了。它的剖面数比上述两者更多。一般采用以下比例，即主要剖面∶检查剖面∶定界剖面为1∶2∶5。

2.土壤剖面的选择和挖掘

土壤剖面的选择，主要是主要剖面的选择问题。它一方面要满足一定比例尺的工作量的要求，依土壤、自然条件的复杂程度而定；另一方面要求每一种土壤类型均有其代表性的主要土壤剖面。在野外工作之前，可根据地形图的比例尺和成土条件的复杂程度进行初步设计，在实地调查时再根据具体条件和土壤图的比例尺而定。

考虑不同的研究目的设置剖面也往往有所不同。在剖面位置选好以后，就开始进行剖面的挖掘，挖掘的工具，目前主要是铁铲，有些检查剖面或定界剖面可借助于土钻。

主要剖面也可以先挖到一定深度后再进行钻孔。土壤剖面一般宽为1m，长为2m。其深度则视土壤情况而定，一般为1.0~1.5m（图3-5），但盐渍化土可以深到地下水位，而粗粒土则较浅，一般到基岩、风化壳，通常只有几十厘米。

图3-5　土壤剖面挖掘示意图

3.土壤剖面描述

按照剖面的要求挖掘土坑后，将坑壁削平，然后用小刀或小铲修整新鲜的土壤剖面壁，从上往下，分别观察各种结构单位的自然断口，研究土壤剖面的整体构造并划分土壤剖面的发生层次，然后加以详细描述和记载。在描述土壤剖面之前，应尽可能准确的记载剖面的地理位置。一个发育完整的土壤从上至下常有如下的剖面模式：

O层：枯落物层（未分解和半分解的植物凋落物）；

A层：腐殖质，又叫表土层（含大量腐殖质）；

E层：淋溶层；

B层：淀积层，又叫心土层（表层物质淋至此层淀积）；

C层：母质层（以风化岩石为主）；

R层：母岩层（未风化的坚硬岩石）。

土壤剖面形态特征描述的内容一般包括：

1）颜色：色调、亮度、彩度；

2）湿度：干、润、湿润、潮润、湿；

3）质地：砂土、砂质壤土、壤土、粉砂壤土、黏壤土、壤黏土、黏土；

4）土壤结构：块状、团块状、核状、粒状、圆顶柱状、棱柱状、片状、板状、页状、鳞片状、垡状、碎块；

5）土壤松紧度：极松、松、散、紧、极紧；

6）孔隙：细小孔隙、小孔隙、海绵状孔隙、蜂窝状孔隙、网眼状孔隙；

7）植物根系：0没有根系、1~4少量根系、5~10中量根系、>10大量根系；

8）土壤新生体：石灰质新生体、盐结皮、盐霜、铁锰淀积物、硅酸粉末；

9）侵入体：砖块、石块、骨骼、煤块等外来物；

10）石灰反应；

11）ｐＨ值；

12）成土因素：气候、生物、母质、地形、时间。

4.土壤分布界线确定

综合研究路线调查提供的土壤分类系统，判断土壤类型分布的可能范围，以主要剖面为中心进行放射调查，沿途根据地形、母岩、植被等的变化挖对照剖面和定界剖面，将相同的定界剖面点连接起来，就是土壤分布界线。

（三）样品采集

在描述和记载了土壤剖面以后，为了对土壤肥力性状及理化特点有全面深入的了解，还应分层采取土样进行定量分析。采集分析样品时，应自下而上逐层进行，无需采集整个发生层，通常只对各发生土层中部位置的土壤进行采集，将采好的土样放入样品袋内，并准备好标签（注明采集地点、层次、剖面号、采样深度、土层深度、采集日期和采集人等信息），加标签同时附在样品袋的内外。如果采来的土壤样品量太多，可用四分法将多余的土壤弃去，一般1kG左右的土样即够化学、物理分析之用。四分法的方法是：将采集的土壤样品弄碎混合并铺成四方形，划分对角分成四等份，取其对角的两份，其余两份弃去，如果所得的样品仍然很多，可再用四分法处理，直到所需数量为止，如图3-6所示。

图3-6　四分法取样步骤

（四）样品加工与送样

为防止样品之间相互污染，土壤样品的采集、运输、保管、晾晒、加工不能同时或同一场地进行，用于土壤样的布袋、样品加工工具不再用于其他样。样品加工组收到样品后，把样品集中在安全、无外来污染的地方，及时晾晒，并做好样品加工准备。

1.样品加工

样品加工主要包括干燥、过筛、称重、装瓶等流程，详见图3-7。

图3-7　土壤样品加工流程图

1）样品干燥、过筛、填写样品标签及装瓶、填写交样品库的送样单及编制样品编号图、装箱送样等。在样品加工之前逐一核对内外标签，如有内外标签不符，及时通知野外负责人，加工者不能私自更改。野外采回的样品在日光下干燥，干燥过程中及时揉搓或用木棒敲打防止结块，干燥后的样品在加工前用木槌轻轻敲打，不能用铁锤或金属器具敲打。

2）干燥后样品用20目尼龙筛过筛，过筛重量保证提取组合样后副样重量大于500G，每件样重新过筛后，其剩余部分不能超过1G。过筛部分的样品装于塑料瓶中，塑料瓶上贴上事先填好的标签，标签的内容为：项目承担单位、图幅号和样品号、采样日期，塑料瓶中还放进内标签，以便入库存档。

3）加工完一个样品后，严格清理加工工具后再加工下一个样品，切忌样品间污染。

4）做好样品加工日志，加工好的样品做好登记，正确无误地装入塑料瓶内，要求放有原采样者的内标签，并按顺序装箱。

2.送样

及时填制送样单并送测试单位分析。送样时填写送样单一式两份，送样单内容包括分析样编号、分析测试项目、装箱号以及要求完成日期、送样日期、送样人，并加盖单位公章。

实验室管理人员对送样单和样品进行认真查核，发现样品不能满足测试要求，如样品瓶破损或样品重量不够，标签记录不全影响后期工作者，即与送样人妥善处理。经验收合格后由收样人在送样单上签字确认，一份交送样人，一份实验室留存。

（五）组织土样化验

1.分析样本的选择

在选择剖面样本时，应保证每一种土壤都有供分析的典型剖面；野外调查所采集的用于测定土壤肥力的农化分析样本，除个别有问题或代表性较差应予剔除外，全部送化验室分析。

2.分析项目的确定

为确定土壤类型而进行的分析，一般要进行土壤全量矿物分析、鉴定黏土矿物类型及组成、土壤腐殖质类型、主要诊断层和诊断特性项目的分析等；为确定土壤肥力状况进行的分析，需要进行土壤物理性质、养分及交换性能和酸碱性分析。

矿山生态修复的土壤分析项目应根据《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准（试行）》（GB15618—2018）要求加上矿区可能的特有污染组分，以及土壤配方施肥需要决定，必测项目一般有土壤容重、质地、砾石含量、pH、有机质、氨解氮、有效磷、速效钾、砷、汞、铜、锌、铅、镉、铬、镍等。

（六）调查成果

1.新建矿山

1）矿区土壤调查小结（土壤分布、类型、质量、体积、剥离工程布置等）；

2）矿区土壤分布图；

3）矿区可剥离土壤区块图；

4）土壤样品分析成果表。

2.在生产矿山

除了以上成果外，需对土壤（表土）堆场进行叙述，主要内容是堆场设计参数（类型、堆放量、堆放角度、保护方法、支挡措施等，附平面及剖面插图），此外还需对土壤破坏情况予以评述。

3.关闭矿山

根据具体情况，确定成果内容。

三、土壤污染调查

矿山开采产生的“三废”，如果处置不当，就会造成环境污染。污染物通过多种途径进入土壤，造成土壤的强酸污染、有机毒物污染与重金属污染。开展矿山土壤污染调查，查明污染范围和污染程度，进行人体健康风险评估，制定和实施污染修复措施，是矿山生态修复的一项重要工作。

（一）矿山土壤污染类型

1.水体污染型

污染源主要有矿坑水和尾矿水，既可通过灌溉的形式直接进入土壤，也可通过矿山水仓、尾矿池、废水管渠的泄漏，经地下、地表水系进入土壤。特点是沿河流或干渠呈树枝状或片状分布，它是土壤污染最主要发生类型。

2.大气污染型

土壤污染物来自污染的矿山大气干湿沉降。特点是以大气污染源为中心呈椭圆状或条带状分布。长轴沿主风向伸延，污染面积和扩散距离，取决于污染物质的性质、排放量及形式。

3.固体废物污染型

在土壤表面堆放或处理矿岩和尾矿时，通过大气扩散或降水淋滤，使周围地区的土壤受到污染。

4.自然扩散型

在矿床或元素和化合物富集中心的周围，形成自然扩散晕，使附近土壤中某些元素的含量超出一般土壤的含量。

（二）调查程序

矿山土壤污染调查一般程序包括初步调查、详细调查、风险评估3个阶段。由于土壤污染的复杂性和隐蔽性，一次性调查不能满足本阶段调查要求的，则需要继续补充调查直至满足要求。

1.初步调查

包括资料收集、现场踏勘、人员访谈、信息整理及分析、初步采样布点方案制定、现场采样、样品检测、数据分析与评估、调查报告编制等。初步调查表明，土壤中污染物含量未超过国家或地方有关土壤污染风险管控标准（筛选值）的，则对人体健康的风险可以忽略（即低于可接受水平），无需开展后续详细调查和风险评估；超过国家或地方有关土壤污染风险管控标准（筛选值）的，则对人体健康可能存在风险（即可能超过可接受水平），应当开展进一步的详细调查和风险评估。初步调查无法确定是否超过国家或地方有关建设用地土壤污染风险管控标准（筛选值）的，则应当补充调查，收集信息，进一步进行判别。

2.详细调查

包括详细调查采样布点方案制定、水文地质调查、现场采样、样品检测、数据分析与评估、调查报告编制等。详细调查应当进一步确定土壤污染物的空间分布状况及其范围，以及对土壤、地表水、地下水、空气污染的影响情况，分析污染物在该地块的迁移与归宿等，为风险评估、风险管控或者治理与修复等提供支撑。详细调查不能满足上述要求的，或需要进一步精细测算治理与修复范围时，则应当补充调查，收集更多信息。

3.风险评估

主要工作程序包括危害识别、暴露评估、毒性评估、风险表征、风险控制值计算等。通过风险评估判断土壤及地下水污染造成的人体健康风险是否超过可接受水平，并计算土壤及地下水污染风险控制值。

（三）调查要点

1.调查范围

调查范围原则上为疑似污染地块的边界范围内。可根据实际情况扩大到地块边界以外：如地块边界附近土壤可能受到本地块污染的，需确定地块地下水污染范围的，地块周边存在环境敏感目标的（如学校、居民区等）等情形。

2.布点要求

布点是土壤污染调查的关键环节。布点不当可能发现不了污染，造成误判。布点数量应当综合考虑代表性和经济可行性原则。鉴于具体地块的差异性，布点的位置和数量应当主要基于专业的判断。

原则上：

初步调查阶段，地块面积≤5000m2，土壤采样点位数不少于3个；地块面积>5000m2，土壤采样点位数不少于6个，并可根据实际情况酌情增加。

详细调查阶段，对于根据污染识别和初步调查筛选的涉嫌污染的区域，土壤采样点位数每400m2不少于1个，其他区域每1600m2不少于1个。地下水采样点位数每6400m2不少于1个。

有以下情形的，可根据实际情况加密布点，如污染历史复杂或信息缺失严重的、水文地质条件复杂的等。

3.土壤污染物的检测项目

漏检污染项目可能发现不了污染，造成误判。

土壤中污染物的检测项目原则上应当根据保守原则确定。疑似污染地块内可能存在的污染物及其在环境中转化或降解产物均应当考虑纳入检测范畴。

4.水文地质和土壤理化性质调查

水文地质条件直接影响到污染物在土壤和地下水中的迁移、转化和分布。需要调查：矿区岩土层结构及分布、地下水位、地下水垂向水力梯度、地下水水平流速及流向等。

土壤的具体理化性质是风险评估的重要参数。需要调查：土壤有机质含量、容重、含水率、土壤孔隙率、渗透系数等。

5.实验室检测原始数据管理

检测数据的真实性、可靠性是调查评估的基础。参与土壤环境调查评估的实验室，应当保存所有样品检测的原始数据（包括电子数据）以备检查，原则上至少保存20年。

（四）风险评估要点

1.建立污染地块概念模型

概念模型的内容包括污染来源、潜在受体以及暴露途径（即污染到达受体的途径）。概念模型应当贯穿于土壤污染调查和风险评估整个过程，并随着调查的深入，不断完善。

即使存在污染来源，如果没有暴露途径，则对潜在受体而言，就没有风险。《污染场地风险评估技术导则》规定了多种暴露途径。根据建立的概念模型，某种暴露途径对于该特定地块并不存在的，则风险评估可以不考虑该暴露途径。污染地块上如果存在《污染场地风险评估技术导则》未规定的暴露途径的，可参考国际上具有较高认可度的风险评估技术方法组织开展相应暴露途径的风险评估工作，说明方法的合理性并提供充分的证明材料。

2.风险评估的参数选择

对于污染物理化和毒性参数，原则上选择《污染场地风险评估技术导则》所规定的参数；《污染场地风险评估技术导则》未规定的，可引用国际上权威机构发布的具有较高认可度的数据库中的参数，并明确说明数据来源及选择依据。

对于人体暴露特征参数，原则上采用《污染场地风险评估技术导则》规定的参数推荐值；确需调整的，应参照国家或地方权威部门发布的数据，并明确说明数据来源及选择依据。

对于污染地块的特征参数，应通过水文地质调查、室内土工试验等方式获取实测数据，对于面积较大且水文地质情况复杂、变异性较大的地块，可分区域获取地块特征参数。

3.关于风险控制值

根据《污染场地风险评估技术导则》，土壤风险控制值指根据用地方式、暴露情景和可接受风险水平，采用规定的风险评估方法和场地调查数据，计算获得的土壤污染物的含量限值。当污染地块规划用途明确时，应根据规划用途计算风险控制值；规划用途不明确时，可结合可能的多种规划用途，提供相应的风险控制值。

通过风险评估计算得出的风险控制值，是确定污染地块修复目标值的重要依据，但两者并不完全等同。如对于土壤背景值较高的污染物（如重金属），考虑成本效益，技术可操作性，以及修复后存在被更高背景的周边区域再次污染的可能性，原则上不要求清理到背景水平之下。

污染地块的修复目标可依据《污染场地修复技术导则》确定。

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