近些年，深海矿产资源勘查开发引起了世界各国的高度重视，海底技术进步、原材料价格上涨和价格大幅波动造成的原材料供应风险，已成为推动各国开展海洋矿产资源商业化开发的三大驱动力。近日，《地质调查动态》撰文对深海采矿现状、面临的主要挑战进行了深入探讨，并对深海采矿的前景进行展望，本期摘编其精华内容。

●海底矿床勘查目前正在加速进行，不断有国家或公司要求签订新的合同，其中在公海地区进行的勘查项目需经国际海底管理局批准。

●虽然开采海底矿产的技术取得重大进展，但还远远不够，亟待开展技术创新，采用降低成本的绿色技术是未来深海采矿的必由之路。

●深海采矿将成为本世纪人类满足自身发展需求的战略之举，但其前景受到技术、经济、地缘政治、国际法律法规等多重因素制约。

动因

唤醒沉睡海底的矿产宝藏

传统意义上的“深海”，是指大陆架以外的海洋部分，通常水深在200米以上。深海资源一般指公海以及国家专属经济区（EEZ）以外的海洋资源部分。深海资源可分为矿产资源和生物资源两类。矿产资源主要分为多金属结核、富钴铁锰结壳和海底块状硫化物（SMS）三种类型。

这些富集在深海的金属或非金属资源的副产品，很多都是现代高科技、绿色技术或新兴技术必不可少的原材料。例如：碲用于光伏太阳能发电，钴用于混合动力汽车和电动汽车电池，铋用于核反应堆的液体铅-铋冷却剂，铌用于高科技高温合金等。

过去15年来，深海矿产资源勘查开发引起了世界各国的高度重视。有的国家以国有企业或专业科研院所为主进军深海，有的则是通过国家层面的立法为民间投资深海创造便利条件。至于全球层面的深海资源勘查开发治理平台也不断涌现，并日臻完善。从根本动因上来看，海底技术进步、原材料价格上涨和价格大幅波动造成的原材料供应风险，已成为推动各国开展海洋矿产资源商业化开发的三大驱动力。

开发深海矿产资源的意义在于，它不仅可以满足国家产业发展对战略性矿产供应安全的需求，还能促进洋底填图及相关技术的发展，促进海底采矿相关服务和装备的研发，提升对深海资源的认识，维护国家战略利益。21世纪以来，世界各国对深海矿产资源的兴趣与日俱增，竞争日趋激烈。据荷兰资源专业中心数据，2010年美国在深海采矿方面的创新力排在第一位，欧洲排名第二，中国居第三位，其后依次为日本、韩国。

此外，相较于陆地采矿，深海采矿的优势较为显著。例如：陆地采矿会在环境中留下大量“足迹”：需要修路，建造房屋和基础设施，挖掘露天采矿场矿坑，影响河道，并产生数百万吨的废石。而海底采矿不需要修路，没有海底矿石运输系统或建筑物，几乎不需要建任何海底基础设施。铁-锰结壳和结核基本上都是暴露在海床之上呈平铺状态。SMS矿床厚度可达几十米，但矿床上几乎或完全没有覆盖物。开采陆地矿床需要剥离覆盖层，挖掘出来的废石量在总挖掘量中的占比可达75%之高。而深海采矿的平台是船，可以很方便地从老矿点转移到新矿点，选择规模虽小但品位高的矿床进行开采。除矿石品位高外，海底采矿的另一个优点是可以在一处采矿场回收3种或更多种金属。3种主要类型的深海矿床（结壳、结核和SMS）都具有这样的优点。陆地采矿影响土著居民或原住民生活的问题正日益受到关注，而深海采矿不会引发这样的问题。

挑战

深海矿产开采存在法律空白

深海采矿将是本世纪人类满足自身发展需求的战略之举，其前景受到技术、经济、地缘政治、国际法律法规等多重因素的制约。

对深海矿产资源认知不够，勘查开发监管存在风险。行业内和研究学者们基本都知道深海矿床在哪里，但是对于资源的集中度、规模大小却知之甚少。这对于需要据此开展成本效益评估的单个项目来说，矿床品位及规模的不确定性成为制约其开发的主要因素。例如：加拿大鹦鹉螺矿业公司圈定的索尔瓦拉1号矿床，是当前世界上最先进的深海采矿项目，但其资源仅够开采两年。其结果是，现在还不能确定，该公司为开矿而进行的巨大投资是否具有经济效益，因为仅仅建造一艘船的费用就高达10亿欧元。

深海采矿主要的缺陷和风险在于“社会环境运营许可”。由于深海采矿通常位于国家管辖区外，关于勘查活动的国际监管框架的制定进程缓慢。这就导致企业参与无章可循，使得投资者望而却步。环境组织和科学家们也声称，当前对于深海采矿给生态系统造成的环境破坏风险知之甚少。

国际法律框架不完善，开采条款未出台。大部分深海资源都位于国家管辖区以外的国际水域，法律框架复杂。对于深海采矿引发的新问题，国际法律框架层面还存在着诸多的不确定性和空白。规制海洋活动最重要的国际法是联合国海洋法公约（UNCLOS），其在1982年通过，1994年开始实施，目前世界上有166个国家已经签约成为会员国，但也有例外，如美国。

为了管理和协调深海矿床相关事宜，1994年在UNCLOS下成立了自治国际组织——国际海底管理局（ISA）。所有公约签署成员国自动成为ISA的成员。截至目前，ISA分别于2000年、2010年和2012年通过了勘查结核、硫化物、结壳的条款，但是关于开采的条款还在制定当中。

结核和SMS勘查开发技术较为成熟，结壳挑战性大。深海采矿通常包括几项关键技术。首先是要有现代化的装备齐全的船。目前，已有好几艘勘查船在运营，它们通常属于国家研究机构和地质调查局。开展巡航研究是很昂贵的事情，一艘船的运营成本约5万～10万欧元/天。另一项关键技术是可用于深海采矿作业的遥控机器人（ROV）。SMS在输送至海面之前，要用ROV进行开采。散落于海底淤泥中的锰结核，可通过ROV真空将其从海底吸出来。锰结壳可通过在洋底作业的ROV进行剥离并磨碎。ROV可将这些混合物运送至提升系统，管运至海面的船上。通常，一套深海采矿系统包括4个子系统：采掘系统、提升系统、海面平台和处理系统。

对于深海采矿技术，行业内似乎对商业化开采很有信心，认为以当前的技术水平足以满足需求。这些技术源自油气钻探，钻进深度通常可达2000米以上。然而，开采不同类型的深海矿产，其技术要求不尽相同。现有的或目前正在建立的第一代深海勘查开采技术只适用于铁-锰结核和SMS，不适用于铁-锰结壳。勘查和开采铁锰结壳需要克服两个主要的技术难题，一个是勘查和描述矿山特征，另一个是开采。勘查工具必须是深海拖曳式或可以装载在ROV上，并且可以在现场测量结壳的厚度以计算储量。最佳途径可能是开发一种多光谱地震探测工具和伽马辐射探测器，但必须解决伽马射线信号在海水中衰减的问题。与铁锰结壳相比，结壳基岩的种类繁多，伽马射线探测器在区别结壳基岩物理性能方面效果最好。开采方面的难题是，采矿工具必须能把铁-锰结壳与结壳基岩分离开，从而做到只开采结壳，不开采基岩，因为基岩开采会大大稀释矿石的品位。困难在于，结壳是牢固地附着在基岩之上的。分离结壳与结壳基岩的工作必须在水下1500m～2500m处的不规则且往往是粗糙的海床上进行，而且结壳以下的各种结壳基岩的韧性又各不相同。攻克这一难关需要进行高水平的技术创新。

资源价格和资本成本是制约深海采矿的两个主要外在因素。深海采矿主要受到包括资源价格和资本成本在内的外部因素影响。对于采矿本身，用于造船和开发必要技术的初始投资成本是巨大的。不是所有项目都在商业上可行，但是走向深海在很多情况下却是一个战略性问题。采矿业一直是一个高成本产业，将深海采矿成本与陆域采矿进行对比很重要。对于陆域采矿，总成本包括环保成本、固定基础设施成本和劳动力成本，相较而言，深海采矿对投资者颇具吸引力。

据欧盟方面测算，深海勘查一天的成本超过10万美元，大部分勘查航次的预算在5000万～2亿美元之间。对开采而言，一天的运营成本高达好几亿欧元，这还取决于矿床及其位置。最大的成本是船、钻探及船员的费用。从经济角度来看，很多方面都取决于上述外在因素，主要包括某种资源在一定时期的市场价格以及相较于陆域采矿的成本控制。

深海采矿的环境影响可能会很大，要提前开展风险评估。所有扰动地球表面的活动，无论是陆上的还是深海的，都会扰动甚至摧毁动植物栖息地。因此，必须制定最环保的工作计划，并使所有地球表面的活动都按计划开展。与陆域采矿相比，深海采矿具有环境影响小的优势。然而，至今业界对于深海采矿会造成哪些环境问题尚知之甚少，目前全球只有一座海底矿山——索尔瓦拉1号矿，拥有此矿的加拿大鹦鹉螺矿业公司提交了一份开采此矿的环境影响报告，这是当前现实中唯一的陈述海底采矿环境影响的报告。考虑到矿床类型和开采工具等方面的因素，海底采矿的环境影响可能会很大。因此，基于不同尺度原地实验的风险评估是深海采矿实施前必不可少的工作环节。

研究人员通过实施一些国际科学计划研究了开采铁-锰结核可能会造成的影响，这些国际计划以广泛的野外考察以及理论和实验室研究为基础。在采矿车辆经过的地方，动植物栖息地显然会遭到破坏，海底水层中还会产生沉积物卷流，卷流的范围有多大则不可预知。国际海底管理局2008年开展的一个项目得出这样的结论：难以预料开采海底结核会对生物多样性产生什么样的威胁，以及会带来多大的物种衰落风险，因为我们对海洋物种数量和地理分布情况的了解十分有限。存在潜在毒性的金属可能会在短时期内从孔隙水中释放出来，或在结核碎屑解吸作用下产生，特别是当采矿作业降低了表面沉积物中的氧含量时，这种情况会发生。

从深海采出的矿石将被运送到陆上的选矿厂。一旦矿石被运到现有或新建的选矿厂加工处理，也会引发与现有陆上选矿厂同样的环境问题。但新建选矿厂可能会更高效并采用先进的绿色技术。船上的选矿工作可能将仅限于矿石脱水，把水回灌到水下采矿场。如果是开采结壳，可能会在船上进行浮选，以去除结壳基岩。

现状

各国加速“淘金”探明深海富矿区

其实，科学家早在100多年前就知道深海里有矿产。然而，对深海矿床成因、分布和资源潜力的研究却始于最近几十年。20世纪70年代，科学家首次对东北太平洋克拉里昂-克利伯顿断裂带（CCZ）铁-锰结核进行了详细研究。当时有人预言，对CCZ海区铁-锰结核的开采将于20世纪70年代末至80年代初开始，但这一预言没有成为现实。1977年，科学家又在太平洋加拉帕戈斯海脊发现了热液系统。此后不久，研究人员又于1979年在东太平洋隆起发现了“黑烟囱系统”。20世纪80年代早期，对海底铁-锰结壳的研究引人注目，因为从铁-锰结壳中开采钴的前景被看好。然而，由于全球市场金属价格在20世纪90年代前后直至21世纪初持续低迷，开采海底矿产的积极性受到打击，开采计划被搁置。但针对海底矿床的研究与开发工作一直没有中断。进入21世纪以后，随着全球金属价格的上涨，深海矿产资源的勘查开发再次引起广泛关注。

结壳通常沉淀在海底山岭、山脊和高原上，水深400m～7000m，厚度最大和含金属最多的结壳位于水下800m～2500m处，采矿作业最佳水深1500m～2500m。西北太平洋底海山的年代为侏罗纪，是全球海洋中最古老的海山，其结壳最厚，稀有金属的含量通常也最高。因此，西北太平洋中部赤道海区被认为是勘查海底结壳的主要地带，即通常所称的“中太平洋主结壳带（PCZ）”。

对于结核而言，太平洋尤其是东北太平洋的克拉里昂-克利伯顿断裂带（CCZ），秘鲁盆地，以及南太平洋的彭林-萨摩亚盆地是发现结核最多的海域。印度洋盆地中部也发现了一处大型结核带，西南大西洋的阿根廷盆地和北冰洋等海域内可能也有铁-锰结核带，但这些海域的勘查程度非常低。CCZ海区最具经济吸引力，在这一海区内，已经或正在等待与国际海底管理局签署勘查合同的勘查区块有13处。矿业公司之所以对CCZ海区感兴趣，是因为此海区有大量铁-锰结核且镍和铜的富集度高。

总体来看，截至2013年，已签署海底勘查合同的占地面积约为1843350km2，其中约一半勘查项目是沿海国家在其各自的专属经济区（EEZ）内进行的，其余勘查项目是在国家管辖区外的公海地区进行的，在公海地区进行的勘查项目需经国际海底管理局（ISA）批准。SMS矿床勘查项目的面积约占海底勘查总面积的45%，大多数都位于西南太平洋国家的EEZ范围内，公海地区SMS矿床勘查项目的占地面积仅有5万km2。在占据其余55%海底勘查面积的项目中，大多数为铁-锰结核勘查项目，这部分项目全部在公海范围内进行。此外，还有两个占地面积很小的磷灰岩勘查项目，一个在新西兰海域，另一个在纳米比亚海域；还有一个面积非常小的多金属泥勘查项目，此项目在红海海域进行。这3个小项目以及一个位于西南太平洋的SMS项目已被批准签署采矿合同。2012年7月，ISA理事会和大会通过了勘查海底铁-锰结壳的法规，此后不久便收到了申请在西太平洋进行勘查并签订合同的两份工作计划，勘查合同的占地面积9000km2。

中国、法国、德国、印度、日本、韩国、俄罗斯以及一个名为“洋际金属”的多国集团（成员国有：保加利亚、古巴、捷克共和国、波兰、俄罗斯和斯洛伐克共和国）签署了勘查海底铁-锰结核的合同，每块勘查区的面积约为7.5万km2；中国、法国、德国、韩国和俄罗斯等国已经或即将签署勘查SMS矿床的合同，每块勘查区的面积约为1万km2；中国、日本和俄罗斯已经制定或预计将制定勘查海底铁-锰结壳的工作计划，每块勘查区的面积约为3000km2。此外，有4家公司已经或即将签订勘查海底铁-锰结核的合同，其中3块勘查区的面积为7.5万 km2，1块为5.862万km2。海底矿床勘查工作目前正在加速进行，不断有国家或公司要求签订新的合同。

前景

铺就“产学研用”深海采矿之路

至今我们并不十分清楚全球海洋中铁-锰结壳、结核和SMS矿床的资源潜力到底有多大。相对而言，对CCZ海区和中印度洋盆地结核矿床的特性描述最为清楚。必须用评价陆地矿床的方法评价海洋矿床，从而发现海洋矿床作为许多种稀有、战略性和紧缺性重要矿产来源的重要性。对比评估工作应包括对每一种重要矿产整个生命周期的评价，以及对矿床开采环境影响的评价。

从工程技术的角度看，必须取得几方面的重要突破才能使结壳开采具有可行性。与结壳开采相比，结核开采技术较为简单，因此已进入可开发阶段。阻碍铁-锰结壳勘查的最大难点是，需要在原地实时测量结壳的厚度，开采矿石的最大障碍则是把铁-锰结壳与结壳基岩有效地分离开。减少或消除对铁-锰结壳和结壳基岩物理性质测量结果的偏差有助于解决这一技术问题。需要对种类繁多的样品，尤其是磷酸盐化的厚层结壳进行分析。一个更困难的问题是，需要在原地测量浸透海水的样品。这些测量开展以下工作：认识从海水中捕获金属的机理；对比结壳和结壳基岩以开发勘查技术；描述结壳强度和结壳对各种采矿方法的承受程度。

虽然开采海底矿产的技术正取得重大进展，但还远远不够，亟待开展技术创新，采用降低成本的绿色技术是未来深海采矿的必由之路。使用简单的酸浸法就可以浸出结壳和结核中的全部主要和稀有金属，因此，应该研发化学和生物化学选矿工艺，比如使用特定的金属结合药剂，以便能够选择性地回收想要回收的金属。在回收了想要的金属后，剩下的矿渣可以送入另一个提取流程，回收其他种类的金属。从矿渣中回收这类金属往往不具经济可行性，因此，回收这类金属的前提是国家有经济鼓励政策或战略需要。

对于一个国家而言，要么是通过国家科学研究机构或地质调查机构加强深海矿床的勘查、开发研究及技术储备，要么是通过立法不断创造并完善有利于深海采矿的优良环境，吸引社会投资进军深海。深海矿产资源勘查开发将是一个事关民族发展、国家兴盛的重要领域，需要政府加强政策引导，强化监管与服务，铺就一条“产学研用”的深海采矿创新之路。

7月6日，陈明团队在湖南湘潭进行镉铅锌铜汞污染场地修复前调查

2014年，在福建德化做Hg污染土壤修复的盆栽实验

2015年，与同事和研究生在湖南湘潭做重金属污染土壤电动修复技术试验

6月27日，十二届全国人大常委会第二十八次会议分组审议了《中华人民共和国土壤污染防治法（草案）》。作为我国国家层面制定的第一部土壤污染防治领域的单行法，草案对农用地和建设用地土壤污染的风险管控和修复分别作出规定。面对国家针对土壤污染的高度关注，国土资源部长期从事污染土壤修复的专家怎么看？日前，记者走访了中国地质科学院矿产资源研究所陈明研究员。

《土壤污染防治法》呼之欲出，土壤修复产业再迎利好

经过雨水连日的洗涤，北京恢复了阳光灿烂的夏季“日常”。看上去，陈明的心情也很晴朗，他说，比起手中多个土壤修复项目进展顺利，更让他高兴的是国家对土壤污染高度关注的“大气候”。

他告诉记者，自己曾多次参加土壤污染防治法立法讨论会。《土壤污染防治法》反映了预防为主、保护优先、分类管理、风险管控、污染担责、公众参与等土壤污染防治的原则，它的及时出台，对防治土壤污染将有巨大的推动作用。草案明确国家每10年组织一次土壤环境状况普查，并实行土壤污染状况监测制度。同时，建立土壤污染防治基金制度，设立中央和省级土壤污染防治基金，鼓励企业以市场运作方式参与土壤污染防治。“就土壤污染修复市场而言，这无疑是继‘土十条’之后，在本行业最振奋人心的国家政策。”

被公众称为“土十条”的《土壤污染防治行动计划》要求，到2020年，初步遏制土壤污染加重趋势，保持土壤环境质量总体稳定，农用地和建设用地土壤安全得到基本保障，土壤环境风险得到基本管控；受污染耕地和污染地块安全利用率均达到90%或以上。到2030年，土壤质量要稳中向好，农用地和建设用地土壤安全有效保障，土壤环境风险得到全面管控；受污染耕地和污染地块安全利用率均达到95%以上。到本世纪2050年左右，土壤环境质量全面改善，生态系统实现良性循环。

“目标明确，难度很大，完善立法显然是关键的一步。”陈明说，我国的土壤污染整体上分成耕地污染、场地污染和矿山污染3大类，实际工作中还会涉及到固废、淤泥和河湖底泥等。对农用地而言，可按污染程度和相关标准划为3个类别：未污染和轻微污染的划为优先保护类，轻度和中度污染的划为安全利用类，重度污染的划为严格管控类。

《土壤污染防治法（草案）》细化了农用地分类管理制度，规定“安全利用类”耕地集中区应定期开展耕地土壤和农产品协同监测；对于“严格管控类”农用地，将依法划定特定农产品禁止生产区；对于建设用地，将建立土壤污染风险管控和修复名录制度，列入名录的污染地块，不得批准其作为住宅、公共管理与公共服务等用地。同时，草案还禁止在居民区和学校、医院、疗养院、养老院等单位周边新建或者扩建可能造成土地污染的建设项目。

“农用地严格管控、分类利用，污染地块不得作为住宅用地，这些都大大激发了土壤修复市场的活力。土壤修复产业即将迎来一个新的快速发展期。”他告诉记者，我国约有4200万亩轻度污染和2800万亩中度污染耕地，属于安全利用类。纵观国内外耕地修复，真正见效快而且一次修复效果能够持续数年的耕地修复技术其最低成本也在3~5万元/亩，而且视土壤类型和污染物种类而差异巨大。因此，仅安全利用类耕地修复一项，预计市场空间至少有2.1万亿元人民币。“此外，还有约2000万亩属于重度污染的严格管控类耕地，同样需要不同形式的处理和修复，相关市场空间应该大于前者。”

陈明说，按照最保守的估计，我国至少有污染场地50万个，修复成本为1000万元至数十亿元每个不等，估计平均修复成本约为5000万元，市场空间约为25万亿元。另外，我国有不同规模的污染矿山约6万座，绝大部分存在生态破坏和重金属污染问题，面积一般在数平方公里。由于其修复难度更甚于耕地和污染场地，如果都要进行修复的话，修复成本将是天文数字。

土壤污染积重难返，形成缓变型地球化学灾害

以往数十年的粗犷式经济发展，大量的污染物快速进入水土系统，使某些地方的土壤成为最肮脏、形成机理最复杂、修复难度最大的环境介质。

陈明告诉记者，人类自青铜时代就向自然界投放各种化学物质。尤其是工业革命以来，人类在采掘自然资源、进行物质生产、创造物质文明的同时，也大量向自然界排放各种废弃物和有毒有害物质；现代化的农业使大量的农药、化肥残留在土壤中。

尽管土壤系统也具有一定的环境容量和自净功能，即土壤可以容纳少量的重金属或有机污染物，把它们转化成活性较差的形态，如果缓慢加入可能不至于造成严重的生态危害，但环境容量是有限的，自净能力也是有限的，也需要时间去“消化”。如果外部的污染物长期不断地加入进土壤系统，或者加入的速度太快，就会使有害物质的累积量超越了土壤承受能力限度，则土壤的理化性质就会发生剧烈变化，甚至此前积累的、相对稳定形态的污染物会重新被活化、二次释放而容易被各种植物吸收，并进一步导致对生态系统乃至人体健康带来严重的和不可逆转的灾害性后果。这种情况在1978年被欧洲科学家定义为“化学定时炸弹”。

中国科学院院士谢学锦先生首先将“化学定时炸弹”的概念引入中国，引燃了国内土壤和沉积物中污染物的非线性积累与释放的研究热潮。从2001年开始，在谢学锦等的建议下，国内将“化学定时炸弹”的研究转向更具科学内涵的“缓变型地球化学灾害”研究。

2002年，陈明作为项目或课题负责人承担了国土资源部“十五”规划项目和国家“973”课题，开始研究缓变型地球化学灾害爆发过程和机理，认为重金属的缓变型地球化学灾害主要体现在污染物的不同存在形态之间的相互转化上，并定义了其中了两个重要概念——“污染物可释放总量”和“活动形态的总浓度”。也就是说，土壤中绝大多数污染物都存在不同的形态，有的形态可以溶于水，直接被动物、植物吸收，有的则在常温常压下是稳定的，不溶于水，也不会直接被动物植物吸收。例如：土壤中的铬可以以铬尖晶石形式存在，在常温常压下极为稳定，即使是在现代冶炼条件下也不容易释放出来。“因此土壤修复重点考虑的不是污染物的总量，而是如何遏制或消除土壤中‘可释放’的活动形态的污染物。”

2004年，陈明在执行科技部重点国际合作项目“大型城市水土环境污染机理与综合修复技术研究”中，研究了硫化钠/硫代硫酸钠作为稳定化剂的可能性及其缺陷，并基于缓变型地球化学灾害理论提出了用炭石灰进行重金属污染土壤修复的思路，取得了较好的修复效果。

2012年，陈明又承担了“海西经济区缓变型地球化学灾害研究”课题，带领团队探索了汞元素缓变型地球化学灾害链的组成与阻断途径，将天然矿物与纳米材料结合起来，研发了一种新型汞稳定化剂，可使汞元素超标土壤中的活动态汞下降65%以上，敏感作物空心菜中汞含量下降75~90%。

“如今，国土资源部已形成一系列具有地学特色的理论研究成果和土壤修复技术。其中，理论研究成果主要体现在缓变型地球化学灾害和地球化学工程学两方面，在技术上则研发了以地球化学工程技术为核心的若干种土壤修复剂及重金属污染土壤的电动修复技术。”陈明介绍说。

地球化学服务农业，揭秘农作物与土壤的关系

国内最早的区域性土壤地球化学质量调查工作试点是上世纪80年代中期，由浙江省区域地质调查大队实施。1988年，刚从长春地院毕业后被分配到浙江物探队刚刚一年的陈明又承担了“浙江省厚层覆盖区地球化学扫面设计”。在工作中，陈明了解到土壤地球化学质量与农产品的产量和质量密切相关，一个有趣的现象深深吸引了当事仅有22岁的他：浙江黄岩地区有些地方的蜜桔外表鲜亮，而某些地方的蜜桔则外皮变皱、口感发酸？

调查发现，优良的柑桔主要产于海拔200米以下的侏罗纪火山岩残积层发育区和滨海平原区，由于这类地区土层厚、通透性好、土壤养分丰富；而有些地方柑橘产量、品质下降，是因为土壤某些元素养分因长期种植流失严重。陈明记得很清楚，在一块柑橘种植区发现了一个奇怪的现象，在大部分柑橘树失绿、果实变差的同时，却有个别树未受影响，而这些树都被农民钉上了铁钉挂东西。这与土壤化学调查结论不谋而合：这里的土壤中缺铁，而铁钉生锈后恰恰增加了植物对铁元素的吸收。据说后来农民得知这个结论后，就在其他树根上也钉上了铁钉子，蜜桔就又恢复了之前的圆滚滚，味道也变得更甜了。

陈明告诉记者，其实古人很早就对“农作物种类品质与土壤密切相关”有所认识。距今2500年前的《晏子春秋》中曾记载了这样一段：“橘生淮南则为橘，生于淮北则为枳，叶徒相似，其实味不同。所以然者何？水土异也。”而现代科学尤其是地质科学完全可以从地球化学的角度，更为详细地解答农业地质背景与农作物的关系。

1989年，陈明回到长春地院读研究生。1990年，他代表长春地院参加了由原地矿部国家地质试验测试中心承担、李家熙负责的国家“八五”攻关项目——《区域地球化学在农业和生命科学上的应用研究》，通过生命元素在岩石、水、土、食物直至人体迁移循环过程中不同介质内的含量及其分布特征，将岩石圈一生物圈一水圈系列中的主要环节有机地连结起来，总结和概括出区域性环境地球化学背景，研究影响生态环境的主要因素和相关因素，揭示生态环境现实状况，对地球化学环境作出客观评价，建立合理的区划，以达到治理环境、促进工农业生产和提高人们健康水平的目的。“正是这个项目，改变了我的人生轨迹。”陈明说。后来，陈明还参与了针对吉林人参、河北水蜜桃等特色农产品的区域土壤地球化学背景研究，与同事们共同揭示了地域土壤组成的“化学秘密”，为当地农作物种植区划分、品质提升提出了一些建议，可惜的是，这些地质科研项目的成果并没有得到推广和应用。

修复重金属土壤，国土资源行业要重拳出击

国内外对土壤重金属污染的治理主要从两方面入手：一是活化手段，即增加重金属的溶解性和迁移性，通过土壤淋洗和植物萃取等手段把土壤固相中的重金属快速转移出土壤。二是钝化手段，即改变重金属在土壤中的存在形态，通过降低重金属的生物有效性，从而降低农作物对重金属的吸收量，降低污染风险。从农业生产的角度看，钝化手段比较符合现阶段我国农业的发展水平，经济可靠且易于农民掌握，有利于大面积推广。

“地球化学工程学原理是应用地球化学知识，通过人工制造的某些地球化学作用或利用地球化学原理制造的产品实现环境污染治理与管理的途径、方法和技术。”陈明告诉记者，在这一思路下，地质科学工作者提出了稳定化、净化和适宜化3种土壤修复思路。稳定化就是把不稳定的有害组分固定住，使其失去生物有效性；净化就是把高含量的有害组分去除掉或充分降低；适宜化就是在某些情况下把一些有益元素加入到特定的系统中去。

陈明告诉记者，与传统物理、化学和生物技术相比，采用地球化学工程技术治理重金属污染，具有廉价、高效、管理简单、无二次污染的特点。其中，利用黏土矿物或通过改性来生产地球化学处理剂，原料来源广泛、价格低廉，不会对环境造成二次污染，非常适用于重金属污染土壤的修复工程。

据他介绍，近些年，国土资源部利用地球化学工程技术，在重金属污染土壤修复等方面积累了大量技术经验，形成了多个示范性工程。如：国家地质实验测试中心在安徽铜陵尾矿坝的重金属污染土壤修复示范区，选用若干种黏土矿物，结合一定的环境条件控制技术，使重金属元素超标土壤中种植的蔬菜的重金属元素含量达到《食品中污染物限量标准》。该研究成果已经成功用于德兴铅锌矿冶炼厂重金属污染山体的修复，使寸草不生的酸化和多金属污染土壤恢复种植功能，山体复绿。再比如：将含磷矿物用于土壤重金属污染原位修复，使重金属元素有效态转化为稳定的形态，降低其有效性和生物可利用性；采用地球化学工程—生物土壤修复技术，有效降低重金属高污染区人体暴露的风险。

近几年，陈明带领的资源所土壤修复科研团队利用不同天然矿物材料对重金属的专属吸附性，研发3种高效土壤重金属稳定化剂专利技术，可将重金属禁锢在土壤微粒中，不易被氧化、分解和重溶，从而使得修复效果具有长期稳定性。测试表明，新型修复剂可降低65%以上的土壤活动态重金属，并降低70%~95%的农产品中的重金属。

针对大城市高地价区的场地污染修复，陈明团队还研究了一种重金属提取技术——具有地学特色的“原地异位”的EK-SS电动修复技术。该技术用电动力模拟多期次脉动热液成矿作用过程，利用重金属捕获器可以将高浓度重污染土壤、重金属污染固体废弃物甚至矿石在48~72小时内将土壤中重金属去除60%~90%。

“任何一种土壤修复技术都不是万能的，因为我国各地土壤特性不同、气候条件各异，污染物种类、浓度以及活动态、非活动态都不一样，而且土地的用途各不相同，如城市的场地修复可以下猛药，耕地修复就必须高标准严要求，以保证土壤的微生物种群、营养物质、分层结构都不破坏，而矿山修复更为复杂。所以，我认为在实际进行土壤修复时，必须做到因土而异、订制施治，这样才能像老中医一样，做到一人一方，才能做到药到病除。特别是耕地修复，由于土壤类型、自然地理条件、污染物种类及其组合、污染物含量范围等因素错综复杂的交叉，实际上不存在‘一药治百病’的‘仙方’。”陈明强调。

值得关注的是，目前的《土壤污染防治法》主要关注了场地污染和耕地污染，而对矿山这个重金属污染的源头的关注比较少。陈明认为，过去由于中国地质科学院定位于社会公益型研究基础，主要从事基础性、公益性研究工作，很在在应用性的土壤修复技术研究方面获得国家和部门项目资助，这是非常可惜的。在当前“万众创新”的大形势下，这样的局面有望被打破，国土资源部门数十年积累的地质、地球化学基础研究成果有望在土壤修复领域发扬光大。对于矿山环境修复，国土资源部门的科技工作者应有“舍我其谁”的担当。

记者离开时，陈明表达了自己的一个愿望：“当前党中央、国务院高度重视土壤环境保护工作。作为具有深厚基础、长期经验和技术优势的国土资源部门，理应加大对相关理论研究和技术研发的支持，针对国家对矿山土壤环境修复的迫切需求，快速形成实用性强的土壤修复创新成果，为国家解决土壤污染难题和生态文明建设作出应有的贡献。”