木本植物修復(fù)煤礦復(fù)墾區(qū)重金屬遷移規(guī)律研究.pdf

1、植物修復(fù)是近年來發(fā)展起來的土壤重金屬污染整治的重要手段之一，受到國內(nèi)外眾多學(xué)者的關(guān)注。本文基于淮南煤礦復(fù)墾區(qū)的復(fù)墾特點(diǎn)，選取大通生態(tài)濕地(Datong ecological wetland，DTEW)、潘一礦復(fù)墾區(qū)(Panyi mine reclamation area,PYRA)和新莊孜礦復(fù)墾區(qū)(Xinzhuangzi mine reclamation are，XZRA)為研究對象，分析研究了復(fù)墾區(qū)土壤重金屬污染特點(diǎn)，表明復(fù)墾區(qū)土壤受

2、到重金屬元素的不同程度污染，其中Cd是復(fù)墾區(qū)土壤重金屬污染最主要的誘發(fā)因子。在此基礎(chǔ)上，篩選不同樹種的木本植物，通過趨勢模擬與數(shù)學(xué)建模，探尋重金屬在煤矸石—土壤—木本植物系統(tǒng)中的遷移規(guī)律。
　　(1)通過不同復(fù)墾區(qū)內(nèi)同種木本植物對不同重金屬的吸收富集能力的研究，表明復(fù)墾類型的不同，同種植物發(fā)生了不同種群之間的差異和分化，形成了不同生態(tài)型，從而影響了同種木本植物對同種重金屬的吸收積累能力差異。
　　(2)根據(jù)不同復(fù)墾區(qū)內(nèi)不同時(shí)

3、間段采集的復(fù)墾煤矸石中的重金屬含量，通過趨勢分析，探尋煤矸石在覆土狀態(tài)下重金屬釋放規(guī)律。結(jié)果表明覆土狀態(tài)下煤矸石重金屬元素釋放規(guī)律遵循負(fù)指數(shù)方程，且以木本植物修復(fù)為主的復(fù)墾區(qū)內(nèi)煤矸石中重金屬釋放速率大于以草本植物修復(fù)為主的煤矸石中重金屬的釋放速率，證明了植物根系能夠加速復(fù)墾煤矸石中重金屬元素的釋放。
　　(3)通過覆土底層土壤中重金屬與復(fù)土厚度、pH、含水率、總孔度、有機(jī)質(zhì)、速效鉀、速效磷和CEC等影響因子的相關(guān)性分析，確定主要影

4、響因子，采用多元線性回歸，移除異常因子，建立了煤矸石—上層覆土界面之間不同重金屬遷移影響因子模型。
　　(4)根據(jù)木本植物根系吸收、富集土壤中重金屬的特點(diǎn)，提出了新的采樣布點(diǎn)方案，以探尋重金屬在土壤—根區(qū)系統(tǒng)中的遷移規(guī)律。結(jié)果表明:木本植物根系對重金屬吸收富集能力強(qiáng)，其遷移能力就較強(qiáng)，且遷移規(guī)律沿著根系遵循三次曲線模型;隨著根系對重金屬的吸收富集能力降低，其遷移能力也逐漸降低，且遷移規(guī)律沿著根系由三次曲線模型向直線模型趨勢過渡。同

5、時(shí)采用克里格方法，建立了具有植物富集特點(diǎn)的不同范圍內(nèi)不同剖面的克里格模型。并通過大量的土壤與木本植物中重金屬含量數(shù)據(jù)，采用趨勢擬合的方法，發(fā)現(xiàn)重金屬在根際土—根區(qū)，以及在木本植物系統(tǒng)的分布規(guī)律遵循三次曲線模型:y=a3x3+a2x2+a1x+a0。
　　(5)依據(jù)木本植物從復(fù)墾區(qū)土壤中吸收和富集重金屬的過程，結(jié)合重金屬在木本植物體內(nèi)的積累機(jī)理，細(xì)化木本植物的生理結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，運(yùn)用藥物動(dòng)力學(xué)的“房室模型”思想，建立了木本植物吸收、富集重

6、金屬的二室、三室數(shù)學(xué)模型，以及莖桿的時(shí)空模型，即:
　　二室模型:{x1(t)=A10+A1e-αt-B1e-βt]（由土壤進(jìn)入根系的速率為常數(shù)）;x2(t)=A20-A2e-αt-B2e-βt-C2e-(γ)t{x1(t)=M1e-k01t+N1e-αt+P1e-βt(土壤中重金屬含量為定值);x2(t)=M2e-k01t+N2e-αt+P2e-βt+Q2e-γt
　　三室模型:{(c)1(t)=M10-M1e-k12t-

7、N1e-αt-P1e-βt(c)2(t)=M20+M2e-αt-N2e-βt;(c)3(t)=M30-M3e-k32t-N3e-αt-P3e-βt
　　莖桿的時(shí)空模型:{(e)Cm/(e)t=kq▽2Cme(x,y,z,t)-→v·Cme(x,y,z,t)-Cme(x,y,z,t)▽·→v(e)Ctf/(e)t=kp▽2Ctf(x,y,z,t)-kc·Ctf(x,y,z,t)-krCtc(x,y,z,t)。(e)Ctc/(e)t=

8、kc·Ctf(x,y,z,t)-krCtc(x,y,z,t)→n(·)▽Cme|s=-→n(·)▽Ctc|s
　　(6)論文從采樣方法上，根據(jù)木本植物根系吸收、富集土壤中重金屬的特點(diǎn)，提出了一種確定土壤中重金屬遷移趨勢的方法和系統(tǒng)。并針對煤礦復(fù)墾區(qū)特點(diǎn)，系統(tǒng)、全面地探討了煤矸石—土壤—木本植物系統(tǒng)中的重金屬遷移規(guī)律，運(yùn)用藥物動(dòng)力學(xué)的思想，從理論上構(gòu)建了重金屬在木本植物系統(tǒng)的遷移模型，從而為定量研究重金屬在木本植物系統(tǒng)中的遷移、積累