重慶溶溪錳礦區(qū)重金屬污染特征及植物修復(fù)強(qiáng)化措施研究.pdf

1、礦產(chǎn)資源的開發(fā)利用在國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中起著重要作用。但是，在礦產(chǎn)的開采、加工過程中，由于技術(shù)和設(shè)備落后、管理不善等原因造成的“三廢”任意排放，尤其是采礦過程中形成的尾礦堆積，對生態(tài)環(huán)境的破壞非常嚴(yán)重。重金屬污染是尾礦堆積中普遍存在且最為嚴(yán)重的環(huán)境問題之一，尾礦中含量過高的重金屬對植物的生長發(fā)育有抑制和毒害作用，使植物在自然條件下生長受阻甚至無法定居，而且大量的重金屬和其他有毒有害物質(zhì)，會(huì)通過大氣、水體等途徑廣泛擴(kuò)散，嚴(yán)重污染礦山周邊地

2、區(qū)，導(dǎo)致作物質(zhì)量下降，農(nóng)田嚴(yán)重減產(chǎn)或失收，同時(shí)，重金屬還會(huì)通過食物鏈在生物體內(nèi)蓄積，危害人體健康。
　　 本研究以秀山縣溶溪錳礦區(qū)為研究對象，采取野外采樣、室內(nèi)分析與盆栽試驗(yàn)相結(jié)合的方法，對小茶園、高樓村、沙田灣、喻河灣和千指門等5個(gè)典型區(qū)域的尾礦渣堆積區(qū)土壤和植物，以及周圍農(nóng)田土壤、蔬菜中的重金屬(Mn、Cd、Cu、Zn和Pb)污染狀況進(jìn)行調(diào)查、分析和評價(jià)，并分析尾礦渣上自然定居的主要優(yōu)勢植物的重金屬富集特征，然后用錳超富集植

3、物垂序商陸對尾礦堆積區(qū)土壤進(jìn)行修復(fù)并就一些強(qiáng)化措施進(jìn)行了探討，以期為該錳礦尾渣堆積區(qū)的生態(tài)恢復(fù)和植被重建提供科學(xué)依據(jù)。主要結(jié)果如下:
　　 (1)對溶溪錳礦區(qū)土壤重金屬含量的調(diào)查分析顯示，5個(gè)典型尾渣堆積區(qū)土壤中Mn、Cd、Cu、Zn和Pb的平均含量分別為48382.5、3.91、79.97、131.23和80.68mg/kg，均分別高于全國和重慶市土壤背景值，其中Mn、Cd為該礦區(qū)土壤的主要污染元素。以重慶市土壤背景值為參比，

4、地積累指數(shù)法表明錳礦尾渣堆積區(qū)土壤中Mn、Cd為極嚴(yán)重污染，Cu、Pb為輕-中污染，Zn基本沒有造成污染;潛在生態(tài)危害指數(shù)顯示除千指門為Mn輕微生態(tài)危害，其余四個(gè)堆積區(qū)（小茶園、高樓村、沙田灣、喻河灣）的Mn為強(qiáng)或很強(qiáng)的生態(tài)危害，Cd皆為極強(qiáng)的生態(tài)危害，生態(tài)危害指數(shù)均高于極強(qiáng)生態(tài)危害指數(shù)的臨界值320，而Cu、Zn和Pb為輕微生態(tài)危害，其中Zn的危害程度最小。錳礦區(qū)周邊農(nóng)田土壤主要受到Cd污染，潛在生態(tài)危害指數(shù)表明，農(nóng)田土壤中Cd為很強(qiáng)

5、或極強(qiáng)的生態(tài)危害。蔬菜Mn、Cd、Pb污染嚴(yán)重，不宜食用。
　　 (2)對溶溪錳礦區(qū)尾礦渣上自然定居的主要優(yōu)勢植物進(jìn)行調(diào)查和采樣，共采集了37個(gè)高等植物的樣本，隸屬24個(gè)科，其中菊科種類最多，有8個(gè)種。從植物的生活型來看，主要以1年生和多生年的草本植物為主。對礦區(qū)主要優(yōu)勢植物體內(nèi)重金屬含量的分析顯示，絕大部分植物地上部Mn、Cd含量都超出正常范圍的上限值，而Cu、Zn和Pb含量基本都在正常范圍內(nèi);根據(jù)植物對重金屬的吸收特征，可將

6、植物分為三類:重金屬主要累積于地上部分的富集型，如垂序商陸(Phytolacca americanaL.)和酸模葉蓼（Polygonum lapathifolium Linn.），適用于重金屬復(fù)合污染土壤的植物修復(fù);重金屬主要累積于根部的根部囤積型，如芒（Miscanthus sinensis Anderss.）和烏蕨（Stenoloma chusanum Ching）;重金屬含量較低的規(guī)避型，如黃花蒿（Artemisia annuaL

7、.）、長波葉山螞蝗（Desmodium sequax Wall）及鉆形紫苑(Aster subulatus Michx.);后兩種類型的植物可種植在重金屬污染嚴(yán)重且使用價(jià)值相對較低的礦山廢棄地上，同時(shí)規(guī)避型植物對于研究植物的重金屬排斥機(jī)理具有重要價(jià)值。
　　 (3)盆栽試驗(yàn)表明，向錳礦尾渣中添加20％土壤或20％污泥進(jìn)行改良后，垂序商陸的生物量、株高和根長增加，尤其是污泥的添加，使得垂序商陸的生物量大幅增加。添加土或污泥進(jìn)行基質(zhì)

8、改良后，垂序商陸各器官（根、莖、葉和籽實(shí)）中Mn、Cd、Cu、Zn和Pb等5種重金屬含量基本上都降低了。但污泥的添加使得垂序商陸根部和地上部對Mn、Cd、Cu、Zn和Pb的積累量都增加顯著，Mn整株積累量29.31mg/株，Cd、Cu、Zn和Pb積累量分別為17.58、154.22、537.25和133.72μg/株，相比對照，垂序商陸對這五種重金屬的積累量增幅分別為39.0％、184.0％、250.4％、187.2％和188.9％。而

9、添加20％土后，除Pb略增以外，垂序商陸整株對Mn、Cd、Cu、Zn的積累量卻比改良前有所降低。
　　 (4)以80％錳礦尾渣+20％污泥作為基質(zhì)，分別施入螯合劑檸檬酸、EDTA和NTA后，垂序商陸沒有出現(xiàn)任何毒害癥狀，并且其地上部干重有所增加。垂序商陸體內(nèi)重金屬（Mn、Cd、Cu和Zn）含量皆在葉片中最高。EDTA的施入有利于垂序商陸對Mn和Cd的積累，當(dāng)濃度為5.0mmol/kg時(shí)，整株垂序商陸吸收Mn和Cd總量最大，分別為

10、52.28mg和78.43μg，比對照分別增加了78.4％、90.8％;檸檬酸濃度為5.0mmol/kg時(shí)，有利于垂序商陸對Mn、Cd、Cu和Zn的提取，濃度為7.5mmol/kg時(shí)有利于垂序商陸對Pb的提取。NTA的施入有利于垂序商陸根部對Mn、Cd、Cu和Pb的積累（尤其是Pb），同時(shí)也有利于地上部對Pb的積累。
　　 (5)采用L9(34)正交試驗(yàn)研究了污泥(A)、磷肥(B)、pH值(C)和螯合劑EDTA(D)配施對垂序商

11、陸吸收積累Mn和Cd的影響，結(jié)果表明，T9處理（A3B3C3D1，污泥20％+磷肥480mg/kg+熟石灰6g/kg+EDTA2.5mmol/kg）最有利于垂序商陸生物量的增加。pH值是影響垂序商陸吸收積累Mn的首要因素，占四個(gè)因子影響總和的46.51％，并且垂序商陸地上部對Mn的積累量與基質(zhì)pH值呈顯著負(fù)相關(guān)（r=-0.726，P=0.017），熟石灰的添加可以提高基質(zhì)pH值，降低基質(zhì)有效態(tài)Mn的含量，抑制垂序商陸對Mn的吸收和積累，

12、而地上部對Cd的吸收積累受到多種因素的共同影響。T7(A1B3C1D3，污泥5％+磷肥480mg/kg+0.2mol/LH2SO4+EDTA7.5mmol/kg)處理下垂序商陸的地上部Mn積累量最高，達(dá)到了210.78mg/株，是對照處理的4.8倍，同時(shí)該處理也有利于地上部對Cd的積累，為39.67μg/株，是對照的2.2倍。T2(A2B1C1D1，污泥10％+磷肥120mg/kg+0.2mol/LH2SO4+EDTA2.5mmol/k