麻瘋樹復(fù)墾大寶山礦區(qū)及周邊多金屬酸性污染土壤的技術(shù)與機理研究.pdf

1、礦山開采產(chǎn)生大量的含硫廢棄物和尾礦，這些廢物經(jīng)過氧化產(chǎn)生硫酸，與礦物反應(yīng)溶出大量毒性金屬離子，影響礦區(qū)及周邊土壤質(zhì)量和作物品質(zhì)，嚴重威脅著人類身體健康和動物生命安全。植物復(fù)墾或穩(wěn)定技術(shù)被公認為修復(fù)金屬礦山高污染土壤的較好方法，它利用植物和土壤改良劑來固定土壤重余屬，減少污染物對周邊環(huán)境的污染，美化環(huán)境。理想中的植物復(fù)墾材料應(yīng)該能適應(yīng)礦山高污染的極端土壤環(huán)境如高濃度重金屬殘留、極端酸性、大量營養(yǎng)元素匱乏、土質(zhì)結(jié)構(gòu)差和干旱等，并產(chǎn)生經(jīng)濟效益

2、且不進入食物鏈。合理的土壤改良和合適的植物材料是成功修復(fù)礦區(qū)及周邊污染土壤的關(guān)鍵因素。 本研究以非食用性能源植物——麻瘋樹為植物修復(fù)材料，通過室內(nèi)盆栽試驗，研究單Cd、Pb及大寶山礦復(fù)合重金屬污染對麻瘋樹的生理生化指標的影響，以探討麻瘋樹對金屬耐性機制；同時通過土壤基質(zhì)改良和微生物強化，研究它們對麻瘋樹的生長、生理指標、重金屬積累、分布和耐性以及土壤酶活性及土壤金屬化學(xué)形態(tài)的影響，探索麻瘋樹生長的抑制因素并優(yōu)化其生長條件，并進行

3、田間工程示范，為進一步開展大寶山礦區(qū)及周邊多金屬污染土壤的治理、植物復(fù)墾及其田間示范提供理論依據(jù)和實踐經(jīng)驗。主要結(jié)果如下： 1.土壤中Cd≥100 mg·kg-1和Pb≥800 mg·kg-1和礦山多金屬污染顯著降低了麻瘋樹生物量；麻瘋樹葉、莖和根中的重金屬含量隨Cd、Pb和礦山多金屬污染程度的增加而增加，其中根部重金屬含量明顯高于地上部。麻瘋樹葉中抗氧化酶活性(SOD、POD和CAT)和脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白、酸性巰基和

4、谷胱甘肽含量隨Cd、Pb和多金屬處理濃度的增加基本上呈增加趨勢，從而不同程度地緩解了單金屬或多金屬對麻瘋樹的毒害，提高了其對重金屬的耐性；另外，麻瘋樹能夠在低酸和礦山多金屬污染的環(huán)境中存活，是一種具有潛力的植物復(fù)墾材料。 2.增施石灰石和有機肥均能顯著提高礦山多金屬污染酸性土壤的pH值和降低金屬有效態(tài)含量，其中增施低劑量的改良劑就能顯著降低麻瘋樹體內(nèi)的金屬含量，促進其生長，0.25％和0.5％石灰石分別是低污土和高污土的合適劑量

5、，或2.5％有機肥是高污土的適宜劑量；大寶山礦酸性土壤中的復(fù)合重金屬毒性及由強酸引起的Al毒是抑制麻瘋樹生長的主要因子；多金屬活性被抑制后，麻瘋樹可以在pH≥3.78的礦山多金屬酸性污染土壤中良好定植。 3.石灰石、粉煤灰和白云石在室內(nèi)實驗中均顯著提高土壤pH、降低其金屬有效態(tài)含量、增加麻瘋樹葉綠素含量和提高其生物量；3種改良劑可同等程度地降低麻瘋樹體內(nèi)金屬濃度；也降低了麻瘋樹葉抗氧化酶活性(SOD、POD、CAT)、MDA、脯

6、氨酸、可溶性蛋白、可溶性糖、酸性SH及谷胱甘肽含量，這表明3種改良劑均有效地緩解了多金屬對麻瘋樹的毒害；綜合考慮，石灰石是麻瘋樹復(fù)墾礦山污染土壤的合適改良劑。 4.石灰石、粉煤灰和白云石改良在田間試驗中顯著降低了重金屬可交換態(tài)，使Cd、Pb和Zn主要向弱專性吸附態(tài)、鐵錳氧化態(tài)及有機合結(jié)態(tài)轉(zhuǎn)化，而Cu則向鐵錳氧化態(tài)及有機結(jié)合態(tài)轉(zhuǎn)化，但對重金屬殘渣態(tài)無影響；同時提高了土壤pH和降低金屬有效含量，并明顯增加了土壤中的過氧化氫酶、脲酶和

7、酸性磷酸酶活性；且土壤酶活性基本上與金屬有效態(tài)含量呈顯著負相關(guān)性；主成分析結(jié)果表明在多金屬礦山污染酸性土壤中，Al、Cu和Pb是影響土壤酶活性的主要因素，其中Al的貢獻最大。 5.石灰石、粉煤灰和白云石在田間試驗中基本上不同程度地降低麻瘋樹各部位金屬濃度(除莖材中Cu、Pb和Zn的含量外)，顯著地促進麻瘋樹生長和增加其生物量，且促生效果隨時間增加更顯著；麻瘋樹細根中金屬含量最高，且其累積金屬所占比例隨時間的增加而增加；改良增加莖

8、材累積重金屬(Cu、Pb和Zn)所占比例；同時也增加麻瘋樹對金屬的累積量，并隨處理時間的增加而增加；金屬主要儲存在麻瘋樹的莖材和根部。 6.從礦山多金屬污染土壤中所篩選出兩株伯克霍爾德菌屬菌Burkholderiasp.YNM和Burkholderia sp.DBM都具有溶解磷酸鹽、分泌鐵載體、產(chǎn)生吲哚乙酸以及利用ACC作為唯一氮源的特性。室內(nèi)接種Burkholderia sp.YNM和Burkholderia sp.DBM對土

9、壤中的重金屬無顯著活化或鈍化效果，增加了麻瘋樹對P的吸收及其葉綠素含量，從而使生物量分別增加了63.6％和37.1％。同時增加了麻瘋樹對重金屬的累積量和轉(zhuǎn)運。另外，它們顯著降低麻瘋樹葉中的POD活性，而Burkholderia sp.YNM顯著降低麻瘋樹葉片的MDA和脯氨酸含量，緩解了重金屬對麻瘋樹的毒害?？傊?，接種伯克霍爾德菌屬菌有利于麻瘋樹在污染土壤中定植，但Burkholderia sp.YNM的促生效果好于Burkholderi

10、a sp.DBM。 7.Burkholderia sp.YNM和Burkholderia sp.DBM都增加了田間麻瘋樹的生物量；其中在石灰石改良的土壤中接種Burkholderia sp.YNM使麻瘋樹的生物量顯著增加了96.5％；促生效果呈現(xiàn)微生物<石灰石<石灰石+微生物的規(guī)律；接菌提高了土壤酶活性、降低麻瘋樹根部金屬的含量、增加麻瘋樹葉綠素含量和提高植物體內(nèi)礦物元素含量(Ca、Mg和Na)。總之，石灰石改良和接種Burkh