沉陷地復(fù)墾基質(zhì)效應(yīng)與重金屬元素的植物修復(fù)研究.pdf

1、沉陷地是我國主要的退化土地之一,目前采用的復(fù)墾方式多為充填覆土,表層覆土的缺乏是制約當(dāng)前土地復(fù)墾工作的主要問題。另外,大量固體廢棄物的產(chǎn)生出來也導(dǎo)致了很多環(huán)境問題。因此,提出了利用固體廢棄物構(gòu)造土地復(fù)墾基質(zhì)的思想,并把粉煤灰分別按一定比例與酒糟、糠醛渣、污泥等混合成復(fù)墾基質(zhì)進行了試驗研究。前期研究結(jié)果顯示基質(zhì)中重金屬含量較高,特別是鎘(Cd)的含量超過了國家土壤環(huán)境質(zhì)量二級標(biāo)準(zhǔn),必須采取措施降低基質(zhì)中的重金屬鎘(Cd)的含量,又設(shè)計了降

2、低重金屬鎘(Cd)含量的植物修復(fù)試驗。采用盆栽試驗的方法,先后對六種不同基質(zhì)進行了研究,提出了評價植物對基質(zhì)中重金屬元素吸收能力的指標(biāo)體系,探討了“超富集植物”的概念。本研究對節(jié)土造田、增加耕地面積、改善沉陷地周邊環(huán)境、實現(xiàn)固體廢棄物的資源化利用、促進資源-環(huán)境-社會經(jīng)濟的協(xié)調(diào)發(fā)展都具有積極的現(xiàn)實意義,同時也為重金屬元素的植物修復(fù)研究和“超富集植物”的篩選和培育提供了新的思路和理論依據(jù)。論文的主要成果和結(jié)論如下： 1)通過對基

3、質(zhì)理化性質(zhì)和植物生長情況的試驗,獲得糠醛渣、污泥、酒糟三種有機固體廢棄物分別與粉煤灰混合構(gòu)造土地復(fù)墾基質(zhì)的適宜比例為5-20％。 2)經(jīng)過六年的植物種植試驗,基質(zhì)理化性質(zhì)得到了明顯改善。基質(zhì)疏松,孔隙率大,通氣性好,田間持水量呈逐年增加趨勢,容重均低于土壤對照；各基質(zhì)pH值基本維持在中性范圍；有機質(zhì)和速效氮、磷、鉀含量配置初期遠(yuǎn)高于對照,雖然由于植物吸收和淋洗有所降低,但是仍維持在較高水平；基質(zhì)配置初期鹽分含量較高,經(jīng)過一段時

4、間的淋洗后,均降至2 g·kg-1以下；各基質(zhì)重金屬元素含量均高于土壤對照,且隨著種植年限的增長而降低,除鎘(Cd)外,均低于土壤環(huán)境質(zhì)量二級標(biāo)準(zhǔn)值,因此要使基質(zhì)能安全地用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn),應(yīng)采取措施降低鎘(Cd)的含量。 3)建立了基質(zhì)質(zhì)量綜合評價模型,并對三種基質(zhì)質(zhì)量進行了評價,結(jié)果與基質(zhì)中植物生長情況相吻合,說明模型與實際相符合。 4)各植物在基質(zhì)1、2、3中的出苗率普遍高于對照,而且隨著種植年限的延長,出苗率有提高

5、的趨勢。在基質(zhì)中種植的植物,初期長勢普遍低于土壤對照,隨著基質(zhì)不斷熟化,植物均超過土壤對照。從葉綠素含量來看,除了初期有一定不良影響外,總體上與土壤相當(dāng)。有多種植物的重金屬含量超過了相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn),因此在基質(zhì)上種植植物時,盡量選擇非食用性植物品種,即使種植了蔬菜和牧草等植物,也不應(yīng)將收獲后的產(chǎn)品供人類食用或用于畜牧生產(chǎn),以免危害人體健康。 5)建立和研究了復(fù)墾基質(zhì)先鋒植物的適宜性評價模型,結(jié)果表明,不同基質(zhì)中適宜的先鋒植物分別

6、如下：基質(zhì)1為苜蓿,基質(zhì)2為檜柏、棉花和高羊茅,基質(zhì)3為檜柏、早熟禾、高羊茅、棉花和苜蓿。 6)探討了評價重金屬元素植物修復(fù)能力的指標(biāo)體系和“超富集植物”的概念。以對植物重金屬元素的植物修復(fù)實際效果為出發(fā)點,提出了評價重金屬元素的植物修復(fù)能力的指標(biāo),如吸收模量、修復(fù)年限、相對修復(fù)年限和相對修復(fù)指數(shù)等,建立了以相對修復(fù)年限為核心的評價體系,并擬定了評價標(biāo)準(zhǔn)。以相對修復(fù)年限為評價指標(biāo)定義相對修復(fù)年限為0-10年的植物為“超富集植物

7、”,10-50年的植物為“富集植物”。 7)在由不同廢棄物按一定的比例混合配制的六種土地復(fù)墾基質(zhì)上,系統(tǒng)地研究了幾種植物對重金屬鎘(Cd)的吸收和富集情況,結(jié)果表明,相對修復(fù)年限既適用于不同植物對同一種重金屬元素的吸收能力的評價,又適用于同一植物對不同重金屬元素的吸收能力的評價,是衡量重金屬元素植物修復(fù)效果的理想指標(biāo)。 8)從不同植物對同一基質(zhì)重金屬鎘(Cd)的吸收和富集能力看,不論是經(jīng)過多年種植的基質(zhì),還是第一次種

8、植的基質(zhì),小白菜和油菜都是相對理想的植物；而黑麥草、高羊茅和苜蓿的吸收效果并不理想。從同一種植物對不同基質(zhì)中重金屬鎘(Cd)的吸收和富集能力看,對基質(zhì)1、基質(zhì)2和基質(zhì)3來講,小白菜、油菜和甘藍(lán)更適用于在由粉煤灰與酒糟混合配制的基質(zhì)3、而黑麥草和高羊茅則較適用于由粉煤灰與糠醛渣混合配制的基質(zhì)1;對基質(zhì)I、基質(zhì)II和基質(zhì)Ⅲ來講,由于構(gòu)成基質(zhì)的糠醛渣、污泥和酒糟的理化性質(zhì)和化學(xué)成分的差異,植物的適宜程度并未出現(xiàn)一致的規(guī)律性。 9)根

9、據(jù)“超富集植物”的相對修復(fù)年限評價標(biāo)準(zhǔn)的0-10年和“富集植物”的10-50年,小白菜、油菜和甘藍(lán)對基質(zhì)1、基質(zhì)2和基質(zhì)3是比較理想的“富集植物”,對基質(zhì)I、基質(zhì)II和基質(zhì)Ⅲ,只有小白菜完全表現(xiàn)出這種特征,所以,植物對重金屬的“超富集”和“富集”特征是相對的,應(yīng)當(dāng)指明在什么條件下才有意義。 10)如果考慮到植物吸收和重金屬淋溶兩方面的作用,在種植適宜植物的情況下,基質(zhì)中重金屬鎘(Cd)的含量會在10-15年間降至國家土壤環(huán)境質(zhì)