沉陷地復墾基質(zhì)效應(yīng)與重金屬元素的植物修復研究.pdf

1、沉陷地是我國主要的退化土地之一,目前采用的復墾方式多為充填覆土,表層覆土的缺乏是制約當前土地復墾工作的主要問題。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)量二級標準,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?；|(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)量二級標準值,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。有多種植物的重金屬含量超過了相應(yīng)的國家標準,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能力的指標體系和“超富集植物”的概念。以對植物重金屬元素的植物修復實際效果為出發(fā)點,提出了評價重金屬元素的植物修復能力的指標,如吸收模量、修復年限、相對修復年限和相對修復指數(shù)等,建立了以相對修復年限為核心的評價體系,并擬定了評價標準。以相對修復年限為評價指標定義相對修復年限為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效果的理想指標。 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”的相對修復年限評價標準的0-10年和“富集植物”的10-50年,小白菜、油菜和甘藍對基質(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)