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(jī)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(yán)重威脅著人類身體健康和動(dòng)物生命安全。植物復(fù)墾或穩(wěn)定技術(shù)被公認(rèn)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(duì)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(yíng)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(jì)效益

2、且不進(jìn)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(yàn)，研究單Cd、Pb及大寶山礦復(fù)合重金屬污染對(duì)麻瘋樹的生理生化指標(biāo)的影響，以探討麻瘋樹對(duì)金屬耐性機(jī)制；同時(shí)通過土壤基質(zhì)改良和微生物強(qiáng)化，研究它們對(duì)麻瘋樹的生長(zhǎng)、生理指標(biāo)、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(zhǎng)的抑制因素并優(yōu)化其生長(zhǎng)條件，并進(jìn)行

3、田間工程示范，為進(jìn)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(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。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(shì)，從而不同程度地緩解了單金屬或多金屬對(duì)麻瘋樹的毒害，提高了其對(duì)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(jī)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(jìn)其生長(zhǎng)，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(jī)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(qiáng)酸引起的Al毒是抑制麻瘋樹生長(zhǎng)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(shí)驗(yàn)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(duì)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(yàn)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(jī)合結(jié)態(tài)轉(zhuǎn)化，而Cu則向鐵錳氧化態(tài)及有機(jī)結(jié)合態(tài)轉(zhuǎn)化，但對(duì)重金屬殘?jiān)鼞B(tài)無影響；同時(shí)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(fù)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(xiàn)最大。 5.石灰石、粉煤灰和白云石在田間試驗(yàn)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(jìn)麻瘋樹生長(zhǎng)和增加其生物量，且促生效果隨時(shí)間增加更顯著；麻瘋樹細(xì)根中金屬含量最高，且其累積金屬所占比例隨時(shí)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(shí)也增加麻瘋樹對(duì)金屬的累積量，并隨處理時(shí)間的增加而增加；金屬主要儲(chǔ)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(duì)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(duì)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(shí)增加了麻瘋樹對(duì)重金屬的累積量和轉(zhuǎn)運(yùn)。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(duì)麻瘋樹的毒害。總之，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)?？傊沂牧己徒臃NBurkh