重庆溶溪锰矿区重金属污染特征及植物修复强化措施研究

发布时间：2017-06-26 17:15

  本文关键词：重庆溶溪锰矿区重金属污染特征及植物修复强化措施研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：矿产资源的开发利用在国民经济和社会发展中起着重要作用。但是,在矿产的开采、加工过程中,由于技术和设备落后、管理不善等原因造成的“三废”任意排放,尤其是采矿过程中形成的尾矿堆积,对生态环境的破坏非常严重。重金属污染是尾矿堆积中普遍存在且最为严重的环境问题之一,尾矿中含量过高的重金属对植物的生长发育有抑制和毒害作用,使植物在自然条件下生长受阻甚至无法定居,而且大量的重金属和其他有毒有害物质,会通过大气、水体等途径广泛扩散,严重污染矿山周边地区,导致作物质量下降,农田严重减产或失收,同时,重金属还会通过食物链在生物体内蓄积,危害人体健康。 本研究以秀山县溶溪锰矿区为研究对象,采取野外采样、室内分析与盆栽试验相结合的方法,对小茶园、高楼村、沙田湾、喻河湾和千指门等5个典型区域的尾矿渣堆积区土壤和植物,以及周围农田土壤、蔬菜中的重金属(Mn、Cd、Cu、 Zn和Pb)污染状况进行调查、分析和评价,并分析尾矿渣上自然定居的主要优势植物的重金属富集特征,然后用锰超富集植物垂序商陆对尾矿堆积区土壤进行修复并就一些强化措施进行了探讨,以期为该锰矿尾渣堆积区的生态恢复和植被重建提供科学依据。主要结果如下： (1)对溶溪锰矿区土壤重金属含量的调查分析显示,5个典型尾渣堆积区土壤中Mn、Cd、Cu、Zn和Pb的平均含量分别为48382.5、3.91、79.97、131.23和80.68mg/kg,均分别高于全国和重庆市土壤背景值,其中Mn、Cd为该矿区土壤的主要污染元素。以重庆市土壤背景值为参比,地积累指数法表明锰矿尾渣堆积区土壤中Mn、Cd为极严重污染,Cu、Pb为轻-中污染,Zn基本没有造成污染；潜在生态危害指数显示除千指门为Mn轻微生态危害,其余四个堆积区(小茶园、高楼村、沙田湾、喻河湾)的Mn为强或很强的生态危害,Cd皆为极强的生态危害,生态危害指数均高于极强生态危害指数的临界值320,而Cu、Zn和Pb为轻微生态危害,其中Zn的危害程度最小。锰矿区周边农田土壤主要受到Cd污染,潜在生态危害指数表明,农田土壤中Cd为很强或极强的生态危害。蔬菜Mn、Cd、Pb污染严重,不宜食用。 (2)对溶溪锰矿区尾矿渣上自然定居的主要优势植物进行调查和采样,共采集了37个高等植物的样本,隶属24个科,其中菊科种类最多,有8个种。从植物的生活型来看,主要以1年生和多生年的草本植物为主。对矿区主要优势植物体内重金属含量的分析显示,绝大部分植物地上部Mn、Cd含量都超出正常范围的上限值,而Cu、Zn和Pb含量基本都在正常范围内；根据植物对重金属的吸收特征,可将植物分为三类：重金属主要累积于地上部分的富集型,如垂序商陆(Phytolacca americana L.)和酸模叶蓼(Polygonum lapathifolium Linn.),适用于重金属复合污染土壤的植物修复；重金属主要累积于根部的根部囤积型,如芒(Miscanthus sinensis Anderss.)和乌蕨(Stenoloma chusanum Ching);重金属含量较低的规避型,如黄花蒿(Artemisia annua L.)、长波叶山蚂蝗(Desmodium sequax Wall.)及钻形紫苑(Aster subulatus Michx.);后两种类型的植物可种植在重金属污染严重且使用价值相对较低的矿山废弃地上,同时规避型植物对于研究植物的重金属排斥机理具有重要价值。 (3)盆栽试验表明,向锰矿尾渣中添加20%土壤或20%污泥进行改良后,垂序商陆的生物量、株高和根长增加,尤其是污泥的添加,使得垂序商陆的生物量大幅增加。添加土或污泥进行基质改良后,垂序商陆各器官(根、茎、叶和籽实)中Mn、Cd、Cu、Zn和Pb等5种重金属含量基本上都降低了。但污泥的添加使得垂序商陆根部和地上部对Mn、Cd、Cu、Zn和Pb的积累量都增加显著,Mn整株积累量29.31mg/株,Cd、Cu、Zn和Pb积累量分别为17.58、154.22、537.25和133.72μg/株,相比对照,垂序商陆对这五种重金属的积累量增幅分别为39.0%、184.0%、250.4%、187.2%和188.9%。而添加20%土后,除Pb略增以外,垂序商陆整株对Mn、Cd、Cu、Zn勺积累量却比改良前有所降低。 (4)以80%锰矿尾渣+20%污泥作为基质,分别施入螯合剂柠檬酸、EDTA和NTA后,垂序商陆没有出现任何毒害症状,并且其地上部干重有所增加。垂序商陆体内重金属(Mn、Cd、Cu和Zn)含量皆在叶片中最高。EDTA的施入有利于垂序商陆对Mn和Cd的积累,当浓度为5.0mmol/kg时,整株垂序商陆吸收Mn和Cd总量最大,分别为52.28mg和78.43μg,比对照分别增加了78.4%、90.8%；柠檬酸浓度为5.0(?)mmol/kg时,有利于垂序商陆对Mn、Cd、Cu和Zn的提取,浓度为7.5mmol/kg时有利于垂序商陆对Pb的提取。NTA的施入有利于垂序商陆根部对Mn、Cd、Cu和Pb的积累(尤其是Pb),同时也有利于地上部对Pb的积累。 (5)采用L9(34)正交试验研究了污泥(A)、磷肥(B)、pH值(C)和螯合剂EDTA (D)配施对垂序商陆吸收积累Mn和Cd的影响,结果表明,T9处理(A3B3C3D1,污泥20%+磷肥480mg/kg+熟石灰6g/kg+EDTA2.5mmol/kg)最有利于垂序商陆生物量的增加。pH值是影响垂序商陆吸收积累Mn的首要因素,占四个因子影响总和的46.51%,并且垂序商陆地上部对Mn的积累量与基质pH值呈显著负相关(r=-0.726,P=0.017),熟石灰的添加可以提高基质pH值,降低基质有效态Mn的含量,抑制垂序商陆对Mn的吸收和积累,而地上部对Cd的吸收积累受到多种因素的共同影响。T7(A1B3C1D3,污泥5%+磷肥480mg/kg+0.2mol/LH2SO4+EDTA7.5mmol/kg)处理下垂序商陆的地上部Mn积累量最高,达到了210.78mg/株,是对照处理的4.8倍,同时该处理也有利于地上部对Cd的积累,为39.67μg/株,是对照的2.2倍。T2(A2B1C1D1,污泥10%+磷肥120mg/kg+0.2mol/LH2SO4+EDTA2.5mmol/kg)处理下垂序商陆地上部对Cd的积累量最高(53.39μg/株),是对照处理的3.0倍,同时该处理下垂序商陆对Mn的积累量也较高,为149.04mg/株,是对照的3.4倍。
【关键词】：锰矿区 重金属 优势植物 强化 污泥 螯合剂
【学位授予单位】：西南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：X753
【目录】：

• 目录6-8
• 摘要8-11
• Abstract11-14
• 第1章 文献综述14-24
• 1.1 矿山废弃地的生态环境影响14-16
• 1.1.1 破坏景观,占用耕地面积14-15
• 1.1.2 对水、土壤和空气的污染15
• 1.1.3 对生物多样性的破坏15
• 1.1.4 诱发自然灾害15-16
• 1.2 矿山废弃地生态恢复的限制因素16
• 1.3 矿区废弃地的主要恢复技术16-18
• 1.3.1 物理化学修复16-17
• 1.3.2 生物修复17-18
• 1.4 植物修复技术分类18-19
• 1.4.1 植物挥发18
• 1.4.2 植物固定18-19
• 1.4.3 植物提取19
• 1.5 矿区废弃地植物修复技术的强化措施19-23
• 1.5.1 施肥20
• 1.5.2 农艺措施20-21
• 1.5.3 接种微生物21
• 1.5.4 植物修复剂21-23
• 1.6 矿区废弃地生态恢复的展望23-24
• 第2章 引言24-28
• 2.1 立题背景24
• 2.2 研究目标24
• 2.3 研究内容24-25
• 2.4 技术路线25-28
• 第3章 材料与方法28-34
• 3.1 研究区域概况28
• 3.2 试验材料28-29
• 3.2.1 供试植物28
• 3.2.2 供试基质28-29
• 3.2.3 供试试剂29
• 3.3 试验方法29-31
• 3.3.1 矿区土壤和植物重金属污染状况调查29
• 3.3.2 锰尾渣改良29-30
• 3.3.3 螯合剂的施加30
• 3.3.4 正交试验处理30-31
• 3.4 样品分析31
• 3.5 评价方法31-33
• 3.5.1 地积累指数法31-32
• 3.5.2 潜在生态危害指数法32
• 3.5.3 蔬菜评价法32-33
• 3.6 数据处理33-34
• 第4章 结果与讨论34-66
• 4.1 溶溪锰矿区土壤重金属污染评价34-40
• 4.1.1 溶溪锰矿区土壤重金属污染状况34-35
• 4.1.2 矿区土壤重金属污染评价35-38
• 4.1.3 农田土壤重金属污染状况调查38-39
• 4.1.4 蔬菜重金属污染状况调查39-40
• 4.2 溶溪锰矿区植物重金属吸收特征40-47
• 4.2.1 优势植物重金属含量41-45
• 4.2.2 优势植物体内重金属-的分布特征45-47
• 4.3 锰尾渣改良对垂序商陆修复效率的影响47-52
• 4.3.1 不同改良方式对垂序商陆生长的影响48-49
• 4.3.2 不同改良方式对垂序商陆富集重金属的影响49-50
• 4.3.3 不同改良方式对垂序商陆提取重金属的影响50-52
• 4.4 螯合剂对垂序商陆修复效率的影响52-60
• 4.4.1 螯合剂的添加对垂序商陆生长的影响52-53
• 4.4.2 螯合剂的添加对垂序商陆富集重金属的影响53-57
• 4.4.3 螯合剂的添加对垂序商陆提取重金属的影响57-60
• 4.5 正交试验处理对垂序商陆修复效率的影响60-66
• 4.5.1 不同处理对基质pH值和Mn、Cd有效态的影响61-62
• 4.5.2 不同处理对垂序商陆生长的影响62-63
• 4.5.3 不同处理对垂序商陆吸收Mn的影响63-64
• 4.5.4 不同处理对垂序商陆吸收Cd的影响64-66
• 第5章 结论与建议66-68
• 5.1 结论66-67
• 5.2 建议67-68
• 参考文献68-76
• 致谢76-78
• 发表论文与参与课题78

【参考文献】

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本文编号：486946