襄汾尾矿溃坝区土壤环境质量状况评价及改良效果研究

发布时间：2020-11-12 13:16

　　 本研究以2008年9月8日发生在山西省襄汾县塔儿山矿区的铁矿尾矿溃坝事件影响区的土壤为对象,采用土壤调查分析、实验研究及相关分析相结合的研究方法,研究了溃坝物影响区土壤重金属及理化性质的含量及其评价,并针对其存在的问题,研究了不同措施对溃坝物影响区土壤的利用与改良效果。主要研究结果如下：(1)溃坝物覆盖区土壤金属Fe、Mn、Zn等元素的全量均显著高于未覆盖区,而Cr、Ni等元素的含量则显著低于未覆盖区。土壤Fe、Cu、等微量元素的有效态含量均表现为覆盖区高于未覆盖区,且达到了极显著差异水平。以国家土壤环境质量二级标准为依据进行的单因子污染指数法评价结果表明,研究区仅受到Cd、Cu元素的污染,分别有5.88%和2.94%的样点土壤中的Cd、Cu属于轻微污染；内梅罗综合污染指数评价结果表明,研究区尚清洁；Hakanson潜在生态危害指数法评价结果表明研究区属于低度生态风险。溃坝物影响区的土壤理化性质分析结果表明,田间持水量、速效磷、均表现为未覆盖区显著高于覆盖区；而土壤容重和紧实度则表现为覆盖区显著高于未覆盖区。养分缺乏及土壤物理性状恶化是溃坝影响区土壤的主要障碍因子。(2)溃坝物覆盖后形成的生土上施用磷、氮肥或灌水,都可不同程度地增加博落回的株高、地上生物量、茎粗、总根长、根系重、活性吸收面积及根系总吸收面积,提高其SOD和POD活性,降低MDA含量。单施氮肥的效果不如单施磷肥,缺水条件下施肥的效果不如进行供水处理,供水、施氮及施磷三者之间具有非常明显的加合效应。溃坝物覆盖后形成的生土地上博落回生物量形成的第一限制性因素是磷。博落回根际土壤酶活性及土壤微生物数量与其生长状况及根系的活性呈显著正相关关系,表明根际土壤脲酶和磷酸酶的活性主要是由发达的根系促进了根际微生物群落的迅速繁殖而提高。施用一定的肥料,尤其是磷肥及有机肥,不仅可以提高糜子产量,而且有利于土壤中微生物及土壤酶活性的提高。在施用钾肥的基础上施用磷、氮、氮磷、及单施有机肥均可以增加糜子的产量。磷的增产效果优于氮,而氮与磷配合的效果最佳。单施有机肥处理的糜子盆穗数并没有减少,甚至还略高于施用氮磷钾处理,但千粒重和穗粒数均明显低于氮磷钾处理,表明单施有机肥处理在前期生长及分蘖成穗过程中并没有受到影响,只是后期可能因缺肥而导致了穗粒数与千粒重有所下降,并最终使得糜子的产量有所降低。(3)种植草木樨、苜蓿及小冠花后,土壤0.5 m m水稳性团聚体的含量均在90%以上,表明种植三种豆科牧草后确实有利于提高土壤中团粒结构的数量,进而协调土壤的水、肥、气、热状况,改良土壤性质,提高土壤肥力。提高表层土壤有机质及全氮的效果依次为：小冠花苜蓿草木樨。土壤中速效磷含量在剖面上的垂直分布也与全氮及有机质的分布趋势一致,随着深度的增加有效磷的含量下降,但在前两层(表层和亚表层)下降的幅度很大,各处理土壤的速效磷含量在最上两层间均达到了显著差异水平,而从第三层(40-60cm)开始往下,土壤速效磷下降的幅度明显变小,这可能与磷在土壤中的移动性较小有关。在受到溃坝物覆盖后导致的轻度Cd污染情况下(Cd浓度为0.80mg/kg),种植的小飞蓬能够保持良好长势,并能将更多重金属积累在地上部。在轻度Cd污染基础上添加10mg/kg的Cd后,小飞蓬的生长受到抑制,但地上部和根系的Cd含量均明显增加。在供试的两种Cd污染情况下增施有机肥,均有利促进小飞蓬的生长,使得在植株Cd含量变化不显著的情况下,仍能明显增加土壤Cd的移出率。添加EDTA增加了小飞蓬体内的Cd含量,但植物的生物量受到了影响。(4)襄汾县塔儿山溃坝事件影响区主要的土壤问题有：一是由于上层覆盖了大量的溃坝物,导致土壤中养分缺乏,尤其是氮、磷养分缺乏。通过增施氮、磷肥或有机肥可以对其起到良好的改良效果,最好是在改种一些耐瘠的先锋植物如博落回、糜子等的基础上,增施氮、磷肥,不仅有利于作物“根土系统”向着熟化方向发展,而且可以在当季获得较好的收益。二是由于在救灾过程中受大型机械的碾压导致土壤的物理性状变差,如坚实度过大等,不利于植物的生长,尤其是根系的下扎,针对这一问题,可以通过深翻加大耕作厚度并增施有机肥或土壤结构改良剂等进行改良。三是因为溃坝物中有一定量的重金属,使得溃坝物覆盖区土壤中存在着一定的生态风险,但以国家规定的土壤环境质量二级标准进行衡量的结果表明,研究区仅属于低度的生态风险,仍可以继续用于农业生产。在低浓度Cd污染的襄汾塔山铁矿矿区,增施有机肥或添加EDTA均有利于提高小飞蓬对土壤中镉的去除效果。选取小飞蓬作为Cd的富集植物修复溃坝区Cd污染土壤,具有良好的应用前景。
【学位单位】：山西农业大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2015
【中图分类】：S156
【文章目录】：
摘要
1 引言
    1.1 论文选题背景与意义
    1.2 国内外研究进展
        1.2.1 尾矿库风险评价及尾矿库溃坝研究进展
        1.2.2 矿区及溃坝区土壤质量、土壤环境质量及评价的研究进展
        1.2.3. 矿区及溃坝区土壤理化性质与植物相互影响研究进展
        1.2.4. 矿区及溃坝区土壤重金属污染及土壤理化性质的研究进展
        1.2.5 矿区及溃坝区逆境土壤植物修复的研究进展
    1.3 研究内容、预期达到的目标以及拟解决的关键问题
        1.3.1 研究内容
        1.3.2 研究目标
        1.3.3 拟解决的关键问题
    1.4 研究思路与技术路线
        1.4.1 研究思路
        1.4.2 技术路线
        1.4.3 创新和特色之处
2 襄汾尾矿溃坝区土壤环境质量状况评价
    2.1 研究材料与方法
        2.1.1 研究区概况
        2.1.2 材料与方法
    2.2 结果与分析
        2.2.1 溃坝物覆盖对土壤重金属含量的影响及相关性分析
        2.2.2 溃坝物对土壤理化性质的影响
        2.2.3 溃坝影响区土壤重金属环境质量评价
    2.3 本章小结
3 不同水分条件下博落回对氮、磷胁迫的生物学响应
    3.1 材料和方法
        3.1.1 试验材料
        3.1.2 试验设计
        3.1.3 测定项目与方法
    3.2 结果与分析
        3.2.1 不同水肥处理对溃坝覆盖区土壤上博落回地上部植株生长的影响
        3.2.2 不同水肥处理对溃坝覆盖区土壤上博落回根系生长的影响
        3.2.3 不同水肥处理对溃坝覆盖区土壤上博落回生理指标的影响
        3.2.4 不同水肥处理对溃坝覆盖区土壤上博落回根际微生物及土壤酶活性的影响
        3.2.5 不同水肥处理对溃坝覆盖区土壤氮磷含量的影响
    3.3 本章小结
4 施肥对溃坝覆盖区土壤上糜子生长的影响及对土壤的改良效果研究
    4.1 材料和方法
        4.1.1 试验材料与设计
        4.1.2 测定项目内容及采用的方法
        4.1.3 数据整理与分析
    4.2 结果与分析
        4.2.1 不同施肥处理对溃坝物影响区土壤上糜子地上部生长的影响
        4.2.2 不同施肥处理对溃坝物影响区土壤上糜子根系生长的影响
        4.2.3 不同施肥处理对溃坝物影响区土壤上糜子生理指标的影响
        4.2.4 不同施肥处理对溃坝物影响区土壤上糜子产量及其构成因素的影响
        4.2.5 不同施肥处理对糜子根际上壤微生物及土壤酶活性的影响
    4.3 本章小结
5 三种豆科牧草对溃坝物覆盖区土壤理化性质的改良效果研究
    5.1 材料与方法
        5.1.1 试验材料
        5.1.2 试验设计
        5.1.3 测试指标与方法
    5.2 结果与分析
        5.2.1 不同豆科牧草对溃坝物影响区土壤物理性状的影响
        5.2.2 不同豆科植物对溃坝物影响区土壤养分的影响
    5.3 本章小结
6 溃坝区Cd污染土壤的植物（小飞蓬）修复效果
    6.1 材料与方法
        6.1.1 试验材料
        6.1.2 盆栽试验设计
        6.1.3 测定项目与方法
    6.2 结果与分析
        6.2.1 溃坝区Cd污染土壤添加Cd、有机肥和EDTA对小飞蓬生长的影响
        6.2.2 有机肥和EDTA对Cd污染土壤中小飞蓬膜透性的影响
        6.2.3 有机肥及EDTA对Cd污染土壤中小飞蓬地上部Cd含量影响
        6.2.4 有机肥及EDTA对Cd污染土壤中小飞蓬根系Cd含量的影响
        6.2.5 有机肥及EDTA对Cd污染土壤中小飞蓬Cd运转率及地上与根系总吸收Cd量的影响
    6.3 本章小结
7 结论与讨论
    7.1 结论与讨论
    7.2 讨论
参考文献
附图
Abstract
读博士期间论文发表情况
致谢

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本文编号：2880786