木本植物修复煤矿复垦区重金属迁移规律研究

发布时间：2020-06-20 15:57

【摘要】：植物修复是近年来发展起来的土壤重金属污染整治的重要手段之一,受到国内外众多学者的关注。本文基于淮南煤矿复垦区的复垦特点,选取大通生态湿地(Datong ecological wetland, DTEW)-.潘一矿复垦区(Panyi mine reclamation area, PYRA)和新庄孜矿复垦区(Xinzhuangzi mine reclamation are, XZRA)为研究对象,分析研究了复垦区土壤重金属污染特点,表明复垦区土壤受到重金属元素的不同程度污染,其中Cd是复垦区土壤重金属污染最主要的诱发因子。在此基础上,筛选不同树种的木本植物,通过趋势模拟与数学建模,探寻重金属在煤矸石—土壤—木本植物系统中的迁移规律。 (1)通过不同复垦区内同种木本植物对不同重金属的吸收富集能力的研究,表明复垦类型的不同,同种植物发生了不同种群之间的差异和分化,形成了不同生态型,从而影响了同种木本植物对同种重金属的吸收积累能力差异。 (2)根据不同复垦区内不同时间段采集的复垦煤矸石中的重金属含量,通过趋势分析,探寻煤矸石在覆土状态下重金属释放规律。结果表明覆土状态下煤矸石重金属元素释放规律遵循负指数方程,且以木本植物修复为主的复垦区内煤矸石中重金属释放速率大于以草本植物修复为主的煤矸石中重金属的释放速率,证明了植物根系能够加速复垦煤矸石中重金属元素的释放。 (3)通过覆土底层土壤中重金属与复土厚度、pH、含水率、总孔度、有机质、速效钾、速效磷和CEC等影响因子的相关性分析,确定主要影响因子,采用多元线性回归,移除异常因子,建立了煤矸石—上层覆土界面之间不同重金属迁移影响因子模型。 (4)根据木本植物根系吸收、富集土壤中重金属的特点,提出了新的采样布点方案,以探寻重金属在土壤—根区系统中的迁移规律。结果表明：木本植物根系对重金属吸收富集能力强,其迁移能力就较强,且迁移规律沿着根系遵循三次曲线模型；随着根系对重金属的吸收富集能力降低,其迁移能力也逐渐降低,且迁移规律沿着根系由三次曲线模型向直线模型趋势过渡。同时采用克里格方法,建立了具有植物富集特点的不同范围内不同剖面的克里格模型。并通过大量的土壤与木本植物中重金属含量数据,采用趋势拟合的方法,发现重金属在根际土—根区,以及在木本植物系统的分布规律遵循三次曲线模型：y=a3X3＋a2x2＋a1x＋a0,。 (5)依据木本植物从复垦区土壤中吸收和富集重金属的过程,结合重金属在木本植物体内的积累机理,细化木本植物的生理结构特点,运用药物动力学的“房室模型”思想,建立了木本植物吸收、富集重金属的二室、三室数学模型,以及茎杆的时空模型,即：二室模型：(由土壤进入根系的速率为常数)；(土壤中重金属含量为定值)；三室模型：茎杆的时空模型： (6)论文从采样方法上,根据木本植物根系吸收、富集土壤中重金属的特点,提出了一种确定土壤中重金属迁移趋势的方法和系统。并针对煤矿复垦区特点,系统、全面地探讨了煤矸石—土壤—木本植物系统中的重金属迁移规律,运用药物动力学的思想,从理论上构建了重金属在木本植物系统的迁移模型,从而为定量研究重金属在木本植物系统中的迁移、积累过程和定量计算模型的合理选择提供思路和方法。
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：X173;X752

【参考文献】