黔西北土法炼锌废弃地的植物修复

发布时间：2020-08-07 16:51

【摘要】： 黔西北土法炼锌具有300多a的冶炼历史，由于冶炼工艺简单，重金属回收率低，大量重金属累积废渣中，造成冶炼区环境严重污染。冶炼过程中产生了大量的烟尘，没有采取任何环境保护措施，烟尘中含有大量的重金属和二氧化硫等有毒有害物质，破坏了冶炼区附近植被，大量的重金属随烟尘向四周扩散，导致大面积大气、土壤、植物、水体的重金属污染。虽然土法炼锌目前已基本上取缔，但留下了2000万t废渣和1200hm~2的废弃地。因而对废弃地的植被重建与生态恢复、对污染环境的修复具有重要科学价值和实际意义。本研究充分调查了重金属在生态系统中的分布与扩散规律，分析了土壤和植被退化的过程。通过苗圃的模拟实验和田间植被重建实验，探讨了废弃地植被重建的主要限制因子，基质改良的有效手段及耐性植物的筛选。对废弃地自然形成的优势植物进行调查，筛选重金属的超富集植物，并研究其富集特性与机理。主要的研究结果如下：土法炼锌导致了Pb、Zn、Cd在土壤、水体和植物中大量积累，对整个生态系统构成了严重的威胁。在冶炼废渣中，Pb、Zn、Cd的含量分别为4632 mg／kg、8968 mg／kg、58 mg／kg；冶炼区周围的土壤Pb、Zn、Cd含量分别达到234 mg／kg、400 mg／kg、9.6mg／kg。废弃地的基质的地球化学形态分析表明，废渣中Pb、Zn、Cd具有很低的生物有效性和迁移性，交换态含量低于0.2％，但其交换态与碳酸盐态含量相当高，构成了潜在的环境风险。相对而言，冶炼区附近污染土壤的Pb、Zn、Cd可交换态含量较高，具有较大迁移性和生物有效性。冶炼区的小河受到严重的Pb、Zn、Cd污染，地下水受到轻微污染，未超出三类水体的质量标准。在小河水体中，可溶态的Pb、zn、Cd含量少，大部分的Pb、Zn、Cd以悬浮态的形式存在，表明了河流重金属污染主要因为废弃地的水土流失。为了有效地控制废弃地重金属向河流扩散，以致污染和破坏下游地区的生态系统，废弃地的植被重建是最有效的途径。冶炼残渣具有较高的pH值和EC值、低CEC，有机质极为缺乏，含N量低。冶炼区污染土壤明显酸化，导致P有效性降低。在冶炼时造成大面积的植被破坏，成为裸地，停止冶炼后，植被自然恢复极为缓慢，特别是废渣。为了控制水土流失和重金属扩散，需要人工措施以加速植被重建。在苗圃中，以土法炼锌废弃地的废渣、污染土壤和背景土壤为基质材料，并设计了基质的改良处理，分别种植黑麦草(Lolium perenne)、三叶草(Trifolium pretense)、刺槐(Robinia pseudoacacia)，进行植被恢复的模拟实验，以探讨废弃地植被重建的限制因子和基质改良的有效途径。土法炼锌新废渣上植被重建的主要限制因子包括盐碱胁迫、有机质含量低、养分缺乏(总N、碱解N、总K)。废弃了多年(20a以上)废渣经过了长期的淋溶过程，盐碱胁迫明显降低，养分状况有了明显的改善，植被重建的限制因子明显降低。所有冶炼废渣具有高的孔隙度，具有良好通气性，但持水保水能力差，田间持水量低于土壤，而凋萎系数高于土壤，有效水分含量范围明显低于土壤，干旱胁迫是植被恢复的重要限制因子。污染土壤的植被重建的胁迫因子包括重金属毒性、P有效性低。通过苗圃模拟实验与田间造林实验研究，可以获得植被重建有效方法：1)在新废渣上进行植被恢复，采用部分客土法能有效地降低盐碱胁迫、缓和营养缺乏的矛盾、提高基质的持水保水能力、促进植物生长，结合选择耐性植物，可以成功进行植被重建；2)废弃多年的废渣，采用部分客土或保水剂能提高基质的持水保水能力，可以大大促进植被恢复进程；3)在污染土壤上，通过碱石灰改良，提高了养分的有效性，降低重金属的毒性，促进了植物生长。通过对冶炼区优势植物的筛选，并且结合水培实验，筛选出一种Zn的超富集植物——南黄堇(Corydalis davidii)。南黄堇对Pb、Zn、Cd都具有很强耐性，并且为Pb、Cd的富集植物。Pb、Zn、Cd在南黄堇的各器官中均表现明显的区隔化分布特征，其中有70～90％累积在细胞壁中。在Pb、Cd的胁迫浓度处理下，抗氧化酶(SOD、POD、CAT)是重要的防护系统，随着浓度增强，酶活性明显增强，但在高浓度下表现出受到抑制现象。在Zn的不同浓度处理下，抗氧化酶活性变化很小。
【学位授予单位】：四川农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：X53

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