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《四川农业大学》 2007年
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黔西北土法炼锌废弃地的植物修复

林文杰  
【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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