前言：本站為你精心整理了修復方式對尾礦砂的改善作用范文，希望能為你的創(chuàng)作提供參考價值，我們的客服老師可以幫助你提供個性化的參考范文，歡迎咨詢。

本文作者：朱佳文1,2,3鄒冬生1向言詞3徐華勤4作者單位：1.湖南農業(yè)大學生物科學技術學院2.湖南科技大學資源環(huán)境與城鄉(xiāng)規(guī)劃管理系3.湖南省煤炭資源清潔利用與礦山環(huán)境保護重點實驗室4.湖南農業(yè)大學農學院

隨著有色金屬礦工業(yè)的高速發(fā)展，特別是有色金屬冶煉產量的急劇擴張，礦資源開采與加工在成為各地經濟支柱產業(yè)的同時，礦冶及周邊地區(qū)“血鉛”、“鎘米”等重金屬污染事件頻發(fā)，嚴重威脅到當地人民的健康。湘西花垣礦藏資源十分豐富，鉛鋅礦儲量1600萬t，居全國第3位。目前達到了年產電解鋅8．5萬t的生產規(guī)模，每年產700多萬t的鉛鋅尾礦砂。露天堆存的尾礦砂是個重大的環(huán)境污染源，對尾礦砂堆積地的生態(tài)恢復不僅是國際資源與環(huán)境領域研究的熱點問題，也是保護生態(tài)環(huán)境和實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略應優(yōu)先關注的問題。對尾礦砂實行生態(tài)恢復，合理的土壤改良方法和合適的植物品種是生態(tài)恢復成功的2個關鍵因素。添加工農業(yè)副產品如菜園土［1］、赤泥［2］等改良劑對土壤理化性質改良與重金屬污染修復具有可操作性。有研究顯示，黑麥草易于種植、生物量較大，對多種重金屬均具有較好的抗性、耐性，且具有一定觀賞價值，是較好的重金屬污染土壤修復植物［3］。微生物生態(tài)特征是生態(tài)環(huán)境改善的最敏感指標，分析重金屬污染土壤的微生物學特征能較好地說明土壤生態(tài)環(huán)境的變化［4］。因此，對修復后土壤微生態(tài)環(huán)境進行評價有利于反映修復后土壤功能恢復狀況。但目前關于重金屬污染地修復多以植物為指示物，而關于鉛鋅尾礦砂堆積地的生態(tài)修復及修復作用對尾礦砂微生態(tài)環(huán)境的改良作用較少見報道。本文以我國南方典型鉛鋅礦冶區(qū)堆積的尾礦砂為材料，探討采用菜園土、赤泥為改良劑和黑麥草為栽種植物的不同處理方式對鉛鋅尾礦砂微生態(tài)環(huán)境的改良，以期為鉛鋅尾礦砂生態(tài)修復效果提供評價參考，也為探索一條成本低廉、高效持續(xù)的鉛鋅尾礦砂生態(tài)恢復途徑提供科學依據。

1材料與方法

1．1試驗材料

供試鉛鋅尾礦砂采自湖南省湘西花垣縣團結鎮(zhèn)鉛鋅尾礦庫，采用多點取樣法取表層（0－20cm）尾礦砂約1t，自然風干，過5mm篩，備用。尾礦砂基本理化性質為：有機質含量7．15g／kg，堿解氮含量1．27mg／kg，速效磷含量2．33mg／kg，速效鉀含量7．89mg／kg，Pb含量4686．51mg／kg，Zn含量2424．30mg／kg，Cd含量45．42mg／kg，pH7．55。赤泥由中國長城鋁業(yè)股份有限公司提供，其基本理化性質為：有機質含量5．00g／kg，堿解氮含量4．22mg／kg，速效磷未檢出，速效鉀含量3．53mg／kg，Pb含量117．65mg／kg，Zn含量65．24mg／kg，Cd含量0．68mg／kg，pH12．25。菜園土取自湖南農業(yè)大學菜園，其基本理化性質為：有機質含量32．28g／kg，堿解氮含量142．93mg／kg，速效磷含量26．19mg／kg，速效鉀含量67．98mg／kg，Pb含量58．22mg／kg，Zn含量145．84mg／kg，Cd含量0．15mg／kg，pH7．22。供試黑麥草品種為一年生黑麥草，購自長沙種子公司。

1．2試驗設計與方法

盆栽試驗在湖南農業(yè)大學耘園溫室內進行。共設6個處理：在尾礦砂中栽種黑麥草（SC）；在尾礦砂中添加10％（w／w）的菜園土后栽種黑麥草（TC）；在尾礦砂中添加10％菜園土和1％赤泥后栽種黑麥草（CN1）；在尾礦砂中添加10％菜園土和3％赤泥后栽種黑麥草（CN3）；在尾礦砂中添加10％菜園土和5％赤泥后栽種黑麥草（CN5）；以不栽種黑麥草的純鉛鋅尾礦砂為對照（CK），每處理設3次重復。試驗用盆為直徑25cm，高25cm的塑料盆。尾礦砂與改良劑充分混勻后裝盆，每盆裝土8kg。加自來水至田間持水量的70％，平衡2周后，于2011年10月15日開始播種，每盆播入0．2g黑麥草種子，每個盆缽用自來水灌溉。黑麥草生長20周后收獲整棵植株，測（稱）量株高、干重。將黑麥草根部用自來水洗凈，再用去離子水漂洗3次，風干，105℃殺青30min，80℃烘干48h后粉碎，過100目尼龍篩，硝酸－高氯酸消解，采用原子吸收光譜儀測定黑麥草根部重金屬Pb、Zn、Cd含量。取黑麥草根際尾礦砂及一同澆水培養(yǎng)的純尾礦砂（CK），分成2份分裝在塑料封口袋中，1份保存在4℃冰箱中用于分析微生物指標；另1份在室溫下風干，過篩后用于分析土壤理化性質。參照鮑士旦［5］的方法測定土壤理化性質：土壤pH采用酸度計法（水土質量比＝5∶1）；土壤有機質采用油浴加熱－重鉻酸鉀容量法；全磷采用NaOH熔融－鉬銻抗比色法；速效磷采用NaHCO3浸提－鉬銻抗比色法；全鉀采用NaOH熔融－火焰光度法；速效鉀采用乙酸銨浸提－火焰光度法；土壤全氮采用開氏消煮法；堿解氮采用堿解擴散法測定。參照關松蔭［6］的方法測定土壤酶活性：脲酶采用靛酚藍比色法；蔗糖酶采用硫代硫酸鈉滴定法；磷酸酶采用磷酸苯二鈉比色法；纖維素酶采用硝基苯水楊酸比色法。土壤微生物計數采用稀釋平板法測定：細菌分離培養(yǎng)采用牛肉膏蛋白胨瓊脂平板涂布法；真菌采用馬丁氏孟加拉紅瓊脂平板涂布法；放線菌采用高氏Ⅰ號培養(yǎng)基平板涂布法。土壤微生物C含量采用氯仿熏蒸提?。萘糠治龇ǎ煌寥牢⑸颪含量采用氯仿熏蒸提?。獪y定法［7］。

1．3數據分析

采用Excel軟件和SPSS13軟件對數據進行統(tǒng)計分析，用單因素方差分析方法分析不同處理間的差異，采用LSD法進行多重比較分析。

2結果與分析

2．1不同處理對鉛鋅尾礦砂基本性狀的影響

由表1可知，湘西花垣鉛鋅尾礦砂偏堿性。經不同處理后，尾礦砂pH均有不同程度的變化。黑麥草聯(lián)合菜園土和赤泥處理均使尾礦砂pH較對照顯著提高，且隨著赤泥用量的增加而變大，添加5％赤泥使pH比對照提高了0．89個單位。在尾礦砂中栽種黑麥草及黑麥草聯(lián)合菜園土處理對尾礦砂pH影響不明顯?？赡芤驗槌嗄嗪蠥l（OH）3、NaOH等堿性物質使尾礦砂pH顯著增加。湘西花垣鉛鋅尾礦砂中營養(yǎng)成分很低，尤其是全氮含量最低，僅為0．02g／kg，營養(yǎng)成分不足限制了尾礦砂的生態(tài)恢復。不同處理使尾礦砂中有機質含量均顯著高于對照（P＜0．05），其中CN1處理對尾礦砂中有機質的改良效果最好，比對照增加了51．82％。除SC處理使尾礦砂中全氮、全鉀、速效鉀含量與對照無明顯變化外，其他處理均使鉛鋅尾礦砂中全氮、堿解氮、全磷、速效磷及全鉀、速效鉀含量均顯著高于對照（P＜0．05）。

2．2不同處理對黑麥草生長及根部重金屬含量的影響

添加改良劑顯著促進了黑麥草的生長（P＜0．05）（表2）。與栽種在純尾礦砂中的黑麥草相比較，添加10％菜園土、混合添加10％菜園土和赤泥處理均使黑麥草株高顯著增加。其中以混合添加10％菜園土和1％赤泥對黑麥草株高的影響最顯著，比SC處理提高了330％。但隨著赤泥添加量增加黑麥草株高反而減小，當赤泥用量為3％，5％時，與TC處理間黑麥草株高的差異均不顯著。與栽種在純尾礦砂中的黑麥草相比較，添加菜園土、混合添加菜園土和赤泥處理使黑麥草生物量顯著增加?；旌咸砑?0％菜園土和1％赤泥對黑麥草地上部、根部生物量的影響最顯著，其重量分別比SC處理提高了333％，293％。改良劑的施用均顯著降低了黑麥草根部Pb、Zn、Cd含量（P＜0．05）?；旌咸砑硬藞@土和赤泥處理中，隨著赤泥用量的增加，黑麥草根部Pb、Zn、Cd含量反而降低?？赡芘c赤泥對重金屬的吸附與鈍化作用弱化了尾礦砂中Pb、Zn、Cd的植物有效性有關，從而使黑麥草根部重金屬含量降低。

2．3不同處理對尾礦砂微生物數量及微生物C、N含量的影響

湘西花垣鉛鋅尾礦砂中微生物主要以細菌和放線菌為主，真菌數量較少（圖1）。經不同處理后，鉛鋅尾礦砂中細菌、真菌、放線菌數量均比對照顯著提高（P＜0．05），提高幅度分別為13．92～33．78倍，0．67～5．99倍和9．28～21．82倍。各處理對細菌、真菌、放線菌數量的提高效果分別為：CN1＞CN3＞TC＞CN5＞SC＞CK；CN1＞TC＞SC＞CN3＞CN5＞CK；CN1＞CN3＞TC＞CN5＞SC＞CK。黑麥草聯(lián)合10％菜園土和1％赤泥處理對尾礦砂中細菌、真菌、放線菌數量的提高效果最好。當黑麥草聯(lián)合10％菜園土和3％赤泥處理時，尾礦砂中細菌、放線菌數量較TC處理顯著增加。但當黑麥草聯(lián)合10％菜園土和5％赤泥處理時，尾礦砂中細菌、真菌、放線菌數量均比TC處理減少，但微生物數量仍顯著大于對照。本試驗中，在不同處理中細菌數量的變化最大，表明細菌對修復反應最為敏感，適合作為鉛鋅尾礦砂修復的評價指標。作為初級真核生物的真菌對環(huán)境的適應力較強，其數量變幅最小。經不同處理后，尾礦砂中微生物C、N含量均比對照顯著提高（P＜0．05），提高幅度分別為1．73～6．34倍和2．75～6．35倍。各處理對微生物C、N含量的提高順序均為：CN1＞CN3＞CN5＞TC＞SC＞CK（圖1）。對赤泥添加比例間改良效果進行比較，可以發(fā)現(xiàn)尾礦砂中微生物C、N含量均隨著赤泥添加量增加而減少。赤泥各處理均使尾礦砂中微生物N含量大于TC處理。CN1、CN3處理時微生物C含量顯著大于TC處理，而CN5、TC處理間微生物C含量差異不顯著。

2．4不同處理對尾礦砂中酶活性的影響

經不同處理后，尾礦砂中脲酶、磷酸酶、蔗糖酶、纖維素酶活性均比對照顯著提高（P＜0．05）（表3），提高幅度分別為1．91～18．43倍、1．28～12．80倍、0．75～5．58倍、4．30～9．15倍；各處理對尾礦砂中脲酶、磷酸酶、蔗糖酶、纖維素酶活性的提高效果分別為：CN1＞CN3＞CN5＞TC＞SC＞CK；CN1＞CN3＞TC＞CN5＞SC＞CK；CN3＞CN1＞CN5＞TC＞SC＞CK；CN1＞TC＞CN3＞CN5＞SC＞CK。其中，脲酶對修復反應非常敏感，變化幅度最大，結果與楊志新等的研究結果相一致，故可采用土壤脲酶活性作為預測土壤重金屬復合污染程度的主要生化指標［8］。

3討論

鉛鋅尾礦砂是在采礦選礦過程中，通過礦石粉碎、定向化學浸提和浮選礦石后排放堆積在尾礦庫中的廢棄物，理化性質差，相當于原生裸地。尾礦砂的自然生態(tài)恢復過程極其緩慢，必須依靠基質改良、植被重建等方法進行生態(tài)修復。極端貧瘠是影響尾礦砂生態(tài)恢復的一個重要因素。本研究發(fā)現(xiàn)，單獨栽種黑麥草可使鉛鋅尾礦砂中有機質、堿解氮、速效磷顯著提高。表明在黑麥草生長過程中，其發(fā)達的須根一方面從尾礦砂中攝取水分、養(yǎng)分，同時也向尾礦砂分泌質子、離子和有機物，這些物質極大地改變了根際微區(qū)的物理和化學環(huán)境，為土壤微生物提供了適宜的生長條件，而根際中的有益微生物在增加土壤肥力、改善根際環(huán)境、促進根系生長等方面又發(fā)揮著積極的促進作用。添加改良劑可以強化植物的修復作用。束文圣等［9］在廣東樂昌鉛鋅尾礦上進行的尾礦植被重建的野外試驗表明，在尾礦上覆蓋5cm的土壤就可以促進植物成功定居。在本研究中添加菜園土、赤泥等改良劑可顯著加強黑麥草對鉛鋅尾礦砂的改良作用。菜園土營養(yǎng)成分豐富，自身攜帶有微生物菌群，且其含有的顆粒狀有機質、團聚體對尾礦砂中的重金屬元素具有較好的固定作用［10］，導致尾礦砂的營養(yǎng)狀況、微生物數量、微生物生物量和相關酶活性得到一定程度的改善，使鉛鋅尾礦砂極端惡劣的生態(tài)環(huán)境得到改良。赤泥為氧化鋁生產過程中產生的廢渣，具有較強的吸附、鈍化重金屬的能力［11］；同時，赤泥含有較高的Si、Ca、P、K和數10種植物必需的微量元素。添加赤泥有利于提高重金屬污染土壤中微生物組成和土壤酶活性［12］。本試驗結果表明，在鉛鋅尾礦砂中混合添加10％菜園土和1％赤泥時，黑麥草株高、生物量和尾礦砂營養(yǎng)成分、微生物數量、微生物生物量和相關酶活性均較對照顯著提高。但當赤泥用量超過1％時，黑麥草株高、生物量和尾礦砂中微生物指標隨著赤泥用量的增加而降低，這與赤泥對鎘污染土壤中水稻產量和土壤生物性狀的影響［13］基本一致。微生物是土壤中最活躍的部分，其種類、數量、生態(tài)分布及活性在很大程度上可以反映土壤肥力狀況與變化，而土壤有機質、營養(yǎng)成分、pH等生態(tài)因子可直接影響土壤微生物的種類及數量［14］。本研究結果表明，鉛鋅尾礦砂經修復處理后其有機質、堿解氮、速效磷含量顯著提高，同時顯著增加了鉛鋅尾礦砂中細菌、真菌、放線菌的數量。在對尾礦砂等極端環(huán)境的修復過程中，可通過調控養(yǎng)分的輸入增加相關微生物數量，促進尾礦砂的發(fā)育。微生物C和N雖然只占有機碳和全氮的很少一部分，但它們卻是活的土壤有機碳和有機氮部分，對土壤肥力有重要影響。土壤微生物生物量的測定可作為深入研究生態(tài)系統(tǒng)中C、N、P等元素循環(huán)過程的重要手段，也可用于土壤養(yǎng)分動力學研究和土壤健康狀況的指示作用。本研究結果表明，經修復處理后鉛鋅尾礦砂中微生物C、N含量顯著增加，說明修復處理促進了尾礦砂中C、N、P等養(yǎng)分的循環(huán)，使尾礦砂肥力得到一定程度的改善。土壤酶活性與土壤微生物一樣在土壤生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮著至關重要的中心作用［15］。土壤脲酶能夠催化土壤中尿素分解生成氨，對土壤氮素利用及氮循環(huán)具有重要作用。磷酸酶能加速有機磷的脫磷速度，是評價土壤磷素生物轉化方向與強度的指標。蔗糖酶直接參與土壤有機質的代謝過程，能夠表征土壤生物學活性強度，用來評價土壤熟化程度和土壤肥力水平。纖維素酶是參與纖維素循環(huán)的關鍵酶，對土壤有機質的循環(huán)具有重要作用。本研究中，各修復處理使尾礦砂中微生物數量大幅度提升，利于黑麥草生長。黑麥草與微生物通過分泌、吸收和自身凋亡分解等生理生化作用使尾礦砂中磷酸酶、脲酶、蔗糖酶和纖維素酶活性得到提高，而土壤酶活性的提高又能促進土壤中營養(yǎng)成分的循環(huán)，改善鉛鋅尾礦砂的微生態(tài)環(huán)境。

4結論

（1）修復作用使鉛鋅尾礦砂中有效營養(yǎng)成分得到顯著改善。黑麥草聯(lián)合改良劑處理對尾礦砂的有效營養(yǎng)成分的改良效果要強于單獨栽種黑麥草的改良效果，其中以黑麥草聯(lián)合10％菜園土和1％赤泥對有機質、速效氮、速效磷的改良效果最好。（2）在鉛鋅尾礦砂中添加菜園土、赤泥后能夠顯著促進黑麥草的生長，其中以混合添加10％菜園土和1％赤泥對黑麥草株高、生物量的增加效果最好。當赤泥用量超過1％時，黑麥草的株高和生物量隨著赤泥用量的增加而減少。而黑麥草根部重金屬含量隨著赤泥用量的增加而減少。（3）修復作用使鉛鋅尾礦砂中細菌，真菌，放線菌數量，微生物C、N含量，脲酶，磷酸酶，蔗糖酶，纖維素酶活性顯著增加。以黑麥草聯(lián)合10％菜園土和1％赤泥處理的效果最好。當赤泥用量超過1％時，尾礦砂微生態(tài)指標改良效果隨著赤泥用量的增加而降低。