典型矿冶区重金属污染土壤芦竹-化学联合修复研究

摘要

有色金属矿冶区土壤重金属污染及其生态修复是一个倍受关注的环境问题。本研究以湖南省长沙、株洲、衡阳、郴州等地矿冶区周边重金属污染土壤为调查对象，分析其土壤重金属污染及其肥力特征；以株洲某冶炼企业周边废弃农田表层土为供试土壤开展盆栽试验，研究了As、Cd、Pb复合污染土壤上芦竹对As、Cd、Pb的耐受、累积能力以及其生长生理特征；结合化学改良剂海泡石、磷石膏、EDTA、柠檬酸、醋酸，研究了芦竹-化学联合生态修复体系下对芦竹地上部As、Cd、Pb累积、芦竹生长和生理特征的影响。主要研究结果如下：
　　 典型矿冶区周边土壤表现为As、Cd、Pb和Zn等多重金属污染。废弃地土壤中As、Cd、Cr、Cu、Pb和Zn含量均显著高于菜地和水稻土。典型矿冶区周边土壤整体呈酸性，质地较粘。土壤中有机质含量范围为0.18～143gkg－1，碱解N、速效P、有效K含量范围分别为14.7～372、7.82～202、0.04～782mgkg－1，其均值达到土壤肥力Ⅱ级标准值（NY/T1749—2009）的样品数占总样品数的93.7％、95.4％、100％和89.1％，土壤肥力水平总体较好，可以顺利开展其生态修复。
　　 芦竹对土壤中As、Cd、Pb的转移能力较弱，As、Cd、Pb主要累积于芦竹根部，在As、Cd、Pb浓度依次为93.7、26.1和552mgkg－1的复合污染土壤上，芦竹叶片中叶绿素、丙二醛含量以及过氧化氢酶活性均高于未污染土壤，芦竹株高和生物量均未受到明显影响；在As、Cd、Pb浓度分别低于254、76.1、1552mgkg－1的复合污染土壤上，芦竹具有良好的适应和耐受能力；当土壤中As、Cd、Pb浓度达到或高于334、101和2052mgkg－1时，芦竹株高和生物量显著降低（P＜0.05）。对芦竹茎组织的SEM分析表明，污染土壤上芦竹茎细胞组织和维管束表现出明显的应急响应。在As、Cd、Pb浓度为93.7、26.1、552mgkg－1处理下，芦竹茎组织没有受到明显影响，表现出很强的抗性。
　　 向As80mgkg－1、Cd10mgkg－1和Pb500mgkg－1复合污染土壤中添加化学改良剂，芦竹生物量较对照处理增幅为6.15～141.5％，尤以4gkg－1海泡石和5mmolkg－1柠檬酸处理的增幅显著。与对照比较，添加低浓度（1.25mmolkg－1）EDTA和高浓度（5.0mmolkg－1）柠檬酸处理下芦竹中叶绿素含量没有受到明显抑制。改良剂提高芦竹叶片中过氧化物歧化酶和过氧化氢酶活性，芦竹中重金属含量增加。较高浓度有机酸、低浓度海泡石和磷石膏可以促进芦竹地上部对As、Cd、Pb的累积。