三种植物对锰尾矿污染土壤修复的盆栽试验

摘要

锰矿开采和冶炼常产生大量的尾渣和尾泥，严重污染周边环境，湘潭锰矿废弃地是湖南省重金属污染较为严重的区域之一。锰矿废弃地植被修复可促进矿区生态环境的改善和经济的可持续发展，选择合适的树种、并采取合理的土壤基质处理措施，对锰矿废弃地进行植被恢复至关重要。本研究采用尾泥、尾渣、尾渣∶尾泥3∶1、尾渣∶尾泥2∶2、尾渣∶尾泥1∶3和对照土6种不同处理方式的土壤作为植物生长基质，选用栾树（Koelreuteria paniculata）、木荷（Schima superba）和马尾松（Pinus massoniana）3种树种作为修复树种，进行锰矿废弃地植被修复盆栽试验。一个生长季后，采用收获法测定植物体内锰含量、地径、树高和生物量等，并测定土壤的理化性质变化情况，以研究锰矿废弃物的不同混合比例对植物生长的影响及不同树种对废弃地土壤的修复效果。得到了以下主要研究结果:
　　(1)不同混合基质土壤理化性质:
　　①矿区废弃物中尾泥、尾渣和对照土的容重分别为1.64、1.44和1.37 g·cm-3，pH值分别为5.55、8.01和5.00，混合基质的pH值随着尾渣含量的增加而升高。
　　②矿区尾泥、尾渣及其混合物的砂粒和粗粉粒含量显著高于对照土(p＜0.05)，粘粒含量显著低于对照土(p＜0.05)，但不同比例混合基质的各粒级土壤含量之间差异不显著(p＞0.05)。
　　③6种不同处理的基质土壤中全N含量差异不显著(p＞0.05);全P和速效P含量差异显著(p＜0.05)，且全P，尾泥＞尾渣∶尾泥1∶3＞尾渣∶尾泥2∶2＞尾渣∶尾泥3∶1＞尾渣＞对照土;而速效P，尾渣∶尾泥2∶2＞尾渣∶尾泥1∶3＞尾渣＞尾泥＞对照土＞尾渣∶尾泥3∶1;全Mn和有效Mn含量均显著高于对照土(p＜0.05)，全Mn含量，尾渣＞尾渣∶尾泥3∶1＞尾渣∶尾泥2∶2＞尾渣∶尾泥1∶3＞尾泥＞对照土;有效Mn含量，尾渣∶尾泥1∶3＞尾渣∶尾泥2∶2＞尾渣∶尾泥3∶1＞尾渣＞尾泥＞对照土。
　　(2)锰尾矿土盆栽实验植物生长状况:
　　①盆栽实验中，栾树的存活率最高，木荷次之;马尾松最低，不适于锰矿废弃地的植被恢复。
　　②不同基质处理方式下栾树的地径增量、木荷的树高生长量差异显著(p＜0.05），栾树地径增量在对照土、尾渣∶尾泥2∶2和尾渣∶尾泥3∶1中均显著大于尾泥及尾渣∶尾泥1∶3中的地径增量;木荷的树高增长量只在尾渣∶尾泥2∶2中显著大于其它处理方式。
　　③采用地径增量、高增量、叶生物量、细根生物量4个指标，通过聚类分析可以将植物分三类，第Ⅰ类，生长良好的植物占20.9％，第Ⅱ类，生长中等的植物占33.3％，第Ⅲ类，生长最差的植物占45.8％。
　　(3)锰尾矿土盆栽实验植物生物量和生产力:栾树的生物量和生产力最大，木荷次之，马尾松最小。栾树生物量和生产力在尾泥和尾渣∶尾泥1∶3组的生物量较低，而在尾渣∶尾泥2∶2、尾渣∶尾泥3∶1组较高，接近对照组栾树生物量。木荷生物量在尾渣、尾泥及其混合基质中差异不大，但均低于对照组。马尾松的存活率和生物量都非常低，在尾渣∶尾泥1∶3组的生物量与生产力均大于尾渣组，但都小于对照组。说明栾树和木荷是很好的矿区植被恢复树种，但马尾松不适合。
　　(4)重金属Mn在盆栽实验植物中的富集和转移:栾树、木荷在尾渣和尾泥及其混合基质中的Mn吸收量均大于对照组;在混合基质中，随着尾泥含量的增加，木荷对Mn的吸收量增高，而栾树对Mn的吸收量变化不明显;马尾松对锰的富集量较小，与它的存活率有关。除对照组外，木荷的生物富集系数高于栾树和马尾松，具有很强的Mn富集能力，且在尾泥中最强。混合基质中，栾树对Mn的富集能力随着尾泥含量的增加而增强;对体内重金属Mn的转移能力强，在尾渣组具有最强的转移能力;木荷在各处理组的转移系数均小于对照组，木荷在尾泥中具有最强的转移能力;马尾松在存活的各处理组中的转移系数也都小于对照组，马尾松在尾渣中具有最强的转移能力。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 选题背景

1．2 国内外研究进展

1．2．1 废弃地类型特点及环境现状

1．2．2 矿区废弃地修复方法与抗逆植物筛选

1．2．3 矿区废弃地植物修复的生态效益

1．2．4 国内外植物修复技术进展

1．2．5 我国矿业废弃地生态恢复存在的问题

1．3 研究目的及其意义

2 试验材料与研究方法

2．1 试验材料

2．1．1 研究区概况

2．1．2 盆栽土壤采集

2．1．3 盆栽树苗选取

2．2 研究方法

2．2．1 实验设计

2．2．2 盆栽实验及苗木栽植

2．2．3 盆栽前苗木质量分级方法

2．2．4 盆栽后的管理及生长观察

2．2．5 盆栽后植物和土壤样品采集及处理

2．2．6 数据处理方法

2．2．7 技术路线

3 结果与分析

3．1 锰尾矿污染土土壤理化性质

3．1．1 土壤物理性质

3．1．2 土壤化学性质

3．2 锰尾矿土盆栽实验植物生长状况

3．2．1 盆栽前苗木质量分级结果

3．2．2 三种树种在污染土中存活率

3．2．3 三种树种在污染土中生长特征

3．2．4 盆栽实验后植物生长状况聚类分析

3．3 锰尾矿土盆栽实验植物生物量

3．3．1 栾树生物量

3．3．2 木荷生物量

3．3．3 马尾松生物量

3．3．4 小结

3．4 重金属Mn在盆栽实验植物中富集和转移

3．4．1 栾树各部位重金属Mn的含量

3．4．2 木荷各部位重金属Mn的含量

3．4．3 马尾松各部位重金属Mn的含量

3．4．4 小结

4 结论与讨论

4．1 不同处理下盆栽土壤的理化性质差异

4．2 幼苗生长状况的影响因素

4．3 不同植物对重金属锰的吸收

4．4 结论

参考文献

致谢

攻读学位期间的主要学术成果