沉陷区复垦基质中镉的植物去除与利用研究

摘要

由于采矿引起的土地和生态环境破坏十分严重。因此，在矿区开发建设的同时，保护矿区的生态环境，加强矿区土地复垦与生态重建是一项具有战略意义的系统工程。在采煤沉陷地充填复垦缺乏土壤资源的情况下，寻求来源丰富、养分含量高的复垦基质与适种作物成为土地复垦的研究热点。
　　 前期研究已用粉煤灰分别与酒糟、污泥、糠醛渣配制的基质，代替土壤用于沉陷地填充复垦，但基质中含有一定量的重金属元素，其中镉含量高于《土壤环境质量标准》(二级标准值)，难以广泛用于农业生产。因此本试验基于当前植物修复研究热点，根据复垦基质的理化性质，选取具有经济价值或观赏价值的镉富集植物进行利用试验，研究植物的生长特征、富镉特征及其对基质的修复能力，并对富镉植物的利用价值加以研究，综合评价修复的社会效益、经济效益和生态效益，为加快沉陷区土地复垦和土地利用结构调整提供依据。
　　 研究结果表明：
　　 (1)基质的理化性质能满足植物生长需要。三种基质的容重均低于一般土壤，有利于植物生长发育和养分的转化；有机质含量分别为16.29[％]、18.05[％]、15.00[％]，碱解氮含量分别为89.60mg·kg-1、149.12mg·kg-1、56.80mg·kg-1，速效磷含量分别为90.52mg·kg-1、165.89mg·kg-1、81.36mg·kg-1、速效钾含量分别为219.58mg·kg-1、321.27mg·kg-1、931.43mg·kg-1，经过植物的吸收和雨水淋洗后有所降低，但在实际生产中可通过施肥的方法解决；三种基质的pH值均在6.5-7.1之间，满足植物生长所需的酸碱环境；基质配置初期盐分含量较高，分别为7.80g·kg-1、6.80g·kg-1、8.93g·kg-1，经过一年的植物种植和降水灌溉的淋洗降至2.00g·kg-1-2.51g·kg-1，完全满足植物正常生长的需要。
　　 (2)配制初期，三种基质中Zn、Ni、Hg、Pb、Cr、、As、Cu的含量均未超过土壤环境二级标准值，但镉含量超出标准值(0.3mg·kg-1)6-8倍。利用植物修复技术，通过3-5年的植物种植和降水灌溉的淋洗后，基质中镉含量降至0.3mg·kg-1以下，可作为耕地用于各种作物的生产栽培。
　　 (3)同种植物在不同基质中生长状况各异。苋菜、羽衣甘蓝、紫花苜蓿和蓖麻在基质1中长势最好；百日草、万寿菊、千日红在基质2中生长最为旺盛；地肤在基质3中长势最好。
　　 (4)以年去除量和年去除率作为评价植物对基质Cd去除效果指标：羽衣甘蓝对三种基质Cd的去除效果均最好；其次为苋菜和蓖麻；再次为紫花苜蓿和百日草；地肤、万寿菊、千日红在三种基质中的去除效果相对较差。另外，生物量的大小决定了同种植物对不同基质中Cd的去除效果。
　　 (5)修复植物应用价值研究表明：紫花苜蓿、蓖麻、苋菜、地肤、羽衣甘蓝中Cd含量均达到相应的饲料卫生标准和食品污染物限量指标，可安全饲用、药用或食用；羽衣甘蓝、地肤、万寿菊、千日红、百日草具有较高的观赏价值，可用于园林绿化和环境美化，改善复垦区的生态景观；此外，蓖麻、万寿菊还可用于工业生产获得较高的经济收益。
　　 (6)利用基质进行沉陷区土地复垦，通过植物修复技术去除基质中超标的Cd，这不仅避免了土地资源浪费和环境污染，而且解决了修复植物难以处理的问题，提高了经济效益、社会效益和生态效益。适宜废弃地的大面积复垦与推广应用，并为改善矿区生态环境提供了新的途径。