改良劑對極端酸性礦山土壤再酸化和重金屬固定的效果研究

極端酸性重金屬礦山廢棄地的生態(tài)恢復(fù)是一個(gè)世界性難題.前人研究表明添加土壤改良劑能有效抑制礦山土壤的酸化和重金屬的有效性.然而，在極端酸性重金屬礦業(yè)廢棄地上建立一個(gè)安全、穩(wěn)定、自維持的植被是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn).植被恢復(fù)后，土壤的再酸化往往會導(dǎo)致重建植被完全退化.因此，準(zhǔn)確預(yù)測和有效控制極端酸性礦山土壤的酸化和再酸化，發(fā)展一套簡單、快速、準(zhǔn)確地預(yù)測酸化和再酸化的方法具有重要的應(yīng)用價(jià)值.

中山大學(xué)生命科學(xué)院束文圣研究組以廣東省大寶山硫鐵/銅礦排土場極端酸性重金屬污染土壤(pH ＜3)為基質(zhì)，選擇石灰、NPK(15∶15∶15)復(fù)合肥、磷肥和底泥為改良劑，分別設(shè)置25 t·ha－1和50 t·ha－1兩組不同的石灰濃度梯度，采用正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，通過室內(nèi)盆栽混合種植狗牙根、高羊茅和田菁3種耐性植物，據(jù)此研究植被種植前后，添加不同的改良劑及改良劑組合對土壤酸化抑制、重金屬固化的影響.首次將NAG(凈產(chǎn)酸潛力)實(shí)驗(yàn)應(yīng)用于基質(zhì)改良、植被恢復(fù)過程的酸化預(yù)測，相關(guān)研究工作最近以封面論文在英國皇家化學(xué)會學(xué)術(shù)期刊 Journal of Environmental Monitoring上發(fā)表 (J.Environ.Monit.，2011，13，1876).研究的核心問題是:(1)NAG實(shí)驗(yàn)和生物分析技術(shù)相結(jié)合的手段可否用來準(zhǔn)確、快速地預(yù)測極端酸性礦山土壤的酸化和再酸化過程;(2)為極端酸性重金屬污染礦山土壤的植被恢復(fù)篩選經(jīng)濟(jì)、有效的改良劑及改良劑組合.

研究結(jié)果發(fā)現(xiàn):與對照相比，聯(lián)合添加石灰和其它改良劑顯著性增加了土壤pH、NAG-pH、ANC值(酸中和能力)，降低了 ANG 值 (P ＜ 0.05).添加25 t·ha－1或50 t·ha－1石灰處理后，土壤的 NAG 值降低為0，Lime1 和 Lime2 處理的 ANC 值從負(fù)值分別提高到25—36 kg H2SO4·t－1和71—93 kg H2SO4·t－1.植物生長6個(gè)月后，Lime1各處理的ANC值顯著性下降(P ＜0.05)，NAG值顯著性升高(P＜0.05)，其中L1和 L1+NPK處理又恢復(fù)產(chǎn)酸能力 (NAG ＞0)，酸中和能力也回到了負(fù)值 (－2.5、－1.8 kg H2SO4·t－1).但是，Lime1 處理中進(jìn)一步添加磷肥和底泥 (L1+P，L1+RS 和 L1+NPK+RS)能夠有效地阻止土壤再產(chǎn)酸，并限制降低DTPA-浸提態(tài)重金屬含量，而且聯(lián)合添加石灰與NPK肥、磷肥和底泥的處理明顯地降低了植物體內(nèi)重金屬的含量.主成分分析進(jìn)一步驗(yàn)證表明聯(lián)合添加石灰和底泥在控制土壤酸化方面有良好的特性.

綜上所述，在改良極端酸性的礦山土壤中，聯(lián)合添加石灰和底泥的處理 (L1/L2+RS、L1/L2+NPK+RS)有效地抑制了土壤酸化和再酸化、降低了重金屬毒性，促進(jìn)植被恢復(fù).添加25 t·ha－1的石灰和底泥(30%)的改良處理是最經(jīng)濟(jì)、有效的.實(shí)驗(yàn)結(jié)果同時(shí)表明，聯(lián)合采用NAG實(shí)驗(yàn)和生物分析技術(shù)相結(jié)合的手段對準(zhǔn)確預(yù)測土壤的酸化和再酸化具有重要的應(yīng)用價(jià)值.