改良剂对极端酸性矿山土壤再酸化和重金属固定的效果研究

改良剂对极端酸性矿山土壤再酸化和重金属固定的效果研究

极端酸性重金属矿山废弃地的生态恢复是一个世界性难题.前人研究表明添加土壤改良剂能有效抑制矿山土壤的酸化和重金属的有效性.然而，在极端酸性重金属矿业废弃地上建立一个安全、稳定、自维持的植被是一个巨大的挑战.植被恢复后，土壤的再酸化往往会导致重建植被完全退化.因此，准确预测和有效控制极端酸性矿山土壤的酸化和再酸化，发展一套简单、快速、准确地预测酸化和再酸化的方法具有重要的应用价值.

中山大学生命科学院束文圣研究组以广东省大宝山硫铁/铜矿排土场极端酸性重金属污染土壤(pH ＜3)为基质，选择石灰、NPK(15∶15∶15)复合肥、磷肥和底泥为改良剂，分别设置25 t·ha－1和50 t·ha－1两组不同的石灰浓度梯度，采用正交实验设计，通过室内盆栽混合种植狗牙根、高羊茅和田菁3种耐性植物，据此研究植被种植前后，添加不同的改良剂及改良剂组合对土壤酸化抑制、重金属固化的影响.首次将NAG(净产酸潜力)实验应用于基质改良、植被恢复过程的酸化预测，相关研究工作最近以封面论文在英国皇家化学会学术期刊 Journal of Environmental Monitoring上发表 (J.Environ.Monit.，2011，13，1876).研究的核心问题是:(1)NAG实验和生物分析技术相结合的手段可否用来准确、快速地预测极端酸性矿山土壤的酸化和再酸化过程;(2)为极端酸性重金属污染矿山土壤的植被恢复筛选经济、有效的改良剂及改良剂组合.

研究结果发现:与对照相比，联合添加石灰和其它改良剂显著性增加了土壤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石灰处理后，土壤的 NAG 值降低为0，Lime1 和 Lime2 处理的 ANC 值从负值分别提高到25—36 kg H2SO4·t－1和71—93 kg H2SO4·t－1.植物生长6个月后，Lime1各处理的ANC值显著性下降(P ＜0.05)，NAG值显著性升高(P＜0.05)，其中L1和 L1+NPK处理又恢复产酸能力 (NAG ＞0)，酸中和能力也回到了负值 (－2.5、－1.8 kg H2SO4·t－1).但是，Lime1 处理中进一步添加磷肥和底泥 (L1+P，L1+RS 和 L1+NPK+RS)能够有效地阻止土壤再产酸，并限制降低DTPA-浸提态重金属含量，而且联合添加石灰与NPK肥、磷肥和底泥的处理明显地降低了植物体内重金属的含量.主成分分析进一步验证表明联合添加石灰和底泥在控制土壤酸化方面有良好的特性.

综上所述，在改良极端酸性的矿山土壤中，联合添加石灰和底泥的处理 (L1/L2+RS、L1/L2+NPK+RS)有效地抑制了土壤酸化和再酸化、降低了重金属毒性，促进植被恢复.添加25 t·ha－1的石灰和底泥(30%)的改良处理是最经济、有效的.实验结果同时表明，联合采用NAG实验和生物分析技术相结合的手段对准确预测土壤的酸化和再酸化具有重要的应用价值.