大兴安岭典型采矿迹地土壤重金属污染分析与生态恢复研究

【摘要】采矿迹地是指在矿产资源开采、加工和利用过程中形成的露天采矿场、排土场、尾矿库等废弃地,其土壤重金属污染严重,肥力低,基质结构差,植被覆盖率低,污染了区域水体、大气以及土壤,植被恢复困难,使得生态系统的功能退化,对整个区域生态环境构成严重威胁。因此,对当地的采矿迹地进行重金属污染分析和生态恢复研究具有重要意义。本研究以大兴安岭地区典型采矿迹地古莲河露天煤矿排土场和胭脂沟金矿尾矿库为依托,以采矿迹地土壤重金属污染分析和生态恢复为目标,以采矿迹地基质及其中的Mn、Pb、Cu、Zn四种重金属元素和肥力指标、自然恢复及人工恢复植被为研究对象,采用资料分析、野外调查和取样、实验室化验和分析、基质改良、植被恢复等方法对采矿迹地中土壤养分、土壤重金属化学形态、基质改良及其效果、自然恢复植被和人工恢复植被及其生长状况进行了分析和研究,同时对相关量间的关联性进行了分析。主要研究结果表明：(1)煤矿排土场自然状态下土壤中Mn和Zn含量都高于对照地,而Pb和Cu含量都低于对照地。Mn和Pb以可还原态为主,Cu和Zn以残渣态为主。表现为Mn、Pb和Zn的潜在生物活性较高,具有潜在污染性,而Cu生物活性较低,比较稳定,污染性小。排土场中Mn和Pb各形态与全量之间相关性显著,Cu残渣态与全量之间相关性显著,Zn除残渣态外其它各形态与全量之间相关性显著。(2)金矿尾矿库自然状态下的土壤中Mn、Pb和Cu含量都高于对照地,而Zn的含量略低于对照地。Mn和Pb以可还原态为主,Cu和Zn以残渣态为主。表现为Mn和Pb的潜在生物活性较高,具有潜在污染性,而Cu和Zn生物活性较低,比较稳定,污染性小。尾矿库中Mn各形态与全量之间相关性都很显著,Pb和Cu除可还原态外其它各形态与全量之间相关性都很显著,Zn可氧化态和残渣态与全量之间显著相关。(3)两类采矿迹地自然状态下的土壤中Pb、Cu和Zn的平均含量都超出了土壤中的常见值,其各单项污染指数和它们的综合污染指数均达到了警戒级别,而Mn的含量只有最大值超出了土壤中的常见值,其单项污染指数都处于安全级；从四种重金属含量的最大值看,排土场和尾矿库的污染等级都不会达到或超过中度污染级别。四种重金属的变异程度都属于中等。(4)煤矿排土场上自然恢复优势草本植物为赖草、石生悬钩子、硬质早熟禾、兴安蓼和长刺酸模；优势木本植物为白桦、樟子松和兴安落叶松。与裸地肥力指标相比,其中硬质早熟禾、赖草、长刺酸模和兴安落叶松根周土肥力提高的较大；所有肥力指标中有效P、全K和速效K变化最小,甚至呈现下降的趋势；但所有根周土肥力指标都低于天然林下土壤。其中赖草、长刺酸模、石生悬钩子、兴安落叶松、白桦和樟子松对排土场中重金属的去除作用较好。(5)金矿尾矿库自然恢复优势草本植物为大穗薹草、黎、风毛菊、柳兰和珍珠梅；优势木本植物为兴安柳、兴安落叶松和樟子松。与裸地肥力指标相比,其中大穗薹草、黎、兴安落叶松和兴安柳根周土养分肥力提高的较大；所有肥力指标中也是有效P、全K和速效K变化最小,甚至呈现下降的趋势；但所有根周土肥力指标也都低于天然林下土壤。其中大穗薹草、藜、珍珠梅、兴安落叶松和樟子松对尾矿库中重金属的去除作用较好。(6)通过客土,整地等措施,按照“适地适树”原则选择植物,并参照自然恢复的研究结果,选择并实验成功适宜古莲河露天煤矿排土场人工恢复的植物有当地的樟子松、兴安落叶松、白桦以及引进的沙棘和紫丁香,而且成活率都在80%以上；适宜于胭脂沟金矿尾矿库恢复植物有带土坨的樟子松、兴安落叶松和兴安柳,同时引进了沙棘、紫丁香和紫花苜蓿,成活率都达85%以上。最终提出了适宜该区域采矿迹地生态恢复的五种模式,而且这五种模式对采矿迹地土壤肥力提高效果都明显高于自然恢复状态,对采矿迹地土壤重金属的去除和保持水土效果更明显。(7)采用枸杞、地锦和柽柳用于漠河县采矿迹地植被恢复时不能保证成活率,并且选用紫花苜蓿用于该地区煤矿排土场进行植被恢复没有成功。(8)对煤矿排土场进行边坡处理,当不再进行排土时,在最上一个排土台阶和最终排弃平盘及坡面上覆盖腐殖土效果显著,保证了植物的成活率；对金矿尾矿库采取往基质中掺沙土制造一个基质稳定层效果很显著,大大提高了基质的持水保肥能力,掺沙土量在三分之一左右,最终达到基质中没有大的孔隙为宜；并且采用废弃宅基地土和生活垃圾按1：1混合作为客土,植物根系用生根粉、保水剂处理,或者选择带有土坨和营养杯等植物苗木,人工恢复效果更显著。
【作者】谷金锋；
【导师】蔡体久；
【作者基本信息】东北林业大学，生态学，2014，博士
【关键词】大兴安岭；采矿迹地；重金属；生态恢复；

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