金属尾矿砂的改良和植被重建研究进展

针对金属尾矿砂的理化性状以及所带来的环境影响进行了简要介绍和评述,着重从改良的角度论述了我国治理修复金属矿区尾矿砂的研究进展、存在的问题和将来的发展方向。     

韶关土壤重金属污染状况

随着工矿业的迅猛发展,韶关土壤重金属污染日益严重,直接影响到农作物的安全生产。笔者对韶关土壤重金属污染来源及其现状作了概述,并针对污染状况及其当地农作物生产的特点提出了一些治理和修复建议。     

铜尾矿库周边农田土壤重金属污染状况及其对大豆生长的影响

目的探究安徽省铜陵市老鸦岭尾矿库对周边农田土壤质量及作物生长的影响,为该地区的重金属污染风险研究和土地安全利用提供参考。方法以尾矿库为起点,向东南以1 km为间距,共设置4处农田样地,分别记为NT0、NT1、NT2、NT3,对各样地土壤的基本理化性质、重金属含量、土壤酶活性,以及大豆植株的生物量和重金属富集量等指标进行测定分析。结果以国家农用地土壤污染风险管控标准的风险筛选值为标准,计算内梅罗污染指数,对尾矿周边农田的土壤污染状况进行了评价。毗邻尾矿库的NT0样地土壤污染最为严重,铜、锌、铅、镍、铬的单项污染指数分别为4.37、1.19、0.64、0.24、0.13,综合污染指数为3.23,达到重污染水平。尾矿库周边约1 km范围为重金属污染区,约3 km范围为重金属污染警戒区。尾矿库周边农田土壤的脲酶活性对土壤重金属含量变化最为敏感,可指示该地区的污染情况。尾矿库周边的大豆生长状况与农田土壤铜、锌含量呈负相关,大豆植株对土壤中锌的富集和转运能力均高于铜。结论老鸦岭尾矿库会对其周边的农田土壤造成一定的重金属污染,抑制作物生长,存在潜在的生态风险,亟需进一步修复和治理。     

植被恢复对重金属污染土壤有机质及团聚体特征的影响

采用田间原位试验,研究了不同植被恢复3年对重金属污染土壤有机碳及团聚体结构和稳定性的影响,评价了不同植物修复效果的差异,为农田重金属污染土壤修复中,合理选择植被类型,以及建立评价标准提供理论依据。在某Cu,Cd重度污染农田建立田间小区,施加钝化材料石灰(对照除外)后种植海州香薷(ME),伴矿景天(MS)和巨菌草(MP)3种植物,3年的田间原位修复试验后,分析各处理下土壤有机质含,0.25 mm机械稳定性团聚体(DR_(0.25))和水稳定性(WR_(0.25))团聚体含量,团聚体平均质量直径(MWD),几何平均直径(GMD),团聚体稳定率(AR,%)和分形维数(D)等团聚体稳定性指标。结果表明,3年植被恢复后,3种植被处理均提高了土壤有机质含量,提高幅度为2.89%~5.39%,并提高了0.25mm机械稳定性团聚体(DR_(0.25))和水稳定性(WR_(0.25))团聚体含量,提高幅度分别为2.89%~5.39%,6.64%~10.40%和13.34%~17.48%。3种植物处理均可以显著提高土壤机械稳定性团聚体和水稳性团聚体的平均质量直径(MWD)和几何平均直径(GMD),其中以巨菌草处理提高幅度最大。在团聚体稳定性方面,3种植物处理均可以提高团聚体的稳定率(AR,%),以海州香薷处理提高幅度最大;植物处理可以显著降低土壤机械稳定性团聚体的分形维数(D),但对水稳定性团聚体的分形维数没有明显的影响。综上所述,采用钝化加原位植物修复可以提高重金属重度污染农田的有机质含量和土壤团聚体的稳定性,改善土壤结构,可以在重金属重度污染土壤修复中推广应用。     

云南省个旧锡矿区重金属污染评价及植被恢复初探

通过对云南个旧锡矿区废弃地重金属的野外调查和室内测定,运用地质累积指数对重金属污染进行了评价.结果表明,研究区废弃地重金属含量从高到低依次为Cd>Mn>Pb>As>Zn>Cu=Fe,其中Cd和Mn的地质累积指数最高,平均达到了4.55以上,污染等级达到5级,属于强度污染到极强度污染;Pb的地质累积指数平均达到了3.08以上,污染等级为4级,属于强度污染;As和Zn的平均地质累积指数分别为2.37和1.97,污染等级分别为3级和2级,达到了中度污染以上;Cu和Fe的平均地质累积指数均小于0,没有产生污染;采用造林措施对矿区废弃地进行复垦较采用农业措施对于治理矿区重金属污染具有更好的效果,因此可以采用覆土造林方式作为矿区废弃地复垦的主要方式.最后,结合不同地块重金属污染状况评价结果,提出了针对废弃地进行植被恢复的主要植物种.     

先锋植物对铅锌尾矿库重金属污染的修复作用

通过野外调查发现湖南湘西花坦铅锌尾矿库定居成功五节芒、辣蓼和截叶铁扫帚3种先锋植物.研究先锋植物对其根际土壤理化性质的改良,先锋植物对重金属Pb、Zn、Cd的吸收积累及其生长对根际土壤重金属化学形态的影响.结果表明,先锋植物的定居提高了其根际土壤有机质、全氮含量和土壤含水率,而pH值均有所降低;3种先锋植物均表现为对Zn具有较强的富集能力,而对Pb、Cd的富集能力很差;先锋植物的生长通过促进残留态Pb、Zn、Cd向弱结合态转化,改变了Pb、Zn、Cd的形态分布,影响土壤中Pb、Zn、Cd的生物有效性.先锋植物五节芒、辣蓼和截叶铁扫帚的自然定居,有利于铅锌尾矿库重金属污染的修复.     

芜湖市工业区土壤重金属污染状况研究

通过对芜湖工业区(四褐山区、马塘区)土壤中重金属污染状况的调查,结果表明:土壤中重金属(Cu、Pb、Zn、Cd)含量绝大部分高于土壤元素背景值。在四褐山工业区,Cu污染最严重,Cd次之;在马塘工业区,Cd污染最严重,Zn次之。土壤中重金属含量基本上与土壤pH呈负相关关系,而重金属总量与可浸提态含量呈正相关关系。土壤中重金属污染来源主要是污水,大气粉尘沉降也是一个重要因素。     

绥满公路路侧典型植被区土壤重金属污染特征及评价研究

以绥满公路(301国道)黑龙江境内海林至亚布力段为研究区,对公路沿线三种典型植被下,距公路不同距离的297个样点表层土壤(0～20cm)中Pb、Cd、Cu、Zn、As元素含量的分析。结果表明,所调查公路旁侧土壤重金属平均含量与背景值相比,5种金属含量普遍较高,但三种不同类型植被土壤重金属平均含量无显著差异。各种类型土壤的单因子和综合污染指数计算数据显示,Cd类型Ⅰ为重污染,类型Ⅱ和类型Ⅲ为中度污染,Zn、Cu、Pb、As轻度污染,综合污染指数等级均达到中度污染。相关性分析结果显示公路建设营运是造成公路路侧土壤Pb、Cd、Cu等重金属污染的主要原因。复层结构的林带土壤主要污染区距公路约40～60m范围之内,纯乔木组成的林带土壤主要污染区距公路约70～100m范围之内,农田土壤主要污染区距公路约70～100m范围之内。复层结构的林带能阻止重金属污染物向更远处扩散,能缩小公路污染影响范围,纯乔木组成的林带阻止重金属污染物扩散效果不明显。     

湖北茶园土壤重金属污染状况评价

对湖北省96个茶园土壤的Cd、As、Pb、Cr、Cu、Ni、Zn、Se、Co、V和Sb等重金属含量进行测定,并对比土壤环境质量评价国家标准,采用单因子污染指数和内梅罗综合污染指数法,对茶园土壤重金属污染状况进行了评价。结果表明,湖北省茶园土壤质量状况良好,处于清洁级和尚清洁标准的茶园比例分别为45.8%、30.2%,除1个茶园的Pb出现重度污染外,其余重金属含量均未超标。     

植被恢复与重建理论体系的构建

通过对恢复生态学等相关理论的研究以及植被恢复和重建实践经验的总结,构建了植被恢复与重建的理论体系。该体系包括理论基础、方法体系、技术体系和工程体系等四部分,并对植被恢复与重建的目标、原则、模式、步骤和评价进行了详细描述。     

天然蒙脱石和沸石改良对黑麦草在铜尾矿砂上生长的影响

通过温室盆栽试验,开展了天然蒙脱石和沸石处理对黑麦草在铜矿尾矿砂上生长影响的研究。结果表明:蒙脱石和沸石改良对黑麦草的地上部生物量没有显著影响,但改变了黑麦草的根重;而施用肥料促进了黑麦草生长。蒙脱石的加入使尾矿砂的有效态锌含量显著降低,但对有效态铜的含量影响不明显;而沸石的加入均显著降低了尾矿砂的有效态铜和锌的含量;另外,矿物的加入降低了尾矿砂的pH值,但其变化与尾矿砂重金属有效态含量变化之间无相关性。矿物的加入降低了黑麦草根中的铜锌吸收,但蒙脱石增加了第一茬黑麦草地上部铜锌吸收,对第二茬黑麦草地上部铜锌吸收无影响;而沸石对两茬黑麦草地上部铜锌含量均无显著影响。不同生长期黑麦草对铜锌吸收量有差异,第二茬黑麦草的地上部锌含量明显高于第一茬,而铜含量则变化不大。     

Cd、Pb、Cu、Zn、As复合污染对杂交水稻苗的联合生理毒性效应及临界值

通过室内土培试验,研究了不同浓度的Cd、Pb、Cu、Zn、As等5种重金属复合污染对水稻苗的联合生理毒性效应,并对其临界值进行了探讨。结果表明:5种重金属污染对水稻苗的联合生理毒性效应随其污染浓度的增加而显著增强,剂量—效应关系明显。除处理(1)外,其余各处理对水稻苗体的诸项生长指标的抑制均达到了极显著的程度(P<0.01),且对根长的抑制明显大于苗长。随着复合重金属污染浓度的增大,水稻苗叶片中叶绿素含量急剧减少;丙二醛(MDA)含量迅速增加;POD和SOD酶活性呈先升后降的变化趋势。铅锌尾矿和矿毒水污染对水稻苗生长和各项生理生化指标的影响也均达到了极显著程度,但在二者污染下,POD和SOD酶活性均高于对照,铅锌尾矿的毒性效应大于矿毒水。以酶活性为参考指标,可以将土壤环境质量二级标准上限值设定为土壤中Cd、Pb、Cu、Zn、As等5种重金属对该水稻品种的临界毒性效应值。     

龙游硫铁矿区农田土壤重金属污染的空间 变异及在水稻中的积累

为了解浙江龙游硫铁矿区农田重金属污染状况,采集矿区265件农田土壤样品,分析8种重金属Cu、As、Hg、Zn、Cd、Ni、Pb、Cr元素全量,利用地统计学软件GS+9.0对研究区土壤各元素指标进行半变异函数拟合,并利用普通克里格法进行插值并绘制空间分布图。采集30件水稻籽粒样品,分析重金属在研究区中水稻籽粒的累积特征,并进行了健康风险评价。结果表明:矿区土壤中8种重金属元素的变异系数从0.72到1.76,离散程度较高。8种重金属的土壤空间半变异函数Cu、As、Hg元素符合指数模型,Zn、Cd、Ni、Pb符合球状模型,Cr符合高斯模型。元素Cu、Pb、Zn、Cr、Ni的块金值与基台值的比值C0/C0+C都小于0.25,说明空间变化主要受地质背景等因素影响;元素Cd、Hg和As的块金值与基台值的比值C0/C0+C在0.25~0.75之间,说明除了地质背景因素,人为活动等随机因素也有影响。矿区水稻籽粒中重金属Ni和Cd的变异系数最高,分别为0.95和0.87,说明Ni和Cd元素可能存在异常积累。矿区水稻籽粒对重金属的富集能力由大到小依次为Cd、Zn、Cu、Ni、As、Hg、Cr、Pb。健康风险评价结果表明矿区农田水稻籽粒中元素As、Cd的风险商大于1,存在潜在健康风险;而其他6种重金属Cu、Hg、Zn、Ni、Pb和Cr基本属于安全范围。     

Alternative Washing Protocols for Releasing Metals Deposited on Leaf Surfaces

This study was performed to test suitable washing protocols for removing potentially toxic elements (PTE) deposited on leaves of plants from metal mine tailings. Two experiments were performed; with five and four treatments, respectively. In both cases, a non-washed treatment was included too. All the washing protocols significantly (p ≤ 0.05) reduced PTE concentrations in leaves of Dalea bicolor and Aliona choisyi. A. choisyi leaves had higher PTE concentrations than those of D. bicolor. From the first experiment, the concentration of lead (Pb, mg/kg) in unwashed leaves of A. choisyi was 715; while in the washed leaves treatments, it was in the range of 142–308. For cadmium (Cd) it was 23 vs the range of 7–18, for copper (Cu) it was 210 vs the range of 35–115 and for zinc (Zn) it was 3398 vs the range of 777–380, respectively. The single use of water does not remove all PTE deposited in leaves and conduces to overestimation of PTE leaf concentrations. Washing effectiveness varied according to PTE, plant species and treatments, but not the time of washing. Cd was the least removed from leaf surface (up to 69%), while Cu and Zn were the most removed from D. bicolor leaves (98% to 100%). Treatments involving the use of diluted HCl and sodium hexametaphosphate had the highest removal of Pb and Zn, while diluted HCl was effective to release Cd and Cu from leaves. The conscious washing procedure before chemical analysis leaf PTE concentration might significantly modify PTE concentration and the perception of plant accumulation.     

黄棕壤添加重金属的毒性评价及其临界浓度确定

在连续盆栽水稻、小麦的过程中研究了加入黄棕壤的Cu、Cd、Pb的毒性(发光细菌法)。结果表明,当以水提取黄棕壤中三元素,浓度低,不显毒性,这与水提取红壤的结果相反;当以0.1mol L^-1HCI提取黄棕壤中三元素,则浓度明显提高而显示毒性。在相关显著水平P=0.001的基础上建立了土壤金属浓度与剩余发光度(毒性指标)优化拟合方程。规定含金属土壤的临界剩余发光度为90%(EC₁₀)。据此,估算出黄棕壤中Pb、Cu、Cd的临界浓度(μg/g土)分别为:488-587,17.8-25.3,2.11-2.12。     

露天煤矿周边不同深度土壤重金属空间变异及分布特征

以准东露天煤矿周边为研究对象,对矿区周围52个土壤样点分别采取0~10、10~20和20~30 cm不同深度的土壤样品,在室内测定了Zn、Cr、Hg和As 4种重金属含量。采用地统计学方法,定量分析了不同深度土壤重金属元素的空间变异性,并通过普通克里金插值深入分析了其水平和垂直方向的空间分布规律。研究表明:土壤重金属元素含量大小顺序为CrZnAsHg,其中Cr、Hg和As的均值分别超过了新疆背景值的0.6倍、2.1倍和1.8倍,超标率均在60%以上,存在较严重的污染。从空间变异性来看,半方差函数符合高斯、指数和球状模型,其块金值均为正值,说明易受正基底效应的影响,而表层和深层土壤重金属元素的块金系数均在25%~75%,呈现中等空间相关性,受随机因素和结构性因素共同作用的影响。重金属元素在水平空间分布具有一定的规律性,其高值密集在矿区周边及工业园附近,而低值出现在研究区南部和古尔班通古特沙漠边缘,总体呈现南北方向递增趋势;而垂直分布上,Zn和Hg元素随深度的增加其含量递减,而As元素在表层和其他两层的空间分布上存在较大的差异。     

Effects of heavy metals from mining and industry on some rivers in Poland: An already exploded chemical time bomb?

Upper Silesia has rich deposits of hard coal and substantial deposits of zinc, lead and iron ores. the watersheds of two rivers cut right through the zinc and lead ore mining region and most of the tailing drainage water is contaminated with heavy metals. in total, about 807 tyr-1 of zinc, 67t yr-1 of lead and 17 tyr-1 of cadmium are discharged with the drainage and process waste water. in the Upper Silesia many industrial plants also discharge waste water contaminated with heavy metals. the Bukowno Complex is the most important regional source of heavy metals and the Biala Przemsza River is the main receiver of waste waters from this complex. Measured data at a cross-section of this river are given. It is shown by a simplified calculation that lead and zinc are transported downstream to the Vistula River and later to the Baltic Sea, or are deposited in the river bed. It is shown that there are many other possible sources of heavy metals. Atmospheric deposition of metals on the surface leads to surface runoff, accumulation in plants, and subsequently discharge with animal or human excreta. Contaminated sediments will continue to pollute the overflowing river water, perhaps for centuries. Mobilization of heavy metals and factors affecting that process are discussed in relation to providing safe drinking water now and in the future. It is emphasized that the drinking water quality is already threatened.     

污泥-铜尾矿体系下pH、盐分和重金属对大麦根伸长的生态毒性效应

以无锡芦村污水处理厂的污泥为例,室内分析了污泥对铜陵、德兴铜尾矿的酸碱缓冲能力和田间持水能力的改善,并通过生态毒理试验初步评估了施用该种污泥复垦铜尾矿的可行性。试验表明,在污泥施用量为0、10、30、50、100、130、170、200g/kg时,铜陵尾矿上大麦根伸长随着污泥施用量的增加而受抑制,根长和盐分呈显著负相关关系。污泥与德兴酸性尾矿混合时,大麦根伸长呈先增后减的趋势,在污泥加入量为0~100g/kg时,根长随pH的升高和有效Cu的减少而增长,而在污泥加入量为100~200g/kg时,根长随盐分增加而受抑制;CaCl2提取的Cu随有机质增加而明显减少,CaCl2提取的Zn对pH变化比较敏感。