植物修復對廬江礬礦區廢棄地土壤養分和重金屬含量的影響

左丹丹+黃金文+岳梅+劉盛萍+鄧呈遜

摘 要：該文采用土壤盆栽試驗，研究高丹草、田菁2種草本植物分別與改良劑聯合作用對礦區土壤養分條件和可交換態重金屬Cu、Zn、As、Cd含量的影響。結果表明，廢棄地土壤在不經任何處理自然放置120d后，有機質和有效磷含量增加不明顯，全氮和速效鉀含量降低，可交換態重金屬元素含量變化不顯著，植物-改良劑聯合處理后，全氮、有機質、有效磷和速效鉀含量顯著提升，土壤肥力改善明顯，可交換態重金屬有微量殘留，可見植物-改良劑聯合修復重金屬污染土壤具有可行性。

關鍵詞：礬礦；植物修復；養分；可交換態重金屬

中圖分類號 X53 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2017）20-0047-04

Effects of Plant Restoration on the Soil Nutrient and Heavy Metal Content of the Abandoned Land in Lujiang Alunite Mine

Zuo Dandan1 et al.

（1Department of Biological and Environmental Engineering，Hefei University，Hefei 230601，China）

Abstract：Pot experiments were carried out to investigate the effects of the combination of the pacesetter and sesbania cannabina on soil nutrient condition and exchangeable heavy metal Cu，Zn，As and Cd in the mining area respectively.The results showed that it is not obvious that the content of organic matter and effective phosphorus increased，the content of total nitrogen and instant potassium decreased，and the content of the exchangeable heavy metal elements was not significant when the soil in the abandoned land had been disposed of for 120 days without any treatment.After the combined treatment of plants and modifiers，the content of total nitrogen，organic matter，effective phosphorus and instant potassium increased significantly，the soil fertility was improved obviously，and the exchangeable heavy metals had trace residues.The above indicated that the combination of plant-modifying agent and remediation of heavy metal contaminated soil was feasible.

Key words：Alunite mine；Plant restoration；Nutrient；Exchangeable heavy metal

礬山鎮礬礦是安徽省大中型閉坑礦山，礦石儲量達2億t，礦石類型以黃鐵礦、石英、明礬石礦石為主，已開采近千年，堆積了近5000萬t的廢石，大約形成了30000m2裸露的廢棄地[1-3]。廢棄地土壤受廢石產酸影響，其重金屬含量高，對植物的生長造成毒害生境。近年來，篩選超富集植物修復重金屬污染土壤成為了植物修復的熱點，但由于超富集植物一般具有植株矮小、生長緩慢、生物量低、周期長等缺點，導致其在實際的工程應用中較少[4]。因此，國內外諸多學者利用非食用且具有經濟價值的普通植物，并結合向污染土壤中添加改良劑的方法來修復礦區污染土壤，這是一條行之有效的途徑[5-6]。本文研究比較了高丹草和田菁2種草本植物與改良劑聯合作用于礬礦廢棄地土壤的修復效果，通過修復前后土壤養分條件和有效態重金屬含量的測定分析，揭示廢棄地土壤經過植物-改良劑修復后土壤養分及可交換態重金屬變化的原因，為今后的礦區廢棄地植物修復提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料 供試植物為高丹草、田菁。供試土壤采自安徽省廬江縣礬山鎮礬礦區廢棄地。供試土壤改良劑主要為有機肥和粉碎后的農業廢棄物秸稈，有機肥來自非凡生物科技有限公司，其pH為6.91，全氮為4.0%，有機質為67.3%，有效磷為1.90g/kg，速效鉀為0.65g/kg。

1.2 盆栽試驗 設置對照組和處理組，每組3個重復，處理組土壤施加改良劑（有機肥和粉碎后的農業廢棄物秸稈）。將礦區采集的土壤去除大塊石礫，混勻，處理組土壤和改良劑的配比為5∶1，分別稱取600g置于塑料盆中（外口徑18.5cm，內口徑16cm，底徑12cm，高17cm），處理組加入去離子水使土壤含水量為田間持水量的60%～70%，平衡7d后取出1～2cm厚的土壤，將高丹草、田菁草本植物種子分別均勻的撒在塑料盆里，用事先取出的土壤將種子均勻覆蓋鋪平，噴灑適量去離子水，出苗2周后每盆各留20株，植物生長期間保持土壤濕度為田間持水量的70%，每30d采集植物根際土壤，進行各項土壤理化性質測定及Cu、Zn、As、Cd可交換態重金屬元素分析。endprint

1.3 樣品處理與分析 土壤基本理化性質測定參照《土壤分析技術規范》；重金屬可交換態分析方法采用Tessier等的5步連續提取法[7]（表1）。用ICP-MS測定可交換態提取液中的重金屬含量。

2 結果與分析

2.1 原礦不經過任何處理120d后變化 礬礦廢棄地土壤自然放置120d后，土壤養分及可交換態重金屬含量變化見表2、表3。從表2可知，礬礦廢棄地土壤自然放置120d后，土壤有機質和有效磷含量增加不明顯，全氮和速效鉀含量降低，即廢棄地土壤在無任何處理的情況下其養分狀況隨著時間呈現出下降的趨勢，且分別屬于全國第二次土壤普查推薦的土壤養分分級標準中有機質含量6級指標、全氮含量5級指標、有效磷速效鉀含量4級指標，養分極低。這可能與土壤結構功能破壞有關，導致土壤自身的修復能力極弱，甚至基本喪失，因此，必須通過有效的途徑采用適宜的方法提高廢棄地土壤肥力。從表3可以看出，對照組不經過任何處理下，隨著時間的變化，土壤可交換態Cu、Zn和As含量下降幅度明顯，引起這種變化的原因可能是土壤可交換態活性較高，極易遷移轉化，盆栽試驗水分補給過程也會使土壤中可交換態重金屬轉變為水溶態從塑料盆底部隨水流失掉，致使土壤中可交換態重金屬含量下降。

2.2 植物-改良劑對廢棄地土壤全氮的影響 由圖1可知，廢棄地土壤施加改良劑，種植高丹草、田菁20d后，土壤全氮分別為0.40%、0.29%，高于對照組土壤自然放置120d全氮含量0.029%，說明了草本植物和改良劑聯合修復能短時間迅速提高土壤全氮含量。有機肥增加了土壤全氮含量，滿足植物對氮肥的基本需求。另外，2種草本植物對土壤全氮含量累積也具有一定的差異性這是由于不同植物引入的植物殘體和根系分布之間的差異，導致植物根際土壤性質、氮循環過程、土壤微生物數量及其生命活動發生變化，最終使土壤氮含量發生變化[8-9]。高丹草種植組不僅凋落物量大，而且腐解速率較快，進而明顯提高了土壤氮的輸入量。

2.3 植物-改良劑對廢棄地土壤有機質的影響 廢棄地土壤施加改良劑后，種植高丹草、田菁后，土壤有機質含量均有較大的改善效果。120d后，種植高丹草和田菁土壤有機質較廢棄地土壤自然放置120d有機質含量0.60%分別提高了8.82%、4.98%。以上結果表明，2種草本植物和改良劑聯合作用可提高廢棄地土壤有機質含量，高丹草的改善效果更加顯著。這是因為植物修復及植物殘體的腐化，同時，有機肥的施加也增加了土壤有機質的含量[10]。

2.4 植物-改良劑對廢棄地土壤有效磷的影響 廢棄地土壤在改良劑聯合作用下，種植高丹草、田菁的土壤有效磷含量顯著提高。120d后，高丹草、田菁生長的土壤有效磷含量分別為70.23mg/kg，75.06mg/kg，120d后田菁種植組對土壤有效磷的累積作用比較明顯。這是由于土壤改良劑中有機肥含磷量較高，以及植物生長過程中的凋落物腐化分解作用。說明草本植物和改良劑聯合修復土壤，不僅能提高廢棄地土壤有效磷含量，改善土壤質量，還可以提供充足的磷元素供植物生長。

2.5 植物-改良劑對廢棄地土壤速效鉀的影響 由圖4可知，在植物和改良劑聯合作用下，土壤速效鉀含量較廢棄地土壤均得到了顯著提高，高丹草、田菁在120d后，速效鉀的含量分別為230mg/kg、200mg/kg，較添加改良劑后的土壤初始值750mg/kg有所降低，即2種植物聯合改良劑作用土壤可以提高廢棄地土壤中的速效鉀含量。土壤速效鉀的含量在試驗初期提高顯著，這是因為有機肥本身速效鉀含量較高，在試驗后期，可能由于植物生長發育需要大量的鉀元素以及對土壤營養元素吸收的程度不同，造成速效鉀出現一定程度的下降。

2.6 植物-改良劑對廢棄地土壤有效態重金屬含量的影響 廢棄地土壤在改良劑作用下，高丹草、田菁種植120d，土壤重金屬元素含量變化見表3。由表3可知，礬礦廢棄地土壤在施加改良劑的基礎上種植兩種草本植物，土壤重金屬可交換態含量均有所降低?？梢?，植物-改良劑聯合作用可以顯著降低土壤可交換態重金屬含量。其原因主要是土壤改良劑中有機肥的添加，使土壤特性發生變化。一方面，添加有機肥后土壤理化性質的改變刺激了土壤微生物的生命活動，微生物通過生物吸附富集、氧化還原及溶解作用，改變土壤重金屬元素存在形態降低其遷移轉化的能力和生物可利用性。另一方面，有機肥和秸稈的添加也改善了土壤微環境，不僅提供了植物生長發育所需的營養元素，同時強化了植物的根際作用，使土壤可交換態的重金屬元素含量進一步降低。

3 結論

（1）礬礦廢棄地土壤在不經任何處理自然放置120d后，有機質和有效磷含量增加不明顯，全氮和速效鉀含量降低，土壤養分極其缺乏；土壤可交換態下的重金屬元素含量也有所下降，但是下降幅度低于植物-改良劑聯合作用后的土壤。

（2）2種草本植物和土壤改良劑聯合處理120d后，土壤全氮、有機質、有效磷和速效鉀含量顯著提升，土壤肥力改善明顯，但可交換態下重金屬元素還有微量殘留。

（3）高丹草和田菁均可用于礬礦區修復的植物種，同時還需要采用合理有效的措施提高土壤肥力，這不僅能防止廢棄礦區水土流失，還可以減少土壤重金屬污染面積繼續擴大。

參考文獻

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（責編：張宏民）endprint