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典型边际土地能源植物种植示范及其生态效应

余海波

  矿山开采、重金属冶炼带来了大量重金属污染场地,不仅占用了土地资源,而且容易引起周边环境的污染。植物稳定修复与植被恢复可以实现多种目的,如稳定尾矿、控制污染、美化环境等,其中,在重金属污染边际土地上种植非食用性的能源植物,将成为一种新兴的生物能源生产趋势。 本研究以典型重金属污染边际土地浙江富阳铜锌冶炼厂周边重金属污染农田和安徽铜陵杨山冲尾矿库为试验基地,探索利用石灰、凹凸棒石、膨润土、沸石、磷矿粉等作为改良剂进行场地基质性质改良,进行能源植物种植示范研究。示范栽培的五节芒(Miscanthus floridulus)、荻(Miscanthus sacchariflorus)、甜高粱(Sorghum bicolor)和甘蔗(Saccharum officinarum)等是生物乙醇生产的重要原料。其中,芒草(Miscanthus)在欧美发达国家常被称作“生物燃料”。 在对试验场地进行调查分析的基础上,选择具有代表性的场地土壤样品,通过大麦根伸长毒性试验和有效态重金属(0.1molL-1硝酸钠提取态)化学提取,分析场地土壤对植物生长的限制因子,并有针对性的筛选基质改良剂;利用筛选的改良剂进行示范区能源植物种植示范,通过能源植物生物量、重金属含量以及土壤有效态重金属含量分析,取得了如下研究结果: 1.通过大麦根伸长毒性响应试验,评价石灰、凹凸棒石、膨润土、沸石、磷矿粉作为改良剂的效果。在供试试验场地土壤上施用Ca(OH)2显著提高了土壤的pH;显著降低了重金属溶解性,其中,Ca(OH)2施加量高于0.9%时,大部分重金属的有效态含量低于检出限。随着Ca(OH)2施加量的增加,土壤pH持续升高,大麦根长表现出先增长后缩短的趋势。在施加Ca(OH)2基础上,再施加凹凸棒石、膨润土、沸石、磷矿粉,对供试土壤无明显的改良效果,但是适量施加磷矿粉可作为长效磷肥。实验分析表明,示范区试验施加Ca(OH)21% W/W,磷矿粉0.1% W/W作为改良剂为最佳。 2.在浙江富阳边际重金属污染农田示范区中,施用改良剂Ca(OH)2和磷矿粉后土壤Cu、Zn有效态含量呈显著下降趋势,但种植一季能源植物后,分析示范区土壤有效态重金属含量累积概率分布发现土壤有效态Cu、Zn含量有所回升,说明种植一季能源植物后仍需要施加改良剂以抑制有效态Cu、Zn的含量对来年继续种植的影响。甘蔗、甜高粱和香根草种植一季,单位面积的生物量为甜高粱>甘蔗>香根草。种植的能源植物对Zn的耐性研究表明,甘蔗的耐性明显高于甜高粱。种植的甘蔗和甜高粱汁液品质分析表明,汁液的总糖和还原糖百分含量在各处理区差异不显著;汁液的单位面积产量,甜高粱是甘蔗的2倍多;甘蔗和甜高粱汁液中Zn的含量均超出国家食品卫生安全标准(≤5mg/l),超标率达96.8%,不宜作为饮料。甘蔗、甜高粱和香根草中的重金属含量和富集能力均存在一定差异,其中,单位面积种植一季能源植物带走的Zn和Cd的量是甜高粱>甘蔗>香根草,而种植一季能源植物带走Cu和Pb的量为:甘蔗>香根草>甜高粱。 3.在安徽铜陵边际铜尾矿库示范区,施用改良剂一月后,表层尾砂有效性重金属含量显著降低;酸化区域尾砂施加熟石灰后pH值显著提高;酸化区域施加磷矿粉后部分试验小区重金属有效性有所升高。示范区种植一季能源植物后,表层尾砂酸化区有效态重金属含量Cu、Zn含量仍较高,还需加入改良剂以减少高有效态的重金属对来年能源植物生长的毒害作用。能源植物种植后的成活率和长势统计表明,荻优于其它供试植物(荻成活率达99.3%),芦苇、五节芒次之,芦竹适应状况最差。能源植物种植一季后地上部分生物量分析表明,未酸化区域地上部生物量C区(施加牛粪)>D区(施加牛粪和磷矿粉);酸化区域地上部生物量B区(施加牛粪、熟石灰和磷矿粉)>A区(施加牛粪和熟石灰)。四种能源植物地上部分对重金属Zn、Cu、Pb和Cd的吸收积累能力为:荻>芦苇>五节芒>芦竹。 4.通过样方法对铜陵尾矿库试验示范区新定居植物多样性调查和分析表明,经尾砂改良和人工引种四种禾本科能源植物后,新自然定居的维管植物共有64种,分属25科59属。其中,一年生或二年生草本植物占57.8%;其次是多年生草本植物,占37.5%。四个处理区的物种丰富度指数、Simpson多样性指数和Shannon-Wiener多样性指数均表现为D(施加磷矿粉区)> C(对照区)> B(施加石灰和磷矿粉区)> A(施加石灰区),均匀性指数则相反。分析表明pH值和有效态重金属含量可能是新植物定居的限制因子。……   
[关键词]:边际土地;土壤改良剂;能源植物;种植示范;重金属;植物多样性
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:安徽师范大学2010年