复垦区土壤重金属污染特征及农田杂草修复潜力研究

论文摘要

淮南是一个开采历史达百年的煤炭城市,是我国重要的煤炭能源生产基地。煤炭资源开发利用促进了淮南市经济社会的发展,但同进也引发了一系列天然岩、水、土的环境地质问题和生态环境问题,如煤矸石的大量堆存、塌陷区的形成等。淮南矿区利用煤矸石填充塌陷地已有几十年历史,传统的复垦工艺不考虑土壤重构因素,使复垦区土壤理化性质、土壤物理结构以及土壤环境等发生了很大变化。同时,煤矸石充填塌陷区所带来的土壤重金属污染问题一直是矿区复垦研究的一个重点和难点。由于植物修复技术在修复土壤重金属污染方面,具有投入成本低、不破坏土壤结构、能起到一定美化环境作用和易于为社会所接受等优点,已成为当前国内外的热点科学问题和前沿研究领域,特别是在农田杂草资源中超积累植物筛选利用。但是,长期以来缺乏对煤矿区煤矸石充填复垦土壤特性、重金属污染特征、土壤—植物系统重金属迁移规律、农田杂草的重金属植物修复潜力的系统性研究。本论文在较系统地综述了国内外矿区复垦土壤重金属植物修复技术研究进展基础上,以潘一煤矿复垦区土壤及农田杂草为研究对象,重点开展了三方面的研究工作：1.复垦区土壤及煤矸石特性研究结合现场实测与室内实验,较系统地研究了复垦土壤和煤矸石的理化特性,分析了充填复垦土壤特性和肥力水平的变化。结果表明：与对照区土壤特性相比,潘一矿复垦区土壤含水量、有机质、速效钾、速效磷、全氮含量偏低；潘一矿复垦区土壤营养元素中有机质和速效磷比较缺乏,特别是有机质含量处于严重缺乏水平。分析用于充填复垦的煤矸石理化特性,结果表明风化后的煤矸石营养元素含量较丰富,可以满足植物生长的需要。但其含盐量较高,容易引起接触层土壤发生盐碱化。2.复垦区土壤重金属污染特征研究在研究区域现场分层采集土壤样品140个,详细地研究了复垦区土壤中Cu、Cr、Mn、Zn、Ni、Pb、Cd、Hg、As这9种重金属元素的垂直和水平空间分布特征,并利用surfer8.0软件对重金属的水平分布特征可视化表达。结果表明：采用煤矸石充填复垦存在有害重金属元素向覆土层迁移的风险,且煤矸石山的堆积和粉煤灰贮灰场的存在对复垦区土壤造成了一定程度和范围的重金属污染。并在此基础上,进行了重金属含量之间及土壤重金属含量与土壤特性的相关性研究。3.农田杂草修复土壤重金属污染潜力研究以潘一矿复垦区12种优势农田杂草为研究对象,分析农田杂草对9种重金属的吸收积累特征,结合富集系数和转移系数对12种优势农田杂草的重金属植物修复潜力进行筛选。参考超积累植物筛选标准,筛选出了野豇豆对Zn元素、一年蓬和洋姜对Cd元素、一年蓬、鬼针草、加拿大一枝黄花、钻叶紫菀和野豇豆对Hg元素同时具备超积累植物的两个基本特征。但是筛选出来的6种菊科植物地上部分重金属含量均未达到超积累植物的临界含量标准,没有筛选出重金属超积累植物。图[20]表[19]参[53]

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图清单
• 附表清单
• 1 绪论
• 1.1 研究背景与理论意义
• 1.2 土壤重金属污染的植物修复技术
• 1.2.1 植物修复技术的定义
• 1.2.2 重金属的植物修复机理
• 1.2.3 超积累植物和排异植物的概念
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 矿区土壤重金属污染研究状况
• 1.3.2 农田杂草修复重金属污染土壤研究
• 1.4 本论文的研究目的、内容和技术路线
• 1.4.1 研究目的
• 1.4.2 研究内容
• 1.4.3 技术路线
• 2 研究区域概况
• 2.1 淮南矿区概况
• 2.1.1 基本概况
• 2.1.2 地理位置
• 2.1.3 气候气象
• 2.1.4 野生植物资源
• 2.2 潘一矿复垦区概况
• 2.2.1 潘一矿概况
• 2.2.2 复垦工艺
• 2.2.3 主要成土母质及类型
• 3 样品的采集、处理与分析方法
• 3.1 样品采集
• 3.1.1 土壤样品采集
• 3.1.2 植物样品采集
• 3.2 样品制备
• 3.2.1 土壤样品的预处理
• 3.2.2 植物样品的预处理
• 3.2.3 煤矸石样品的预处理
• 3.2.4 样品消解
• 3.3 测试项目与方法
• 3.3.1 实验试剂
• 3.3.2 测定项目
• 3.3.3 测定方法
• 3.3.4 主要的仪器设备
• 3.3.5 质量控制
• 3.3.6 数据处理与统计分析
• 4 复垦区土壤及煤矸石特性研究
• 4.1 土壤理化指标分析
• 4.2 土壤肥力水平评价
• 4.3 煤矸石理化指标分析
• 4.4 小结
• 5 复垦区土壤重金属污染特征研究
• 5.1 煤矸石中重金属的赋存
• 5.1.1 煤矸石的检测结果及分析
• 5.2 土壤重金属分布特征研究
• 5.2.1 重金属垂直分布特征
• 5.2.2 重金属水平分布特征
• 5.3 土壤重金属相关性分析
• 5.3.1 土壤重金属元素之间的相关性
• 5.3.2 重金属元素与土壤理化性质的相关性
• 5.3.3 覆土底层土壤与煤矸石中重金属相关性分析
• 5.4 小结
• 6 农田杂草修复土壤重金属污染潜力研究
• 6.1 农田杂草对重金属的吸收特征
• 6.1.1 根区土壤重金属污染特征
• 6.1.2 农田杂草对重金属的吸收特征
• 6.1.3 农田杂草对重金属的积累特征
• 6.2 植物与土壤重金属含量的关系
• 6.3. 植物中重金属的富集和转移
• 6.4 重金属超积累植物的筛选
• 6.5 小结
• 7 主要结论和研究展望
• 7.1 结论和建议
• 7.1.1 结论
• 7.1.2 建议
• 7.2 不足与展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介及读研期间主要科研成果