【摘要】： 黔西北土法煉鋅具有300多a的冶煉歷史，由于冶煉工藝簡單，重金屬回收率低，大量重金屬累積廢渣中，造成冶煉區(qū)環(huán)境嚴(yán)重污染。冶煉過程中產(chǎn)生了大量的煙塵，沒有采取任何環(huán)境保護(hù)措施，煙塵中含有大量的重金屬和二氧化硫等有毒有害物質(zhì)，破壞了冶煉區(qū)附近植被，大量的重金屬隨煙塵向四周擴(kuò)散，導(dǎo)致大面積大氣、土壤、植物、水體的重金屬污染。雖然土法煉鋅目前已基本上取締，但留下了2000萬t廢渣和1200hm~2的廢棄地。因而對廢棄地的植被重建與生態(tài)恢復(fù)、對污染環(huán)境的修復(fù)具有重要科學(xué)價(jià)值和實(shí)際意義。本研究充分調(diào)查了重金屬在生態(tài)系統(tǒng)中的分布與擴(kuò)散規(guī)律，分析了土壤和植被退化的過程。通過苗圃的模擬實(shí)驗(yàn)和田間植被重建實(shí)驗(yàn)，探討了廢棄地植被重建的主要限制因子，基質(zhì)改良的有效手段及耐性植物的篩選。對廢棄地自然形成的優(yōu)勢植物進(jìn)行調(diào)查，篩選重金屬的超富集植物，并研究其富集特性與機(jī)理。主要的研究結(jié)果如下： 土法煉鋅導(dǎo)致了Pb、Zn、Cd在土壤、水體和植物中大量積累，對整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅。在冶煉廢渣中，Pb、Zn、Cd的含量分別為4632 mg／kg、8968 mg／kg、58 mg／kg；冶煉區(qū)周圍的土壤Pb、Zn、Cd含量分別達(dá)到234 mg／kg、400 mg／kg、9.6mg／kg。廢棄地的基質(zhì)的地球化學(xué)形態(tài)分析表明，廢渣中Pb、Zn、Cd具有很低的生物有效性和遷移性，交換態(tài)含量低于0.2％，但其交換態(tài)與碳酸鹽態(tài)含量相當(dāng)高，構(gòu)成了潛在的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。相對而言，冶煉區(qū)附近污染土壤的Pb、Zn、Cd可交換態(tài)含量較高，具有較大遷移性和生物有效性。冶煉區(qū)的小河受到嚴(yán)重的Pb、Zn、Cd污染，地下水受到輕微污染，未超出三類水體的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。在小河水體中，可溶態(tài)的Pb、zn、Cd含量少，大部分的Pb、Zn、Cd以懸浮態(tài)的形式存在，表明了河流重金屬污染主要因?yàn)閺U棄地的水土流失。為了有效地控制廢棄地重金屬向河流擴(kuò)散，以致污染和破壞下游地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)，廢棄地的植被重建是最有效的途徑。 冶煉殘?jiān)哂休^高的pH值和EC值、低CEC，有機(jī)質(zhì)極為缺乏，含N量低。冶煉區(qū)污染土壤明顯酸化，導(dǎo)致P有效性降低。在冶煉時(shí)造成大面積的植被破壞，成為裸地，停止冶煉后，植被自然恢復(fù)極為緩慢，特別是廢渣。為了控制水土流失和重金屬擴(kuò)散，需要人工措施以加速植被重建。 在苗圃中，以土法煉鋅廢棄地的廢渣、污染土壤和背景土壤為基質(zhì)材料，并設(shè)計(jì)了基質(zhì)的改良處理，分別種植黑麥草(Lolium perenne)、三葉草(Trifolium pretense)、刺槐(Robinia pseudoacacia)，進(jìn)行植被恢復(fù)的模擬實(shí)驗(yàn)，以探討廢棄地植被重建的限制因子和基質(zhì)改良的有效途徑。土法煉鋅新廢渣上植被重建的主要限制因子包括鹽堿脅迫、有機(jī)質(zhì)含量低、養(yǎng)分缺乏(總N、堿解N、總K)。廢棄了多年(20a以上)廢渣經(jīng)過了長期的淋溶過程，鹽堿脅迫明顯降低，養(yǎng)分狀況有了明顯的改善，植被重建的限制因子明顯降低。所有冶煉廢渣具有高的孔隙度，具有良好通氣性，但持水保水能力差，田間持水量低于土壤，而凋萎系數(shù)高于土壤，有效水分含量范圍明顯低于土壤，干旱脅迫是植被恢復(fù)的重要限制因子。污染土壤的植被重建的脅迫因子包括重金屬毒性、P有效性低。 通過苗圃模擬實(shí)驗(yàn)與田間造林實(shí)驗(yàn)研究，可以獲得植被重建有效方法：1)在新廢渣上進(jìn)行植被恢復(fù)，采用部分客土法能有效地降低鹽堿脅迫、緩和營養(yǎng)缺乏的矛盾、提高基質(zhì)的持水保水能力、促進(jìn)植物生長，結(jié)合選擇耐性植物，可以成功進(jìn)行植被重建；2)廢棄多年的廢渣，采用部分客土或保水劑能提高基質(zhì)的持水保水能力，可以大大促進(jìn)植被恢復(fù)進(jìn)程；3)在污染土壤上，通過堿石灰改良，提高了養(yǎng)分的有效性，降低重金屬的毒性，促進(jìn)了植物生長。 通過對冶煉區(qū)優(yōu)勢植物的篩選，并且結(jié)合水培實(shí)驗(yàn)，篩選出一種Zn的超富集植物——南黃堇(Corydalis davidii)。南黃堇對Pb、Zn、Cd都具有很強(qiáng)耐性，并且為Pb、Cd的富集植物。Pb、Zn、Cd在南黃堇的各器官中均表現(xiàn)明顯的區(qū)隔化分布特征，其中有70～90％累積在細(xì)胞壁中。在Pb、Cd的脅迫濃度處理下，抗氧化酶(SOD、POD、CAT)是重要的防護(hù)系統(tǒng)，隨著濃度增強(qiáng)，酶活性明顯增強(qiáng)，但在高濃度下表現(xiàn)出受到抑制現(xiàn)象。在Zn的不同濃度處理下，抗氧化酶活性變化很小。
【學(xué)位授予單位】：四川農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2007
【分類號】：X53

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