全 文 ：第 wu卷 第 w期
u s s y年 w 月
林 业 科 学
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„³µqou s s y
湖南湘潭矿业废弃地土壤特性研究
闫文德t 向建林u 田大伦t
kt q中南林业科技大学 长沙 wtsssw ~ u q湖南省会同县林业局 会同 wt{vssl
摘 要 } 对湖南湘潭锰矿废弃地的土壤基质特殊性和少量自然定居植物营养元素和重金属元素含量进行研究 ∀
结果表明 }尾矿废弃地土壤以砂粉土为主 o通气透水性能差 o渗透系数小 o易造成地面积水 ~矿渣废弃地渗透系数
大 o蓄水量少而蒸发失水强 o抗旱力弱 ∀u类废弃地土壤营养元素含量低 o重金属元素锰 !铜的含量高 o毒害大 ∀在
自然定居的少量植物中 o商陆和荩草为超积累植物 ∀采用植物生物原位修复法改善极端生境条件 o既经济又高效 ∀
关键词 } 矿业废弃地 ~土壤理化性质 ~抗性植物
中图分类号 }≥zt{1xx 文献标识码 }„ 文章编号 }tsst p zw{{kussylsw p sstu p sz
收稿日期 }ussx p ts p s| ∀
基金项目 }国家自然科学基金项目kvsxztw{z !vsuztswvl !国家林业局重点项目kusst p u|l !国家科技部攻关项目kusst…„xts…tt p stl !湖南
省科技厅重点项目ksv‘Žtstxl !湖南省高等学校青年骨干教师项目资助 ∀
Στυδψ ον Χηαραχτεριστιχσ οφ Σοιλιν Μινινγ Αβανδονεδ Λανδσ
ιν Ξιανγταν o Ηυναν Προϖινχε
≠¤± • ±¨§¨t ÷¬¤±ª¬¤±¯¬±u ׬¤± ⁄¤¯∏±t
kt q ΧεντραλpΣουτη Φορεστρψ Υνιϖερσιτψ Χηανγσηα wtsssw ~u q Ηυιτονγ Φορεστρψ Αδµινιστρατιον oΗυναν Προϖινχε Ηυιτονγ wt{vssl
Αβστραχτ} Œ± ≤«¬±¤o·«¨µ¨ ¤µ¨ °¤±¼ °¬±¬±ª¤¥¤±§²±¨ § ¤¯±§¶q • ª¨¨ ±¨ µ¤·¬²± ²© °¬±¬±ª¤¥¤±§²±¨ § ¤¯±§¶¬¶¤¯º¤¼¶¤§¬©©¬¦∏¯·
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³²¬¶¬²±q „°²±ª ³¯¤±·¶ ¶¨·¯ §¨ §²º± ¬± ·«¨ ·º² ¤¥¤±§²±¨ § ¤¯±§¶o Πηψτολαχχα αχινοσα ¤±§ Αρτηραξον ηισπιδυσ º¨ µ¨ ·º²
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º¤¶·¨¯¤±§¶q
Κεψ ωορδσ} °¬±¬±ª¤¥¤±§²±¨ § ¤¯±§¶~¶²¬¯ ³«¼¶¬¦¤¯ ¤±§¦«¨ °¬¦¤¯ ³µ²³¨µ·¬¨¶~µ¨¶¬¶·¤±·³¯¤±·¶
随着工业的迅速发展 o人类对矿产资源的开采规模日益扩大 ∀然而 o由于生产工艺落后 o开采过程中产
生的固体废弃物及尾矿处置不当 o露天堆存 o形成的这些废弃地不仅占用了大量土地资源 o而且破坏了景观 o
污染了周围环境 ∀如何有效地治理这类废弃地 o充分利用矿业土地资源 o恢复和重建森林植被 o改善矿区生
态环境 o是林业生态工程和国土治理的重要课题 ∀在污染土壤的改良和治理方面 o国际上曾采用物理化学方
法 o如客土法 !石灰改良法 !淋滤法 !吸附固定法 o生物还原法等 o这些方法虽然具有一定的理论意义 o但很难
大面积推广 ∀近年来发展起来的植物修复技术具有安全 !廉价的特点 o成了研究和开发的热点k姚斌等 o
ussx ~章家恩等 ot||| ~涂从等 ousss ~张志权等 ot||wl ∀本文对湖南湘潭锰矿废弃地的土壤理化性质进行研
究 o探讨该土壤生态系统的退化机制 o为重金属污染矿区土壤的复垦 !抗性植物的筛选等提供理论依据 ∀
t 试验区概况
试验区设在湖南湘潭市北郊的湘潭锰矿区kttuβwxχ ) ttuβxxχ∞ouzβxvχ ) u{βsvχ‘l o丘陵地带 o海拔 yu ∗
tyx °∀属亚热带大陆性气候 o气候湿润 o四季分明 o年均气温 tz qw ε o年均降雨量 t wvt qw °° o年均蒸发量
为 t vut qz °°∀矿藏以沉积碳酸锰及次生氧化锰矿为主 o还有部分石灰石 !白云石 !煤 !石英砂岩及石膏等非
金属矿藏 ∀
湘潭锰矿目前堆存的矿业废弃地形成于 us世纪 ys年代 o它可分为 u类 }一类为剥离表土 o是由开采的
废石和低品位矿石以及煤气灰 !铁渣 !山体泥 !生活垃圾等堆积而成的矿渣地 o面积约 tvw «°u ~另一类为选出
精矿物后排放出的剩余物形成的尾矿地 o面积为 tss «°u 以上 ∀这 u类废弃地均三面低山环绕 ∀在废弃地
内 o自然定居植被稀少 o覆盖度 t h以下 o且以草本植物为主 o如白茅k Ιµπερατα χψλινδριχαλl !一年蓬k Εξιγερον
αννυυχl !狗牙根k Χψνοδον δαχτψλονl !雀稗k Παπαλυµ ετηυνβεργιιl !荩草k Αρτηραξον ηισπιδυσl !野茼蒿k Γψνυρα
χρπιδιοιδεσl !商陆k Πηψτολαχχα αχινοσαl !灯心草kϑυνχυσ εφφυσεσl !白背叶k Μαλλοτυσ απελταl !土荆芥k Χηενοποδιυµ
αµβροσιοιδεσl ∀在山坡与废弃地交界处还有极少量矮小的木本植物 o如千年桐k Αλευριτεσ µονταναl !枸骨k Ηεξ
χοµυταl !冬青kΙλεξ πυρπυρεαl !樟树k Χινναµοµυν χαµπηοραl !枫杨k Πεεροχαρψα στενl ∀
u 研究方法
211 样品采集
在尾矿地和矿渣地的中央地段分别划分 s qyz «°u 的采样区 o在采样区内按方格网式布设 |个采样点 o
在每个采样点内将土壤分层ks ∗ tx !ty ∗ vs和 vt ∗ wx ¦°l o每层采样 u个 o共采 xw个供试土样 ∀
在距矿业废弃地 uss °处的非矿业废弃地内 o选择有少量植被覆盖k盖度 x h以下l的空旷地 o随机设置
采样点 |个 o分层ks ∗ tx !ty ∗ vs和 vt ∗ wx ¦°l采取土样 uz个 o作为对照 ∀
土壤样品经风干 !碾碎 o过 {s目尼龙筛备用 ∀在废弃地内及周围山坡采集植物样品 o供化学分析用 ∀植
物样品带回实验室后 o用自来水和蒸馏水洗涤干净 o置 tsx ε 烘箱中杀青 u «o然后置于 {s ε 烘箱中烘干至
恒重 o研磨粉碎备用 ∀
212 研究方法
土壤物理性质测定 }颗粒组成用比重计法 ~密度用环刀法 ~土粒密度用比重瓶法 ~最大吸湿水用烘干法 ~
总孔隙由土壤密度和土壤颗粒密度计算 ~渗透系数用环刀法并采用公式 Κts € ΚτΠks1z n s1v τl计算 ∀式中 }
Κts为 ts ε 时的渗透系数 oΚτ 为 τ ε 时的渗透系数 oτ为测定时水的温度 os1z和 s1v为经验常数 ∀
土壤化学性质测定 }³‹值用 ³‹≥p w„型 ³‹ 计测定 ~有机质用重铬酸钾法测定 ~‘用半微量凯氏法测
定 ~°用钼锑抗比色法测定 ~Ž!≤¤!ª!≤∏!ƒ¨!± !± !≤²!≤§!‘¬!°¥用 ‹°vxts原子吸收分光光度计测定 ∀
v 结果与分析
311 土壤质地特点
土壤质地对土壤水 !肥 !气 !热 !耕性和生产性能有很大的影响 ∀从表 t可以看出 o尾矿废弃地的土壤质
地以砂粉土为主 o还有部分面砂土 ∀矿渣废弃地以粗砂土为主 o也有细砂土 ~对照地则为壤土 ∀物理性砂粒
kt ∗ s1st °°l和物理性粘粒k  s1st °°l的颗粒百分比分别为 }尾矿地 {z1uv h和 tu1zz h ~矿渣地 |v1zz h和
y1uv h ~对照地 xt1wv h和 w{1wz h ∀对它们平均值差异显著性检验表明 }尾矿地和矿渣地的物理性砂粒百分
比含量极显著高于对照地k Π s1stl ∀从而可知 o尾矿地由于粗粉粒含量太高kxz1{w h !v{1wu h !xu1sv h l o
土壤容易板结 o加上颗粒细小 !松散 o易发生风扬现象 o又容易被水冲走而发生水蚀现象 o因此 o土壤表层移动
性较强 o其调节水 !肥 !气 !热及耕地的能力差 ~矿渣地土壤中砂粒含量高kyy1xz h !zv1xy h !zt1t{ h l o通气透
水 o但不易保水 o且土温变化大 o加之砂粒表面积比小 o吸附有效养分能力差 o保肥力小 o但易于耕作 o植物容
易扎根 ∀
312 土壤密度特点
由表 u可以看出 o尾矿废弃地土壤密度呈现/低 ) 高 ) 低0的波动变化趋势 ∀选矿过程中 o尾泥持续排入
低洼地 o水分不断蒸发和下渗 o在自然条件长期影响下 o上层土壤的孔隙度大而疏松 o土壤密度小 ~随着尾泥
逐渐转入下层 o孔隙度小而紧实 o土壤密度增大 ∀理论上讲 o随着土层的加深 o土壤密度应该增大 o而尾矿废
弃地具有特殊性 o并不遵循这一规律 o至 vt ∗ wx ¦°处 o密度又变小了 ∀在矿渣废弃地 o由于矿渣不断风化 o
不同层次土壤密度亦呈现波动趋势 o但波动范围没有尾矿废弃地明显 ∀
313 土壤总孔隙度状况
从表 u可以看出 o尾矿地由于粉粒含量高 o孔隙数量多 o孔隙度大 os ∗ tx ¦°土层的总孔隙度高达
{x1{ h ~矿渣地由于砂粉含量高 o孔隙数量相对少 o故总孔隙度较尾矿地小 o尤以第 t层ks ∗ tx ¦°l明显 ∀但
vt 第 w期 闫文德等 }湖南湘潭矿业废弃地土壤特性研究
表 1 土壤颗粒组成
Ταβ .1 Σοιλ παρτιχλε χοµ ποσιτιον οφ τηε εξπεριµενταλ ζονεσ h
地点
≥¬·¨
样地号
≥¤°³¯¬±ª
±∏°¥¨µ
不同粒径的百分比
°¨ µ¦¨±·¤ª¨ ²©§¬©©¨µ¨±·ªµ¤¬±¶¬½¨ ¶
t ∗ s1sx °° s1sx ∗ s1st °° s1st ∗ s1ssx °° s1ssx ∗ s1sst °°  s1sst °°
质地 × ¬¨·∏µ¨
k中国科学院南京
土壤研究所 ot|z{l
尾矿废弃地 t u{1su xz1{w y1wv s1ss z1zt 砂粉土 ≥¤±§¼ ³²º§¨µ¶²¬¯
פ¬¯¬±ª u xv1|s v{1wu u1tv s1ss x1xx 面砂土 ƒ¯ ²∏µ2¶¤±§¼ ¶²¬¯
¤¥¤±§²±¨ § ¤¯±§ v vt1w| xu1sv {1y{ u1ty x1yw 砂粉土 ≥¤±§¼ ³²º§¨µ¶²¬¯
矿渣废弃地 t yy1xz ux1zt u1tx w1u{ t1u| 细砂土 ƒ¬±¨ ¶¤±§¼ ³²º§¨µ¶²¬¯
≥¯ ¤ª u zv1xy us1|{ u1ts u1ts t1uy 粗砂土 ≤²¤µ¶¨ ¶¤±§¼ ¶²¬¯
¤¥¤±§²±¨ § ¤¯±§ v zt1t{ uv1vt u1tu u1tu t1uz 粗砂土 ≤²¤µ¶¨ ¶¤±§¼ ¶²¬¯
t u{1st ty1x| tu1vy ux1|x tz1s| 壤土 ²¤°对照地
≤Ž u vv1zu ut1vu tw1vy t|1vy tt1uw
壤土 ²¤°
v vs1wy uw1us tu1{x us1tv tu1vy 壤土 ²¤°
表 2 土壤密度 !孔隙度与水文性状
Ταβ .2 Σοιλ δενσιτψ,ποροσιτψ ανδ ηψδρολογιχαλ προπερτιεσ
地点
≥¬·¨
土壤层次
⁄¨ ³·«Π¦°
项目
Œ·¨°
密度
⁄¨ ±¶¬·¼Πkª#¦°pvl
总孔隙度
ײ·¤¯
³²µ²¶¬·¼Πh
渗透系数
°¨ µ°¨ ¤¥¬¯¬·¼
¦²¨©©¬¦¬¨±·Πk°°#°¬±ptl
最大吸湿水
¤¬¬°∏°
«¼ªµ²¶¦²³¬¦Πh
尾矿废弃地
פ¬¯¬±ª
¤¥¤±§²±¨ § ¤¯±§
s ∗ tx 平均值  ¤¨± √¤¯∏¨ s1uw ? s1ss| | {x1{s s1twv ? s1ssu范围 •¤±ª¨ s1uv ∗ s1ux {x1ss ∗ {y1ss s1tws ∗ s1twx
ty ∗ vs 平均值  ¤¨± √¤¯∏¨ t1sx ? s1swy z x|1s{ s1sz{ ? s1stx范围 •¤±ª¨ t1ss ∗ t1tu xz1ss ∗ ys1wt s1syv ∗ s1s||
vt ∗ wx 平均值  ¤¨± √¤¯∏¨ s1zy ? s1swu s y|1tu s1ss| ? s1ssu范围 •¤±ª¨ s1zt ∗ s1{v yz1zv ∗ zs1ss s1ssy ∗ s1stt
s ∗ wx 平均值  ¤¨± √¤¯∏¨ ) ) ) tz1w{ ? v1zw范围 •¤±ª¨ ) ) ) tt1sv ∗ t|1||
矿渣废弃地
≥¯ ¤ª
¤¥¤±§²±¨ § ¤¯±§
s ∗ tx 平均值  ¤¨± √¤¯∏¨ t1sx ? s1suy u ys1st t1t{ ? s1s|范围 •¤±ª¨ t1su ∗ t1s{ x{1vs ∗ yv1yu t1s{ ∗ t1vs
ty ∗ vs 平均值  ¤¨± √¤¯∏¨ s1|| ? s1s{z { yt1vs s1ys ? s1su范围 •¤±ª¨ s1{{ ∗ t1tw xy1xs ∗ yx1ss s1x{ ∗ s1yu
vt ∗ wx 平均值  ¤¨± √¤¯∏¨ s1|{ ? s1syx v yt1zy s1xu ? s1s{范围 •¤±ª¨ s1{y ∗ t1sx x|1ws ∗ yx1w{ s1wu ∗ s1yt
s ∗ wx 平均值  ¤¨± √¤¯∏¨ ) ) ) {1yv ? s1tz范围 •¤±ª¨ ) ) ) {1w| ∗ {1|s
对照地
≤Ž s ∗ wx
平均值  ¤¨± √¤¯∏¨ t1wu wu1vw )
范围 •¤±ª¨ t1v{ ∗ t1w{ wt1su ∗ ww1w{ )
u类废弃地总孔隙度均大于对照地 o且对照地土壤上层与下层总孔隙度分布均匀 o波动不大 ∀
314 土壤的水文性状
从表 u可知 o尾矿地不同层次ks ∗ tx !ty ∗ vs和 vt ∗ wx ¦°l土壤的渗透系数依次为 s1twv !s1sz{和 s1ss|
°°#°¬±pt o呈现出由高到低的变化趋势 ∀显而易见 o渗透系数小 o直接影响着土壤排水性能 o阴雨会造成地
表积水 ~在矿渣地 o表层土壤渗透系数大 o第 t层ks ∗ tx ¦°l为 t1t{ °°#°¬±pt o第 u !第 v层的渗透系数为
s1ys和 s1xu °°#°¬±pt o约为第 t层的 xs h o具有较好的排水性能 o能够避免雨季地表积水 o在一定程度上可
减缓土壤水的下渗 ∀
尾矿地最大吸湿水为 tz1w{ h o处于较高水平 o但这部分水是不能自由移动的 o且不能被植物利用 o在干
旱情况下容易导致/土壤缺水0 o影响植物的生长发育 ~矿渣地土壤的最大吸湿水为 {1yv h o但能够被植物利
用的有效水分较多 o有利于植物的生长发育 ∀
wt 林 业 科 学 wu卷
315 土粒密度变化
尾矿废弃地不同层次ks ∗ tx !ty ∗ vs和 vt ∗ wx ¦°l土粒密度依次为 t1y{w !u1xx{和 u1wx{ ª#¦°pv o自上
而下呈现出/低 ) 高 ) 较低0的波动变化 o与土壤密度的层次变化趋势相似 ~在矿渣地不同层次土粒密度依次
为 u1yvw !u1xxw !u1xww ª#¦°pv o自上而下呈现由高到低的微小变化趋势 o这是由土壤所含固体物质的质量不
同造成的 o上层土壤的矿物质量较大 o随着时间推移 o矿物不断风化 o矿物成分和质量发生变化 o造成下层土
粒密度小于上层土粒密度k表 vl ∀
表 3 不同层次土壤密度
Ταβ .3 Σοιλ δενσιτψιν διφφερεντ δεπτησ ª#¦°pv
地点
≥¬·¨
层次
⁄¨ ³·«Π¦°
样地 t
≥¤°³¯¨t
样地 u
≥¤°³¯¨u
样地 v
≥¤°³¯¨v
样地 w
≥¤°³¯¨w
样地 x
≥¤°³¯¨x
平均值
„√¨ µ¤ª¨ √¤¯∏¨
尾矿废弃地 s ∗ tx t1ys t1y| t1zs t1zu t1zt t1y{w ? s1swv z
פ¬¯¬±ª ty ∗ vs u1xx u1xu u1xx u1xy u1yt u1xx{ ? s1svt |
¤¥¤±§²±¨ § ¤¯±§ vt ∗ wx u1vy u1x{ u1ws u1w{ u1wz u1wx{ ? s1szy u
矿渣废弃地 s ∗ tx u1xz u1yu u1ys u1x{ u1{s u1yvw ? s1s{v y
≥¯ ¤ª ty ∗ vs u1yt u1xt u1xv u1xz u1xx u1xxw ? s1svx |
¤¥¤±§²±¨ § ¤¯±§ vt ∗ wx u1xz u1xz u1xs u1xx u1xv u1xxw ? s1suz u
316 土壤化学性质
从表 w可以看出 o尾矿地土壤 ³‹ 值为 z1wu ∗ z1w{ o呈中性 o适于多种植物生长 ~矿渣地土壤 ³‹ 值为
|1ts ∗ |1tv o碱性较强 o不利于植物生长 ~对照地 ³‹ 值为 w1wx o呈酸性 ∀尾矿地土壤有机质含量为 us1xu ∗
ws1yw ª#®ªpt o尚存在土壤养分改善的潜力 ~矿渣地为 u1xv ∗ tt1vs ª#®ªpt o比尾矿地和对照地ktw1uu ª#®ªptl
低 ∀尾矿地和矿渣地的 ‘和 Ž元素含量均明显低于对照地 ~≤¤!ª元素却远远高于对照地 o尤以 ≤¤明显 ~°
元素含量为尾矿地高于对照地 o而矿渣地与对照区相差不大 ∀
表 4 土壤化学性质
Ταβ .4 Σοιλ χηεµιχαλ προπερτιεσ οφ εξπεριµενταλ ζονεσ ª#®ªpt
地点
≥¬·¨
样地号
≥¤°³¯¨±∏°¥¨µ
³‹值
³‹ √¤¯∏¨
有机质
’µª¤±¬¦°¤·¨µ ‘ ° Ž ≤¤ ª
尾矿废弃地
פ¬¯¬±ª
¤¥¤±§²±¨ § ¤¯±§
t z1w{ ws1yw s1{y v1wv t1x{ zv1yx tt1st
u z1wu us1xu s1zv v1yw t1u{ wy1vt z1xs
v z1wy vz1ty s1z{ v1x| t1wy yz1ux |1sv
平均值
„√¨ µ¤ª¨ √¤¯∏¨ z1wx ? s1sv vu1zz ? {1z{ s1z| ? s1sx v1xx ? s1s| t1ww ? s1tu yu1ws ? tt1y{ |1t{ ? t1ww
矿渣废弃地
≥¯ ¤ª
¤¥¤±§²±¨ § ¤¯±§
t |1tt u1xv s1w{ s1u{ s1tz uut1ys y|1{t
u |1tv tt1vs s1zu s1w| u1xu uwx1ss xs1ts
v |1ts z1|z s1vw s1xt s1uz tz|1{s v{1x{
平均值
„√¨ µ¤ª¨ √¤¯∏¨ |1t{ ? s1tt z1uy ? v1tv s1wz ? s1ty s1wv ? s1s| s1z| ? t1ts tzx1ys ? zu1{s ws1us ? uw1xy
对照地
≤Ž w1wx tw1uu u1u{ s1wv ty1xv s1yy v1wu
317 土壤重金属元素含量
重金属污染是矿业废弃地中普遍存在且最为严重的环境问题之一 o土壤中重金属元素含量过高 o对植物
的生长发育有抑制和毒害作用 o也是矿业废弃地植被难以恢复的主要原因k姚斌等 oussx ~≤«∏µ¯ ετ αλ1 ousst ~
„¯ ®²µ·¤ ετ αλ1 ousst ~•¬¦«¤µ§ ετ αλ1 ousss ~•²¥¬±¶²±ot||v ~•²¥¬±¶²± ετ αλ1 ot||{l ∀从表 x可以看出 o尾矿区土壤
中 ≤∏!ƒ¨!± !± !≤²!≤§!‘¬和 °¥的平均含量分别为 {{1su !{s wwx1ss !yyu1vs !{u t||1ss !wv1xw !|1ux !tt|1vt
和 t|{1vy °ª#®ªpt o它们的大小顺序为 ±  ƒ¨ ±  °¥ ‘¬ ≤∏ ≤² ≤§∀与对照区比较 o± !ƒ¨!± !
°¥!‘¬! ≤²!≤§的平均含量是对照区的 tyz !v !u !v !v !v和 v倍 ∀它们对植物的光合作用 !叶绿素含量 !酶的活
性等均有一定的影响 ∀
矿渣区土壤中重金属元素含量与对照区比较 o存在与尾矿区基本一致的规律 ∀
xt 第 w期 闫文德等 }湖南湘潭矿业废弃地土壤特性研究
表 5 土壤重金属元素含量
Ταβ .5 Ηεαϖψ µενταλ χοντεντσιν τηε σοιλ χολλεχτεδ φροµ τηε εξπεριµενταλ ζονεσ °ª#®ªpt
地点 ≥¬·¨ 元素∞¯ °¨ ±¨·¶
样地 t
≥¤°³¯¨t
样地 u
≥¤°³¯¨u
样地 v
≥¤°³¯¨v
平均值
„√¨ µ¤ª¨ √¤¯∏¨
对照
≤Ž
尾矿废弃地
פ¬¯¬±ª
¤¥¤±§²±¨ § ¤¯±§
≤∏ z{1|y tss1vt {w1z| {{1su ? | qst uyz1yu
Ĭ xt vxx1ss tts x|y1ss z| v{y1ss {s wwx1ss ? uw t|z qss ux usw1ss
± xx{1ws ztv1ss ztx1ws yyu1vs ? zv qwz vwx1ts
± xu vt|1ss ttw yws1ss z| yv{1ss {u t||1ss ? ux xsz qss w|u1{x
≤² vv1zv xt1vw wx1xz wv1xw ? z qvv )
≤§ y1|| tu1yz {1s{ |1ux ? u qwz )
‘¬ y{1ss tyu1z{ tuz1tx tt|1vt ? v| qs| vy1zy
°¥ uss1ws t{x1us us|1ws t|{1vy ? ts qss zy1y|
矿渣废弃地
≥¯ ¤ª
¤¥¤±§²±¨ § ¤¯±§
≤∏ zz1w{ ux1u| v{1y| wu1vs ? us1|v uyz1yu
Ĭ u{ xzs1ss wu syw1ss vx wv{1ss u| z{u1ss ? ts zzs1ss ux usw1ss
± uzw1ws uy{1ys ysy1{s v|y1zs ? tv{1|s vwx1ts
± wz |tv1ss uz |yt1ss {v ut{1ss xu |uw1ss ? t| z{z1ss w|u1|{
≤² w{1wy tw1{t vv1sw u{1tw ? tv1zx )
≤§ x1vw v1|x z1xs w1vz ? u1wy )
‘¬ x|1vu uv1wu ws1tv ws1vs ? tu1zx vy1zy
°¥ tzw1|s tzt1ts xty1vs vxw1ts ? t{t1ys zy1y|
318 自然定居植物生长的养分和重金属元素含量
在湘潭锰矿废弃地 o尽管土壤基质特殊对植物生长不利 o但总有一些抗性植物能够定居 ∀废弃地自然定
居的草本植物有白茅 !一年蓬 !商陆 !野茼蒿 !灯心草 !土荆芥 !狗牙根 !雀稗 !荩草和白背叶 ∀在与废弃地交界
的山坡上有较矮小的木本植物生长 o它们是千年桐 !枫杨 !构骨 !冬青 !樟树 ∀从表 y可以发现 o商陆和荩草的
±元素含量很高 o分别为 ts |u|1ss和 ts ytv1ss °ª#®ªpt ∀超积累植物k«¼³¨µ¤¦¦∏°¯¤·²µl是指能超量吸收和
积累重金属的植物k唐世荣 ot||yl o如果植物体内 ±含量超过了 ts sss °ª#®ªpt o那么该植物就属于超积累
植物 ∀商陆和荩草就属于这类植物 ∀其他植物虽然 ±含量不高 o但在该地生长旺盛 o长势良好 o狗牙根尤
为明显 ∀
319 植物生物修复废弃地土壤的可行性分析
我国能源工业不断发展 o矿产资源需求量愈来愈大 o由此引发的矿区生态破坏和环境污染问题愈来愈严
重 ∀如何有效复垦已破坏的土地 o重建矿地生态环境愈来愈引起各界的关注k王友保等 oussv ~陈芳清等 o
usst ~章家恩等 ot|||l o湖南湘潭锰矿废弃地的复垦与生态重建问题迫切需要解决 ∀
采用物理 !化学或生物的方法修复矿区废弃地 o费用高昂 o即使在经济发达地区 o大面积修复也存在一定
的困难 ∀湘潭锰矿废弃地的修复只能寻找一条高效率 !低投入 !无二次污染 !不破坏原有生态环境 !管理简单
方便的途径 ∀许多学者研究认为植物的代谢过程能够转化 !矿化或带走污染物 o且成本低 o生态和经济效益
可观k王庆仁等 ousst ~王友保等 oussw ~骆永明 ot||| ~≤«¤±¨ ¼ ετ αλ1 ot||| ~‹ ¤¨·²± ετ αλ1 ot||{l ∀从实际情况出
发 o我们对湘潭锰矿废弃地用了既经济又高效的植物生物修复法 ∀其特点为 }tl 植物自身对污染物吸收 !转
化与积累 ~ul植物为生物修复提供有利条件 o促进土壤微生物对污染物的生物降解 ~vl植物生态系统的自身
恢复往往较为缓慢 o而人为恢复可缩短其恢复周期 ∀
湘潭锰矿虽然所处地域气候条件优越 o有利于植物生长发育 o但植物群落的形成与演替受环境因子的综
合影响 o在废弃地这种特殊的立地条件上 o土壤条件成了主要的影响因素k束文圣等 ot||z ~刘绮等 ot||{ ~蓝
崇钰等 ot||yl ∀在尾矿地 o土壤质地以砂粉土为主 o通气透水性能差 o渗透系数小 o易造成地表积水 o引起植
物根部组织缺氧 ∀土壤中 ‘!Ž元素含量偏低 o制约植物养分的补给 o重金属元素主要是 ±和 ≤∏o其次是 °¥
和 ±o不但严重影响植物生长 o而且阻碍植物在本来已经非常贫瘠的土壤中吸收养分 o更加剧了 ‘!Ž元素的
缺乏 ∀为了克服这些不利于生物修复的因素 o采用原位修复法 o可以在不移动或不搅动受污染土壤的情况
下 o实施土壤基质改良 o提高通气透水性 ~使用复合肥或农家肥补充营养元素 ~筛选优良的抗性植物 o再辅以
必要的人工管理措施 ∀在矿渣地 o土壤质地以粗砂土为主 o虽然通气透水性能良好 o渗透系数大 o但蓄水量少
而蒸发失水强烈 ~砂质土毛管较粗 o毛管水上升高度小 o在水位低时不能依靠地下水通过毛管上升作用来湿
yt 林 业 科 学 wu卷
润地表 o故抗旱力弱 ~有机质含量低 o‘和 Ž元素含量亦偏低 o阻碍了植物对养分的吸收 o重金属 ± !≤∏!°¥!
±等的毒害作用影响了植物正常功能的发挥 o更加重了土壤的贫瘠程度 ~土壤的 ³‹值较高 o在一定程度上
可以降低 ±元素的生物有效性及其毒害作用 o但是碱性过强 o严重制约了植物的正常生长 ∀这类废弃地土
壤的理化性质 o尤其是化学性质严重制约着一般植物的生存 ∀对这类土地的修复 o首先要实施基质改良 o提
高保水保肥能力 o其次是追加肥料 o以弥补养分的匮乏 o栽植既适合碱性土壤又能避免重金属毒害的抗性植
物 ∀从理论上讲 o可以改良碱性较强的土壤 o在实际操作中却十分困难 o可能在降低土壤碱性的同时 o却导致
了其他元素过量 o产生了新的毒害 ∀因此控制土壤碱性的最好办法是选择适生植物 o辅以必要的管理措施 o
进行植物生物的原位修复 ∀
表 6 矿业废弃地及交界处山坡自然定居植物养分和重金属元素含量
Ταβ .6 Χοντεντ οφ νυτριεντ ελεµεντσ ανδ ηεαϖψ µενταλ χοντεντσιν τηε νατυραλ εχεσισ πλαντσ γροων
ιν τηε µινινγ αβανδονεδ λανδσ ανδ βορδερ υπον πλαχεσ
植物名称
°¯ ¤±·¶³¨¦¬¨¶
大量元素含量
≤²±·¨±·²©·«¨ °¤¦µ²¨ ¯¨ °¨ ±·¶Πkª#®ªptl
重金属元素含量
≤²±·¨±·²©·«¨ «¨ ¤√¼ °¨ ±·¤¯Πk°ª#®ªptl
Ž ≤¤ ª ‘ ° ≤∏ ƒ¨ ± ± ≤§ ‘¬ °¥
白茅
Ιµπερατα χψλινδριχαλ w1xs |1yx ts1ys y1u{ s1zv ts1|x xxv1us vz1t z{{1|s s1us s1zs ts1tt
一年蓬
Εξιγερον αννυυχ t|1us tw1uz u1xx tu1uz t1zz ut1zt wuz1ys yu1yv w{z1xs s1xz s1zs tw1x|
商陆
Πηψτολαχχα αχινοσα wv1zy |1{{ tu1ws u{1|y t1xu tu1|{ u|t1|s z|1vz ts |u|1ss s1{t x1xs uy1yz
野茼蒿
Γψνυρα χρπιδιοιδεσ tx1|{ tz1ys u1|| u1wx t1xy ty1w| wst1|s ww1|s vzy1ss s1yz t1vz ty1xt
灯心草
ϑυνχυσ εφφυσεσ uu1xw u|1{x y1xy {1{u t1s{ ut1{u wv{1ts x{1t| yx|t1ss s1yz v1wu uy1w|
土荆芥
Χηενοποδιυµ αµβροσιοιδεσ uy1yw tu1vx tz1w| vw1xt t1|s tx1{w wxu1ts tsz1us t yuu1ss t1{| u1sx uy1wv
狗牙根
Χψνοδον δαχτψλον z1|y tt1xy t1|w y1zx t1wx tv1{z wu|1|s xy1xx t wsw1ss s1u| s1zs tv1vw
雀稗
Παπαλυµ ετηυνβεργιι ty1yx ts1s| x1tu tz1{v t1u| u{1|x yvt1ws tvz1ys { yvs1ss t1zs y1sz xy1y|
荩草
Αρτηραξον ηισπιδυσ ty1w{ tw1{y y1x| tx1vw s1|v vs1ss zsz1ts txt1xs ts ytv1ss t1xw tu1vy v|1|x
白背叶
Μαλλοτυσ απελτα {1yx vu1|x u1|| t{1|x t1xw |1ys uty1xs v|1wu y{|1ts s1wy u1yx tt1yx
千年桐
Αλευριτεσ µοντανα tu1z{ tw1{v u1|x ut1|v t1zv tw1us uys1{s vz1v| |yu1{s s1vz u1yt |1yu
枫杨
Πεεροχαρψα στεν tv1zz us1w| u1xx ut1yv t1yw tz1zt vvw1us xy1tz t usv1vs s1yu t1uz tx1vx
笱骨
Ηεξ χοµυτα y1z{ s1vu s1s| ) ) u1{t t{y1ys vu1|x zzw1ts s1x| y1|v ty1xy
冬青
Ιλεξ πυρπυρεα ts1xz s1uu s1sz ) ) |1|z tyu1ss vw1s| t yus1xs s1|z w1ty tt1sx
樟树
Χινναµοµυν χαµπηορα {1zw s1v{ s1tx ) ) us1zu utt1ts uy1uy |x{1vs s1yx y1ss vw1|x
综上所述 o矿区废弃地具有极端的生境条件 o影响植物定居的主要因子是土壤理化性质 ∀采用植物生物
修复的原位修复法 o利用植物吸收 !聚集 !降解 !固定环境中的污染物 o可以减轻污染物毒害作用 o达到改善矿
区生态环境的目的 ∀
w 结论
湖南湘潭锰矿尾矿废弃地土壤理化特性为 }不同层次ks ∗ tx !ty ∗ vs !vt ∗ wx ¦°l土壤的密度呈现/低 )
高 ) 低0的波动变化趋势 ~土壤以砂粉土为主 o也有面砂土 ~土壤密度 t1y{ ∗ u1xy ª#¦°pv ~渗透系数较小 o排
水性能低 o最大吸湿水较高 o可达 tz1{ h ~³‹值为 z1wx o土壤呈中性反映 ~有机质和 °含量丰富 o比 ‘!Ž元素
zt 第 w期 闫文德等 }湖南湘潭矿业废弃地土壤特性研究
高 o重金属元素含量过高 o± !°¥!±分别超过对照区的 tyz !v !u倍 ∀
在矿渣废弃地 o不同层次土壤的密度呈现由高到低的变化趋势 ~主要为粗砂土 ~土粒密度为 u1xw ∗ u1yv
ª#¦°pv ~渗透系数较大 o排水性能良好 o最大吸湿水 {1yv h ~³‹值为 |1t{ o呈碱性反映 ~有机质含量低 o‘!Ž含
量更低 o重金属 ±和 °¥的含量高 o分别超过对照区的 tt和 x倍 ∀
虽然湘潭锰矿区气候条件优越 o有利于植物生长发育 o但植物群落的形成与演替受环境因子的综合影
响 ∀在废弃的尾矿地和矿渣地这种特殊的立地条件上 o土壤条件是主要的影响因素 ∀采用人为干扰的植物
生物原位修复法 o实施土壤基质改良 o提高通气透水和持水保肥能力 ~使用复合肥或农家肥 o补充营养元素 ~
栽植优良抗性植物 o利用植物吸收和固定作用 o改善矿区的生态环境 o是既经济又高效的途径 ∀
参 考 文 献
陈芳清 o卢 斌 o王祥荣 qusst q樟村坪磷矿废弃地植物群落的形成与演替 q生态学报 outk{l }tvwz p tvxv
刘 绮 o宁晓宇 o赵 昕 qt||{ q辽宁东部山区土壤污染状况与防治对策研究 q应用生态学报 o|ktl }tst p tsy
蓝崇钰 o束文圣 o张志权 qt||y q矿业废弃地复垦中的基质改良 q生态学杂志 otxkul }xx p x|
骆永明 qt||| q金属污染土壤的植被修复 q土壤 ox }uyt p uyx
束文圣 o蓝崇钰 o张志权 qt||z q凡口铅锌尾矿影响植物定居的主要因素分析 q应用生态学报 o{kvl }vtw p vt{
唐世荣 qt||y q超积累植物 q农业环境与发展 ow|kvl }tw p t{
涂 从 o郑春荣 o陈怀满 qusss q铜尾矿土壤 p植物体系现状研究 q土壤学报 ovzkul }u{w p u{z
王庆仁 o崔岩山 o董艺婷 qusst q植物修复 p重金属污染土壤整治的有效途径 q生态学报 outkul }vuz p vvs
王友保 o刘登义 o张 莉 o等 qussv q铜官山铜尾矿库植被及土壤酶活性研究 q应用生态学报 otwkxl }zxz p zys
王友保 o张丽琴 o刘登义 o等 qussw q铜尾矿区土壤与凤丹植株重金属富集研究 q应用生态学报 otxkul }uvxt p uvxw
姚 斌 o尚 鹤 o韩景军 o等 qussx q重金属及有机污染土壤转基因植物修复研究进展 q林业科学 owtkwl }tyu p tyz
张志权 o蓝崇钰 qt||w q铅锌矿尾矿场所植被重建的生态学研究 ´ }尾矿对种子萌发的影响 q应用生态学报 oxktl }xu p xy
章家恩 o徐 琪 qt||| q恢复生态学研究的一些基本问题探讨 q应用生态学报 otsktl }ts| p ttv
中国科学院南京土壤研究所 qt|z{ q中国土壤 q北京 }科学出版社
„¯ ®²µ·¤ŒoŠ¤µ¥¬¶∏≤ qusst q°«¼·²µ¨° §¨¬¤·¬²± ²©²µª¤±¬¦¦²±·¤°¬±¤±·¶¬± ¶²¬¯¶q…¬²µ¨¶²∏µ¦¨ × ¦¨«±²¯²ª¼ oz|kvl }uzv p uzy
≤«∏µ¯ Š o¤² ≠∏o∏±ª  ≤ oετ αλqusst q‹ ¤¨√¼ ° ·¨¤¯ ¦²±·¤°¬±¤·¬²±¬±·«¨ √¬¦¬±¬·¼ ²©·«¨ ⁄¤§∏® „∏2„ª2°¥2± °¬±¨ ¬± Ž²µ¨¤q„³³¯¨ Š¨ ²¦«¨ ° oty }tvzz p tv{y
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‹ ¤¨·²± „ ≤ ° o•∏ª«≤ o • ¤±ª‘oετ αλqt||{ q°«¼·²µ¨°¨ §¬¤·¬²±²© °¨ µ¦∏µ¼¤±§° ·¨«¼¯ ° µ¨¦∏µ¼2³∏¯ ∏¯·¨§¶²¬¯¶∏¶¬±ªª¨ ±¨ ·¬¦¤¯ ¼¯ ±¨ª¬±¨ µ¨¨§³¯¤±·¶q≥²¬¯ ≤²±·¤° o
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•²¥¬±¶²± • ‹ o¨¥¯¤±¦ o⁄¤±¬¨¯ ° o ετ αλqt||{ q׫¨ ³²·¨±·¬¤¯ ²© Τηλασπι χαερυλεσχενσ©²µ³«¼·²µ¨° §¨¬¤·¬²± ²©¦²°·¤°¬±¤·¨§¶²¬¯¶q°¯¤±·¤±§≥²¬¯ousv }wz p xy
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k责任编辑 于静娴 张君颖l
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