CN105689373A

CN105689373A - 一种铜尾矿的草-苔藓-藻类联合修复技术

Info

Publication number: CN105689373A
Application number: CN201610040773.1A
Authority: CN
Inventors: 宋勇生; 肖春玲; 柳正葳
Original assignee: Jinggangshan University
Current assignee: Jinggangshan University
Priority date: 2016-01-21
Filing date: 2016-01-21
Publication date: 2016-06-22

Abstract

本发明涉及生态系统修复领域，公开了一种铜尾矿的草-苔藓-藻类联合修复技术，通过对尾矿修复体系的整体研究，采用草-苔藓-藻类联合修复体，并对体系中的藻类、苔藓、牧草植物进行耐铜实验和培养，极大的提高了修复体系的铜耐受能力；经过合理筛选的草-苔藓-藻类联合修复体系极大的提高了尾矿废弃地的植被覆盖度，也有利于避免水土流失及大风扬尘等不利环境影响，并促进了尾矿地表的快速稳定，植被四季盖度达到95％以上，且联合修复体系中的生物物种随处可得，修复成本较低，修复技术简易可行。

Description

一种铜尾矿的草-苔藓-藻类联合修复技术

技术领域

本发明涉及生态系统修复领域，特别是一种铜尾矿的草-苔藓-藻类联合修复技术。

背景技术

尾矿是在矿石选取精矿石后外排的大量脉石废渣，据中国环境年鉴资料，尾矿是我国排放量最高的工业固体废弃物，占总工业固体废弃物排放量近30％。尾矿因重金属含量(如Cu、Pb、Zn、Cd等)极高，尾矿通过水土流失和风播等途径给周边土地和农田带来严重的重金属污染，其环境影响具有普遍性、严重性、持久性和区域性等特点。我国尾矿占地面积已高达90多万公顷，而复垦率只有5％，尾矿的污染问题持续恶化，其中尤以Cu、Pb和Zn等中国主要重金属矿区的土壤污染问题为剧。

重金属尾矿的治理，关键在于克服不良的土壤基质条件和重金属毒害影响，确保重金属尾矿的污染物不至于扩散到周边环境中。已有的重金属尾矿恢复治理重心主要依赖于于大规模的覆土、播种、植物移栽或化学改良等措施，不仅耗费人力、财力与物力，而且修复效果不佳，难以使尾矿生态系统的恢复朝持续、健康和自我维持的方向发展。

从国内外的研究进展看，尾矿的植被重建主要依赖一种或几种植物，一般来说，由少数种类建立的植被因结构和功能过于简单，稳定性差，需要长期的后期维护与管理，因此如何利用多种耐性植物的生态配置，建立一个长期稳定的植被是实践中要解决的一个重要问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铜尾矿的草-苔藓-藻类联合修复技术，利用植被重建的方式控制尾矿的重金属污染，选择多种耐性植物的生态配置，建立一个长期稳定的重建植被。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明公开了一种铜尾矿的草-苔藓-藻类联合修复技术，其特征在于，所述的修复技术包括了以下步骤：

(1)将铜尾矿进行12-20厘米的深耕翻土，并其上覆盖泥土，土层厚度为2-4厘米，在覆土表面处喷洒藻类培养液，喷洒比例为每1000克土壤和铜尾矿砂中加入藻类培养液20-30ml；

(2)同时进行苔藓撒播，苔藓播撒量为每1000克土壤和铜尾矿砂中加入自然晾干后的苔藓50g；

(3)藻类-苔藓生长至覆盖喷洒土壤面积30-40％后种植牧草植物，种植密度为每平方米4-5行，每行10-20株；

(4)在藻类、苔藓、牧草植物种植完毕后，在种植土壤上覆盖秸秆进行保湿，并采取地面灌溉、普通喷灌或微灌对土壤进行给水浇灌。

其中，步骤(1)中藻类培养液的藻类来源于铜尾矿土壤分离培养，优选为绿球藻sp.1、小球藻原变种、拟胶丝藻、斯氏颤藻和皱纹织线藻，费氏藻、葡萄藻中的一种或几种。

其中，步骤(2)中苔藓类来源于铜尾矿上的生物结皮分离培养，优选为黄色真藓、大金发藓、双色真藓中的一种或几种。

其中，步骤(3)中牧草植物为狗牙根、中华结缕草、木贼、金鸡菊、高羊茅、巨大狗尾草中的一种或几种。

本发明具有以下有益效果：

1.本发明通过对尾矿修复体系的整体研究，分析国内外常用修复技术的优势及弊端，采用草-苔藓-藻类联合修复体，并对体系中的藻类、苔藓、牧草植物进行耐铜实验和培养，极大的提高了修复体系的铜耐受能力。

2.经过合理筛选的草-苔藓-藻类联合修复体系极大的提高了尾矿废弃地的植被覆盖度，也有利于避免水土流失及大风扬尘等不利环境影响，并促进了尾矿地表的快速稳定，植被四季盖度达到95％以上，联合修复体系中的生物物种随处可得，修复成本较低，修复技术简易可行。

附图说明

图1为本发明的实施例2藻类分布结果图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

实施例1

本发明公开了一种铜尾矿的草-苔藓-藻类联合修复技术，修复技术包括了以下步骤：

实施例2

实验目的及方法：筛选铜尾矿土壤分离培养的耐铜藻类，具体方法如下：

1.藻类筛选：选择裸地(L)、藻类结皮(Z)、苔-藻混合结皮(TZ)、苔藓结皮(T)和草本制备覆盖区(V)作为铜尾矿生态系统早期演替的系列样地，另外选择临近山上土壤结构完整物种丰富的草本植被区(CK)作为演替后期的对照点，进行藻类筛选。

2.藻类培养：采集上述土壤，制成土壤悬浮液，接种于已制备好的BBM固体培养基上，在无菌培养室内培养3-4周，光照强度约为3000-4000lx，光照周期为16h(光)/8h(暗)。室内温度控制在25℃。待藻落长出后，选取合适稀释梯度的平板(20-400colonies/plate)计数，一个藻落计为一个藻细胞。最后换算为每克干土内的藻类数量。

3.藻类鉴定：

对于藻类的种类的观察和鉴定，同时采用三种方法。第一种方法是将样品配制成均匀悬浮液，然后做成临时装片，直接放在显微镜下观察其中的藻类；第二种方法“生长玻片法”(“growthslide”method)，在保持湿润的土壤样品上覆盖上无菌盖玻片，使藻类生长、黏附其上，每隔2周，将盖玻片取下，放在显微镜下观察；第三种方法为梯度稀释平板培养法(Thedilutionplatemethod)，具体操作同前，不同之处在于，要将同一个样品的土壤悬浮液分别涂在三种不同的培养基(BBM、BG11和Chu10培养基)上培养，具体鉴别方法根据藻类形态，结构，大小等生理特点，参照《中国淡水藻类-系统、分类及生态》、《中国淡水藻志》(第二卷色球藻纲)、《中国淡水藻志》(第八卷绿藻门绿球藻目(上))、《中国淡水藻志》(第九卷蓝藻门藻殖段纲)等参考资料鉴定到属和种。

实验结果：如图1所示，在6个不同的演替系列中分离出的藻类中，均以蓝藻和绿藻为主，其中蓝藻在不同的样地的藻类种类中占的比例最大，为37.5％-70.6％，其次是绿藻，比例为21.1％-37.8％。另外，在藻类结皮(Z)、苔藻混合结皮(TZ)、植物覆盖区(V)和对照样(CK)四个系列样地中还分布有丰富的硅藻，所占比例达到20％以上，苔藓结皮(T)也有硅藻分布，而沙漠化裸地(L)没有硅藻出现。葡萄藻为黄藻门唯一代表种，却在沙漠化裸地(L)、苔藻混合结皮(TZ)、苔藓结皮(T)、植物覆盖区(V)和对照样(CK)五个系列样地中均有分布。此外，仅藻类结皮(Z)和对照样(CK)两个系列样地有裸藻分布。

其中，绿藻多为绿球藻sp.1、小球藻原变种，拟胶丝藻和费氏藻；蓝藻多为斯氏颤藻和皱纹织线藻。

实施例3

实验目的及方法：筛选修复体系中的耐铜藓类，具体方法如下:分别在苔藓生物结皮中随机选择5个地点作为取样点，每个地点重复取3份样，将苔藓生物结皮及其生活的土壤基质一起取回。用蒸馏水冲洗植物样品，洗去附于苔藓上的泥土和浮尘颗粒，用干净纱布将样品上的水吸干，70℃干燥箱内烘干8-10h，烘干后样品用陶瓷研钵研碎，洁净密封保存。尾矿土壤基质样品除去杂质后，置于85℃恒温烘箱中干燥至恒重，研磨，用土壤筛(<1mm)过筛后，密封于干燥器中。称取苔藓植物样品0.2-0.5g，加5ml浓硝酸浸泡过夜，放于红外线消化炉中，依次在90℃下消化30min，140℃下消化30min，180℃下消化30min，冷却后，加1ml高氯酸，在180℃下再消化120min，然后将消化液冷却、定容，过滤，用ICP/OES(Optmia2100DV,PerkinElemer,USA)测定重金属浓度。

称取土壤基质样品0.5g，加入4ml浓硝酸和1ml浓盐酸浸泡过夜，置于红外线消化炉中，依次在90℃下消化30min，140℃下消化30min，180℃下消化60min，冷却后，加1ml高氯酸，在160℃下消化20min，最后在180℃下消化120min以上，直到消化液变清、土变白为止。然后将消化液冷却、定容，过滤，用ICP/OES(Optmia2100DV,PerkinElemer,USA)测定重金属浓度。

称取10g风干土，置于150ml锥形瓶中，加20mlDTPA提取液(0.005mol/LDTPA，0.01mol/LCaCl₂·2H₂O，0.1mol/LTEA，pH值为7.3)，用封口膜或聚乙烯塞封口，放在回旋振荡器中，按120r/min提取2h，同时设对照。用ICP/OES(Optmia2100DV,PerkinElemer,USA)测定重金属浓度。

实验结果：

表1苔藓植物体内重金属含量与土壤重金属的全量、有效态含量之间的相关系数

如表1所示，黄色真藓对3种重金属元素均具有较强的富集作用；对Cu具有强烈的富集作用，其富集系数为8.98；对Pb和Zn也具有富集作用，富集系数分别为1.55、和1.71。衮州卷柏对Cu具有较强富集作用，其富集系数为3.46；对Pb为富集作用，其富集系数为1.15；对Zn的富集作用与对Pb的富集为同一水平，其富集系数为0.81。双色真藓对Cu具有富集作用，其富集系数为1.63；对Pb和Zn的吸收属于同一水平，富集系数分别为0.48和0.59。该试验结果表明：黄色真藓对各重金属均具有较强的作用，是铜尾矿中苔藓类最佳物种。

实施例4

实验目的及方法：筛选修复体系中的耐铜藓类，具体方法如下：

(1)土壤与植物采集：土壤采样与前面所述一致，按裸地(L)、藻类结皮(Z)、苔-藻混合结皮(TZ)、苔藓结皮(T)和植被覆盖区(V)五种类型分别按0-5、5-10cm、10-20cm分层采集土壤样品。植物调查按植被类型分别划出4个1m×1m小样方，采集每个小样方内的优势植物种类样品，再将组内5个小样方的同种植物合并在一起作为该组该种植物的分析样品。因所采植物基本上为草本，难以将植物茎叶分开，故仅将植物样品区分为地上和根2部分。

(2)样品处理：土壤样品自然风干后碾碎，过100目尼龙筛，筛下样品装入封口袋中保存在干燥器中备用。采集的植物用自来水浸泡15-30min，去离子水冲洗3次，洗去表面泥土及自来水，擦干后按地上、地下部分分开，置于恒温干燥箱中105℃下杀青0.5h，70℃恒温干燥箱中干燥24h，粉碎过100目尼龙筛，分别装入封口袋并保存于干燥器中。精确称取各种植物粉末0.4000g左右(精确到0.0001g)于微波消解仪(MDS)消解罐中,土壤样品加8mLHNO₃和2mLH₂O₂，植物地上部分加7mLHNO₃和1mLH₂O₂，植物地下部分加7mLHNO₃和2mLH₂O₂，运用消解仪设定的消解程序进行消解，结束后开罐赶酸，用超纯水将消解液转入50mL容量瓶中定容，过滤去除杂质，待测。待测溶液视测定条件酌情适当稀释。分析过程分别加入国家标准土壤样品(GSS-1)和国家标准植物样品(GSV-3)进行分析质量控制。每个样品同时作2个平行分析样

实验结果：

通过对铜尾矿废弃地的生态调查，共记录了25种高等植物，分属13科，其中禾本科12种，菊科4种，豆科3种、藜科、石竹科、木樨科、伞形科、蓼科、鸭跖草科、十字花科、荨麻科、苋科、莎草科各1种，此外还有低等蕨类植物木贼较大面积存在。其中主要的优势物种为禾本科、菊科、豆科，分别为狗牙根、中华结缕草、天蓝苜蓿、白茅、牛筋草和蔊菜。

表2铜尾矿部分Cu耐性植物的富集系数

植物	地上部分	地下部分
			狗牙根	0.78	0.54
木贼	0.63	0.45
			中华结缕草	0.44	0.18
白茅	0.62	0.23
			天蓝苜蓿	1.03	0.72
白花三叶草	0.93	0.51
			双穗雀稗	0.36	0.21
鸭跖草	1.31	0.95

铜尾矿生态系统自然恢复下Cu耐性植物中的重金属富集特征，富集系数是指植物体内某种重金属含量与土壤中同种重金属含量的比值，反映植物对土壤重金属元素的修复能力。平均富集系数由大到小为天蓝苜蓿>白花三叶草>狗牙根>木贼>白茅>中华结缕草>双穗雀稗。

禾本科植物狗牙根、中华结缕草和白茅、豆科的天蓝苜蓿和白花三叶草、木贼为Cu尾矿生态系统的优势植物，这些植物生命力强，繁殖能力高且耐重金属毒害，有良好的固定重金属Cu的作用，其中狗牙根和木贼的种植有利于保持水土，豆科植物天蓝苜蓿的生物固氮有利于提供N营养，鸭跖草有利于富Cu元素，降低尾矿中的Cu浓度，因此上述4种植物可以作为植物修复的先锋植物；同时狗牙根生物量大且铜耐受能力较高，可考虑作为建群种出现。

实施例5：

实验目的及方法：

在铜尾矿废弃地设置多个3×3m²小区，进行多种草-苔藓-藻类组合配置的实验研究。为获得较高的植被盖度，试验中期增加了金鸡菊和苎麻的种植。实验因子包括：植物种类的组成与数量、尾矿的改良措施(垃圾、化肥等)、草、苔藓与藻类的种植时期等。每种处理四个重复，每隔3个月进行取样调查，重点研究群落的盖度、稳定性、植被的重金属富集情况、不同组合对尾矿重金属稳定效果等。基于本研究，筛选出对重金属尾矿稳定效果显著、草-苔藓-藻类群落的相对稳定的1-2种组合。

实验结果：

以狗牙根-天蓝苜蓿-黄色真藓-绿球藻属组合和以木贼-黄色真藓-绿球藻属组合为最优的铜尾矿草-苔藓-藻类联合修复技术的体系。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种铜尾矿的草-苔藓-藻类联合修复技术，其特征在于，所述的修复技术包括了以下步骤：

2.如权利要求1所述的一种铜尾矿的草-苔藓-藻类联合修复技术，其特征在于：所述的步骤(1)中藻类培养液的藻类来源于铜尾矿土壤分离培养，优选为绿球藻sp.1、小球藻原变种、拟胶丝藻、斯氏颤藻和皱纹织线藻，费氏藻、葡萄藻中的一种或几种。

3.如权利要求1所述的一种铜尾矿的草-苔藓-藻类联合修复技术，其特征在于：所述的步骤(2)中苔藓类来源于铜尾矿上的生物结皮分离培养，优选为黄色真藓、大金发藓、双色真藓中的一种或几种。

4.如权利要求1所述的一种铜尾矿的草-苔藓-藻类联合修复技术，其特征在于：所述的步骤(3)中牧草植物为狗牙根、中华结缕草、木贼、金鸡菊、高羊茅、巨大狗尾草中的一种或几种。