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砷(arsenic)和锑(antimony)是环境中广泛存在的亲硫元素,具有相似的化学性质、毒理学性质以及地球化学行为。砷、锑的共同污染在矿山周边很常见,近年来,环境中砷、锑共同污染的现象已经得到众多学者的广泛重视,成为环境科学领域的一个研究热点。黔西北是中国典型的土法炼锌区,多年的的金属矿产开发活动产生的大量废渣堆存在矿山周边,人为加快了砷、锑进入周边环境的速度,对周边居民的身体健康和生态环境产生了不良的影响。植物修复通常被认为是一种有效且低消耗的清洁土壤的方法,利用植物对废渣堆场及废弃地进行修复,对有效控制重金属向周边环境介质扩散,实现污染环境及受损生态系统修复具有重要意义。本研究以黔西北威宁县猴场镇某经过植物修复7年的土法炼锌废渣堆场为研究区域,选取6种优势植物即构树(Broussonetia papyrifera)、柳杉(Cryptomeria fortunei)、芦竹(Arundo donax)、刺槐(Robinia pseudoacacia)、石楠(Photinia serrulata)、黑麦草(Lolium perenne)为研究对象,系统研究了不同植物参与下根系层废渣和垂直空间上不同深度梯度剖面废渣中的砷、锑以及植物组织中的砷、锑的迁移转化特征,旨在揭示优势植物修复对土法炼锌废渣中砷、锑迁移转化特征的影响,以期为在土法炼锌废渣上进一步规模化开展生态修复或植被重建提供科学依据。研究结果如下:1.植物修复可明显改变炼锌废渣的理化特性。对照废渣具有p H呈中性偏碱,物理结构及持水保肥能力较差等特点,植物修复后6种植物根际废渣和不同梯度废渣p H和Eh总体上较对照废渣显著降低,对照废渣Eh随废渣深度增加而减少,不同植物参与下的废渣Eh随废渣深度增加而增加,且40~50 cm废渣的Eh达到最大。植物参与下的根际和不同深度废渣的EC显著低于对照废渣,对照废渣EC随深度无明显的变化趋势,不同植物参与下的废渣EC随废渣深度增加而显著增加。不同植物根际废渣含水率均显著高于非根际废渣,与对照废渣相比变化不一,不同植物作用下的不同深度废渣含水率均较对照废渣降低,但对照和植物作用下的不同深度废渣含水率无明显变化规律。植物根际废渣游离氧化铁含量大多高于对照废渣,游离氧化铝含量大多低于对照废渣,且根际废渣游离氧化铁含量低于非根际废渣。2.植物修复显著促进了废渣中养分的累积。植物修复对废渣中养分的影响为6种植物根际和不同梯度废渣中有机质,DOC,总氮、碱解氮、总磷、有效磷含量均较对照废渣显著提升,但提升幅度有所不同,具体表现为氮元素提升幅度大于磷元素,DOC提升幅度大于有机质。碱解氮和DOC含量随废渣深度增加而显著减少,表现出明显的表面聚集现象,总氮含量表现为上层(0~20 cm)含量显著高于下层(20~50 cm),总磷量变化与深度无关。3.植物修复可明显改变炼锌废渣的物理结构与化学组成。植物修复对废渣形貌特征的影响结果表明,对照废渣的表面相对平整,而植物参与下由于植物根系的穿插作用以及可能的根系分泌物的溶蚀作用,致使根际废渣的表面呈疏松多孔状。植物修复对废渣粒径组成的影响总体表现为,植物根际废渣中细砂粒废渣占比总体上高于对照废渣,粘粒和粉粒废渣占比低于对照废渣。废渣中相对含量最高的元素是C、O和Si,植物根际废渣中C元素的比例较对照废渣大多不同程度升高,Si、Fe、S、O元素的比例大多不同程度降低。植物修复对废渣矿物组成的影响表现为降低根际废渣中方解石、赤铁矿等矿物的相对含量,增加废渣中石膏和方石英的相对含量。废渣的官能团表征结果表明,植物根际废渣中,羟基、脂肪族、芳香族、方解石、石英的峰强度较对照废渣不同程度降低,碳水化合物/有机硅化物和碳氮三键的峰强度增强。4.植物修复对废渣中砷、锑的迁移转化产生了显著的影响。植物修复后,6种植物根际废渣中砷、锑含量与无机砷、锑含量总体上低于对照废渣,砷(III)、锑(III)含量显著高于砷(V)、锑(V),且根际废渣中砷(III)、锑(III)的占比较对照废渣增大;对照废渣和植物作用下的废渣中砷含量随废渣深度增加总体上呈先增加后降低的趋势。植物根际废渣中残渣态砷、锑占比最高,且较对照废渣明显增加,可交换态、铝结合态和钙结合态砷、锑占比大多低于对照废渣,废渣中砷、锑的生物有效性显著降低;对照废渣和植物作用下的废渣中可交换态砷占比呈随废渣深度增加而增大的趋势,废渣中不同形态锑占比与废渣深度无明显相关关系。6种植物各个组织中砷、锑含量变化范围分别为:0.076~1.564 mg·kg-1,0.022~0.488mg·kg-1,植物组织中砷、锑含量依次表现为根>叶>茎。不同植物砷、锑的富集系数均小于0.001,转移系数均小于1,说明6种自植物对砷、锑富集与转运能力均较低,相关性分析也表明植物中的砷、锑与废渣中的砷、锑无显著正相关关系。综上可知,7年的植物修复一方面通过修复植物的根际活动(根系分泌物和根际微生物活性)与植物凋落物归还作用显著改善根际微环境(增加废渣中养分的积累以及矿物风化成土过程)。另一方面,经过植物修复后废渣中的砷、锑的含量与生物有效性显著降低,植物组织中砷、锑的富集程度也较低,据此推测,植物修复初期可能增加了废渣中砷、锑的迁移,但后期则能抑制砷、锑的生物有效性。