贵州黔西北铅锌冶炼活动已有上百年的历史,在长期冶炼活动中产生的大量铅锌废渣堆积在山坡及周围农田上,其中高含量重金属易通过风力扩散或地表径流等途径迁移至周边大气、水体、土壤、农作物等环境介质中。开展废渣堆场植被的生态恢复是控制重金属污染扩散的关键。然而在利用植物对矿渣进行生态重建时,由微生物及植物根系分泌的有机化合物,尤其是有机酸的存在可使矿渣中的重金属在根际环境中活化而使活性增强,从而增大了废渣中重金属移动及渗滤的可能性。再加上铅锌冶炼废渣重金属含量高,物理结构差,持水保肥能力低,有机质及植物必需的营养元素严重缺乏的恶劣生境都严重限制了废渣生态恢复的进程。因此,在进行植物生态的修复过程中,需要添加改良剂对重金属进行固定以降低重金属的移动与渗滤缓解重金属的植物毒性,同时改善废渣堆场的极端生境。本论文以铅锌土法冶炼废渣为研究对象,选取沼渣(BR)、活性磷尾矿(APT)以及他们以1:1、1:2、2:1的质量比混合的复合物(CA1、CA2、CA3)作为改良剂,分别以1%、3%、5%、7%、9%的比例加入于土法炼锌废渣中,并设置不加改良剂的对照组,播种黑麦草(Lolium perenne L.),通过模拟实验,研究不同比例的改良剂施用量对废渣养分指标、生理生化特性、微生物学特性、重金属形态转变及黑麦草生长和重金属吸收积累的影响,探讨沼渣和活性磷矿粉作为废渣改良剂的可行性及合适的添加剂量,以期为改良剂的合理利用及土法炼锌废渣堆场人工生态修复提供科学依据和技术支持。研究结果如下:(1)改良剂能有效改善土法炼锌废渣养分贫瘠的状况。相较于对照废渣,废渣中营养元素(N、P、K)和有机质的含量得到显著的增加。其中,APT对废渣中AP的增加量显著高于其他各改良处理组,对废渣基质TN、AN、OM、AK的改善效果均为BR?CA3?CA1?CA2?APT,CA3、CA2、CA1对废渣TP提升效果好于APT、BR单独处理。(2)改良剂能有效增加废渣的微生物活性。改良剂能显著提高了废渣基质的酶活性(脲酶、过氧化氢酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶)、微生物类群(细菌、真菌、放线菌)的数量及活性(呼吸强度),其中,CA3和BR处理下,对废渣基质中酶活性和微生物活性的改善效果优于CA1、CA2、APT及对照组。废渣废渣理化指标与微生物活性间呈显著或极显著正相关关系,表明废渣中的营养元素的变化是土法炼锌废渣基质生物活性的主要影响因子。(3)改良剂能有效促进重金属赋存形态再分布。改良剂加入促进废渣基质酸溶态Cu、Cd、Pb、Zn向残渣态转化,进而降低了重金属的生物有效性,但改良剂处理后酸溶态Cd、Zn仍然是废渣的主要赋存形态。主成分分析表明7%、9%的BR、CA1、CA2、CA3处理组与废渣养分和微生物学特性有较强的相关性,随着改良剂添加比例的增加废渣基质养分含量、酶活性以及微生物数量和活性的逐渐增加,并在一定程度上降低了酸溶态重金属含量。(4)改良剂作用下能显著降低黑麦草体内重金属的含量。随着改良剂的加入植物地上和地下部分Cu、Cd、Pb、Zn含量呈现下降趋势。但地下部分重金属的含量适中高于地上部分相应重金属的含量。相关性分析表明,废渣中酸溶态重金属的含量是影响植物体内重金属的吸收积累的主要因子,随着废渣酸溶态重金属含量的下降,黑麦草体内重金属的含量也相应的降低。(5)改良剂能显著促进植物的生长。改良剂加入后废渣植生环境得到明显改善,黑麦草鲜重、根长、株高及叶绿素总量都有了很大的提高,特别是在7%、9%的复合改良剂CA3处理组。黑麦草叶片抗氧化酶活性(CAT、SOD、POD)和MDA含量也都随着改良剂的加入的增加呈现出先下降后降低得变化趋势。相关性分析表明,植物体内抗氧化酶活性和MDA含量与体内重金属含量呈正相关,与生理生长指标呈负相关;植物抗氧化酶系统能随着体内重金属含量的变化相应的做出应激反应以减少重金属对植物生长带来的胁迫。而且加入改良剂后植物各部位活性较弱(醋酸和盐酸提取态)的化学形态及残渣态比例都有不同程度的增加,而重金属活性较强的化学形态比例减少,植物抗性增强。(6)改良剂参与下废渣生化性质的改善明显影响重金属的迁移转化特征。对土法炼锌废渣基质养分、微生物学特性、生物有效态重金属和植物生长进行整体的主成分分析表明,改良剂加入量较多的处理组(5%、7%、9%的BR、CA3以及7%、9%的CA1和CA2处理组)与TN、AN、AK、OM、TP、脲酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶、呼吸强度、细菌、真菌、放线菌、鲜重、根长、株高、叶绿素总量、过氧化氢酶、EC、AP、TP有较强的相关性,而对照组(CK)、1%、3%、7%、9%的APT、1%的BR和CA3、1%、3%的CA1、CA2处理组与废渣酸溶态重金属及植物体内的重金属含量表现出较强的相关性,改良剂的加入能够显著的增加铅锌冶炼废渣基质的营养元素含量,显著提高废渣基质中酶及微生物活性,并有效降低重金属的生物有效性。因子综合得分表明7%、9%的CA3处理效果最好,其次是7%、9%的BR和9%的CA1处理组。综上所述,沼渣和活性磷尾矿作为廉价优良的改良剂应用于土法炼锌废渣的生态恢复,不仅可为修复植物的生理生长提供必需营养物质,改善废渣的理化、生物化学、微生物学特性,降低废渣中生物有效态重金属的含量以及植物对重金属的吸收,从而有效的促进了植物的生长发展。而且改良剂沼渣和磷矿粉均为有机或工业废弃物,所需费用远低于使用化学肥料及其它有机肥,能有效降低矿山生态修复过程中基质改良的成本,最终“以废治废”的双赢目的。当沼渣和活性磷矿粉以2:1的质量比混合施加后以7%~9%的比例加入废渣时改良效果最好,可作为改良铅锌冶炼废渣基质的参考配比模式。