自然生态恢复过程中锑矿尾砂的植物生长适宜性评价

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中国的锑储量和产量都居世界首位,因矿业活动,我国每年会新增约150万m~2被破坏的土地,其中尾矿的堆放占据了60%以上,而对受损土地进行的植被重建率还不足15%。晴隆大厂锑矿尾矿库作为西南地区典型锑矿尾矿库,在闭矿十年间尾砂生态自然恢复效果显著,开展其尾砂植物的适生性研究,分析尾砂的物理性质、养分状况、金属含量及形态分布,有助于查明影响植物生长的限制因子,筛选适宜当地环境的金属耐性植物,对废弃尾矿库的植被重建和生态恢复实践具有理论指导意义。本研究以贵州晴隆大厂锑矿尾矿库植物及根际尾砂为研究对象,在尾矿库库底随机取9个1 m×1 m的样方对尾矿库自然生长的植物进行调查,采集了春冬两个季节共计46份尾砂样品,102份植物样品,和19份尾砂微生物样品。通过对尾砂和植物的重金属含量和形态分布、尾砂的理化指标(pH、EC、有机质、全氮、全磷、全钾、有效氮、有效磷、速效钾等)以及微生物群落的测定,分析锑矿尾砂自然植被恢复的限制因子,并评价优势植物对尾砂重金属的富集效果,为加速锑矿尾矿库植被形成提供科学依据。主要得出以下结论:(1)在尾矿库9个样方共统计到16种植物,隶属于10个科、15个属,尾矿库植物以禾本科、菊科和豆科为主。白茅、白车轴草、长波叶山蚂蟥、艾、头花蓼在尾矿库分布广泛,这些植物具有极耐贫瘠、耐干旱、在砂质土壤中适应性强等优点,是锑矿尾矿库中的优势植物。(2)研究区表层尾砂含水率在6.14%~14.85%之间,较其他同类型尾砂高,pH整体呈中性至碱性,电导率平均值在165.61μS/cm~788.8μS/cm之间,表明表层尾砂较适宜植被恢复。表层尾砂的氮元素严重缺乏,但磷和钾的含量较普通土壤差别较小,充足的磷、钾元素在一定程度上可以抵消过量重金属对植物生长的不利影响,使得大厂锑矿尾矿库的自然植物得以生存。(3)研究区优势植物重金属含量均未超过重金属超富集植物的标准,优势植物中没有超富集植物,但植物重金属含量相对正常植物较高,优势植物对重金属表现出一定的耐性和积累特性,表明自然恢复优势植物具备一定的修复潜力。表层尾砂重金属含量均不同程度超过土壤背景值,从重金属的含量来看,研究区表层尾砂并不适宜植物生长。但深层尾砂的生物有效态占比低,尾砂重金属形态以残渣态为主,重金属对初期植被恢复的影响较小。(4)菌群丰富度指数与多样性指数表明,研究区植物根际尾砂的微生物多样性相对无植被覆盖的土壤和深层尾砂的微生物多样性较高。环境因子对微生物群落结构多样性影响较大,在深层尾砂重金属含量和养分状况较差的情况下,Proteobacteria、Firmicutes和Bacteroidetes菌群对重金属有一定耐受能力。
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