改良剂对锰尾矿污染土壤中锰的钝化效应研究

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锰矿资源在开采过程中形成的尾矿堆积会带来严重的环境污染问题。本研究采用湘潭锰尾矿区尾渣和尾泥的混合土壤作为基质(用“ST”表示),竹炭和腐殖质(从泥炭中提取)作为土壤改良剂(分别用“BC”和“HS”表示),改良剂施加量为1%、2%和5%(质量比)3个水平及其组合共13种处理。分析了不同处理对锰尾矿土壤的基本特性、土壤锰赋存形态以及栾树富集和转运重金属锰的影响,主要研究结果如下:  (1)对土壤基本特性的影响  单一施用竹炭处理均不同程度地提高了土壤pH值、有机质和阳离子交换量(CEC)以及土壤全氮、全磷和全钾的含量,尤其在ST+BC(5%)处理下增加显著(P<0.05)。与对照土壤相比,在单一施用腐殖质处理下除了使土壤pH值降低外,其余指标均有不同程度的提高,且提高幅度与其施用量呈正相关。混合施用竹炭和腐殖质处理后,土壤pH值、有机质和CEC指标增加幅度介于单一施加竹炭、腐殖质处理之间;但土壤全氮、全磷和全钾的含量较相同施用单一竹炭或腐殖质处理下的增加而更明显。  (2)对土壤锰赋存形态的影响  不同形态锰在土壤中的含量存在较大的差异。在对照土壤(ST)中,各形态锰含量的大小顺序为:铁锰氧化物结合态(1685.90 mg/kg)>有机质结合态(949.50 mg/kg)>残渣态(793.29 mg/kg)>可交换态(7.93 mg/kg)>碳酸盐结合态(2.88 mg/kg)。与对照相比,施加改良剂不同配比处理后,均使可交换态、碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态锰含量下降,而有机质结合态和残渣态锰含量增加,即竹炭、腐殖质能促进活性态锰向稳定态锰转化,且这种钝化效果随竹炭、腐殖质施用量的增加而更明显。在所有处理中,以ST+BC(5%)、ST+HS(5%)及ST+BC(2%)+HS(5%)这三种处理的钝化效果较好。  (3)土壤基本特性与土壤中锰各形态的相关性分析  土壤pH值、有机质、全氮、全钾和全磷含量均与可交换态和铁锰氧化物结合态锰含量呈显著负相关关系;土壤CEC与铁锰氧化物结合态锰含量呈极显著负相关。此外,土壤pH值与碳酸盐结合态锰显著负相关。除土壤pH值仅与残渣态锰含量呈显著正相关关系外,有机质、全氮、全钾和全磷含量均与有机质结合态和残渣态锰含量呈显著或极显著正相关。  (4)对栾树富集和转运重金属锰的影响  施加竹炭、腐殖质的不同配比处理均使栾树各器官内锰含量显著下降(P<0.05),降低栾树对锰的富集和转运能力,尤其是ST+BC(5%)处理、ST+HS(5%)处理以及ST+BC(2%)+HS(5%)处理的效果更为显著。
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