土壤改良和植物对赣南某离子型稀土尾矿联合修复研究

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赣南离子型稀土尾矿存在土壤酸化、肥力贫瘠、土壤结构破坏、植被损失殆尽、水土流失严重等问题。土壤改良和生物修复一直是矿区生态修复的常用方法,但是,针对离子型稀土尾矿生态修复的研究仍需要进一步拓展。本试验采用土壤化学改良-生态联合修复法,在赣南地区龙南县某堆浸型离子型稀土尾矿,开展大田试验,选用3种植物类型(观赏性、豆科和水保植物)共7种植物,采用生物炭、粉煤灰、有机肥和无机肥等改良剂改良土壤,设置4个土壤处理(尾矿裸土CK1,尾矿土+植物,改良裸土CK2,改良土+植物),研究土壤改良和植物类型对赣南离子型稀土尾矿土壤理化性质和植物生长特征的影响,并对修复效果进行评价,最终为赣南离子型稀土尾矿生态修复提供帮助。研究结果表明:(1)与赣南离子型稀土尾矿土CK1处理比较,改良土CK2处理显著降低了砂砾和粉粒含量,显著增加了土壤粘粒,其含量由20.1%增加到29.4%;种植植物后,与裸地相比较,土壤机械组成无显著差异。尾矿土经改良后,土壤容重从1.36 g/cm3降低到1.30 g/cm3,植物种植对土壤容重无显著影响。土壤改良剂的添加对土壤孔隙度无显著影响,而植物种植显著增加土壤孔隙度。添加改良剂,土壤田间持水量和饱和含水量分别增加了14.8%和10.9%;与裸地比较,种植植物显著增加了田间持水量和饱和含水量,增加了48.5%和18.7%。3种植物类型进行比较,景观植物增加土壤粉粒含量,水保植物和豆科植物增加了土壤粘粒含量,而土壤容重、孔隙度、土壤含水量之间均无显著差异。(2)改良土所有处理的pH值普遍高于尾矿土所有处理,pH增加0.55。其中改良土CK2处理pH最高,达5.68,高于其他所有处理。在尾矿土种植三叶草的处理pH值最低,达4.32。与裸土比较,植物种植显著降低了土壤pH达0.3个单位。改良土所有处理的平均有机质含量普遍高于尾矿土。种植植物的土壤有机质含量显著高于裸土,且改良土+百喜草和改良土+圆叶决明处理的有机质含量高于改良土其他植物处理,分别为10.65 g/kg和11.03 g/kg。改良土所有处理的CEC含量整体高于尾矿土,其中,改良区CK2处理,其CEC含量最高,为11.48 cmol/kg,高于改良土植物种植处理;尾矿土CK1处理的CEC含量是所有处理中最低的,为6.88 cmol/kg。改良土平均氮磷钾养分含量普遍高于尾矿土所有处理,其中,以豆科植物的全氮含量显著偏高。与尾矿土CK1处理比较,全氮含量增加4-6倍,有效磷增加10倍,而碱解氮和速效钾含量均增加2倍左右。(3)CK1处理,不同微生物群落的生物量均为最低,其中微生物总生物量为671.49 ng/kg,细菌为310.06 ng/kg,真菌为80.56 ng/kg,放线菌为33.32 ng/kg,革兰氏阳性菌(G+)为147.28 ng/kg,革兰氏阴性菌(G-)为17.32 ng/kg,在统计学意义上都显著低于其他处理。微生物总生物量在尾矿区种植景观植物的处理最高,其含量为5529.11 ng/kg,豆科植物处理含量偏低为2262.35 ng/kg,但仍高于CK1处理的671.49 ng/kg;在改良区,种植植物的三种处理的微生物生物量均在4500 ng/kg以上,高于CK2处理(2555.99 ng/kg)。对于其他如细菌等的微生物群落,都展现出相似的特征。(4)肥田萝卜、芒草和芒萁成活率为零不能用于矿区修复。在试验期内,改良土种植三叶草、猪屎豆、圆叶决明、百喜草和宽叶雀稗处理,其生长指标均显著优于尾矿土处理。改良土杜鹃所有生长指标和尾矿土杜鹃处理无显著差异,改良土黑麦草所有生长指标均比尾矿土处理差。其中,覆盖度最高的是改良土种植百喜草和宽叶雀稗处理,均达到90%,除杜鹃外的其他存活的4种植物覆盖度均低于35%。黑麦草在尾矿土种植覆盖度高于改良土,达55%,杜鹃在两种土壤上的覆盖度均为65%。(5)尾矿区的所有处理其综合肥力指数在0.9以下,其肥力等级为Ⅲ级,处于肥力贫瘠状态,其突出特点是个别指标严重缺乏,具体表现为土壤有效磷和CEC,是矿区肥力指标的主要障碍因子;改良区的所有处理其综合肥力指数在0.9-1.7之间,其肥力等级为Ⅱ级,处于肥力一般状态,具体表现为土壤CEC,是改良后矿区土壤肥力等级划分的主要障碍因子。
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