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不同配比下的矿山修复人工土壤性质实验研究

更新时间:2016-07-05

矿山在开采过程中会产生大量的废石、尾矿等固体废弃物,大量的固体废弃物被堆放在山谷和山坡中,不仅会占用和破坏大量土地,影响矿山生态环境,污染水土和大气环境,而且极易造成滑坡、泥石流等地质灾害,威胁人们的生命和财产安全。通过查阅文献可知,在这些固体废弃物中加入适量的优质细粒土,可以促进植物的生长[1]。尾矿中含有一定量的Zn、Mn、Cu、Fe、P等微量元素,这些微量元素对植物的生长具有促进作用,尾矿中经过磁化处理的一些磁性物质可以产生磁团聚,从而可以使土壤的团粒结构得到改善,提高土壤的透气性、透水性、孔隙度[2]。正是因为这些特性以及实例研究,才使这些废弃物可以和优质细粒土组成促进植物生长的混合土壤。目前关于这种土、石混合体称谓不统一,本文将这种细粒土和固体废弃物组合成的具有生长植物能力的混合体成为“人工土壤基质”。课题组将固体废弃物和优质细粒土按1∶0.5、1∶1、1∶2、1∶3、1∶4、1∶5的比例,充分混合后配制了上述六种人工混合土壤,对其进行物理粒组成分、化学性质的研究。本文将就这六组人工土壤基质的粒组组成、氮磷钾含量和PH变化进行叙述。

实验研究内容

(一)人工土壤的物理粒组成分变化。将这些固体废弃物与优质细粒土按照比不同配比配制六种人工土壤,测定不同配比人工土壤的物理粒组成分,评价人工土壤的基本性能。

(二)人工土壤的化学成分含量变化分析。对这六组配比的人工土壤中的碱解氮、速效钾、速效磷、pH值进行分析,研究化学组分含量变化与植物生长之间的关系。

实验材料

试验用废石来自涞源县白石口联营铜铁矿;试验用优质细粒土为河北农业大学(西校区)内经筛选的优质土壤。

试验内容

(一)物理粒组成分测定方法。根据公式:

其中:Xi为混合料的第i级粒度组成质量百分含量(%);Ai是配料A第i级粒度组成质量的百分含量(%),这个值在做配料的粒组分析时已经获得。这里的配料A可以是矿山开采过程后的废石;Bij是配料B中的第j种配料的第i级粒组成分质量百分含量(%),这里定义配料B是除配料A以外的所有配料(可以是本文中的优质细粒土等)统称为“B”,配料B的种类一共有m种;同样,配料B中的第j种配料的第i级粒度组成质量百分含量,在做配料粒组成分分析时也已经获知;ΔBij是配料B中的第j种配料的质量配合比(配料B与配料A的质量百分比),在配比计算之前,首先设定的若干个ΔBij值,代入公式计算混料的粒度组成Xi;m为配料B的种类数目。

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由图可以看出,随着六个实验池中优质细粒土的含量的增加,其中粒径小于等于0.075mm的颗粒含量越来越高,从5.41%上升至49.73%,而粒径大于0.75mm的粒组颗粒成分随着优质细粒土的增加反而逐渐下降,从94.59%下降至50.72%。数据表明随着优质细粒土的加入,混合土壤的物理组份越来越适合植物生长,以达到修复矿山生态环境的目的。

实验数据分析

(二)人工土壤的化学成分含量分析方法。pH值:25:10水土比提取,用pH计测定;碱解氮:NaOH水解土壤,测定方法为碱解扩散法;速效磷:用0.5mol/L NaHCO3溶液浸提,利用钥锑抗比色法测定;速效钾:用1mol/L CH3COONH;浸提,测定方法为火焰光度法。

1 粒组成分数据表

粒组(mm)原矿1∶0.51∶11∶21∶31∶41∶5≤0.0755.4114.9321.0130.8838.5644.7149.730.075~0.55.5814.2913.2711.6110.329.298.440.5~1027.623.5421.8619.131715.313.9110~6035.9827.6825.722.4919.9917.9916.35>6025.4319.5618.1715.914.1312.7211.56

图1 粒组成分数据图

2 实验池化学成分含量表

比例碱解氮 mg/kg速效磷 mg/kg速效钾 mg/kgpH原矿0.410.016.089.061∶0.53.180.6256.737.641∶16.051.13106.17.851∶25.172.1295.897.621∶39.923.71134.067.851∶411.633.15103.327.89

图2 碱解氮含量图

由图2可看出,原矿的碱解氮含量只有0.41mg/kg,随着实验池中细粒土的增加,碱解氮含量也逐渐增加(图中虚线为碱解氮含量趋势线),从碱解氮含量得出结论,随之配比的变化,N元素对植物的促进作用越来越明显。

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图3 速效磷含量图

由速效钾含量图4可以得出,速效钾的含量也是随着配比的变化越来越高(图中虚线为速效磷含量趋势线),对植物的促进作用也越来越明显。

图4 速效钾含量图

由图3可以看出,随着配比的变化,实验池速效磷的含量整体也是呈上升趋势(图中虚线为速效磷趋势线),对植物的生长的促进作用越来越明显。

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图5 pH变化图

植物的生长有一定的适宜值范围,大多数植物适宜在值为6.5到9.0时生长。从图5可以看出原矿的值最高,为9.06,超过了植物生长的监界值。但是加入细粒土以后pH值变化范围在7到8之间,正处于适宜植物生长的pH值区间内,所以细粒土的增加使不能生长植物的原矿具有营养特性,可以生长植物。

实验结论

本研究在分析了人工土壤基质的粒组分析和氮磷钾含量以及pH值以后,得出了以下结论:第一,矿山固体废弃物和优质细粒土经过特定配比以后,可以形成具有植物营养的特性,促进植物生长的人工混合土壤。第二,不同配比下的人工混合土壤的粒组成分和化学性质不同,细粒土的含量越高,人工土壤中小于0.075mm的颗粒含量越来越高,高于0.075mm颗粒含量相对降低,对植物生长的促进作用越明显。第三,对比本实验的六个实验池的数据,可以得出,当废弃物和优质细粒土的配比在1∶3时,人工混合土壤的经济效益最高。依据如下:一是当配比在1∶3时,钾和磷的含量在这六组中最高,而且pH值在促进植物生长的范围内;二是随着细粒土含量的增加,人工土壤对植物的促进作用相近,并且当配比1∶3时造价最低,最经济。

结果显示(表2),与对照组比较,化合物1~7在50 μg/mL的质量浓度下对RAW264.7细胞生长均无明显影响。在LPS刺激RAW264.7细胞的炎症反应中,化合物1~7对LPS刺激RAW264.7细胞释放NO均具有不同程度的抑制作用,其中化合物1和7的抑制效果最为显著,分别达到了0.92、0.51μmol/L,显示了较好的体外抗炎活性。进一步分析实验结果表明,C-2和C-3位羟基存在对于抑制LPS刺激RAW264.7细胞释放NO的活性具有较大影响。

参考文献

[1]赵梅,杨凌.黄土区土石混合土壤水分有效性研究[J].西北农林科技大学学报,2010

[2]王运敏,常一前.当前我国铁尾矿的资源状况利用现状及工作方向[J].金属矿山,1991,1

郑建乐,葛伟,赵文廷,肖静瑶,张骞月
《产业与科技论坛》2018年第9期文献

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