（环境科学专业论文）广东大宝山多金属矿排土场生态恢复.pdf

中山大学博士学位论文 石灰或石灰+ n p k 的情况下，土壤会重新恢复产酸能力，但联合添加石灰+ p 肥或底泥时，能够有效地阻止土壤再产酸，说明磷肥和底泥抑制土壤硫化物的进 一步氧化和新酸性物质的产生有特别的功效。 2 重金属全量在植被恢复过程中没有显著性变化，说明重金属被固定在土 壤系统中，植被建立和发展有效地降低了重金属移动性。但d t p a - z n 、d t p a p b 含量却呈现增长的趋势，这可能与改土时对土壤的扰动有关。室内验证试验发现， 不同的改良处理能降低d t p a - 浸提态重金属的含量，其中添加底泥的处理 ( l 1 l 2 + r s ，l 1 l 2 + n p k + r s ) 降低幅度最大，这主要与底泥的特殊性质有关。 3 植被恢复有效地改善了土壤的营养状况，促进了营养元素的累积，有机 质( o 峋、全氮( t n ) 、氨态氮f n m - n ) 、有效磷( a p ) 和有效钾( 岣的含量 随着恢复时间的增加显著性增加。这种趋势在室内试验中也得到了很好地验证。 4 大多数植物地上部分重金属含量( z n 、p b 、c m 较低，但随着恢复时间 的增加，不同的植物对同一重金属或同一种植物对不同的重金属的迁移累积规 律表现是不同的，z n 在所有的植物均表现出增加的趋势，p b 在类芦和铺地黍 中呈显著增加趋势，在狗牙根、桉树和象草中基本保持恒定，c u 除了在铺地黍 中呈增长趋势外，在其它植物中均保持恒定或略微下降趋势。总体来看，桉树和 象草体内重金属( z n 、p b 、c 曲含量相对较低，且随着恢复时间的增加呈现稳定 或略微下降的趋势。 5 五种不同的植物及植物组合建立的植被恢复小区生态恢复效果均较好。 这些植物半年内在排土场废弃地上迅速定居，形成了良好的植被覆盖，植被盖度 达到3 0 8 0 ，对重金属、水土流失控制率达到6 0 9 0 ，对矿区粉尘污染的控 制率为3 0 6 0 。其中p l o tv ( 桉树+ 类芦+ 狗牙根) 恢复效果最好，在植被 建立2 年后植被盖度达到1 0 0 ，重金属、水土流失控制率超过9 0 ，对粉尘 污染的控制率达到6 0 以上。 6 对添加不同改良剂处理的土壤微生物群落多样性、微生物量、微生物活 性及土壤酶活性进行了测试分析，结果表明p h 、n a g p h 和n a g 等酸化因子 直接影响着土壤微生物的群落结构和功能，重金属全量和有效态含量对土壤微生 物具有显著性抑制作用，土壤营养状况促进了微生物的生长及活性。 总而言之，基于二年研究，我们建立了个经济、有效的极端酸性重金属矿 业废弃地植被恢复技术体系。植被恢复显著性抑制了矿业废弃地酸化过程，有效 中文摘要 地固定了重金属，改善了土壤的营养状况，提高了土壤微生物活性。植被的建立 和发展增加了地表稳定性，有效地控制了重金属和水土流失，降低了风蚀带来的 粉尘污染，改善了矿区景观，重建的植被正朝着顺行演替方向发展。但由于监测 时段相对较短，对土壤酸化，重金属在土壤植物系统中的迁移、累积继续进行 更长期的监测是十分必要的。 关键词：矿业排土场，生态恢复，净产酸潜力，重金属 i i i e c o l o g i c a lr e s t o r a t i o no fd a b a o s h a nm i n eo v e r b u r d e ni n g u a n g d o n gp r o v i n c e m a j o r ：e n v i r o n m e n ts c i e n c e s a p p l i c a n t ：y a n gs h e n g - x i a n g s u p e r v i s o r ：p r o f s h uw e n s h e n g a b s t r a c t t h ee x t r e m ea c i d i t ya n dh e a v ym e t a lp o l l u t i o na r et w oo fm a j o re n v i r o n m e n t a l p r o b l e m sa s s o c i t a t e dw i t hm i n ew a s t e l a n d sa r o u n dt h ew o r l d t h ee x c e s sa c i d i t yt e n d s t od e t e r i o r a t es o i lp r o p e r t i e s ( s u b s t r a t es t r u c t u r e ，n u t r i e n td e f i c i e n c ya n ds oo n ) ，a n d e n h a n c eh e a v ym e t a lt o x i c i t y , w h i c hg r e a t l yi n h i b i tp l a n te s t a b l i s h m e n t ，g r o w t ha n d c o l o n i z a t i o n t h e s ew a s t e l a n d sa r et h e r e f o r eo f t e na b s e n c eo fv e g e t a t i o nc o v e ra n d r e a d i l yb e c o m eas o u r c eo fp o l l u t i o np o s i n gp o t e n t i a lh a z a r d st ow a t e r s ，s o i l sa n d h u m a nh e a l t ho ft h es u r r o u n d i n ga r e a s ag o o dv e g e t a t i o nc o v e rc a nf u l f i l lt h e o b j e c t i v e so fs t a b i l i z a t i o n , p o l l u t i o nc o n t r o l , v i s u a li m p r o v e m e n ta n dr e m o v a lo f t h r e a t st oh u m a nb e i n g s h o w e v e r , e s t a b l i s h i n gah e a l t h y , l o n g - s t a n d i n ga n d s e l f - s u s t a i n a b l ev e g e t a t i o nc o v e ro nt h o s em i n es o i l sw i t he x t r e m ea c i d i t ya n dh i g h h e a v ym e t a lt o x i c i t yr e m a i n sag r e a tc h a l l e n g e i nt h ep r e s e n ts t u d y , af u l le c o l o g i c a ls u r v e yw a sc o n d u c t e da ta l le x t r e m e l ya c i d m i n ew a s t e l a n d s d a b a o s h a nm i n eo v e r b u r d e n , i ng u a n g d o n gp r o v i n c e p h y s i c o c h e m i c a la n a l y s i sa n dn e ta c i dg e n e r a t i o n ( n a g ) t e s tw e r ee m p l o y e dt oi d e n t i f yt h e m a j o rl i m i t i n gf a c t o r st or e v e g e t a t i o n t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h ee x t r e m ea c i d i t y a n dh i g hh e a v ym e t a lt o x i c i t yw e r et h et w om a j o rc o n s t r a i n t st oe c o l o g i c a lr e s t o r a t i o n o f t h em i n es o i l s t h e n , w ee s t a b l i s h e dv e g e t a t i o n so nt h em i n es p o i l sa c c o r d i n gt ot h e f o l l o w i n gp r o c e d u r e s ：( i ) p l a n t i n gs t r i p so nt h es u r f a c eo f t h ea b a n d o n e dm i n el a n d s w e r ec o n s t r u c t e db yd i g g i n gd i t c h e so f3 0x3 0c m ( 5 0 一c mi n t e r v a l s ) a n dh o l e so f5 0 5 0x5 0c m ( 2 一mi n t e r v a l s ) ；( i i ) l i m ea n dc h i c k e nm a n u r ew e r ea d d e dt ot h ed i t c h e s a tt h er a t eo f15th a ( d r yw e i g h t ) ，r e s p e c t i v e l y ；( i i i ) t h ed i t c h e sw e r ef i l l e db a c kw i t h m i n es o i la n da l l o w e dt oe q u i l i b r a t ef o ro n em o n t hp r i o rt op l a n t i n gd u r i n gt h er a i n y s e a s o n ；( i v ) t h es e e d l i n g so fd i f f e r e n tp l a n t s ，h a v i n gg r o w nf o rf i v em o n t h si np l a s t i c v 中山大学博芏学位论文 c o n t a i n e r s ，w e r ep l a n t e di np l a n t i n gs t r i p s ；( v ) f i v ed i f f e r e n tv e g e t a t i o nc o m p o s i t i o n p a t t e r n sw e r eb u i l ta sf o l l o w s ：c y n o d o nd a c t y l o n ( p l o td ，p e n n i s e t u mp u r p u r e u m ( p l o ti i ) ，e u c a l y p t u sr o b u s t a ( p l o ti i i ) ，n e y r a u d i ar e y n a u d i a n a + p a n i c u mr e p e n s ( p l o ti v ) a n der o b u s t a + r e y n a u d i a n a + cd a c t y l o n ( p l o tv ) d u r i n gt h ef o l l w i n g t w oy e a r s ，t h ev e g e t a t i o nd e v e l o p m e n to nt h em i n es p o i l sw e r ei n v e s t i g a t e d ， m e a n w h i l e ，t h es o i lc h a r a c t e r i s t i c si n c l u d i n ga c i d i f i c a t i o n , f e r t i l i t yp a r a m e t e r s ，a n d t h ea c c u m u l a t i o no fh e a v ym e t a l si nt h e s o i l p l a n ts y s t e m sw e r em o n i t o r e d f u r t h e m o r e ，ag r e e n h o u s ee x p e r i m e n tw a sc o n d u c t e dt or e v e a lt h ei n t e r a c t i o n sa m o n g s o i la c i d i f i c a t i o n , v e g e t a t i o n , a n dh e a b ym e t a lm o b i l i t y , e t e t h em a i nf i n d i n g sw e r e a sf o l l o w s ： 1 t h em i l l es o i lp hv a l u e sa n da c i dn e u t r a l i z a t i o nc a p a c i t y ( a n c ) i n c r e a s e d g r a d u a l l yw i t ht i m ea f t e rt h ee s t a b l i s h m e n to fv e g e t a t i o n t h en e ta c i dg e n e r a t i o n ( n a g ) s i g n i f i c a n t l yd e c r e a s e da st h er e m e d i a t i o nt i m ep r o g r e s s e d a l lt h en a g v a l u e sw e r ea b o v ez e r od e s p i t eag e n e r a lr e d u c t i o nt r e n d ，i n d i c a t i n gt h a tt h em i n e s o i l ss t i l lh a da c i d - f o r m i n ga n dr e - a c i d i f i c a t i o n p o t e n t i a l t h e r e s u l t so ft h e g r e e n h o u s ee x p e r i m e n ts u g g e s t e dt h a tt h e r ew e r eh i g hr e a c i d i f i c a t i o nr i s k si nt h e m i n es o i l so f l l ，l i + n p kt r e a t m e n t s h o w e v e r ，t h ef u r t h e ra d d i t i o n so f p h o s p h a t eo r r i v e rs e d i m e n t ( l 1 + p ，l i + r s ，a n dl 1 + n p k + r s ) c o u l dp r e v e n tr e - a c i d i f i c a t i o n e f f e c t i v e l y , w h i c hi n d i c a t e dt h a tp h o s p h a t ea n dr i v e rs e d i m e n tp l a y e daq u a es p e c i f i c r o l ei np r e v e n t i n gt h er e a c i d i f i c a t i o ni nt h em i l l es o f t s 2 t h et o t a lh e a v ym e t a lc o n c e n t r a t i o n si nt h em i n es o i lr e m a i n e ds t a b l ew i t ht h e r e m e d i a t i o nt i m e i n d i c a t i n g t h e d e c r e a s i n g m e t a l m o b i l i t y h o w e v e r ，b o t h d t p a - e x t r a c t a b l ez na n dp bi n c r e a s e ds i g n i f i c a n t l ya st h er e m e d i a t i o nt i m e p r o g r e s s e d ，w h i c hm i g h th ed u et os o i ld i s t u r b a n c ed u r i n gt h er e m e d i a lw o r k s t h e g r e e n h o u s ee x p e r i m e n ts h o w e dt h a tt h ea p p l i c a t i o no fa m e n d m e n t sa n dp l a n tg r o w t h e f f e c t i v e l yr e d u c e dd t p a - e x t r a c t a b l eh e a v ym e t a lc o n c e n t r a t i o n s 硼1 es t r o n g e s t d e c r e a s ew a sa c h i e v e di nt h et r e a t m e n t sc o n t a i n i n gb o t hl i m ea n dr i v e rs e d i m e n t ( l 1 l 2 + r sa n dl 1 l 2 + n p k + r s ) w h i c hi n d i c a t i n gt h a tt h er i v e rs e d i m e n tm a i g h t p h y e das p e c i f i cr o l ei nr e d u c i n gt h ea v a i l a b i l i t yo fh e a v ym e t a l si nt h em i n es o i l s 3 t b ev e g e t a t i o nd e v e l o p m e n te n h a n c e dt h en u t r i e n ta c c u m u l a t i o ni nt h em i n es o i l t h eo r g a n i c m a t t e r ( o m ) ，t o t a ln i t r o g e nf i n ) ，a m m o n i a c a ln i t r o g e n ( n h 4 - n ) ， a v a i l a b l ep h o s p h o r u s ( a p ) a n da v a i l a b l ep o t a s s i u m ( a k ) s h o w e dr a p i di n c r e a s i n g t r e n d sw i t ht h er e m e d i a t i o nt i m e s i m i l a rr e s u l t sw e r ef o u n di nt h eg r e e n h o u s e e x p e r i m e n t r e v e g e t a t i o np l a y sa ne s s e n t i a lr o l ei nn u t r i e n ta c c u m u l a t i o n , o r g a n i c v l a b s t r a c t m a t t e rt u r n o v e r , t h e r e b yf a c i l i t a t i n gs o i lf o r m i n gp r o c e s s e sa n da c c e l e r a t i n ge c o l o g i c a l s u c c e s s i o no f t h em a n - 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v e g e t a t i o no f m e t a l l i f e r o u sm i n ew a s t e l a n d s 5 a l lt h ep l a n ts p e c i e su s e di nt h ep r e s e n ts t u d yc o u l dw e l le s t a b l i s ho nt h ea c i d m e t a b c o n t a m i n a t e ds o f t sa n dd e v e l o p e dag o o dc o v e rw i t h i nar e l a t i v e l ys h o r tt i m e v e g e t a t i o nc o v e rv a r i e d 的m3 0 t o8 0 ，t h ep r e v e n t i o nr a t e so fw i n da n dw a t e r e r o s i o nw e r eb e t w e e n6 0 - 9 0 a n d3 0 6 0 ，r e s p e c t i v e l y a m o n gf i v ev e g e t a t i o np l o t s , p l o tvw a st h eb e s tf o ri t sp l a n tc o v e r ( 10 0 w i t h i nt w oy e a r s ) ，a n di t sp r e v e n t i o nr a t e o f w i n da n dw a t e re r o s i o nw e r ea b o v e9 0 a n d 6 0 ，r e s p e c t i v e l y 6 t h em i c r o b i a ld i v e r s i t y , b i o m a s s ，a c t i v i t ya n ds o i le n z y m ea c t i v i t i e sw e r e d e t e r m i n e di nm i n es o i l sa p p l i e dt h ed i f f e r e n ta m e n d m e n t s t h er e s u l t ss h o w e dt h a t p h ，n a g - p ha n dn a g w e r et h ek e yf a c t o r si n f l u e n c i n gs t r u c t u r ea n df u n c t i o no fs o i l m i c r o b i a lc o m m u n i t y t h et o t a la n da v a i l a b l eh e a v ym e t a lh a ds i g n i f i c a n tn e g a t i v e e f f e c t st os o i lm i c r o r g a n i s mw h i l es o i ln u t r i e n t sa c c e l e r a t e dm i c r o b i a ld i v e r s i t ya n d a c t i v i t y i nc o n c l u s i o n , ac o s te f f e c t i v e r e v e g e t a t i o nm o d e li se s t a b l i s h e dh e r e f o r r e m e d i a t i o no fe x t r e m e l ya c i dm e t a l l i f e r o u sw a s t e l a n d s r e s u l t sp r e s e n t e di np r e s e n t s t u d yd e m o n s t r a t et h a tr e v e g e t a t i o n i sa ne f f e c t i v er e m e d i a t i o no p t i o nf o rs o i l s t a b i l i z a t i o n , p r e v e n t i n ga c i d i f i c a t i o n , e n h a n c i n gn u t r i e n ta c c u m u l a t i o na n dt h e s u b s e q u e n ts o i lf o r m i n gp r o c e s s e s a c i d i f i c a t i o no ft h em i n es o i l sc a l lb ec o n t r o l l e d e f f e c t i v e l yi nt h ef i r s tt w oy e a r sa f t e rp l a n tg r o w t h v e g e t a t i o nc o v e ra n dn u t r i e n t v 中山大学博士学位论文 a c c u m u l a t i o na r eg r a d u a h ye n h a n c e dw i t ht h er e m e d i a t i o nt i m e h o w e v e r ，m e t a l m o b i l i t yi n c r e a s i n gw i t ht i m ei sa l s oo b s e r v e di np r e s e n te x p e r i m e n t ，w h i c hm a y r e s u l ti nm e t a la c 西m u l a t i o ni nt h ea b o v e g r o u n dp a r t so fp l a n t s t h e r e f o r e ，i n c r e a s e d m e t a lu p t a k ei nt h ea b o v e g r o u n dp a r t so fp l a n t s t h e r e f o r e ，m e t a la c c u m u l a t i o ni n t h es o i l - p l a n ts y s t e ms h o u l db eo fag r e a tc o n c e r n , a n dl o n g t e r mm o n i t o r i n go f e c o l o g i c a lr i s ks h o u l db ef u r t h e rc a r r i e do u t k e y w o r d s ：m 如o v e r b u r d e n , e c o l o g i c a lr e s t o r a t i o n , a c i d i f i c a t i o n , h e a v ym e t a l v i i i 论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论 文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文 的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本 人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：锡蝻 日期：知扣年6 月4 日 学位论文使用授权声明 本人完全了解中山大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学 校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电 子版和纸质版，有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论 文进入学校图书馆、院系资料室被查阅，有权将学位论文的内容编入 有关数据库进行检索，可以采用复印、缩印或其他方法保存学位论文。 学位论文作者签名：穆风暗 日期：2 口l o 年6 月峰日 导师签名： 日期：州。年b 月年日 第1 章前言 第1 章前言 矿产资源的开采造成大规模生态破坏和环境污染，在中国乃至世界，都是一 个十分严重的问题。以金属矿山为例，采矿活动引起生态失衡、植被和景观破坏、 水土流失、生物多样性丧失、诱发环境地质灾害( 如地面塌陷、矿井透水、山体 滑坡及泥石流等) ；废弃物( 尾矿、废石堆、矿渣等) 的排放、堆存不仅破坏和占 有大量的土地资源，而且导致区域严重的重金属污染( 表层土壤、地表水、地下 水) 、土地退化、农作物减产和品质下降，直接危及到人体健康和矿产业的可持 续发展( 束文圣等，2 0 0 0 ；l i , 2 0 0 6 ) 。目前，我国共有大中型矿山9 0 0 0 多座，小 型矿山2 6 万多座，全国矿区累计被破坏的土地面积达2 8 8 万h a ，并且每年以 大约4 6 7 万l l a 的速度增长( 李永庚和蒋高明，2 0 0 4 ) 。到2 0 0 4 年底，矿山废 弃地总面积达3 2 0 万h a ( l i ，2 0 0 6 ) 。据统计，自1 9 7 6 2 0 0 0 年，世界采矿活 动累计占地面积达3 70 0 0k m 2 ，相当于整个地球陆地面积的0 2 ，而矿山的污 染范围一般为其占地面积的l o 倍，则矿山的环境污染面积占地球陆地面积的2 ( 黄铭洪，2 0 0 3 ) 。随着天然植被的破坏，地表形态的改变，必然导致矿山生态环 境恶化，造成土地荒废，水土流失，废水、废气和固体废弃物排放等一系列的问 题。矿区生态退化和向下游排放污染物是一个全球性的严重的环境问题( c h e r r y e ta 1 ，2 0 0 1 ) 。 矿业废弃地( m i n ew a s t e l a n d s ) 是指为采矿活动所破坏的非经治理而无法使 用的土地( 束文圣等，2 0 0 3 ；刘国华和舒洪岚，2 0 0 3 ) 。根据其来源可分为三种类 型：( 1 ) 由剥离表土、开采的废石及低品位矿石堆积所形成的废石堆废弃地( 俗 称排土场) ；( 2 ) 随着矿物的开采完后留下的采空区，塌陷区，即开采坑废弃地； ( 3 ) 开采出的矿石利用各种分选方法选取出精矿后的剩余物排放形成的尾矿废 弃地。矿业废弃地不仅占用大量的土地资源，它还是持久而严重的污染源地 ( w o n g ，2 0 0 3 ；s h ue ta 1 ，2 0 0 5 ) 。因此，世界各国都非常重视矿业废弃地的生态 恢复。如何有效地治理这类特殊的退化生态系统，在矿业废弃地上建立起稳定、 安全、自维持的植被生态系统不仅是国际生态环境研究领域的热点问题，也是我 国当前生态环境保护所面临的紧迫任务，更是我国实施可持续发展战略应优先关 注的问题之一。 中山大学博士学位论文 1 1 矿业废弃地酸化问题及环境效应 采矿废弃物酸化是全世界范围内个较为普遍的现象。大部分有色金属矿的 地层都含有各种类型的金属硫化物( a l p e r sa n db l o w e s ，1 9 9 4 ) 。这些金属硫化物 由于采矿活动而与空气接触后即可产生氧化作用而生成硫酸( k i t t r i c ke ta 1 ， 1 9 8 2 ) 。在强酸性环境下，p h 依变元素诸如铝、铁、锰及其他一些微量元素的溶 解度猛增，对植物产生毒害作用，这些毒性物质也可随侧向流水排入河流、港湾 ( 如鱼塘) 而影响水生生物的生存。据统计，1 9 8 9 年全世界就有大约1 93 0 0k m 河流以及7 20 0 0 公顷的湖泊、水库受到矿山酸性废水的严重污染( j o h n s o na n d h a l l b e r g ，2 0 0 5 ) 。在美国东部，波士顿k l o n d y k ep b z n 矿产生了大约7 00 0 0m 3 酸性尾矿，酸化导致尾矿中重金属元素的a s 、c d 、p b 、z n 等浓度极高，对周 围环境造成极大的污染( t u m m a l aa n dh u m b l e ，1 9 9 8 ) 。1 9 9 8 年西班牙 a z n a l c 6 1 1 a r 地区硫铁矿尾矿坝决堤，5 0 00 0 0 0m 3 剧毒的含大量重金属离子、酸 性极低的硫铁矿废水漫过周围4 5k m 2 农田，最后流入g u a d i a m a r 河，3 7k m 的 河段受到严重污染。尽管当时对废弃物进行了物理清除，对于污染农田的治理至 今仍在进行中( c l e m e n t ee ta 1 ，2 0 0 3 ，2 0 0 6 ；w a l k e re ta 1 ，2 0 0 4 ；p 6 r e z d e m o me t a 1 ，2 0 0 7 ) 。在我国，广东大宝山矿区的污染则是最明显的例子，大宝山矿周边韶 关境内有8 3 个自然村、5 8 4 8h a 农田、2 0 9h a 鱼塘受到影响，其中翁源县新 江镇上坝村是严重受害区，村里1 0 0 多公顷良田直接受废水污染，从1 9 8 7 年 至今，全村已经有超过4 0 0 人死于癌症，不少人有结石病、皮肤病，昔日物产 富饶、水草肥美的鱼米之乡，如今成为远近闻名的癌症村、贫困村( 南方日报， 2 0 0 5 ) 。 这种酸化矿业废弃地的环境效应主要表现在以下几个方面：( 1 ) 强酸性环境 及由此带来的重金属元素毒害。极端酸性会加剧重金属离子的溶出和毒害。h a v a s ( 1 9 8 5 ) 发现，p h 每降低一个单位，a 1 3 + 活性大致增加1 0 倍。( 2 ) 极端酸性及 盐害直接伤害植物。较低的p h 使得可溶性盐类含量增加，高浓度的h + 和含 盐量过高会导致植物酶系统的失活，细胞膜受损害，抑制植物的呼吸作用和根系 对水分和营养元素的吸收，大多数农作物的生长在电导率达1 5 7d sm - 1 之间时 便受影响( d e n t ，1 9 8 6 ) 。( 3 ) 土壤熟化受阻及氮、磷和钾等营养元素供应不足。 土壤的物理熟化在很大程度上有赖于生长其上的植物的蒸腾作用，然而，酸化层 2 第1 章前言 的形成后造成土壤板结，严重地阻碍植物根系的向下穿透从而影响土壤的熟化。 酸化还会严重影响有机质分解，养分的释放和保持，在酸化环境中土壤的离子交 换能力降低，导致植物所需要的大量元素和其它微量元素的严重不足( b r a d s h a w a n dc h a d w i c k , 1 9 8 0 ) 。( 4 ) 对整个生态系统的破坏作用。由酸性硫酸盐土排出的 酸水可污染邻近的正常土壤和水域，恶化河流、港湾水质并引致鱼类对疾病的抵 抗能力降低，甚至导致大量鱼类死亡( c a l l i n a ne ta 1 ，1 9 8 8 ；s i n g he ta 1 ，1 9 8 8 ) 。 1 2 酸化的过程及机理 矿业废弃地酸化是硫化物氧化所致。硫是自然界分布广泛、亲合力非常强的 非金属元素，通常是黄铁矿( f e s 2 ) 、黄铜矿( c u f e s 2 ) 、闪锌矿( z n s ) 、方铅矿( p b s ) 及毒砂( f e a s s ) 的伴生矿( b a k e ra n db a n f i e l d ，2 0 0 3 ) 。矿石中硫化物的化学和生 物学性质十分稳定，然而，采选矿将含硫矿物( 主要为黄铁矿f e s 2 ) 暴露于空气 中，加上天然淋滤作用，与空气和水蒸汽充分接触，在铁离子和铁硫氧化细菌 的催化作用下会迅速发生氧化反应而产酸( b a k e ra n db a n f i e l d ，2 0 0 3 ；j o h n s o na n d h a l l b e r g ，2 0 0 3 ，2 0 0 5 ) 。 黄铁矿的纯化学氧化是一个十分缓慢的过程，土壤中黄铁矿的迅速氧化必须 有微生物的参与。在发生氧化之前，黄铁矿沉积物通常呈中至弱碱性，这一条件 并不利于能将f e 2 + 转化为f e 3 + 的氧化亚铁硫杆菌( t h i o b a c i l l u sf e r r o o x i d a n s ) 和铁氧化钩端螺旋茵( l e p t o s p i r i l u m f e r r o o x i d a n s ) 生存，因此，在黄铁矿生物氧 化之前，需要经历一个初始的酸化过程。这一初始酸化是由0 2 介导的自然氧化 过程，反应速率及其缓慢，其化学反应方程式为： 2 f e s 2 + 7 0 2 + 2i - 1 2 0 一2 f e s 0 4 + 2 h 2 s 0 4( 1 ) f e s 2 的氧化主要是由f e 3 + 的氧化来完成。在这个过程中主要涉及三个反应： 4 f e 2 + + 0 2 + 4 h + 一4 f e 3 + + 2 h 2