人工恢复酸性矿山弃土-植物系统中金属硫化物氧化行为

Revegetation is the key of completely resolving environmental problem in acid mine area. It is further important to maintain stability of spoils-plant ecosystem after revegetation. It is very possible that continuous oxidation of metallic sulfides causes re-acidification of amended spoil and degradation of vegetation again. The oxidation of pyrite and acidification of original spoils has been studied widely, but the behavior of metal sulfides in amended spoils is not paid more attention. It is urgent to study the oxidation behavior and mechanism of metal sulfides in artificial restored spoil-plant system and its effect on the development of this system. .In this project, acid spoils in Dabaoshan mine area being used, the behavior and mechanism of metal sulfides oxidation in amended acid spoils-plant system, and the effects of metal sulfides oxidation on development of spoils will be studied by combinning simulaed leaching with field experiment. With the methods including soil chemical analysis, mineral and elements analysis, microorganism diversity and functional microbial abundance analysis, the behavior and mechanism of metal sulfides oxidation and the characteristic of amended spoils development will be explained through comprehensive analyzing the shift on oxidation rate of metal sulfides, composition of mineral, properties of spoils and microorganism populations. This research can improve the theory of ecological restoration in acid mine area and can also offer a theory evidence for scientifically maintaining the stability of artificially restored spoil-plant system.

植被恢复是彻底解决酸性矿山环境问题的关键，而维持已恢复的酸性弃土-植被系统稳定则更加重要。金属硫化物继续氧化极有可能是已改良弃土再次酸化和植被退化的主要原因，原弃土中金属硫化物氧化及弃土酸化过程已有深入研究，但人工恢复弃土-植物系统中金属硫化物氧化行为还未引起足够重视。因此，急需开展金属硫化物在添加改良剂和种植植物的弃土中的氧化行为及对系统发育的影响研究。.项目以大宝山矿区酸性弃土为对象，通过模拟淋溶和野外田间实验相结合的方法，研究人工恢复酸性弃土-植物系统中金属硫化物氧化行为及其对弃土发育演化的影响，运用土壤化学分析、矿物及元素组成分析、微生物群落和功能菌丰度分析等技术手段，对金属硫化物氧化速率、矿物组成、弃土性质和微生物群落等多因素的变化进行综合分析，解析金属硫化氧化行为及机理、改良弃土发育演化特征，从而完善矿区生态恢复理论体系，为科学地维持人工恢复弃土-植物系统稳定提供理论依据。

酸性矿山的环境问题对矿区及矿区周边生态环境造成严重的威胁，由于矿产开采的剧烈扰动和金属硫化物氧化致酸的双重作用，导致酸性矿山的生态恢复较其它类型更加困难，即使植被恢复成功的酸性矿山，在后期的发展过程中植被退化甚至完全死亡的现象普遍存在，其中未完全氧化的金属硫化物继续氧化导致的改良弃土再次退化可能是主要原因。然而人工恢复弃土-植物系统的退化问题没有引起足够重视，退化的机理还不清楚，本项目以弄清楚人工恢复弃土-植物系统中金属硫化物在添加改良剂和种植植物的弃土中的氧化行为及对系统发育的影响为目的，开展了系统研究。重点研究了（1）酸性弃土的基本性质和限制植物生长的关键因素；（2）改良材料对人工恢复酸性弃土中金属硫化物氧化行为的影响；（3）植物生长对人工恢复酸性弃土中金属硫化物氧化行为的影响；（4）人工恢复酸性弃土-植物系统发育演变方向及与金属硫化物氧化的关系。.通过研究主要获得以下主要结果：（1）酸性弃土限制植物生长的主要因素有过低的pH、氮和磷元素的缺乏以及活性铜和铝的毒害；（2）添加石灰不仅能够中和或缓冲金属氧化物产生的酸，而且具有抑制金属硫化物氧化的作用，而添加有机物料则有助于各类微生物的生长，包括还原态硫氧化菌；（3）种植植物对金属硫化物的氧化有一定抑制作用，在表层弃土中抑制作用更显著；（4）含有金属硫化物的人工恢复酸性弃土-植物系统能够再次酸化，含硫越高，再次酸化越严重。.本研究对酸性矿山弃土的改良和人工恢复酸性弃土-植物系统的稳定维持都可以提供一定的理论支持，对建立持续稳定的矿山生态系统具有重要意义。