煤矿废弃地煤矸石-水界面锰迁移的生态规律与调控机制

There were lot of coal tailing characterized by high concentrations of harmful elements such as Fe, Mn and S, which enter surface water to cause water contamination by piling in coal mine regions of central Guizhou Province. The goal of this project is that how to control Mn mobility in gangue-water interface under the plant growth. The absorption of Mn from gangue by the plant, and the law of Mn mobility in gangue-water interface under the plant growth were mainly studied to reveal the changes of Mn mobility in plant pine-gangue –water system of hilly area impacting on water quality. Also, the bio-fixed effects of Mn for the plants were studied so that to provide a theoretical basis for restoring the ecological environment and environmental governance in abandoned coal mine. The features and innovations of the project were studied the mobility of Mn from gangue impact on water environment in small basin of coal mine regions, and the absorption of Mn and the law of Mn mobility in gangue-water interface under the plant growth to reveal the regulatory mechanism for Mn mobility to water in the wasteland of gangue yard and its control effects.

煤矸石堆放过程中产生大量的SO42-、Fe、Mn迁移对周边水环境产生明显的污染，本项目针对煤矸石中Mn含量较低但出现大量淋溶迁移及酸性废水中Mn难以去除的现象，瞄准“植物生长对煤矸石中锰的生物作用和生态环境改变是否对煤矸石-水界面锰迁移有明显的调控作用”科学问题，以植物-煤矸石-水系统中锰的生物地球化学过程研究为核心，重点研究植被对煤矸石中锰的生物作用以及植物生长引起径流量和干湿交替强度的变化对煤矸石-水界面锰迁移通量的影响，探讨植物生长对煤矸石-水界面锰迁移作用的影响与生态调控机制，以及植物-煤矸石-水相互作用与地表水体锰污染之间的耦合关系，为煤矿废弃地生态环境恢复和环境治理提供理论依据。本项目的特色和创新之处表现在将植物-煤矸石-水看作一个整体，在小流域内系统研究植物生长对煤矸石中锰的生物作用与煤矸石-水界面锰迁移规律的影响及其作用效果。

煤矸石堆放过程中产生大量的SO42-、Fe、Mn迁移对周边水环境产生明显的污染，本项目针对煤矸石中Mn含量较低但出现大量淋溶迁移及酸性废水中Mn难以去除的现象，瞄准“植物生长对煤矸石中锰的生物作用和生态环境改变是否对煤矸石-水界面锰迁移有明显的调控作用”科学问题，以植物-煤矸石-水系统中锰的生物地球化学过程研究为核心，重点研究植被恢复对煤矸石中锰迁移转化的作用以及植物生长对煤矸石-水界面锰迁移的生态调控机制。通过四年的研究工作，完成贵州省境内代表性煤矿区（凯里市鱼洞煤矿、织金县珠藏煤矿、水城特区大河边煤矿）煤矸石堆场锰元素迁移对周边水体及土壤环境质量的影响，进一步了解锰元素在煤矸石-植物系统中迁移特征及其累积作用机制以及不同类型植物生长对煤矸石-水界面锰迁移的通量变化及淋溶迁移对地表水体质量的影响。研究结果表明，自然植被恢复有利于减少煤矸石堆场Fe、Mn的淋溶迁移及改善废弃煤矿区地表水环境质量，植物生长对煤矸石堆场Fe淋溶迁移的控制效果大于Mn，特别是马尾松生长。通过对煤矸石堆场不同类型优势植物对煤矸石中锰元素吸收的特点及生物固定机制，马尾松对煤矸石基质中Fe、Mn有明显的吸收固定作用，其中对Mn的富集系数达4.93。此外，完成典型煤矸石堆场主要优势植物的根系作用对煤矸石-水界面锰迁移的影响及作用机理的研究，深入分析了马尾松根系对煤矸石中Fe、Mn迁移的影响，马尾松根际煤矸石基质与非根际煤矸石基质溶液中Fe、Mn质量浓度均出现显著性差异，马尾松根际效应提高了煤矸石基质中Fe、Mn的活性及生物有效性，特别是Mn。植物生长可以明显地减少煤矸石堆场Fe、Mn的迁移量及其对周边水土环境质量的影响。以上研究成果在国内中文核心期刊上发表学术论文9篇，研究结论可为煤矿废弃地生态环境恢复和环境治理提供理论依据。