矿山重金属污染土壤植物提取修复的渗漏风险及其地下水环境影响

Phytoextraction is mainly used in a quite promising soil bio-remediation technique. It utilizes hyperaccumulator plants or tolerance plants (assisted with strenthening measures) which are fast-growing and high boimass plants, to absorb and purify the soil. The premise of efficient phytoextraction is that the hyperaccumulator plants and tolerance plants activate heavy metals to get into the soil solution by means of root exudate and chelate respectively. However, at the same time, this activation will increase the risk of leakage and underground water pollution in the case of precipitation leaching. Take co-contaminated soil (Cd,Pb,etc) in Yunfu pyrite area in Guangdong as an object of study, typical hyperaccumulator plant (Arabispaniculata Franch), and tolerance plant (maize) and its chelating agent (EDTA, EDDS, etc) are selected. Based on system analysis of leakage mechanism caused by chelate-induced phytoextraction and the measuring of relevant migration parameters ( include chelate, adsorption, plants absorption, hydrology, heavy metal migration parameters in the lower unsaturated zone, etc), the model about the relations among the heavy metal leakage in the process of phytoextraction, precipitation, and chelating agent use in the case of acid rain, and the heavy metal migration (that happened in the lower unsaturated zone) model are built, and then the risk of underground water pollution will be evaluated. Meanwhile, the problem about whether the hyperaccumulator plants can cause heavy metal leakage after precipitation leaching can also be solved. The research is of great scientific and practical value to improving phytoremediation theory and preventing underground water from pollution.

植物提取是最有发展前景的土壤生物修复技术的主流方法之一。利用超富集植物或生长迅速与生物量大的耐性植物（配合强化措施）吸收净化土壤。超富集植物与耐性植物分别通过根系分泌物、螯合诱导等强化措施活化土壤重金属进入土壤溶液是植物高效提取的前提。但活化同时，也增加了降水淋滤条件下的渗漏与地下水污染风险。 以广东省云浮硫铁矿区Cd、Pb等复合污染土壤为对象，选择典型超富集植物（圆锥南芥）、耐性植物（玉米）及其螯合剂（EDTA、EDDS等），在系统分析螯合诱导植物提取重金属行为机理与相关迁移参数（螯合、吸附、衰减、植物吸收、水文以及下包气带迁移等）的实验测定基础上，建立酸雨条件下重金属渗漏与降水条件和螯合剂使用之间的关系模型、渗漏液下渗下包气带重金属迁移模型，评价渗漏与地下水污染风险。阐明超富集植物酸雨淋滤是否存在重金属渗漏与机制。研究对完善矿山植物提取修复理论和保护地下水安全具有科学与实用价值。

螯合强化植物提取是土壤生物修复技术的主流方法之一。但螯合剂活化土壤重金属的同时，也增加了降水条件下的重金属渗漏与地下水污染风险。以广东省云浮硫铁矿区Cd、Pb等复合污染土壤为对象，选择典型耐性植物、超富集植物以及螯合剂，在室内实验的基础上，研究建立降雨条件下重金属渗漏规律、渗漏液下渗下包气带重金属迁移模型，进一步评价了渗漏与地下水污染风险。得到主要结果如下：.（1）Cd、Pb等污染土添加螯合剂的活化实验研究表明：EDTA对Pb、Cd污染土均具有最好的活化效果，其次为NTA、DTPA、GLDA，再次为EDDS与柠檬酸；各种螯合剂活化效果均在第二天达到或接近最大值。.（2）Cd-Pb复合污染土壤（含不同土壤粒径）+玉米+螯合剂（EDTA、EDDS和鼠李糖），降雨（酸雨、非酸雨）条件下的重金属淋滤实验表明：玉米苗期和拔节期，EDTA和酸雨的共同作用下，Cd、Pb累计淋出量最大；淋滤液中重金属浓度随降雨量的增加而逐渐降低，符合线性回归模型；土壤粒径团聚体< 1mm的条件下，EDTA和酸雨的共同作用，淋滤液中重金属的累计淋出量最大；基于下包气带土层淋滤实验，构建螯合态重金属在下包气带迁移的对流-弥散数学模型，并对螯合态重金属下渗下包气带的迁移距离进行预测，结果表明：EDTA螯合诱导玉米修复Cd-Pb复合污染土壤产生的螯合态重金属渗漏对当地地下水不会产生影响。.（3）以DTPA、草酸为螯合剂，针对Tl、Pb和Tl-Pb复合污染土，玉米栽培-淋滤实验结果表明：酸雨条件下Pb、Tl淋出液平均含量分别是非酸雨条件的1.8、1.5倍；添加DTPA，显著增强Pb、Tl的淋出，复合污染土表现更明显；淋出液中Tl和Pb含量随降雨增加均呈线性下降变化。.（4）以EDTA、NTA和DTPA作为螯合剂，针对Cd、Pb和Cd-Pb复合污染土，超富集植物（印度芥菜）栽培-淋滤实验表明：酸雨条件下重金属淋出量大于非酸雨，增加幅度为4-25%；不添加螯合剂时，重金属的淋出量非常小，Cd、Pb分别在0.01、0.1mg/L以下；降雨过程中淋出液重金属浓度均表现出线性下降规律。