植物群落建立后铜尾矿废弃地中金属硫化物氧化及重金属环境地球化学行为

富含重金属的矿业废弃地对周围环境质量、生态系统和人体健康产生严重危害。植被重建是目前广泛采用的改善重矿业废弃地景观环境质量的生态措施，而矿业废弃地中以硫化物形式存在的重金属的释放、迁移始终是人们关注的焦点。本课题以铜陵铜矿区业已成功进行生态恢复的铜尾矿废弃地为对象，原位采集不同恢复途径、不同植物群落下典型样地中废弃地剖面的尾矿、渗漏液、气体样本，通过测定样本的矿物组成、产酸潜力、重金属及硫的赋存形态与含量、气体成分与含量、参与金属硫化物氧化的微生物类群等特征以及优势植物生理生态特征，研究植物群落与废弃地中金属硫化物氧化和重金属环境地球化学行为的关系。揭示不同恢复途径、不同植物群落类型及不同管理模式条件下废弃地中金属硫化物氧化速率和重金属释放、迁移速率及其关键影响因子，预测生态恢复后尾矿废弃地中重金属对周围环境的长期、潜在影响，评价以植被重建为目的的重金属矿业废弃地生态恢复的有效性和局限性。

矿业废弃地中金属硫化物氧化和重金属释放迁移及其对周围环境的影响是人们关注的焦点，然而关于植物群落对矿业废弃地中金属硫化物的氧化和重金属的迁移产生怎样的影响知之甚少。本研究通过对矿业废弃地中(1)植物群落生态学和基质常规理化性质，(2)金属硫化物氧化、重金属环境地球化学行为，(3)重金属对植物群落的影响，以及(4)影响金属硫化物氧化和重金属环境地球化学行为的主要因子，等内容的研究，探讨不同恢复途径下建立的植物群落对尾矿金属硫化物氧化和重金属环境地球化学行为影响，以及矿业废弃地植被重建在控制金属硫化物氧化和重金属释放迁移等方面的有效性和局限性，揭示植物群落影响矿业废弃地中金属硫化物氧化和重金属释放、迁移的途径和机理。结果表明：(1)尾矿废弃地上的植物群落促进了表层尾矿中氮素和有机质的积累，促进表层尾矿的成土过程。与裸地相比，植物群落下表层尾矿中总氮含量提高了139.47%-1105.99%、有机质含量提高了21.26%-93.20%；(2)植物群落有效降低了表层尾矿中金属硫化物氧化，生物氧化速率降低了46.96%-93.85%，净产酸量降低了62.67%-95.63%；白茅和香根草可有效地阻止重金属As、Cu和Zn向下层迁移，改变了重金属在剖面中的分布，而盐肤木对剖面中重金属迁移无显著影响；(3)人工覆盖在尾矿表面的土壤促进了植物的定居和植物群落的形成，有效控制了尾矿中金属硫化物的氧化，生物氧化速率降低41.95%-44.63%、净产酸量降低72.68%-97.18%；(4)与盐肤木相比，白茅和香根草能更有效地控制表层尾矿中金属硫化物氧化过程，后者比前者的氧化速率低了4.16%-51.27%、参与金属硫化物氧化的Acidithiobacillus ferrooxidans和Leptospirillum ferrooxidans的数量分别降低了8.85%-56.14%和17.31%-86.90%；(5)尾矿废弃地上的植物群落通过控制尾矿中金属硫化物的氧化作用显著影响废弃地中重金属的迁移，植物群落的发育时期、植物种类以及尾矿基质的改良措施均对该过程受产生影响。本研究所获得结果的科学意义在于：一方面可以对矿业废弃地上业已构建或形成的生态系统的发展和演变做出预测；另一方面有利于矿业废弃地生态恢复过程中更为稳定性的人工植物群落建立，以及铜尾矿中金属硫化物氧化和重金属迁移的控制。