摘要: 钒钛磁铁矿多为超贫矿，开发过程会产出大量尾矿。目前技术水平仍不能实现尾矿的全部综合利用，大部分尾矿只能选择对生态环境具有一定影响的堆存方式。尾矿具有结构松散、养分贫瘠、成分复杂且重金属含量高等特点。因此为保护尾矿资源并尽量减少对环... 展开 钒钛磁铁矿多为超贫矿，开发过程会产出大量尾矿。目前技术水平仍不能实现尾矿的全部综合利用，大部分尾矿只能选择对生态环境具有一定影响的堆存方式。尾矿具有结构松散、养分贫瘠、成分复杂且重金属含量高等特点。因此为保护尾矿资源并尽量减少对环境的影响，寻求有效的保护性生态修复技术解决钒钛磁铁尾矿堆存问题具有重要意义。为了改善钒钛磁铁尾矿的环境质量，固化重金属，减少重金属离子向周边环境迁移转化造成的生态环境破坏，有必要采取生态修复技术对尾矿进行改良。微生物-植物联合修复技术是可持续改善尾矿环境的有效手段，丛枝菌根真菌（ArbuscularMycorrhizalFungi，简称AMF）能与大多数植物形成共生关系，是自然界中生物适应胁迫环境的有效策略之一。在前期开展的钒钛磁铁尾矿适生紫花苜蓿品种筛选和改良剂修复工作的基础上，研究了AMF-紫花苜蓿共生体系对钒钛磁铁尾矿的修复机制。 主要研究内容及结果如下： 1）为探明钒钛磁铁尾矿中土著AMF群落结构组成，采用施加污泥堆肥，种植并原位还田绿肥（前期筛选出的对钒钛磁铁尾矿耐性较强的紫花苜蓿、高羊茅、黑麦草）的方法促进植物定殖。分析三个绿肥还田周期对钒钛磁铁尾矿环境的改良效果及钒钛磁铁尾矿中AMF的群落组成。结果表明，施用污泥堆肥，种植并原位还田绿肥，有效增加了钒钛磁铁尾矿的碳、氮、磷等养分含量，钝化了重金属Cd和Zn，还田处理中有效态Cd和Zn含量可分别比无还田处理降低7.72%~23.79%和8.02%~24.37%。通过高通量测序分析钒钛磁铁尾矿中AMF均属于球囊霉纲，优势菌属包括Glomus（球囊霉属）、Paraglomus（类球囊霉属）和unclassified_c__Glomeromycetes三种属。采用紫花苜蓿绿肥还田可增加钒钛磁铁尾矿中AMF的丰富度，还田处理中代表丰富度的Sobs指数可达未还田处理的1.28倍~1.73倍。 2）选用通过盆栽试验筛选出的较强耐性的紫花苜蓿品种旱地和新疆大叶与隶属于Glomus（球囊霉属）的摩西斗管囊霉（Funneliformismosseae）和幼套近明球囊霉（Claroideoglomusetunicatum）交叉组合建立4种不同的共生体系。结果表明，幼套近明球囊霉-旱地紫花苜蓿共生体系的初步修复作用最好，在贫瘠的尾矿环境中该共生体系能够显著地增加尾矿中养分含量，促进紫花苜蓿生长增加对营养物质的吸收。通过该共生体系修复后紫花苜蓿的根长、根体积、根表面积以及根直径大于1mm的所占比例显著高于对照处理；尾矿中速效氮、速效磷和有机碳含量可分别达到对照处理的3.96倍、1.52倍和1.07倍。 3）进一步通过在钒钛磁铁尾矿中建立幼套近明球囊霉-旱地紫花苜蓿共生体系，采用扫描电镜及能谱（SEM-EDS）和傅里叶红外光谱（FTIR）等方法分析钒钛磁铁尾矿中球囊霉素相关土壤蛋白（Glomalin-relatedSoilProtein，简称GRSP）的组成、结构特征及含量的变化。结果表明，钒钛磁铁尾矿中GRSP的含量仅为农田正常土壤的2.35%~12.19%，包含Fe、Cr、Cu、Zn等多种金属元素，多糖类、酰胺类及羧酸类等多种官能团，其中多糖类官能团显著低于农田正常土壤。通过幼套近明球囊霉-旱地紫花苜蓿共生体系修复后，钒钛磁铁尾矿中易提取态GRSP和总提取态GRSP含量分别为对照处理的1.71倍和1.67倍，该共生体系能够有效增加贫瘠环境中GRSP的累积。GRSP含量的增加有助于有机碳的累积以及大团聚体的形成，从而有效地改善尾矿环境。 4）研究了幼套近明球囊霉-旱地紫花苜蓿共生体系对钒钛磁铁尾矿中重金属赋存形态、活性及在紫花苜蓿中累积的影响。结果表明，幼套近明球囊霉-旱地紫花苜蓿共生体系可有效钝化钒钛磁铁尾矿中重金属Cu、Zn和Pb，促使重金属向残渣态转化，有效态Cu和Pb的含量可分别比对照处理降低21.60%和40.65%；减少紫花苜蓿对重金属Cu、Zn和Pb的吸收。通过GRSP对重金属的吸附解析实验，进一步探究了GRSP-重金属复合物的结构特征。证明GRSP通过C=O及-OH等官能团配体与重金属结合，降低钒钛磁铁尾矿中重金属活性，GRSP中重金属含量为对照处理的1.18倍~2.67倍。 综上，揭示了幼套近明球囊霉-旱地紫花苜蓿共生体系能够通过提高养分含量，降低重金属活性，改善团聚体结构，促进紫花苜蓿生长等作用有效修复钒钛磁铁尾矿，为AMF-紫花苜蓿共生体系在尾矿生态修复中的应用提供理论支持。 收起