文摘

研究评估有机的功效和硬岩矿山废弃物类型材料的辅助phytostabilization铜尾矿在地中海半干旱条件下为了促进地方综合废物管理实践和恢复大规模(从300到3000公顷)术后尾矿贮存设施(特惠)。现场试验,建立了13个治疗功效的TSF测试六废物种类本地可用的修正案(葡萄和橄榄残留、有机固体残、山羊肥料、灌溉沟渠沉积物,和瓦砾Cu-oxide浸滤桩)在早期阶段的康复。结果表明,尽管一个有趣的各种废物种类材料测试,有机固体(100 t公顷⁻¹干重,d.w。)和葡萄残留物(200 t公顷⁻¹d.w。),单独或混合时最合适的有机修正案纳入尾矿20厘米的深度。公司的碎石从Cu-oxide浸滤桩和山羊肥料分为上尾矿也有效的结果。所有这些治疗改善尾矿的化学和微生物特性和导致显著增加植物产量三年后从试验设施。长期评估,但是需要评估自我创建的可持续性系统没有进一步的修改。

1。介绍

铜采矿作业可能影响环境由于沉积大量的硬岩附近区域的废料,如无菌岩石、冶炼炉渣,冶炼厂灰尘,和尾矿等。当硫化铜矿石浮选集中,大约80%的总尾矿废料,还含有金属的浓度(即。、铜、锌、钼、镍、铅、Cd)和准金属(例如,As) that may pose environmental risks after inadequate deposition and management [1- - - - - -6]。

目前,尾矿沉积在人工转储或尾矿贮存设施(特惠),在良好的固体颗粒(尾矿沙)是由重力分离水(7]。放弃术后特惠地中海半干旱气候条件下,如智利中北部,导致完成从上层尾矿水蒸发7]。没有适当的封闭管理,这很好,同质,noncohesive材料暴露于物理和化学环境力量(1,8),导致被风侵蚀。沉积的金属/ metalloid-rich尾矿到附近的土壤和地表水可能对人类健康构成风险,农业生产活动,和野生动物3,9,10]。根据尾矿矿物学(即。,content of indigenous iron-/sulfur-oxidizing bacteria [11,12),地理位置,酸性矿山废水和浸出的金属表面也可能出现一些次生环境影响和地面水域(7]。

经过长期以来遗弃,术后的特惠产品通常缺乏植被或相当稀少的植被覆盖13- - - - - -15]。自然植物殖民的特惠产品是一个非常缓慢的过程是矿山尾矿通常表现为坏排水、compactation,缺乏有机质和氮,中性低pH值(7,14,16),和有限的土壤类型微生物群提供能量和营养的垃圾工厂(10]。此外,在半干旱气候条件下,这些问题是加剧了盐度的组成,作为一个高比例的降雨和特惠进行中包含的水蒸发而不是渗透(7,13]。因此,矿山尾矿的物理和化学特性,以及其他因素,几乎完全抑制种子萌发交互,植物生长,微生物活动10,17]。

辅助phytostabilization被认为是一个潜在的成本效益和环保的方法遏制metal-polluted土壤和尾矿(5,15,18- - - - - -20.]。他们的主要目标是减少流动性,生态毒性和分散的金属/非金属通过环境(5,15,19,20.]。这种技术既需要足够的无机或有机整合修改表层土壤和植被恢复足够的植物物种(即。,metal tolerant plants, likely with an excluder phenotype) for immobilizing metals/metalloids in the rhizospheric zone and providing erosion control and wildlife habitat [2- - - - - -5,5- - - - - -22]。使用本地植物是这项技术的焦点,因为他们经常展示宽容当地环境条件和提供一个自然生态演替的基础。然而,成功的辅助phytostabilization矿山尾矿还取决于最快速改善,即使不是全部,限制了基质的物理和化学因素适当的工厂建立和发展,其中包括建立适当的土壤微生物活性(16,23- - - - - -25]。微生物活动的基本生化的碳循环、氮、磷和有机质周转的过程26),从而实现自身可持续发展的生态系统(27]。

建立植被有助于控制水土流失和提供有机质基质,增加底物聚合和封存的污染物(5,15]。大多数这些函数可以通过适当的应用程序修改成诱导尾矿,如有机和/或无机材料。一般来说,无机修正案改善尾矿的物理特性,如compactation和排水,或一些有限的化学特性,如pH值和过度的可溶性金属水平(25,28- - - - - -30.]。有机修正案改善尾矿的物理特性,减轻他们的金属毒性,与土壤微生物接种,并整合所需的营养素和有机物(5,15,25,27,28,31日- - - - - -33]。

尽管辅助phytostabilization被有效地用于metal-enriched土壤和硬岩矿山浪费,如特惠产品,尤其是在温带地区(即。,(10,23,24,34,35]),其使用在术后的特惠中北部智利代表一个新的挑战。一方面,术后的特惠产品大型铜矿业务产生了在智利有更大的表面积比生成的其他矿业国家(范围300 - 3000公顷);因此,当地大量的可用性适当的修正是迄今为止更限制方面的应用程序的技术比其他铜矿开采的国家。这是一个机会生成替代处理领域其他巨大的浪费,不能主要应用于农田(即。agrowastes有机固体残,硬岩矿山废弃物);然而,其功效提高物理、化学和生物性质的尾矿必须被评估。另一方面,经验的辅助phytostabilization特惠产品主要在温带气候。、加拿大)不得直接应用于特惠地处半干旱地区,如智利中北部。例如,有机覆盖(约。50厘米深度)与有机和/或其他cellulose-producing植物产生的有机废物和农业活动已有效地用于辅助phytostabilization项目在温带地区(即特惠产品。,(10,23,24,34,35]),但它们是不够的在地中海类型半干旱气候条件下的盐渍化有机覆盖强烈限制植物(即建立和成长。,(5,25,36,37])。因此,另类的管理选项,比如并入上尾矿,必须评估。

本研究的主要目的是评估可用的本地范围有机的功效和硬岩矿山废物种类材料的辅助phytostabilization术后半干旱地中海气候类型条件下铜的特惠产品,强调化学和生物参数。使用本地可用的废物作为尾矿修正案,通过促进综合废物管理实践在地方层面,是优先以达到所需的大量将大规模在中北部智利铜矿业务。植物产量、金属吸收和易位航空组织,许多微生物的进化和衬底的化学参数评估。

2。材料和方法

2.1。研究网站

这项研究是由La CocineraTSF(6.7公顷;6.618.700 291.300 n - E)属于Ovalle铜矿开采ENAMI的植物。术后和干TSF位于中北部智利、Coquimbo地区,在半干旱地中海气候类型条件下一个区域。在该地区的年降雨量平均237毫米,集中在4月至9月(秋冬季)。旱季从10月到5月。在此期间水平衡是负的,导致土壤水分赤字。最热的月平均气温最冷的月(1月)和(7)23°C和7°C,分别为(36]。

尾矿的La CocineraTSF的特点是粘壤土的纹理,略碱性pH值(7.98),高电导率(EC, 5.62 m女士⁻¹),非常低的有机物(0.48%)和阻燃剂含量,低阳离子交换容量(CEC, 6.28毫克当量100毫克⁻¹),非常高浓度的硫酸盐(2912毫克L⁻¹)、总铜(4393毫克公斤⁻¹干重的基础上(d.w。)),总锌(1619毫克公斤⁻¹d.w。)、总铁(87094毫克公斤⁻¹d.w。)和总钙(35504毫克公斤⁻¹d.w。(15])。现有文献[38,39)描述了当地土壤质地粘壤土,从塌积冲积起源,无论是生理盐水(EC 2.29 m女士⁻¹)和钠的有机质含量1.5 - -2.8%左右,pH值为7.42,CEC 13.27毫克当量100毫克⁻¹。虽然,一些物理和化学特征研究尾矿类似于当地土壤、纹理和pH值等,大多数的其他需要改进以支持原生植物覆盖。因此,本研究的重点是评估的有效性选择修改改善尾矿的化学和生物参数限制。

2.2。实验设计

2400米²现场试验(60米长×40米宽)是在进行的La CocineraTSF评估我的一些生物和化学端点尾矿修改几个地方可用有机和无机残留物总数为12个治疗情节和控制(没有修改尾矿)图(表1);每个处理重复三次。选定的修正案被废弃的瓦砾Cu-oxide浸滤桩(R),我可以在相同的操作;山羊从附近的牛的粪便(M)码;沉积物从当地灌溉水渠的清洗过程(年代);风干有机固体(B)从市政水处理装置;固体紧迫葡萄残留物(G)从精神(皮斯科)生产工厂;整橄榄轧机残留物(O)的橄榄油生产工厂。一般选择修改的属性表2和细节(修正案类型和剂量)的实验治疗如表所示1。应用程序的有机残留率是决定根据信息在文献中硬岩废料或metal-polluted退化土壤,单独添加时(即。,(40),或者5%的目标OM和C: N比30在修改尾矿C的混合物(即补充道。、葡萄残留、橄榄残留物)和N-rich有机残留物(即。、有机固体肥料(即。,(24)))。应用废弃碎石从Cu-oxide浸滤桩与初步实验室评估决定改变尾矿纹理壤土、砂壤土,从灌溉沟渠沉积物根据他们使用的可用性。修正案喜忧参半的上层尾矿gasoline-operated旋耕机(0-20厘米深度),以避免盐渍化问题修改尾矿;除了从灌溉沟渠沉积物被应用于尾矿,我们认为相当于保留表层土作为顶板岩层在我康复(即。,(1,13])。实验布局完全随机区组设计。

2006年3月,每个实验图(5×5米)第一次被修改,然后用800克黑麦草种子(多年生黑麦草var努伊)和38 g的本地草/草本植物混合以前收集从草从附近的野生地区和人口(Polypogon南极光)自发成立于相同的TSF的禁区,在黄金的方法等。41]。这是一个播种335公斤公顷⁻¹,一个值高于20到120公斤公顷的范围⁻¹建议补救metal-contaminated土壤丰厚的废物(如。,(42- - - - - -44]),但保守考虑,没有金属物种的公差信息是可用的。研究区网隔离,所有放牧家畜和野生食草动物被排除;wind-breakers建立双方的周边以减少风蚀。一个灌溉系统成立于喷雾洒水装置位于中心的网站每一个实验计划以确保工厂建立和发展还处于初期阶段。灌溉一直从3月至11月,在连续三年(2006年至2008年),补充自然过冬季降雨;灌溉用水得到从附近的流。

2.3。底物取样和分析

基质样品收集来自所有实验情节的时候增加修正案(2006年3月)和后两年(2008年3月),使用手动不锈钢土钻。每个情节样本由两个的次级样本(25厘米³核)随机收集0-20厘米深度。复合试样是由混合两个次级样本被放置在一个密封的塑料袋,均质领域的收集时间,储存在4°C在黑暗中,直到他们运输到实验室。根是手动移除所有样品在实验室之前的分析和处理。情节样本分为两个整除;一个用于微生物分析,另一个是用于化学特性如下所述。

2.3.1。底物分析(体积和孔隙水)

复合样品进行混合复制情节对于每一个实验处理,作为底物进行了一些分析(体积、孔隙水、田间持水量为100%,等等)。基质样品风干和渗(< 2毫米)的分析决定。样品的总百分比对应的土壤颗粒大小是大于2毫米注册由筛(保留),分数小于2毫米是由粒度测定使用的方法Bouyoucos [40]。的pH值和电导率(EC)测量在1:1底物水溶液用玻璃电极。土壤有机碳(SOC)是由Walkey和黑色湿重铬酸氧化法(40]。阳离子交换量(CEC)和总N和铜测定根据美国农业部的协议(40)和美国环境保护署(45),分别。散装的总铜决定基质样品,每一批消化包括一个空白样品,一个标准的参考资料(SRM)样品(Loam-B目录CRM-LO-B;高纯度标准,查尔斯顿、SC、美国),一个复样,一个质量控制样品质量控制方面和质量控制标准。消化样品分析总铜含量的火焰原子吸收光谱法(FAAS, AAnalyst 300;优秀的)。背景原子吸收与连续氘灯校正。原子吸收分析设备安置在1000级洁净室专用的实验室,和autosampler托盘装载了100级层流柜。校准标准制备高纯度(> 18 MΩ厘米⁻¹)去离子水和HNO酸化₃Suprapur(默克公司)0.2%。性能控制的原子吸收光谱仪、多元素认证标准(Teknolab Spectrascant认证)。质量控制方面和质量控制标准是满意的测量参数标准参考材料(Loam-B,目录没有。CRM-LO-B;高纯度标准,美国)和质量控制样品(以前描述的土壤样本与已知浓度的金属)不同,不超过5%。可用的N, P, K内容确定根据Sadzawka et al。46]。

评估的化学进化基质在不同治疗,35毫升的孔隙水从每个实验采集标本使用Rhizon土壤基质孔隙水取样器(荷兰瓦赫宁根,根际研究产品),下面描述的方法在凡尔康等。47]。基质孔隙水样本保存在酸洗聚乙烯塑料瓶(50毫升),然后子样品与HNO酸化₃suprapur(默克公司)和总溶解铜(sw - 486方法分析美国环境保护署(45)通过电感耦合等离子体质谱法(icp;珀金埃尔默ELAN6100自动取样器)。另一子样品是酸化与H₃阿宝₃suprapur(默克公司)和分析溶解有机碳(DOC);方法415.1美国环保署(48阿波罗9000]),使用一个TOC分析仪(美国Tekmar-Dohrmann)。

2.3.2。微生物分析

衬底整除的微生物分析保存在密封的塑料袋,像在现场收集,储存在4°C在黑暗中,直到他们的微生物分析。基底呼吸是由放置50 g的每个基质样品在70%田间持水量的0.5 L气密密封的罐子连同10毫升1 N氢氧化钠,其次是孵化为28天在黑暗中28°C。的C-CO₂进化是定期由滴定法(49]。基于累积公司基础呼吸率计算₂进化在28天期间。微生物生物量C (MBC)是由氯仿熏蒸提取法(50]。这个参数结果熏和nonfumigated样本之间的差异,与纠正K_电子商务值为0.45 (51]。微生物代谢商计算基底呼吸(μg C-CO₂h⁻¹每毫克的微生物生物量C)据安德森和Domsch [52]。

2.4。植物采样和分析

地上生物量决定在每个实验的阴谋剪裁植被在三个随机放置的地面样(0.35米×0.35米或0.12米²)2006年9月和2008年年底,在牧草种子生产和生长季中期的草药。每个实验阴谋被收获的植物,放在preweighed纸袋,运送到实验室,他们用自来水洗净,去离子水,以消除外部污染。拍摄然后干在强迫空气炉后60°C,体重3 d获得干重的天线。植物组织在地面以玛瑙球磨粉和HNO消化₃-HF-H₂O₂在微波炉(里程碑1200;美国康涅狄格州里程碑微波系统中,梦露)。铜含量芽是由icp(珀金埃尔默ELAN 6100自动取样器)根据方法sw - 486 (45]。每一批消化包括一个空白样品,一个SRM样本(1573西红柿的叶子;国家标准与技术研究院,马里兰州,美国),一个复样,一个质量控制样品质量控制方面和质量控制标准。测量时的质量控制标准和质量控制方面满足参数的标准参考材料(1573番茄叶)和不同的质量控制样品不超过5%。

2.5。统计分析

植物和微生物的响应变量的意义由于实验治疗被一个测试(治疗)或双向(治疗和时间)方差分析其次是LSD费舍尔在需要时进行测试。正常和方差的同质性检查和Shapiro-Wilks列文测试,分别;在需要时使用对数转换。简单的嫡系的回归和皮尔逊相关分析是用来确定变量之间的相关性(例如基板)。统计分析进行了使用软件InfoStat [53]。

3所示。结果

3.1。底物性质

尾矿在实验地点的壤土纹理,根据美国农业部的土壤结构分类(表3)。一般来说,添加修改,单独或混合物,没有修改的粒度分布比例低于2000μm,因此维护壤土纹理。例外是均方根、O2和OB治疗(表3);RMS治疗相同的砂质壤土质地纯沉积物,他们应用在土壤表面没有合并。轻微的变化,土壤质地中发现其他两个治疗(O2和OB)可能只是解释为典型尾矿纹理的变化7]。当粗分数被认为是(> 2000μ米),更高的百分比(在1.4到3.5倍),一般来说,发现修改尾矿相比控制尾矿(表3)。增加更高比G和B啊,和他们显示剂量依赖的,因为大多数的OM纳入实验土地保留在筛。正如所料,粗颗粒的最高价值分数(> 2000μ米)被发现在情节上从Cu-lixiviation碎石桩成立(表3),这种材料颗粒> 2000的68%μm。

初的测定(1或2006年),添加修改大部分化学(即改善。、CEC、SOC和DOC)和营养(即。N, P)尾矿(表的属性3和4)。有机固体和葡萄残留物,无论是单独或与其他材料混合,产生更为显著的变化在尾矿的化学和营养特性,特别是在CEC、SOC,和可用N-P-K浓度,控制相比(表4)。橄榄残留物主要是改善尾矿的SOC形式(表存在剂量依赖的相关性4)。然而,所有有机修正案含有可溶性盐,添加到尾矿增加EC对控制女士(5.3厘米⁻¹女士),26.4厘米⁻¹,尤其是应用于高剂量;这种效应更加明显了有机固体(表4),而且发生后添加高剂量(200 t公顷⁻¹)的葡萄和橄榄残留。

碳氮比通常很大程度上不同的治疗和减少与增加有机修正案,特别是在有机固体和肥料的情况下这些N-rich材料(表4)。修正案进入尾矿没有改变或略减少总铜浓度底物,因此没有或轻微的稀释效应。例外是治疗G2的200公顷⁻¹葡萄的残留物,减少总铜(表1.8倍4)。基质的pH值变化从轻微到中度碱性的价值观,在7.40至8.20的范围,它几乎不随时间(表4)。

年底实验(3或2008年),CEC, SOC,可用N-P-K和C: N比率在所有治疗显著降低,但在所有情况下值高于控制块(表4)。尽管可用N倾向于降低随着时间的推移,在biosolids-amended发现了小幅度的情节相比其他有机修正案(表4)。总铜浓度底物并没有显示相关随时间变化而EC值略微降低或增加(表时间4)。

溶解有机碳在尾矿孔隙水很低(控制图),但它增加了1 - 2个数量级的修正案(表5)。具体地说,医生在这些情节,只有达到了最高价值(B1和B2)加入了有机固体残。一般来说,DOC值下降随着时间的推移,但他们更明显一些治疗方法,如B1和B2(表5)。总溶解铜在基质孔隙水从17岁增加到2923次,增加修正案相比控制图(表5)。有机固体残修改情节显示较高的增加达到浓度的29.1和116.9毫克L⁻¹分别在治疗B1和B2(表5)。然而,铜在孔隙水浓度明显下降随着时间的推移,达到值后在治疗3年(表非常相似5)。在第一年的研究中,一个积极的和重要的医生和总溶解铜在孔隙水之间的关系被发现(,),但第三年这个关系不显著(,)。

3.2。工厂反应

图1显示气生植物生物量的变化(干重基础,d.w。)在实验性治疗方法随着时间的推移,而表6显示了芽铜含量的变化。气生植物生物量的双向方差分析显示显著差异实验治疗(,),年修改补充(,),以及这些因素之间的相互作用(,)。控制图显示非常低的空中生物质生产(4.5 - 5 g m⁻²干重(d.w。)),不管(图1)。在第一个生长季节,气生植物生物量之间强烈的治疗,在治疗高RMS和G1 (19 11 g m⁻²d.w。,resp.) and null or very limited on treatments with addition of biosolids (0 to 0.3 g m⁻²d.w。图1);所有其他治疗显示空中生物质生产范围从2.5到7.8 g m⁻²d.w。植物往往随着时间的增加在大多数治疗(图1)。然而,三年之后,气生植物生物量最高增产发生在治疗B1 (480 g m⁻²,d.w。),其次是治疗B2 (283 g m⁻²d.w。)和RM (112 g m⁻²d.w。)。相反,治疗O1、O2,添加橄榄残留有明显减少天线生产,达到的值只有0.1到0.2 g m⁻²d.w。(图1)。

双向方差分析铜浓度在拍摄显示显著差异实验治疗(,),年修改补充(,),以及这些因素之间的相互作用(,)。植物在控制情节达到203 - 237毫克的平均值铜公斤⁻¹在空中组织与年之间没有显著差异(表6)。在第一年,所有其他治疗没有显示显著差异在铜浓度在芽(即。、RM、均方根、G1、G2 OB, OM)或增加(B1、O1、O2 GB)相比,控制块。最大的铜浓度芽发生在治疗B1(826毫克铜公斤⁻¹),其次是治疗O1、O2和GB显示值,范围从427到559毫克公斤⁻¹。在大多数治疗方法,铜含量随时间保持不变或显著下降(表6)。具体来说,铜含量的植物治疗B1, O2, GB减少随时间(表2到4倍6)。除了控制和治疗与橄榄残留物(O1、O2),没有视觉金属毒性症状(即。、发红和萎黄病的叶子,阻碍植物),然而,发现现场植物。此外,生物质生产增加随着时间在大多数治疗方法如上所示(图1),除了控制和治疗与橄榄残留物,从而表明没有大多数修改基板的金属药害。

3.3。微生物属性

微生物参数给出了图的结果2(积累基础呼吸),图3(生物量C)和表7(代谢商)。价值的微生物基础呼吸(MBR;图2)和微生物生物量C (MBC;图3)较低和时间常数控制块,而代谢商(表7)是高和持续时间的控制块相比,实验治疗。

双向方差分析对MBR和MBC表明在这两种情况下显著差异实验治疗,年修正案,以及这些因素之间的相互作用(表8)。初的测定(1或2006年),MBR和MBC显著增加的所有修正案(数字2和3)。提高MBR在治疗RM更高,G2, OB, OM(从16到32倍)和较低的治疗O1群(5次)对控制。在MBC的情况下,增加高治疗G2, OB, B2,和RMS(从24到32次)对控制;此外,对参数和使用的所有有机修正案(B, G, O),增加剂量依赖性。MBR和MBC倾向于减少治疗时间,MBR显示比MBC(数据显著减少2和3)。三年后,基础代谢率值的治疗达到值相似的控制块,除了治疗通用显示值控制图(图2倍2)。在MBC的情况下,即使这个参数减少时间值相似的控制块,治疗B2、O1,和O2仍明显高于控制块,达到了3.5倍值控制(图3)。MBR和MBC之间存在显著的简单直系回归(,,)在第一年的试验,但这三年(后消失,,)的实验。最后,代谢商倾向于减少随时间(表7)。最高的值被记录在治疗O1、O2两年的评估。治疗第一年B1和B2显示高值,类似于治疗O1、O2,但明显下降在接下来的几年里,达到最低的3年(表值7)。

3.4。底物的生物和化学参数之间的相关性

皮尔森所有土壤属性之间的相关性(体积和孔隙水)和写参数计算。最相关的如表所示9。协会的力量被解读为根据霍普金斯的相关分类(54]:脆弱的(0.0 - -0.1)、低(0.1 - -0.3),中等(0.3 - -0.5),高(0.5 - -0.7),高(0.7 - -0.9),几乎完美的(0.9 - -1.0)。植物空中生物量的相关分析显示高与SOC积极关系,MBR,孔隙水和铜浓度;与代谢商很高的负相关关系;一个非常高的积极与MBC的关系;一个温和的负面与芽中铜浓度的关系。

4所示。讨论

4.1。底物性质

土壤EC值时通常被划分为生理盐水比女士4厘米高⁻¹(55]。这条指导原则下,所有的治疗都中等至强盐,甚至三年后自建立以来,尽管有机修正案纳入尾矿(混合)。次生盐化的基质,由于应用的有机残留物,可以辅助phytostabilization的主要约束策略,尤其是在半干旱环境中土壤水分蒸发蒸腾损失总量超过了渗透水由于稀缺的降雨事件(例如,56])。例如,伦巴第et al。37)发现,堆肥biosolid-treated钙质土壤EC增加了21和41%以上的控制土壤应用利率仅14公顷⁻¹和44.5 t哈⁻¹分别在一个地区半干旱的气候。EC的增长预期,因为有机固体残高复杂的可溶性盐的混合物37]。尾矿的盐化(EC)增加了修改可能会限制植物建立和增长,但它将弥补高CEC的有机修正案(除了橄榄残留),从浸滤桩废弃的瓦砾。在半干旱气候条件下,盐度通常是结合高土壤pH值(碱性),因为CaCO₃在土壤的层浓缩;因此钙质土壤是常见的;pH值的实验区域,底物的范围从轻微到中度碱性,但Ca尾矿含量高(1.5%)。尽管pH值的影响土壤微生物的活动报道(57,58),土壤pH值的变化在目前的研究似乎并没有足够伟大建立以来的生物活性差异没有发现MBC与pH值之间的相关性。

矿山尾矿的平均SOC的半干旱地区中北部智利是只有约0.23% (39]。这可能预测低或缺乏微生物活动。的确,土著微生物群落与矿山尾矿经常显示有限的密度和多样性,相对安静的网站(11,59),主要对应于铁- / sulfur-oxidizing细菌(12]。然而,SOC达到了2%的价值La CocineraTSF。大部分的SOC在尾矿可能来自浮选药剂用于浮选厂铜浓度的过程。所有有机修改尾矿的SOC水平明显增加对控制在第一年,(即同意文学。,(31日]),但它降低了实验的第三年,可能由于易降解材料添加(矿化60];然而,在所有情况下,它仍然高于控制阴谋从而保证微生物活性和植物生长。也被认为这可能是植物的存在覆盖发达后修改应用程序,与根系分泌物等有机原料和植物仍然通过矿化C补偿损失,由于疲惫和不稳定的有机C和C的顽固的分数的增加,这是不太倾向于矿化(61年,62年]。例如,穆勒da Silva et al。27发现有益的生态系统功能的变化,加强营养物质的生物循环等桉树种植有机固体残被纳入退化土壤;由于植物产量的增加,由于改善了OM和土壤养分水平,更高的传输这些组件的垃圾和随后的土壤测量;如果垃圾降解是足够的,那么自我维生系统可以达到不需要进一步补充修改,特别是对植物形态适应贫瘠土壤像在半干旱地区。此外,缓慢释放营养物质和其他有机修正案,包含在有机化肥相比,(63年),可以恢复土壤养分股票再种植地区的整个开发周期。长期评估实验的情节建立在目前的研究中,在OM和养分循环等参数,因此需要更好的结论。

添加有机修正案减少C: N尾矿的比率,因此提高生育率的衬底;然而,一个大的变化在这个参数存在治疗,局部可用有机修正案N浓度不同。例如,有机固体残有大N浓度(7.4%),而葡萄和橄榄残留浓度较低(2.9%和1%,resp)。变化C: N比率确定不同对微生物的影响过程,因此在N可用性植物,不仅在短期内,而且在长期内(即。,(24,64年])。例如,这个比例推荐值的减少20到30意味着N矿化,因此可用于土壤微生物和植物根系65年]。然而,非常低(< 20)C: N比率可能会产生过度N矿化地下水硝酸盐的顺向浸滤和释放的氨气(27,66年)和有限公司₂大气中(67年),从而限制种子萌发和植物发展的早期阶段27,66年]。这种效应可能发生在biosolids-amended尾矿,特别是提高剂量应用(B2)治疗时,因为没有观察种子发芽期间第一年(数据没有)。另一方面,这个比例值升高(> 30)表明N浓度较低,这是一个不太有利的条件土壤微生物活性和植物发展;最后一个情况进一步限制如果主要的C桀骜不驯(即形式的材料。、木质素)抗微生物降解(68年]。在这种情况下,N是隔离到土壤微生物和不能用于植物根吸收69年]。例如,添加橄榄残留导致高架C: N率(> 28),三年后仍然很高。N的短缺,由于这个元素在橄榄残留物的含量低,三年后可能发生空中生物质生产的大幅减少从而解释在这些治疗方法(O1、O2);与其他N-rich材料混合橄榄残留物,如有机固体和山羊肥料,允许长期N的可用性,因此持续气生植物生物量生产时间应该是可能的没有进一步增加维持足够的生育能力。

有机修正案增加了初始水平的医生,效果仍出现在第三年,但浓度降低。低分子量有机酸含量高的有机固体和橄榄残留物在穿着时,如富啡酸,植物可能会造成金属毒性的风险,因为他们的能力增加金属底物的溶解度和生物利用度的解决方案(例如,(31日,32,70年,71年])。金属阳离子,如铜^{2 +},复杂的文档,这些可溶性有机金属配合物很容易被植物根系吸收(31日,32,72年- - - - - -75年)和/或会渗透到深层基质层(76年]。事实上,高铜内容已发现芽草和一些树生长在biosolids-mixed尾矿(25)和土壤(31日,32,77年]。这种现象是在目前的研究中发现有机固体和橄榄残留修改尾矿,特别是在第一年。降低浓度的可溶性金属预计将在长远来看,在目前的研究中发现,一旦不稳定有机质的矿化在有机固体或其他有机材料导致稳定的有机物质,因为它已被证明,Al-Wabel et al。78年]。

4.2。生物属性

建立植被矿山尾矿位于半干旱地中海气候基本保护这些网站对侵蚀过程和原位固定金属衬底;同时,它有利于提高土壤有机质含量。此外,植物覆盖,特别是,植物根际的组成会影响生物基质的质量,有利于土壤微生物活性和phytostabilization这些网站。另一方面,土壤微生物群是一个关键的组件,以确保营养循环的工厂可用性和长期可持续性。

修正案在矿山尾矿在地中海半干旱气候条件下改善原始基质的生物学性质。有机的修正案也有利于植物生长,保护从自然力量(即衬底。风和雨)和为phytostabilization作出贡献。本研究中使用的物种能够生存在尾矿,但增长测量干燥空中生物质主要治疗方法之间的不同。有机固体残抑制种子萌发(数据未显示),显示限制工厂建立和发展在实验的开始,无论应用剂量(100和200 t公顷⁻¹)。这可能是由于高盐度的材料,但也由于大DOC浓度动员铜在土壤孔隙水从而给植物带来铜毒性的风险。然而,在试验结束后,这些疗法显示植物产量最高,也许由于盐和DOC浸出通过配置文件由于灌溉和自然降水,因为它已被证明在其他领域的研究被用作有机,有机固体矿山尾矿修正案(例如,(25,56])。此外,时间改变C: N organic-amended尾矿的比例也会影响植物建立和生产力,布朗et al。64年]。他们表明,增加C: N比率有机修正案增加了矿山尾矿≥20:1植物物种丰富度和增长,从而影响原生植物修复。

橄榄残留允许工厂建立持续植物生长,但是他们不显示可怜的生物质经过三年的收益率;然而,他们改善微生物属性(MSR和MBC)尾矿即使情节成立三年了。这一结果的一个解释可能是基于存在的酚类化合物,这是有毒的(79年,80年]。橄榄残留的有机物主要包括石油、糖,多糖,多酚,多元醇,蛋白质、有机酸(即。、醋酸和甲酸)、酚类、脂质,和单宁,其中一些是有毒的植物(70年]或biorecalcitrant [79年,81年]。然而,无机组分在橄榄残留浓度水平发现有毒。事实上,已经证明,他们可能作为植物营养的良好来源(82年- - - - - -84年]。根据这个,使用堆肥橄榄残留建议当橄榄残留物进行适当的生物降解过程,如堆肥、有毒有机化合物分解,这些残留物和剩余的组件是合适的植物和微生物的营养来源[一样好84年]。其他的解释可能是这种材料的低生育率N正如上面所讨论的,当橄榄残留与有机固体混合,山羊肥料(N-rich来源),对控制植物生物量增加59%。因此不建议直接申请橄榄残留物为phytostabilization矿山尾矿。几个治疗显示适合工厂建立和增长在短期内,除了提高微生物尾矿的性质(例如,RM, B1, B2, OB)。这些治疗方法表明生物质产量最高,MSR,和MBC;然而,情节必须评估长期的更好的结论。

qCO之间的负相关₂和植物空中生物质中发现目前的研究反映了环境压力可能导致药害影响一些有机修改上面提到的,像橄榄残留物和有机固体残。治疗的高等植物生物量产量显示qCO越低₂值。另一方面,MBC和植物之间的正相关关系被发现空中生物量、确认的有效性MBC作为植被变化的指标。这些结果表明,qCO₂和MBC构成敏感指标的植物生长,因此phytostabilization进展(85年]。目前的研究表明,草本/草地物种可以生长在一个广泛的金属浓度(铜、锌和铁)在矿山尾矿。锌和铜是必不可少的正常的植物生长和发展在低浓度(86年),在很多植物的代谢过程发挥着重要作用。然而,过量的铜和锌在土壤可能阻碍植物生长87年,88年]。Kabata-Pendias和Pendias89年)报道,土壤中总分数等于70至400毫克公斤⁻¹锌和60到125毫克公斤⁻¹铜是有毒的植物。金属基质研究的内容大大超过了这些范围。

关于金属积累芽,它已经在文献中指出有机修正案包含一个高比例的腐殖化的OM(即。堆肥)可以减少一些金属的流动由于形成稳定的螯合物(90年,91年]。然而,目前的研究中使用的残留不稳定在实验的开始,和腐殖化的OM可能是低,如图所示,在孔隙水医生水平升高。相反,他们可能促进金属衬底的运输作为运营商通过有机复合物的形成92年),至少在短期内。因此,铜在拍摄内容相似或略高于控制块。然而,金属的浓度在拍摄往往随时间减少在大多数治疗方法,表明一个固定的过程,可能是由于有机质(OM)稳定。拍摄铜浓度在所有治疗都远高于临界浓度中描述的植物和动物的最大可容忍的水平(88年,89年,93年]。然而,重要的是要国家相关方面。首先,定义了临界浓度的铜敏感的植物,通常由作物和蔬菜(即表示。,(88年,89年,93年]);在目前的研究中,当地植物适应被使用,这可能是更宽容的航空组织铜含量升高。第二,一些研究人员报道,部分金属中发现芽可能坚持到茎和叶表面,不吸收植物的内部结构,表明芽总金属含量是高估了(例如。87年,94年,95年])。这个外部污染可能存在即使在标准洗涤协议之后,尤其是在半干旱环境的植物耐旱性的毛状体和腺叶上常见的形态结构适应干旱(即。,(96年])。最后,最大可容忍的水平的铜在动物认为动物没有其他饲料或饲料来源,这并非如此,因为这些网站不是注定要吃草。因此,高浓度的铜在目前的研究报道并不一定意味着食物网的风险。

5。结论

辅助phytostabilization基于当地的修正案和植物来源的使用是一个可行的油田规模技术大规模术后Cu-sulfidic TSF半干旱地中海气候条件下。广泛的有机和硬岩矿山废弃物显示适合改善尾矿的化学和生物特性。然而,选择足够的本地可用的修改和管理选项为长期释放微生物和植物的尾矿限制条件建立和发展关键方面。

有机固体残、葡萄残留物和山羊肥料,单独或混合,是足够的有机材料改善尾矿的化学和生物学性质;然而,应避免高剂量(≥200吨公顷⁻¹d.w。),特别是在有机固体残馀的案例中,作为盐渍化,氨挥发和铜动员与顺向孔隙水二次可能出现工厂建立的限制条件。尽管有机固体残是有用的有机修正案加快植物生物量的组成和恢复微生物Cu-sulfidic矿山尾矿的性质,浸滤过量的盐和医生在早期阶段,需要辅助phytostabilization为了得到合适的工厂建立和成长。

橄榄残留是足够的材料恢复微生物尾矿的性质,但他们的低生育率N和高含量植物性毒素的化合物使它不足以维持植物长期发展。与N-rich混合物的材料,如有机肥料,这些应用程序将是一个更好的管理选项;此外,初步堆肥可能成为另一个选择,尤其是消除危害植物的毒性的化合物负责,但这需要进一步的评估。

废弃的瓦砾从氧化铜浸滤桩可以为尾矿是一个有用的修正案,但它需要与有机修正案(即混合。肥料),保证微生物接种的尾矿和改善营养的属性可能会限制植物建立和成长。此外,一般碎石和尾矿的化学特性,它将被整合应该首先评估以确定它的有效性和定义(即特定的管理选项。、pH值管理)。

本地草/草本物种适合辅助phytostabilization废弃的和术后TSF地中海半干旱气候条件下,迅速建立一个持续的植物覆盖,但高芽中铜浓度可能会增加金属的潜在风险转移到食物链的一个方面,应进一步评估,考虑在野生植物金属背景内容。

确认

本研究由英诺华智利CORFO项目04 cr9ixd-01 r . Ginocchio。作者要感谢Marcos委拉斯开兹的永久的支持,采矿工程师的足底Ovalle, ENAMI, Ismael吉梅内斯和Jaime奎瓦斯INIA Intihuasi建立和维护的现场试验。