文摘

探索稀土矿尾矿改进没有土壤改良技术,我们种植白菜用锅来确定不同数量的石灰结合肥料对提高离子稀土矿尾矿,旨在提供一个科学依据的回收废弃的离子型稀土矿。测试结果表明,土壤基质的稀土尾矿展出四种形式的退化:土壤酸化,土壤沙漠化、营养消耗,和重金属污染的稀土元素(REEs)。肥料的应用程序(CK处理)不支持白菜增长,而不同数量的石灰结合肥料支持植物生长,显著降低稀土重金属的活动。高度、鲜重和稀土元素的内容白菜植物显著降低了石灰应用的数量的增加。添加石灰不仅显著提高了土壤孔隙空间和减少土壤酸化还显著增加土壤养分含量。我们的研究表明,石灰肥料相结合可以提高离子稀土矿尾矿土壤退化,从而促进植物生长和实现改善离子型稀土矿尾矿土壤改良。

1。介绍

稀土元素(REEs)在国民经济各个领域广泛应用。特别是,重稀土元素对高新技术产业的发展至关重要,现代化,国防1]。沉重的rr的主要来源,离子稀土矿石矿物中稀土元素吸附在花岗岩风化壳的一种离子形式,及其开采需要使用一个包含大量的化学浸出剂活性阳离子(Na+,在北半球4+H+,毫克2 +)来取代并使解除吸附离子里斯(2]。这种独特的开采过程会导致不同程度的污染矿区的水土资源和污染物可以通过水和土壤迁移进入食物链,最终成为对人类健康有害3- - - - - -5]。离子稀土矿区的生态恢复中国迫在眉睫6,7]。

离子型稀土矿区表现出土壤退化的类型很难恢复,包括土壤沙漠化、土壤养分下降,土壤酸化、重金属污染、和浸出剂残留8,9]。目前,恢复稀土矿尾矿采用土壤改良的方法;然而,土壤改良方法需要大量的土壤资源的高成本。因此,它是特别重要的调查其他修复和改进方法,不需要土壤改良的离子型稀土矿尾矿复垦。土壤改良剂是一种有效和廉价的修复和改进方法,土壤改良剂的应用可以提高土壤pH值,减少重金属活性,改善土壤结构(10]。对于许多类型的土壤退化,可以使用不同的土壤改良剂结合提高修复效果,这是一个在矿区土壤生态修复的主要措施11,12]。到目前为止,研究了方法来改善土壤基质离子稀土矿尾矿。无机护发素的效果和机制改进的离子型稀土矿尾矿已经很少了。石灰,当作为一个常见的土壤改良剂,可以调节土壤酸化,降低土壤的重金属活动,而Ca2 +离子作为胶结剂促进土壤聚合物的形成,从而减少土壤沙漠化(13,14]。肥料的应用程序可以快速增加土壤养分,提高土壤养分耗竭。

石灰的影响的理解结合肥料对白菜生长和稀土尾矿的理化性质是迫切需要为了确定这种方法是否能有效的稀土尾矿的退化问题。方法之后,一个更合理的石灰和肥料应进一步确定。中央我们的研究假设如下:(1)护发素可以缓解该问题的应用离子型稀土矿尾矿的土壤退化,如减少土壤沙漠化和酸化;(2)治疗条件的肥料和石灰可以大大提高白菜的生长。结果可以为土壤改良提供了理论依据和恢复离子稀土矿区。

2。材料和方法

2.1。稀土尾矿

稀土尾矿收集从一个废弃的稀土矿(25°27 N, 115°10 E)在信丰县,赣州,江西省,关闭了1年和开采使用堆浸过程。硫酸铵((NH)4)2所以4)被雇佣为浸出剂,生产硫酸铵高残留尾矿(15]。尾矿是取样的深度0-20厘米和袋装密封混合采样后5分接近我的。采样时间是2016年5月15日。尾矿样品被平放在地上形成一个土层大约10厘米厚,风干15天,然后完全由五钢屑混合堆和rebagged用于实验。的基本物理化学性质并给出了稀土尾矿在表1和2。

表1
土壤的基本理化性质在稀土矿尾矿基质。
表2
土壤的重金属含量在稀土矿尾矿基质(毫克/公斤)。
2.2。实验设计

实验是在锅在模拟自然条件下进行的。实验中使用的塑料罐子上内径,较低的内径,和高度的17.5,11.5,和12厘米,分别和每锅充满了1.8公斤的风干尾矿经过2毫米筛。石灰结合肥料使用护发素改善稀土尾矿,相同数量的化肥,但不同数量的石灰应用于所有治疗。肥料应用一旦作为基础肥料浓度的0.20 g N(即。,0.428克/公斤尿素),0.30 g P2O5(即。,0.575 g/kg monopotassium phosphate), and 0.30 g K2O(即。,0.161 g/kg potassium chloride) per kg of tailings. There were four treatments in the experiment: CK for fertilizer application only, C1 for 石灰,C2 石灰,C3 石灰、四个复制每个治疗。受精后,超纯水在每个治疗罐应用于土壤保持田间持水量的70%。三周后土壤稳定的孵化,十白菜种子播种在每个壶在温水中浸泡后的种子(50°C)。每2 - 3天浇盆了整个生长过程,和大白菜收获后140天的增长。

2.3。样本收集和分析

收获的时候,白菜植物连根拔起,用水冲洗。三种植物被随机选择从每个锅鲜重的测定。此后,样品被放置在烤箱在105°C为30分钟,干在75°C恒重,然后研磨和袋装。后的尾矿样本收集的锅白菜收成。他们自然干,地面使用四分法的方法,并通过一个20目筛(0.841毫米),然后100网(0.147毫米)尼龙筛。尾矿纹理、pH值、土壤有机质含量、土壤速效氮、土壤P,和土壤K测定使用比重计法、电位法(土壤:水= 1):2.5),重铬酸钾容量法、碱性扩散法,碳酸氢钠的方法,分别和醋酸铵提取方法。总N测定采用凯氏法,总磷和总钾测定使用氢氧化钠融合方法。植物和土壤样本使用four-acid方法(HCl-HNO消化3-HF-HClO4),每16里斯的数量取决于电感耦合等离子体质谱法(icp)。土壤的总REE含量确定的数量总和的每一个16里斯(ΣREEs)。重金属的含量随着土壤和Cd使用原子荧光光谱仪测定(AFS)和石墨炉原子吸收光谱法(GF-AAS),分别,而其他五的内容重金属(铅、铬、铜、镍、锌)是由一个电感耦合等离子体光学发射光谱仪(ICP-OES)。

2.4。统计分析

OriginPro 2015和SPSS统计22被用来处理数据分析,方差分析的数据是使用LSD法执行,不同小写和大写字母在同一列表明显著( )和高度显著( )分别治疗之间的区别。

3所示。结果

3.1。土壤的基本理化性质的稀土尾矿基质

土壤的基本理化性质测试提出了稀土尾矿的衬底表1。的pH值低于4.5表示强酸性土壤,表明,稀土开采导致了严重的土壤酸化。土壤基质中含有高水平的N和总K,但相对不足和缺乏可用的总P和K,而有机质含量,分别可用P, N和总高度不足。这些结果表明,不同土壤中的养分衬底的稀土尾矿发生在不同,但总的来说,有一个缺乏营养。极高的可用N含量很可能由于使用硫酸铵作为浸出剂在稀土开采过程中,这可能导致尾矿土壤中铵离子的积累。极高的总K含量很可能与离子中包含大量的花岗岩稀土矿尾矿。此外,土壤基质的物理粘粒含量很低,和土壤质地非常桑迪。

重金属含量的稀土尾矿展示在表2。除了Cd,其他六个重金属的浓度低于风险筛选值,表明由这六个重金属土壤污染的风险很低。土壤Cd浓度高于风险筛查价值但远低于风险控制价值,表明Cd污染的风险也低。关心的是里斯的高含量的稀土尾矿,在背景值的2.77倍,在江西省土壤环境(243.41毫克/公斤)16]。四个元素,Y,洛杉矶、Ce和Nd,高浓度,的总和,占总量的77.51%的rr尾矿;因此,我们关注的稀土总量和浓度的这四个里斯。在稀土尾矿,一般受污染的土壤相比,稀土元素污染必须检查除了常见的重金属污染。总体而言,稀土尾矿的底物显示严重的酸化,土壤沙漠化、严重营养缺乏,和罕见的类似地球的重金属含量很高。

3.2。后的尾矿理化性质调节与石灰和肥料
3.2.1之上。对纹理和容重的影响

土壤调节使用石灰结合肥料的影响在尾矿的物理特性如图所示1。砂和粉含量没有显著差异的治疗方法,但在粘土含量有显著性差异( )。与CK处理相比,土壤处理石灰结合肥料都显示,粘土含量显著减少,减少的19.9%,31.6%,45.7%,治疗C1, C2, C3,分别。控制土壤质地的砂质壤土。所有的土壤条件与石灰和肥料也有砂质壤土纹理,表明,虽然是一个统计上的显著差异在粘土含量,对土壤质地没有显著影响。有显著性差异( )体积密度在治疗中治疗C2和C3显著降低容重比CK处理;治疗的容重C1, C2, C3低了3.17%,12.70%,和18.25%,分别。这表明,石灰应用显著提高土壤孔隙空间虽然对机械组成没有显著影响。


图1
石灰结合肥料对土壤质地的影响和稀土矿尾矿的体积密度。
3.2.2。对pH值和有机质的影响

石灰的影响结合肥料对土壤pH值如图2。有高度显著差异在治疗中pH值( )。与CK处理相比,pH值明显高于在所有治疗条件与石灰和肥料,显示大幅增加2.99,2.93,和2.94单位治疗C1, C2, C3,分别;然而,土壤pH值没有显著差异在这些治疗方法。在治疗中有机质含量显著差异被发现( )。治疗C3土壤的有机质含量显著降低,CK处理土壤相比,减少5.63%,4.23%,7.51%,治疗C1, C2, C3,分别。添加石灰的浓度很低时(治疗C1和C2),石灰添加对有机质含量的影响不显著,而当时的石灰添加量高(C3)治疗,有机质含量显著降低,很可能由于稀释效应与增加更多的石灰。


图2
石灰结合肥料对土壤pH值的影响和有机稀土矿尾矿的问题。CK:肥料(0.20 g N, P 0.30 g2O5和0.30 g K2尾矿的每公斤);C1: 酸橙;C2: 石灰,C3。 石灰。
3.2.3。对土壤基质养分的影响

调节的影响尾矿与石灰和肥料在土壤基质养分图所示3。有高度显著差异( )在中总N和可用的治疗方法。与CK处理相比,土壤条件与石灰和肥料总N含量减少了58.14%,60.47%和58.14,和可用的N含量86.10%,84.96%,81.92%,治疗C1, C2, C3,分别;然而,没有一个总N, N的差异治疗C1, C2, C3显著( )。CK处理和治疗的总N含量C1是0.43克/公斤和0.18克/公斤,分别和不同的是0.25克/公斤或250.00毫克/公斤;可用相应的N含量288.70毫克/公斤和40.13毫克/公斤,分别改变为248.57毫克/公斤。总N, N值的相似性表明总N含量的减少很可能与减少可用N显著减少可用N可能与钙离子的添加石灰的可用性,如钙离子所取代NH4+吸附的土壤对作物吸收和利用17]。由于稀土尾矿水和肥料保留能力差,NH流离失所4+可能已经失去了从土壤中,占显著减少可用N后改善稀土尾矿。


图3
石灰结合肥料对土壤肥力的影响稀土矿尾矿。CK:肥料(0.20 g N, P 0.30 g2O5和0.30 g K2尾矿的每公斤);C1: 酸橙;C2: 石灰,C3。 石灰。

对于P含量尾矿土壤条件,没有显著性差异P总治疗(图3; );然而,总P含量治疗C1, CK治疗相比降低6.67%。有显著性差异P治疗(图中内容可用3; )。与CK处理相比,P是大大降低了43.13%,39.90%,16.80%,治疗C1, C2, C3,分别指示添加石灰的影响。此外,可用的C1和C2 P显著低于治疗相比,在治疗C3。

石灰结合肥料对总K(没有显著的影响 )但高度显著的影响可用K ( )在尾矿的治疗(图3)。与CK相比治疗,治疗与石灰结合肥料所有可用显示高度显著减少K(27.58%, 33.35%, 30.85%,治疗C1, C2, C3,分别。

3.3。白菜的生长特性和稀土元素内容

石灰结合肥料的影响大白菜的生长特性和REE含量如表所示3。有显著差异( )在株高和鲜重的治疗。白菜没有控制土壤中生长,但它在所有治疗土壤条件与石灰和肥料。在生长特性没有显著差异治疗C2相比在C1;然而,治疗C3大白菜生产植物高度和鲜重低38.26%和17.86%,分别比其他治疗方法。有显著性差异( )里斯的总量在大白菜植物疗法之一。相比,在治疗C1,白菜植物中的REE含量降低了35.06%和72.67%,治疗C2和C3,分别。白菜的REE含量植物是由四种元素,即洛杉矶,Ce、Nd,和Y,和四个REEs在所有治疗的内容占71%以上的稀土元素的总量在植物组织。显著差异( )观察在不同治疗里斯:洛杉矶,Ce, Nd, Y白菜植物。

表3
生长特性和稀土元素内容的白菜生长在稀土矿尾矿条件与肥料和石灰的组合。

4所示。讨论

相关分析的基本理化性质和重金属含量的稀土尾矿土壤基质土壤退化的证据,特别是荒漠化,酸化,营养消耗,和重金属污染,同意先前的研究的结果(3,4]。值得注意的是,金属离子污染的稀土矿尾矿是由于受里斯而不是常见的土壤重金属污染。虽然食品法典委员会(CAC)、澳大利亚、新西兰、日本、美国和中国没有监管REEs在食品的内容,最近的研究表明,水或土壤含有高浓度的稀土重金属可以通过食物链最终进入人体,和过度摄入里斯对人类健康造成威胁的18,19]。因此,对于稀土尾矿恢复的目的,稀土元素污染问题应该强调除了受传统重金属污染物污染的问题。

白菜不生长在尾矿处理肥料(CK),而它生长的治疗条件结合肥料和石灰(C1, C2, C3)。卷心菜的限制增长可以归因于强劲酸度(表1在CK)稀土尾矿。生菜生长的最佳土壤pH值是卷心菜(pH值6.0和7.5之间20.]。CK的土壤pH值低于4.5(表1),这是不利于白菜的生长。这个发现也表明,尾矿中的营养不足无法改善的肥料(图3),而石灰和肥料的组合支持白菜生长,最有可能因为它缓解土壤酸化,重金属污染、沙漠化、和营养耗尽,所有在同一时间。例如,石灰土壤中钙离子的浓度增加,和钙离子取代氢和铝离子吸附的土壤。这些与碱石灰的交互,最终提高土壤pH值,减少土壤酸化(21]。

REEs在大白菜的内容组织明显随石灰剂量增加而降低,这表明石灰显著抑制里斯的活动。石灰可能显著增加土壤pH值,这可以促进重金属的沉淀,以及增加土壤胶体表面的负电荷,从而提高重金属吸附能力(22]。钙离子对重金属有拮抗作用,并拮抗效应石灰用量增加而增加,这是一个很重要的原因为什么添加石灰降低土壤中重金属的毒性(23]。此外,体积密度显著降低了石灰,表明石灰和肥料显著降低土壤沙漠化的问题。先前的研究[24,25显示Ca2 +离子在石灰可以分散和絮凝土粒和促进土壤聚合物的形成。我们的研究结果表明,石灰添加量对白菜生长产生影响,石灰是有害的过度增长,可能与有机物(图的显著减少2)。石灰应用程序时(治疗C3)高,有大量的石灰造成的稀释效应,导致有机质含量下降,这可能有不利影响大白菜生长。过度的石灰应用程序会导致自由钙离子的增加,这可能导致的不平衡土壤养分(例如,减少有机物)[17]。这种效应可能最终破坏了白菜的生长。

在这项研究中,我们使用石灰肥料相结合来提高离子稀土矿尾矿和评估改进对白菜的生长的影响。尾矿的最佳反应条件得到治疗C1(化肥+ 10克/公斤−1),确定分析的白菜生长和土壤性质的变化,以及投入成本。我们的研究结果表明,空调的应用减轻土壤退化的问题离子型稀土矿尾矿。在目前的研究中,没有CK没有任何护发素,治疗只有石灰。因此,石灰和施肥的主要影响无法测试。因此,进一步的研究是必要的。此外,未来的研究应该更深入地探索如何进一步提高修复效果的护发素调查护发素的不同组合在不同的比例关系。

5。结论

稀土矿山尾矿表现出土壤退化问题,特别是酸化、沙漠化、营养消耗,和稀土元素污染。稀土尾矿修改单独使用肥料(CK处理)不支持白菜的生长,而不同数量的石灰和肥料应用(治疗C1, C2, C3)导致白菜稀土尾矿的增长。

添加石灰和肥料显著提高土壤物理性质和土壤的pH值稀土尾矿。此外,石灰和肥料的组合改变了土壤质地的稀土尾矿从紧砂壤土中壤土。结果表明,石灰和肥料的应用可以显著提高土壤沙漠化和土壤酸化的稀土尾矿。在这项研究中,治疗C1 ( )显示效果最好的基于综合考虑投入成本和改善效果。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。

的利益冲突

作者声明没有潜在的利益冲突的研究,本文的作者,和/或出版。

确认

作者透露收到金融支持研究后,本文的作者,和/或出版。这项工作是财务支持江西省的关键研究和发展项目,中国(20181 acg70006),和江西省教育局的关键研究基金会,中国(没有。GJJ170244)。