我国铁矿采选业的快速发展,造成铁尾矿和废石的产排放量急剧增加,由于其综合利用率低,导致铁尾矿和废石堆存量不断增加,环境污染和生态破坏风险显著增高。因此,铁尾矿的大规模资源化利用以及污染控制对于突破行业技术瓶颈具有重要的意义。植物修复技术具有修复成本低、修复效果好、现场扰动少、易与其它修复技术相结合等诸多优点,是一项发展前景广阔的修复技术。本研究在全面查阅和系统分析国内外相关研究的基础上,以鞍山矿业集团有限公司大孤山尾矿库的选矿尾渣(铁尾矿)和采矿废石(废石)为研究对象,通过植物盆栽实验和现场应用等手段,开展了铁尾矿土壤化利用过程中的植物修复技术研究,一方面是改良铁尾矿的理化性质,破解其透气保水性差、有机质含量低、盐碱度高等技术难题,另一方面是控制消除铁尾矿土壤化过程中的重金属污染风险,实现工程化应用。研究结果如下:(1)通过全面调查鞍山地区植物资源的分布,结合国内外植物修复的相关研究基础,确定了紫花苜蓿(Medicag sativa L.),地肤(Kochia scoparia(L.)Schrad.)和碱蓬(Suaeda glauca)作为本次植物修复技术研究的典型实验植物。(2)在系统调查和现场监测的基础上,确定了 Cd、Pb、Mn作为本次研究的目标金属元素。利用铁尾矿(或废石),通过添加重金属配置一系列浓度梯度的Cd、Pb、Mn模拟污染土壤,采用盆栽实验方法,通过测定植物成熟后的地上生物量、叶绿素含量和叶片内过氧化氢酶的活性等指标,研究不同植物对铁尾矿土壤化利用过程中特殊环境的适应性,结果表明:少量的Cd、Mn会刺激紫花苜蓿的生长,而高浓度的重金属则产生明显的抑制作用;碱蓬和地肤的地上生物量随着重金属浓度的增加而递减。三种植物的叶绿素含量均随着重金属浓度的增加而减少;而三种植物叶片内过氧化氢酶活性则均呈先升高后降低的趋势,而且均高于对照。(3)采用盆栽植物实验室模拟方法,研究了不同植物对铁尾矿土壤化利用的理化性质改良效果,结果表明:三种植物均显现出明显的改良效果,其中紫花苜蓿、地肤和碱蓬改良的土壤有机质含量最大增长率分别为48.9%、44.8%和38.7%;土壤过氧化氢酶的最大增长率分别为66.7%,85.4%和72.7%。地肤和碱蓬改良的土壤pH值降低了 0.4个单位,紫花苜蓿改良土壤降低0.2个单位,对尾矿土壤的碱性有明显改善作用。土壤含水率均提高了 2.0%左右,紫花苜蓿、地肤和碱蓬土壤最大含水率分别达到9.4%、9.5%和9.1%,达到了种植土壤的要求。(4)通过测定植株体内以及土壤中Cd、Pb和Mn含量,评价三种植物对重金属的耐受性、富集能力以及土壤重金属污染修复能力。结果表明:三种植物对重金属Cd的富集修复能力依次为:碱蓬>紫花苜蓿>地肤,且碱蓬和紫花苜蓿可作为高浓度Cd污染土壤的修复植物;对Pb的富集能力依次为:地肤>碱蓬>紫花苜蓿;对Mn的富集修复能力依次为:碱蓬>地肤>紫花苜蓿。三种植物对Cd、Pb、Mn的耐受性和富集吸收能力各不相同,分别表现为紫花苜蓿和碱蓬对Mn富集效果较好,其次是Cd和Pb,而地肤对Pb富集效果较好,其次是Mn和Cd。(5)根据实验室研究结果,结合课题组其它研究成果,采用地肤、经济作物大豆和五彩石竹三种植物进行工程化现场应用,通过定期监测植物生长情况和相关指标,验证植物修复技术对土壤改良和重金属污染的修复效果。实验室内以及第三方监测结果表明:尾矿综合理化性质得到明显改善,pH值降低0.6个单位左右,含水率提升约50%,有机质提高70%～109%,地肤、大豆株高达98cm、82cm,五彩石竹覆盖率达100%。同时尾矿中主要重金属污染也得到有效控制。Cd、Pb、Mn、Zn 和 Cu 去除率达到 13%～49%。