PAM对尾矿砂的水分运移及植物苗期生长的影响

来源 :山西农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:JGTM2000
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我国铁矿石品位低,大量开采的同时也产生大量排弃,露天堆积的铁尾矿砂不仅占用了大面积的土地资源,而且水土流失严重,存在严重的生态环境问题。铁尾矿结构差,颗粒粘结力弱,蒸发快,通气透水性差,对植物根系的生长有严重的抑制作用。因此,研究尾矿水分入渗情况,合理改善尾矿物理性状,利用植被恢复促进生态修复非常重要。为此,本文基于山西省垣曲县泉子沟铁尾矿库生态修复基地实地调研,以铁尾矿砂为研究对象,选用聚丙烯酰胺(PAM)作为改良剂,按照不同浓度梯度与铁尾矿砂混合,通过室内土柱模拟试验,研究PAM(0%、0.05%、0.10%、0.20%、0.30%、0.40%、0.50%)对尾矿砂的水分入渗速率,累积入渗量、湿润锋前进距离、体积含水率及蒸发的运移能力;采用植物盆栽试验,研究了不同浓度PAM(0%、0.05%、0.1%、0.15%、0.2%)对高羊茅、紫花苜蓿、胡枝子3种灌草植物苗期生长及尾矿砂物理性状的影响,通过对比不同PAM浓度下植物苗期生长状况,结合对尾矿砂物理性状的改善,初步确定尾矿砂最佳适宜生长灌草植物及适宜PAM浓度范围,以便为后期尾矿区水土保持以及生态环境修复提供有力的理论基础,主要研结果如下:(1)随着PAM浓度的递增,尾矿砂入渗特征值初渗率、均渗率、稳渗率同步减小;累积入渗量,湿润锋前进距离随着浓度的增大也均呈现减小的规律,由大到小依次为0%>0.05%>0.1%>0.2%>0.3%>0.4%>0.5%;但所有入渗参数随PAM浓度增大并非等梯度减小,随容重变化而呈现不同的减小转折点;铁尾矿入渗过程中体积含水率随土层深度增加有不同程度的减小,其中0-10cm土层含水率最大,与其他土层有明显差别;同容重同土层含水率会随PAM浓度增加而明显增大,PAM起到了保水的效果。尾矿砂自然蒸发试验结果表明PAM具有抑制水分散失的能力,当浓度为0.2%时的保水性最好。(2)容重对铁尾矿入渗性能影响显著,入渗特征值均随容重增加而减小,压实有明显减渗作用,严重削弱铁尾矿基质入渗性能。kostiakov模型能较准确的模拟铁尾矿不同PAM浓度下水分入渗过程,R~2、RMSE均值分别为0.966,0.021。(3)盆栽试验发现在PAM质量浓度为0.15%时,三种试验植物的萌发率存活率都是最高,胡枝子在试验苗期全部死亡;0.1%时高羊茅、紫花苜蓿的株高、叶宽均为最大,PAM对植物叶绿素、地上、地下生物量也有积极影响,但是浓度不是越大越好,多数指标在PAM质量浓度为0.2%时数值降低,浓度过高会抑制植物的生长。整体看来,添加了PAM的高羊茅、紫花苜蓿的各项生长指标都优于对照(CK),可能因为PAM起到了保水作用,使植物根部吸收了更多水分促进了植物的生长,因此,高羊茅和紫花苜蓿可以作为铁尾矿废弃地修复的先锋灌草植物种类,而胡枝子苗期很难在尾矿砂中存活。(4)尾矿砂物理性状试验结果表明,容重会随着PAM质量浓度的增大先降低后增大,在0.15%浓度时最小;从田间持水量和饱和含水量来看,施加PAM的铁尾矿砂较对照(CK)要明显增加,在PAM浓度为0.15%时增大最明显;施入PAM会降低铁尾矿砂的沉降系数,并随PAM浓度的增大,沉降系数会呈上升趋势,但具体上升范围还有待进一步研究;尾矿砂中加入PAM会增加其大团聚体、减少微团聚体(<0.25mm)百分比含量,并随着浓度的增大团聚效果越明显。
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