采煤沉陷复垦区重金属分布特征及生态风险评价

以淮南新庄孜矿煤矸石充填复垦区为研究对象,通过现场调查取样、室内测试分析等手段,对煤矸石充填复垦区不同土地利用类型、不同充填深度土壤中Cd、Cr、Cu、Zn、Pb、Mn和Hg 7种重金属的分布特征进行研究,同时采用生态风险指数法,对研究区土壤重金属潜在生态风险危害进行评价。结果表明:表层土壤中Cu、Zn、Cd、Mn和Hg 5种重金属平均值均超过当地的土壤背景值,存在不同程度的污染,且Cd污染最严重。从垂直方向来看,除Hg外土壤重金属无明显分布规律,Hg的含量随土壤深度的增加而升高。复垦区土壤重金属潜在生态风险危害严重,不同重金属潜在生态风险危害程度不同,Cd和Hg的潜在生态风险危害最大。     

粉煤灰充填复垦下大豆和玉米的生长状况及环境风险评估

为了解粉煤灰充填复垦下农作物的生长状况,阐明复垦方式对土壤和农作物中重金属含量的影响,以淮南田集电厂粉煤灰为例,采用不同的覆土方式,以全土为对照,在5块试验田种植大豆和玉米,定期观察其长势,并利用ICP-AES和HF-AFS测得种植农作物后土壤、粉煤灰、大豆和玉米的茎叶和果实中的重金属含量。结果表明,各种充填方式下,表层土壤大部分重金属含量降低,而Hg和Se含量增多,并表现出随覆土厚度增大而减少的趋势;复合充填下层土壤中Hg的污染指数为5.732,明显高于其他充填方式;在覆土30cm的充填方式下,农作物的株高大于其他覆土方式;并且在覆土30、50cm方式下,作物的茎叶和果实中所含的重金属的量比较接近全土种植下作物中重金属水平。所以,相对于50cm的覆土方式,覆土30cm充填方式是采煤塌陷地带生态修复和燃煤电厂粉煤灰处置较为经济的方式,也是对农作物中重金属元素影响较小的措施。     

安太堡露天矿不同复垦基质和植物中重金属含量及污染评价

以山西省平朔安太堡露天煤矿为研究对象,对矿区4种复垦基质、7种复垦植物及原地貌农田和林地2种土壤及4种植物的重金属含量进行比较分析与评价。结果表明:不同复垦基质各重金属全量均未超出国家土壤环境质量二级标准,重金属水溶态均低于地表水环境质量标准Ⅲ类水质指标,不会对矿区环境造成危害;重金属全量与水溶态呈一致趋势,即单项污染指数除Cd外,Pb、Cu、Cr和As等元素最高含量均出现在风化煤矸石,综合污染指数均为新鲜煤矸石>风化煤矸石>原地貌农田土壤>南排土场1380平台复垦土壤>南排土场1420燃烧区残留物>原地貌林地土壤;各样点Cd的全量与水溶态达显著相关水平,样点Pb、Cu、Cr和As的全量与水溶态达极显著相关水平;矿区植物中重金属Cd、Pb、Cu和As含量均未超出正常植物的含量标准,但所有植物中Cr含量均超出正常植物的含量标准,因此,矿区植物体中Cr的污染不可忽视。     

不同复垦方式对煤矿复垦区土壤物理性状的影响

以济宁市2010年复垦的引黄充填地块、引湖充填地块和预复垦地块为基础,研究在不同层次土壤颗粒组成、容重、土壤热通量的差异,探究三种复垦方式对耕地物理特性的影响。结果表明:(1)三种复垦方式改良层次分别为:引黄充填地块0~15cm,引湖充填地块30~50 cm,预复垦地块0~5 cm和15~30 cm。(2)引黄充填地块在0~30 cm范围内,土壤粉粒含量明显增加;引湖充填地块在0~15 cm粉粒含量低,15~50 cm粉粒含量有所增加,预复垦地块粗粉粒的含量较高。(3)在0~15 cm耕层,复垦地块土壤热通量与对照地块的相差程度由小到大依次为:引黄充填地块预复垦地块引湖充填地块。     

化工厂污染区复垦后的土壤和蔬菜重金属含量与风险评价

以湖南省某化工厂重金属污染土壤复垦区为研究区域,采集复垦区和对照区的表层土壤(0~20 cm)与当季蔬菜(莴笋、大蒜、紫苏、白菜、薤白和艾蒿),分析了样品中五种重金属含量(Cd、Zn、Cu、Pb、Cr),然后对复垦后土壤环境进行安全性评价。结果表明:原厂区内、排污口及二次污染区土壤重金属Cd明显高于其他区域,客土处理土壤明显低于原土Cd含量,但含量依然超标,单因子污染指数为1.65~5.42,土壤重金属综合污染指数为1.22~3.95;根茎类蔬菜中Cd含量超过限量标准,含量最高的为薤白,超过标准90%,影响居民健康;土壤和蔬菜中Zn、Cu、Pb、Cr元素均达标。翻耕与客土复垦有一定效果,但是复垦土壤仍然不适合种植农作物。     

煤矸石填充对沟道导排水性能和土壤肥力及重金属污染的影响

为探寻适合东北黑土区侵蚀沟复垦的技术方法,该文研究了一种基于复垦后导排水能力最大的侵蚀沟煤矸石填充复垦技术方法,通过模拟一定深度的沟道、应用响应曲面法探究覆土和煤矸石填充厚度的变化对于复垦沟道导排水性能的影响及最优厚度搭配组合预测。同时引入土工布并考察土工布对煤矸石淋溶过程中重金属的隔绝作用。选择一条用煤矸石填充复垦4 a后的侵蚀沟,在耕层(0～20 cm)进行土壤肥力以及重金属污染情况的调查研究。结果表明:1)土层厚度增加减弱沟道导排水能力,混合粒径、大粒径煤矸石层厚度增加增大沟道导排水能力,土层与大粒径煤矸石层组合存在交互作用。覆土、混合粒径及大粒径煤矸石层厚度分别为53.42、38.51、90 cm时,模拟2 m深沟道导排水能力最强。2)沟道复垦4 a后,容重增加、酸度改善、全磷含量持平于对照土壤,全氮、全钾及有机质含量显著低于对照土壤。综合肥力小于对照土壤,略高于黑龙江省第二积温带的土壤综合肥力。3)复垦土壤Pb含量持平于当地对照土壤及背景值,Cr、Cu含量高于当地对照土壤及背景值,但均未超过环境质量二级标准值,3种重金属存在轻度污染及富集现象。研究结果可为土地整理规划提供一定借鉴。     

沉陷废弃地新型复垦基质主要化学性质研究

煤炭开采导致大量农田受损、地表沉陷、土地荒芜及水土流失,然而目前广泛采用的粉煤灰充填后表层覆土的复垦形式,虽然取得了一定效果,但矿区覆土来源的缺乏严重影响着复垦的进度。本研究利用粉煤灰分别与污泥、酒糟以4∶1的比例组配成新型复垦基质,进行了种植植物的试验研究。通过对基质主要化学性质变化的研究表明:有机质、速效养分含量经过灌溉和雨水的淋洗仍保持较高的水平,盐分含量也明显下降,重金属元素除Cd外均未超过土壤环境质量指标值二级标准,基质理化性状能够满足植物生长的要求。这不仅促进了废弃物的资源化利用,也为采煤沉陷区节土造田、加快生态修复与利用提供了新的理论与途径。     

淮南煤矿复垦区土壤重金属含量分布及潜在生态风险评价

以淮南矿区煤矸石充填复垦地为研究对象,对该复垦区不同土地利用方式(小麦地、桃林、蔬菜大棚、油菜地)下土壤Cd,Zn,As,Ni,Cu,Pb,Cr,Mn共8种重金属含量进行了分析和评价。结果表明,相对土壤背景值,该复垦区土壤中Zn,Cr,Mn,As污染较为严重相对未复垦区,复垦区土壤中的Zn,Cd,As分别是未复垦区的4.38,2.57和2.20倍,具有明显的累积现象。不同土地利用方式土壤重金属含量差异较大,小麦地和桃林地的Zn,Cd,As含量远大于油菜地和蔬菜大棚,Cr含量则表现为桃林地、蔬菜地远大于小麦地和油菜地,Ni,Cu,Mn,Pb在4种土地利用类型下的差异不显著。土地利用方式、施肥以及受采矿活动的影响程度不同是导致土壤重金属含量差异的主要原因。淮南煤矿复垦土壤中各重金属的生态风险顺序为:Cd>Zn>As>Ni>Cu>Pb>Cr>Mn。Cd的潜在生态风险值最大(89.71),属于强生态风险,其余元素均为轻微风险。不同土地利用方式的风险顺序为:小麦地>桃林地>蔬菜大棚>油菜地。     

铝矿复垦土壤重金属含量变化及污染风险评价

[目的]对孝义铝矿复垦区土壤重金属含量和污染状况进行研究,为了解和评价矿区复垦土壤重金属污染风险提供科学依据。[方法]采用ICP-MS测定土壤中Cd,Cr,Cu,Pb,As,Ni等6种重金属元素含量,分析各含量随复垦年限的变化特征,并用单因子标识指数和内梅罗综合标识指数法对重金属的污染程度进行评价。[结果](1)Cd含量均值为5.19mg/kg,是国家二级标准0.3mg/kg的约10倍,其余5种元素含量均低于国家二级标准。随着复垦年限的延长,Cd含量在0—15cm土层处逐渐降低,在15—30cm土层处逐渐增加。(2)Cd的单项因子污染指数在所有样点均达到5级严重污染水平,其它元素均属清洁水平。内梅罗综合污染指数12.08~13.14,均值12.43,是5级重污染指数的3~4倍,属严重污染水平。(3)复垦用土中6种重金属含量均超过国家2级标准,是复垦土地重金属主要的来源。[结论]复垦区土壤由于复垦用土及后期的施肥和粉尘沉降等所致已被Cd污染,在矿区复垦中,应当严格控制复垦用土的质量。     

徐州矿区充填复垦土壤特性实验研究

为了研究矿区复垦土壤的特性、环境质量状况,探寻矿区特殊生态环境中污染物料的时间路径、人工土壤的质量品质,为煤矿塌陷区的充填复垦、环境治理提供依据,采用对复垦场地进行实验研究和数据分析的方法,对不同物料充填复垦场地的土壤特性进行比较分析.结果发现:(1)土壤环境:从渗透性来说,矸石复垦场地的保水性高于粉煤灰复垦场地,土层的保水性高于充填物料层的保水性;从土壤紧实度来说,粉煤灰充填复垦场地充填物料层的紧实度低于土层的紧实度,但都在适宜作物生长的范围内;对照地的土壤紧实度偏高;粉煤灰充填场地的土壤偏碱性;(2)土壤品质:粉煤灰充填土壤能够正常种植小麦、稻、草本的植物、蔬菜等;粉煤灰充填场地的土层虽然是沙土,但比较容易板结,不利于水分的渗透,而底层的粉煤灰保水性比较差;煤矸石充填复垦场地表层覆土厚度不均匀,且煤矸石保水保肥性比较差;(3)充填土壤的适种性和产量分析:粉煤灰回填的土壤适合草本蔬菜类植物的种植,单产与正常产量相当;对于种植稻的田块,保持正常的单产水平;种植小麦的产量受到影响.     

徐州矿区充填复垦场地作物重金属含量研究

为了了解矿区充填复垦土壤重金属污染状况和复垦场地主要作物的重金属含量情况,通过场地采样试验与室内检测相结合的方法,对不同作物不同部位的砷、镉、铬、汞、铅、铜和锌等重金属含量进行了测定,并进行了相关的分析和研究。结果表明:作物在生育阶段不同部位对不同元素的敏感性不同;复垦场地红豆幼苗受重金属的污染较轻,而小麦和水稻则较严重;复垦场地应改变耕作制度,种植红豆或者利用红豆充当先锋作物。     

煤矿复垦区重构土壤溶解性有机碳空间分布特征

为探究煤矿复垦区重构土壤中溶解性有机碳(DOC)含量的空间分布特征,以淮南潘一矿区煤矸石山和周边复垦区林地土壤为研究对象,从空间分布和颗粒组成上,分析了煤矸石山山顶、山腰和山脚的煤矸石风化物及周边林地土壤中DOC的含量。结果表明:自上而下山顶、山腰、山脚的煤矸石风化物中DOC含量呈递减趋势,并随采样深度的增加而增大;但林地土壤中DOC含量随采样深度的增加而减少。不同粒径颗粒物中DOC含量分布不同,煤矸石风化物和林地土壤均以细砂(0.2~0.05 mm)DOC含量最高,石砾(10~2 mm)DOC含量最低。在雨水淋溶作用下,煤矸石风化物对周边土壤DOC含量贡献较大,距离山脚1~100 m范围,随着距离的增加,土壤中DOC含量由325.46 mg/kg减少至177.89 mg/kg,煤矸石风化物对周边土壤DOC含量的贡献率由85.78%降低到1.54%,在距离山脚100 m处土壤中DOC含量已接近正常对照土壤含量。     

复垦不同年限煤矸山土壤重金属污染状况评价

为研究复垦年限对煤矸山土壤重金属的影响,以山西省霍州市曹村煤矿煤矸山复垦3 a,5 a,7 a和9 a农田为研究对象,对复垦地土壤重金属Hg,Cd,Pb,As和Ni的质量分数及其污染状况进行了分析。结果表明:（1）煤矸山复垦农田0—20 cm和20—40 cm土层土壤重金属质量分数有随复垦年限增加而增加的趋势,其中Pb,Cd表现最明显,而Hg的增加趋势主要出现在20—40 cm土层;同时,煤矸山复垦农田土壤重金属质量分数均不同程度地高于当地普通农田,尤其在20—40 cm土层表现更明显;（2）单因子污染指数表明,Hg和As在0—20 cm和20—40 cm土层污染程度随年限没有变化,分别为重度污染和轻微污染,Pb和Cd在0—20 cm也没有变化,分别为轻微污染和轻度污染,但在20—40 cm土层随年限增长达到轻度污染和中度污染;综合污染指数表明,复垦农田在0—20 cm和20—40 cm土层污染指数均表现为随复垦年限增加而增加的趋势,4种复垦年限农田均达到重度污染。研究结果有助于指导煤矸山植被恢复和复垦地的合理利用。     

不同植被下复垦土壤腐殖质与Cd形态的关系

[目的]揭示不同植被下土壤腐殖质与镉(Cd)形态的关系,为控制复垦土壤中Cd的活性提供理论依据。[方法]选择淮南市大通区煤矸石充填复垦区3种典型植被恢复模式下(模式A丁香+刺槐、模式B石楠+小巢菜、模式C臭椿+小巢菜)人工恢复7a的土壤,用tessier五步提取法和腐殖质修改法测定其Cd的化学形态及腐殖质组分,运用多元统计分析方法探讨复垦土壤中腐殖质与Cd的有效态间的相互作用。[结果](1)矿区复垦地C(臭椿+小巢菜)植被配置模式的土壤腐殖化程度较A,B模式高;(2)矿区复垦地C植被配置模式下Cd的可交换态含量显著低于其他2种配置模式;(3)矿区复垦区土壤中Cd的有效态与富里酸(FA)的含量显著正相关(p0.01)。[结论]通过适宜的植被模式C(臭椿+小巢菜)调节复垦土壤腐殖质的组成和性质,可以进而控制土壤镉的潜在生物有效性。     

不同风化年限的淮南矿区煤矸石理化性质变化规律

堆存于地表的煤矸石在遭受风化以后,其物理和化学性质可在短时间内发生较大变化,这些变化往往具有一定规律。该文选取淮南矿区潘北、潘一及新庄孜煤矿5个不同风化年限的煤矸石采样区进行分层采样。通过对135个样品的相关理化性质测试,对比分析了不同风化程度下煤矸石主要理化性质变化规律。结果表明,煤矸石在电导率、pH值和阳离子交换量等理化性质的变化具有一定规律:随着风化年限的增加,煤矸石电导率与pH值降低,阳离子交换量则不断增高。新鲜煤矸石的3项指标在2a内具有较快的降低速率,其中电导率在2 a内可降低30%,pH值下降接近10%,此后的降低变化速率则较缓慢。阳离子交换量在2 a内可增加17%,在后期的变化中则表现为缓慢上升趋势。在剖面变化特征方面,通过对30和30~60 cm之间的上下两层对比分析发现位于上层的电导率与pH值普遍略高于下层,阳离子交换量则为上层略低于下层。其中p H值的上、下两层的变化差距较小,仅在0.1~0.3之间。煤矸石的电导率、pH值,以及阳离子交换量等3项指标的时空变化均与风化作用的时间或风化程度密切相关。从植物生长条件角度出发,上述理化指标的变化均有利于煤矸石的复垦利用。     

煤炭基地复垦村庄土壤重金属污染生态风险评价

对煤炭基地的复垦村庄进行土壤重金属潜在生态风险评价,可以指出在村庄复垦中应该特别注意的物质,减少煤炭开采后有可能会造成土地污染并提高村庄复垦后的耕地质量。以山西省泽州县西郜村的压煤复垦村庄为研究区域,在分析了该地区土壤重金属含量的基础上,以山西省土壤重金属元素背景值为评价标准,采用潜在危害指数法对土壤重金属污染状况进行评价。研究结果表明,压煤复垦村庄不同层次土壤的综合污染程度范围为6.05~14.92,平均处于中等污染程度;从单个要素上来看,各种重金属污染系数平均值由高到低为:Hg > Pb > As > Cd > Cr,Hg属于较高的污染水平,其重金属潜在风险指数在75.9～275.19之间,有一半样点的潜在生态风险达到了中等程度;Hg潜在生态风险达到了较高污染程度,需要在复垦过程中进行治理。对煤炭基地复垦土壤重金属进行潜在生态风险评价,有助于掌握土壤重金属污染特征和分布规律,为复垦后耕地的重金属污染控制与修复提供一定的依据,促进土地资源的可持续利用。     

Long‐term changes in the floristic composition and soil characteristics of reclaimed sodic land during eco‐restoration

The study was conducted under the “Uttar Pradesh Sodic Lands Reclamation Project” to examine changes that occurred in the reclaimed sodic land in two districts of Uttar Pradesh, India. The study focuses on long‐term seasonal changes in the floral diversity and soil characteristics of the reclaimed sodic land over a period of 10 y. The changes in the floristic composition, plant density, and soil characteristics (microbial biomass carbon [MBC], pH, exchangeable‐sodium percentage (ESP), and electrical conductivity) were compared among the different study plots after different years of sodic‐land reclamation. The study plots comprised reclaimed land with rice–wheat cultivation; semireclaimed land under rice cultivation only and nonreclaimed barren sodic land. There was a significant variation in the floristic composition of the three study plots. Dominance in the floristic composition was shifted from monocotyledonous weeds in the nonreclaimed sodic land to dicotyledonous weeds in the reclaimed land after 10 y of reclamation. Among the soil characteristics, the most remarkable changes were observed in soil MBC and ESP during the course of sodic‐land reclamation. Soil MBC increased up to 480% and ESP values decreased up to 79% in the reclaimed plots with reference to the nonreclaimed plots. The soil amelioration was more pronounced in the upper layer (0–30 cm) as compared to the lower layer (below 30 cm depth). A positive significant correlation was revealed between soil MBC and floristic composition of the reclaimed plots. These changes in floristic composition and soil characteristics could be used as good indicators of the eco‐restoration of the sodic lands. The present study provides useful insights in understanding the temporal progress of eco‐restoration in the reclaimed sodic lands.     

大冶市农田土壤中镉的空间分布特征及污染评价

矿山开采和冶炼是造成土壤重金属Cd污染的主要原因,了解典型区域土壤中Cd的空间分布特征及其污染现状,可为区域土壤污染防治与安全利用提供重要信息。本研究针对湖北省大冶市所有农田采集92个表层土壤样品和3个土壤剖面,利用GIS方法对土壤重金属Cd空间分布特征及污染状况进行了研究。结果表明大冶市土壤中Cd的含量范围为0.6 ~ 4.6 mg/kg,平均值为1.41 mg/kg,Cd迁移深度可达 40 cm。区域内土壤Cd污染范围较广,空间变异较大,还地桥镇、罗桥街办、陈贵镇等地农田土壤Cd含量较高。地积累指数评价结果显示大冶市大部分农田土壤为轻度、中度污染程度,在合理调整种植结构等方式下仍可保障农田安全利用。