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。     

煤矿区复垦土壤压实时空变异特征

为了揭示煤矿区复垦土壤压实状况的时空变异规律,该文以未塌陷土地为对照,通过实地测定,分析5个复垦年限水平和垂直方面的土壤压实度变异特征。结果表明：复垦土壤表层压实度以复垦1 a（正在复垦）的最大,达到 2050 kPa,随着复垦年限增加逐渐减少,复垦5 a的最小（50 kPa）,基本达到未塌陷土地的压实度。表层土壤压实度空间变异最大的是复垦5 a的土地（变异系数为68.40%）,其次是未塌陷土地（52.58%）,最小的是正在复垦的土地 （22.01%）。从各层的变异情况看,正在复垦的土地各个层次土壤压实度都较大且变异系数较低,其他复垦年限土壤压实度上面3层较小但变异大,至第4层（22.86～30.48 cm）达到较高值,且变异较小,之下压实度基本稳定。     

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。     

不同复垦方式下土壤无机磷的空间分布特征

以济宁地区引黄充填复垦、引湖充填复垦和预复垦3种复垦方式样地土壤为研究对象,通过分层采样和室内分析,研究不同复垦方式下土壤无机磷(Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P、O-P、Ca10-P)的空间分布情况,并找出影响复垦土壤速效磷偏低的原因。结果表明:(1)3种复垦方式下的复垦土壤全磷含量在0.42~0.77g/kg之间,土壤速效磷含量在0.65~5.22mg/kg之间,复垦土壤全磷含量丰富而速效磷含量偏低;(2)复垦土壤中各无机磷形态以难被植物利用的Ca10-P和O-P含量最高,易被植物利用的Ca8-P和Ca2-P含量最少,不同复垦方式下的土壤各无机磷形态含量略有差别,与一般土壤相比,复垦土壤中第二磷源Ca8-P含量占到3%,比重相对降低,难利用磷源O-P含量占到32%,比重大幅升高;(3)复垦土壤无机磷总量和各形态无机磷含量在表层积累,随土层加深,其含量和有效性呈逐渐降低的趋势,其中引黄充填复垦和引湖充填复垦无机磷含量和有效性优于预复垦;(4)复垦土壤中速效磷含量与土壤压实度呈显著性负相关,相关系数r=-0.554*(p0.05),与难溶性Ca10-P呈极显著性正相关,相关系数r=0.650**(p0.01)。复垦土壤压实度偏高和有效磷源含量缺乏造成复垦土壤全磷含量丰富而速效磷偏低,比较而言,预复垦方式受到更多的机械碾压而磷素状况更差。     

不同复垦时间的粉煤灰充填复垦土壤重金属污染与评价

为了解粉煤灰充填复垦土壤重金属污染情况，通过实地试验与现场采样化验相结合的方法，对复垦时间不同的粉煤灰复垦土壤里砷(As)、镉(Cd)、铬(Cr)、汞(Hg)、铅(Pb)、铜(Cu)、硒(Se)、锌(Zn)、、镍(Ni)和氟(F)等重金属和微量元素含量的时空变异性进行了研究。结果发现：以土壤本底值作为评价标准时，粉煤灰充填复垦土壤整体处于受污染状态。其中，表层复垦土壤受到Cd、Se、Zn、F 4种元素污染较重；粉煤灰充填复垦土壤适合旱作，不适合用作水田；随着复垦时间的增加，表层复垦土壤的污染指数呈递增趋势。     

采煤塌陷地复垦方式对土壤理化特性影响研究

研究了采煤塌陷区适农土地表土剥离复垦和混推复垦对复垦后土壤理化性质的影响.结果表明:与复垦前比较,两种方式复垦后表层土壤养分含量均有所下降;与混推复垦比较,剥离复垦后表土养分含量稍高,但其养分含量变异也较大.由于复垦过程中机械压实作用,复垦后土壤容重和硬度增大、孔隙度减小,剥离复垦后0～20 cm耕层土壤容重、土壤硬度明显低于混推复垦,前者的土壤孔隙度明显高于后者(p＜0.05).混推复垦土壤剖面毛管持水量高于剥离复垦.     

四川成都经济区土壤腐殖质重金属元素含量特征研究

通过对四川成都经济区16件土壤样品腐殖质组成及其各组分中重金属元素含量的分析表明,胡敏素是土壤腐殖质的主要组成部分,富里酸和胡敏酸次之。土壤腐殖质中重金属元素含量占土壤全量20%～44%,是土壤重金属污染元素主要存在方式。重金属元素在腐殖质不同组分中的含量具有很大的差异,Cr主要赋存在胡敏素中,Cd、As、Cu、Zn等元素主要赋存在富里酸中。各重金属元素在腐殖酸中含量较高,富里酸中的含量均大于胡敏酸,其机理是富里酸对重金属元素的络合是腐殖酸与重金属相互作用的主要方式。     

沿海滩涂区土壤重金属含量分布及其有效态影响因素

为揭示沿海地区土壤重金属含量的空间分布特征及其与自然、人为因素的关联,以近年来围垦开发强度较大的江苏沿海某滩涂区为研究对象,采用经典统计与地统计相结合的方法研究了表层土壤主要重金属Pb、Cr、Cd、As全量与有效态含量状况及其空间分布,分析了沿海滩涂区土地利用方式对重金属含量的影响,探讨了重金属有效态含量与土壤理化性质的相关性。结果表明:目前研究区土壤环境质量状况良好,土壤Pb、Cr、Cd、As均呈累积趋势但基本都低于土壤环境质量一级标准值;土地利用方式不同程度地影响了Pb、Cr、Cd全量与有效态含量,As全量与有效态含量受土地利用方式影响较小;研究区土壤Pb、Cr、Cd全量与Pb、Cr有效态含量具有明显的趋势效应,且研究区土壤重金属全量与有效态含量的空间分布受大尺度的潮汐作用与小尺度的人为因素的共同控制;土壤Pb、Cr、Cd有效态含量与黏粒含量、阳离子交换量和p H显著负相关,与有机质呈显著正相关,土壤As有效态含量仅与土壤p H显著正相关。本研究为沿海滩涂区土壤重金属源头减量、活性钝化、污染消减与风险防范提供科学依据。     

煤矸石充填复垦地理化特性与重金属分布特征

为研究煤矸石充填复垦地农作物产量达到最佳时的覆土厚度及煤矸石充填复垦地重金属分布状况,该文以新庄孜矿煤矸石充填复垦地作为研究对象,采取室外田间小区试验和室内试验分析方法,选取不同覆土厚度50~60,60~70,70~80,80~90 cm的4类试验地块及对照地块对其土壤理化性质及农作物根系分布、长势产量、重金属元素含量进行调查分析,发现复垦地块各项指标与对照地块差异显著,劣于对照地块;煤矸石充填基质土壤理化性质较差;70~80 cm的厚度是煤矸石充填复垦造地较经济合理的覆土厚度。煤矸石复垦地重金属元素有向上迁移的趋势;复垦土壤及煤矸石基质中Pb、Zn、Cr元素含量处于安全水平;大部分监测的Cu、Ni、Cd元素含量高于淮南土壤背景值,低于中国土壤环境质量标准二级标准,对复垦土壤已构成潜在的威胁性,应予以重视;覆土厚度50~60 cm地块的煤矸石基质中Cu、Ni元素含量处于安全水平,煤矸石基质中Cd元素含量高于淮南土壤土壤背景值,低于中国土壤环境质量标准二级标准,应予以重视。结果表明70~80 cm的厚度是煤矸石充填复垦造地最佳覆土厚度;新庄孜煤矸石充填复垦地重金属有向上迁移的趋势,复垦土壤中重金属含量符合国家二级标准,未出现重金属污染情况,但部分重金属元素含量高于淮南市土壤背景值,应予以重视。     

不同利用方式下土壤团聚体腐殖质组成及胡敏酸结构特征

通过微区定位试验,研究了休闲地、耕地、裸地3种利用方式对土壤水稳性团聚体中腐殖质组成及胡敏酸(HA)结构特征的影响。结果表明:休闲地有利于团聚体中腐殖质的形成,其团聚体中的胡敏酸(HA)、富里酸(FA)含量均高于耕地和裸地。休闲地各级团聚体中HA的缩合度最低,脂族性最强;耕作会导致2mm和2～0.25mm团聚体中HA的芳香性增强,脂族性降低。     

淮南大通矿区复垦土壤微生物量碳氮的分布特征

通过野外调查和室内分析,研究了淮南大通煤矿复垦区表层(0—10cm)土壤理化性质及微生物量碳(SMBC)、微生物量氮(SMBN)的分布特征。结果表明,耕地(油菜地、小麦地、蔬菜大棚)土壤有机碳、氮、磷等含量均高于林地,而土壤pH值则相反。土壤SMBC含量依次为:蔬菜大棚油菜地小麦地林地对照样,蔬菜大棚显著高于其他农业用地方式。土壤SMBN则为:蔬菜大棚小麦地油菜地林地,林地土壤微生物量氮显著低于其他农业用地方式。林地土壤微生物商最高,表明在有机质积累的同时林地更有利于土壤微生物活动。土壤微生物量碳氮之间显著相关,进一步证实土壤微生物量碳、氮可以作为表征土壤肥力的敏感因子。     

风沙区煤矿复垦地土壤颗粒的组成与分形特征

[目的]研究风沙区煤矿复垦地土壤颗粒的组成与分形特征,为恢复和改善矿区土壤生态功能提供科学依据。[方法]结合分形理论对陕北风沙区大柳塔煤矿复垦地3种植被类型和未复垦的裸沙地土壤颗粒组成及其分形维数进行对比研究。[结果](1)研究区复垦地的土壤颗粒组成以细砂为主。乔木、灌木林地和裸沙地的土壤颗粒次集中于中砂,而草地的土壤颗粒次集中于极细砂。植被覆盖对土壤细粒物质含量的影响具有层次性,3种植被类型0—30cm土壤中黏、粉粒含量显著高于裸沙地。(2)土壤颗粒分形维数为1.306～2.490,均值依次为:草地(2.425)灌木林地(2.300)乔木林地(1.626)裸沙地(1.550),且不同植被类型的分形维数变化也具层次性。各深度上,草地与灌木林地的分形维数无显著差异,且皆显著高于乔木林与裸沙地。(3)分形维数与土壤颗粒组成密切相关,与黏、粉粒含量显著正相关,与粗砂含量显著负相关,但与土壤含水量和有机质则无显著相关性。[结论]大柳塔煤矿复垦地的土壤颗粒组成及分形维数差异较大,植被类型为草地或灌木对矿区土壤颗粒细化、改善环境有较好的促进作用。     

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。     

土地利用类型对侵蚀黄壤腐殖质及土壤酶的影响

[目的]研究土壤侵蚀条件下,土地利用类型对黄壤不同土层深度的腐殖质(胡敏酸、富里酸和胡敏素)和4种重要土壤酶的影响,为保持土壤肥力提供科学依据。[方法]采用锯齿形布点法,采集土壤表层至30cm深度的3个土层土壤样品,用3次4分法淘汰多余样品,再测定相应指标。[结果](1)保持土壤肥力最好的是灌丛和园地,耕地最容易受侵蚀;土壤肥力高低与胡敏素的含量有直接关系。(2)土壤侵蚀导致水分和氮元素流失会影响胡敏酸的含量;林地、园地和耕地土壤表层的富里酸易流失,而草地仅对于土壤表层肥力保持有作用。(3)耕作对土壤表层的脲酶、碱性磷酸酶和过氧化氢酶活性的不利影响较大;土壤侵蚀导致的土壤pH值改变对土壤酶的影响也很明显。(4)相关性分析表明腐殖质各组分含量与4种土壤酶都有着密切的联系且互相影响。[结论]黄壤受侵蚀下,土地利用类型对腐殖质及土壤酶有明显不同的影响。     

煤矸石酸性水释放对土壤重金属化学行为的影响

利用微波消解法和Tessier的5步连续提取法分析测定了韩城燎原矿区高硫煤矸石堆放场不同深度土壤的9种重金属含量和不同赋存形态,并结合重金属分配系数分析了它们的释放迁移能力。结果表明,堆放场土壤重金属As、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Sn、V、Zn的均值皆超过远离堆放场土壤背景值和中国土壤背景值,其中以As、Cd、Zn为最显著。在不断接受煤矸石堆放场雨水淋溶释放的酸性水入渗条件下,污染土壤中重金属的生物有效性和迁移性为:CdZnNiSnPbCuAsCrV。由于受到土壤含水率和有机质的影响,在土壤40—60cm范围内,重金属Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn释放迁移能力为最弱。酸性水入渗对As、Cd释放迁移能力影响较小,而对Cd释放迁移能力影响较大。     

煤矿区矸石山周边土壤重金属污染特征与规律

以山东某矿区为例,通过淋溶模拟实验,研究了煤矸石中重金属的淋溶规律,并探讨了煤矸石山周边土壤重金属污染特征.结果表明:风化矸石淋滤液中的Zn、Pb、Cr和Cu浓度较高,并很快稳定;新鲜矸石在淋溶初期检出Zn,其它重金属元素没有检出;风化矸石淋滤液中重金属的含量要高于未风化矸石.矸石山周边表层土壤中的Zn、pb、Cr和Cu较高,且浓度高出矸石淋溶液许多倍,表明煤矸石中重金属淋滤具有长期性,矿区土壤对重金属具有迁移性和富集性.表层土壤重金属含量随着距煤矸石堆的距离增加而呈明显的下降趋势,充分表明矸石山对周边土壤造成了严重的重金属污染,而且在土壤剖面上,重金属含量表现出随土壤深度的增加而降低的趋势.     

Effects of Land Use on Selected Properties and Heavy Metal Concentration for Soil in the US Great Plains

There is increasing interest in the current conditions of dynamic soil properties and element concentration in the US Great Plains as well as the nature and magnitude of change due to land use and management practices. The study was conducted on Pawnee soil, a major U.S. benchmark soil in the Great Plains. The objectives were to investigate the effects of four common land uses [NoTill (NT), Conventional Till (CT), Grass (G), and Conservation Reserve Program (CRP)] on: i) selected soil properties [total organic carbon (TOC), bulk density (BD), pH, cation exchange capacity (CEC), and electric conductivity (EC)] and ii) water-soluble concentration of 14 heavy metals and micronutrients. The analysis of variance (ANOVA test) indicated that the land use had significant effects on the TOC, CEC, and EC, whereas no relation was detected for BD and pH. Irrespective of land use, the mean element concentration in soil could be arranged in the order: Si (Silicon) > Al (Aluminum) > Fe (Iron) > Mn (Manganese) > B (Boron) > Zn (Zinc) > Cr (Chromium) > Ni (Nickel) > Cu (Copper) > As (Arsenic) > Pb (Lead) > Co (Cobalt) > Mo (Molybdenum) > Cd (Cadmium). Silicon, Al, and Fe which are usually form the major components of soil minerals were present in much higher levels (91 to 308 mg/kg) than other elements in soil. Essential plant micronutrients such as B, Cu, Mn, Mo, and Zn, generally presented moderate levels in soil (7 to 698 µg/kg), whereas toxic heavy metals such as As, Cd, Co, Ni, and Pb were present in the lowest values (0.7–96.2 µg/kg). The ANOVA test indicated land use had significant effects on As, B, Cd, Co, Cu, Ni, and Si concentration in soil while effects were insignificant for other elements. The data proved the important effects of land use on dynamic soil properties as well as nutrient and heavy metal for a major benchmark soil. Thus, more studies on other major soils are warranted. The information is needed to modify and adapt management practices to improve and sustain soil health and water quality in the US Great Plains.     

再生水灌溉下紫色水稻土颗粒态有机质中重金属的富集特征

颗粒态有机质(POM)属于活性较高的有机碳库,为了解在长期再生水灌溉条件下,灌区土壤POM是否会富集更多的重金属而对作物生长造成不利影响,研究比较6个不同灌溉年限(2,3,5,8,10,12年)的再生水灌溉区紫色水稻土中POM分布规律及重金属铜(Cu)、铅(Pb)和镉(Cd)的富集特征,以探明再生水灌溉条件下POM中重金属的动态变化过程及影响因素。结果表明,灌区紫色水稻土中1～0.05mm是POM的主要分布粒级,该粒级POM所占比例超过78%,>1mm的POM所占比例较低。灌区紫色水稻土中POM对重金属有较明显的富集作用,对Cu、Pb和Cd的平均富集系数分别为6.58,5.78和4.03,富集的Cu、Pb和Cd分别占土壤重金属总量的8.22%,7.27%和7.65%。随着再生水灌溉年限的增长,灌区紫色水稻土的重金属含量未超出土壤重金属环境质量二级标准,土壤有机质含量显著提高,而POM中重金属的富集系数呈下降趋势。POM中重金属的富集系数与灌溉时间的关系可用Elovich方程表示。