金属矿区土壤重金属污染现状及历史评价与生物有效性分析

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国内外学者对矿产资源开发所造成的重金属污染现状评价进行了大量研究,但对矿区土壤重金属的污染历史研究甚少,土壤-植物系统中重金属污染的生物有效性研究也不多。重金属生物有效性不仅受环境的影响,也受生物体自身的影响,涉及到物理、化学及生物等多个方面,直接反映土壤中重金属的污染程度及重金属对生态系统和人体健康的潜在危害,并为重金属污染土壤的修复和当地的农业生产提供理论基础。本论文以华阴市孟塬镇蒲峪金矿区为研究对象,采取野外定点采样、室内分析测定和数据相关性分析相结合的方法,研究了金属矿区土壤重金属污染的现状与历史,以及其生物有效性。得到的主要结论有:以土壤中重金属的全量评价当地土壤重金属的污染程度,评价发现研究区的土壤中Cu、Zn、Pb、Cd、Cr 5种重金属严重超标,改进后的内梅罗污染指数最小显示值为5.81,最大可达到72.57,属于极重度污染;通过重金属在树木年轮内及对应土壤中含量的线性相关关系,利用树木年轮内的Cu、Zn、Pb、Cd、Cr 5种重金属平均含量的年份序列反推这一地区对应年代的土壤重金属污染历史和时间分布规律;通过5种重金属的可利用形态、地球化学相、活性系数、迁移系数和转移系数分析研究区重金属的生物有效性,发现Cd的可利用态含量比例最大,为30.79%,Cu的最低,为1.53%,MFCd=0.514、MCd=0.28、TFCd=0.93,说明Cd对环境的潜在污染最大,MFCu=0.034、MCu=0.02、TFCu=0.015,说明Cu的稳定性最高,对环境造成的潜在危害最小;通过影响因素的相关性分析发现重金属总量之间都存在着明显的拮抗作用或协同作用,且铁锰氧化物结合态、有机结合态、残渣态的重金属相互之间影响较小。土壤理化性质对Cu全量及各形态含量的影响较小,PH、含水率、粘粒、全氮、有机质对Zn、Pb、Cd和Cr全量及有机结合态和残渣态含量有直接的的影响。通过重金属总量和土壤理化性质等影响因子的主成分分析研究表明第一主成分中的Zn、Pb、Cd、含水率、PH、粘粒、有机质、全氮、速效钾为土壤-植物系统中重金属生物有效性的最主要控制因子,其贡献率占14个因子贡献度的51.945%。
摘要第2-3页
ABSTRACT第3-4页
1 绪论第7-13页
    1.1 研究背景第7-8页
    1.2 研究意义第8-9页
        1.2.1 理论意义第8页
        1.2.2 实际意义第8-9页
    1.3 国内外研究现状第9-13页
        1.3.1 土壤-植物系统中重金属的污染与复合污染第9-10页
        1.3.2 土壤-植物系统中重金属的生物有效性第10-11页
        1.3.3 土壤-植物系统中重金属生物有效性的影响因素第11-13页
2 研究区概况第13-16页
    2.1 自然地理与经济概况第13页
    2.2 矿产资源与开发状况第13-14页
    2.3 土壤状况第14-16页
3 研究内容与研究方法第16-24页
    3.1 研究内容第16页
    3.2 技术路线第16-17页
    3.3 样品的采集与制备第17-20页
        3.3.1 采样点设置第17-18页
        3.3.2 样品采集第18-19页
        3.3.3 样品制备第19-20页
    3.4 土壤、植物样品分析第20-22页
        3.4.1 土壤样品分析第20-21页
        3.4.2 植物中重金属含量的测定第21-22页
    3.5 数据分析第22-24页
        3.5.1 数据处理程序第22页
        3.5.2 重金属污染的主要评价方法第22-23页
        3.5.3 本文拟采用的评价指标第23-24页
4 土壤环境质量评价第24-34页
    4.1 重金属总量的测定第24-26页
    4.2 重金属污染评价第26-32页
    4.3 各评价方法综合比较第32-34页
5 土壤环境质量变化历史研究第34-38页
    5.1 树木年轮与其根部土壤中重金属元素含量的相关性第34-35页
    5.2 研究区土壤重金属元素含量的历史变迁研究第35-37页
    5.3 研究区土壤环境质量变化趋势第37-38页
6 土壤-植物系统中重金属的化学形态与生物有效性第38-50页
    6.1 重金属的化学形态分析第38-44页
        6.1.1 实验数据处理结果第38-42页
        6.1.2 重金属的同一形态在不同样点的含量比较第42-43页
        6.1.3 同一元素在不同样点的形态分布含量比较第43-44页
    6.2 土壤-植物系统中重金属的生物有效性第44-49页
        6.2.1 重金属的可利用形态和地球化学相第45-47页
        6.2.2 重金属的活性系数和迁移系数第47-48页
        6.2.3 重金属的转移系数第48-49页
    6.3 小结第49-50页
7 土壤-植物系统中重金属生物有效性的影响因素研究第50-61页
    7.1 土壤的理化性质第50-51页
    7.2 重金属元素的复合污染第51-54页
        7.2.1 重金属总量之间的相关性第52-53页
        7.2.2 土壤各形态的重金属之间的相关性第53-54页
    7.3 重金属与土壤理化性质之间的相关性第54-58页
        7.3.1 重金属总量与土壤理化性质之间的相关性第55页
        7.3.2 重金属各形态与土壤理化性质之间的相关性第55-58页
    7.4 影响因子的主成分分析第58-60页
    7.5 小结第60-61页
8 结论第61-63页
    8.1 结论第61-62页
    8.2 讨论第62-63页
致谢第63-64页
参考文献第64-69页
附录第69-74页
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