西北典型绿洲农田土壤磁性特征及其对重金属污染的响应

摘要

农田土壤是农作物赖以生长的自然基础，其环境质量与农产品产量和质量、人类身体健康、农村生态环境平衡息息相关。由于长期农业耕作方式的不合理，农业投入品的大量使用，以及近年来重污染工业向城郊和农村的陆续转移，农田土壤污染风险日益增大。中国农地面积广大，对农田土壤的全面、快速、低成本检测是当前所需，环境磁学方法在重金属的大面积、经济高效监测方面优势明显。本文以西北干旱区绿洲农田土壤为研究对象，采集张掖市农田表层土壤样品共102个、农田剖面土壤样品4组共134个，首次结合环境磁学方法和化学方法，分析了农田土壤中磁性矿物和重金属元素的空间分布、垂向变化特征，并探讨了农田土壤磁学参数与重金属元素含量之间的响应关系，以期明确环境磁学方法在指示农田土壤重金属污染程度、范围、来源中的可行性。主要结论有：
　　（1）农田土壤磁性矿物以亚铁磁性的磁铁矿为主，并含有部分磁赤铁矿、赤铁矿；磁性矿物的晶体颗粒主要为粗粒多畴（MD）和假单畴（PSD），并含有少量偏细粒的稳定单畴（SSD）和超顺磁（SP）颗粒，颗粒等效粒径介于0.2~1μm之间；xlf介于22.27~188.36×10-8m3/kg之间，均值为62.74×10-8m3/kg，磁性整体较弱，磁性矿物含量空间变化较大，为临泽县最低，甘州区、民乐县、山丹县较高。
　　（2）农田表层土壤的磁性表现出一定的空间分布规律：在甘州区的中部、民乐县的西南边、山丹县的西边，磁性矿物含量参数xlf、xARM、SIRM和SOFT呈现出3个相对高值区，甘州区中部的磁性高值主要受控于工业生产等人类活动的影响，民乐县西南边及山丹县西边的磁性高值大多主要与较强的自然成土作用有关。
　　（3）农田剖面土壤呈现出不同的垂向变化特征：临泽剖面，xlf整体低且稳定，在垂向上基本呈直线分布，xfd％大部分处于3%以下，可视为极弱成壤、无污染的农田背景剖面。甘州剖面，26cm深度以上，xlf显著增高，磁性的突增由外源磁性矿物的输入造成；xfd%大部分处于3%以上，可视为弱成壤、轻污染农田剖面的代表。不同剖面间背景磁性存在差异，基本为山丹剖面、民乐剖面强于甘州剖面、临泽剖面。
　　（4）农田土壤中重金属元素V、Cr、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn及综合污染指数PN、RI与磁学参数的相关分析、主成分分析结果表明，反映硬磁性矿物含量的HIRM可作为清洁农田土壤重金属元素自然累积程度的代用指标；反映亚铁磁性矿物含量的磁参数xlf、xARM、SIRM、SOFT可作为农田土壤重金属元素人为污染程度的有效代用指标；利用农田土壤的亚铁磁性矿物含量参数（xlf、xARM、SIRM、SOFT）可有效圈定受到城市来源重金属污染的农田土壤范围。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 土壤重金属污染态势

1.2 环境磁学在重金属污染监测中的应用

1.3 选题依据、研究内容和意义

第二章 材料与方法

2.1 研究区概况

2.2 样品采集

2.3 实验方法

2.4 重金属污染评价方法

第三章 结果与分析

3.1 农田表层土壤环境磁学结果分析

3.2 农田剖面土壤环境磁学结果分析

3.3 农田表层土壤重金属元素结果分析

第四章 农田土壤磁性特征

4.1 农田表层土壤的磁性特征

4.2 农田剖面土壤的磁性特征

第五章 农田土壤磁性特征对重金属污染的响应

5.1 农田土壤磁学参数与重金属的多元统计分析

5.2磁学参数对农田土壤重金属污染的指示意义

第六章 结论与展望

6.1 主要结论

6.2 研究展望

参考文献

在学期间的研究成果

致谢