复垦煤矸山不同土地利用类型土壤重金属有效态含量及其影响因素

摘要

煤矸山堆存不仅占用土地资源，而且会带来诸多生态环境问题。所以，对煤矸山进行复垦治理是改善矿区生态环境的迫切任务。推平覆土后进行植被复垦是煤矸山治理的重要措施，但推平覆土后的重构土壤会受到下层煤矸石中重金属元素迁移转化的影响，可能造成重构土壤的污染，这成为煤矸山植被恢复的重要限制因素。因此，查明不同土地利用类型煤矸山复垦土壤重金属有效态含量及其影响因素，有助于指导煤矸山“因地制宜”的进行植被复垦，同时可以为煤矸山复垦地科学利用提供参考依据。 本研究以山西省霍州市曹村煤矿煤矸山复垦8a后的农田（FL）、果园（OL）和草地（GL）为对象，分析了0-20cm和20-40cm土层3种复垦样地中土壤理化性质，Hg、As、Cu、Pb、Cd和Ni含量及其污染状况，Hg、Cu、Pb有效态含量和生物有效性以及有效态含量的影响因子。主要研究结果如下： （1）从3种复垦样地耕层（0-40cm）土壤理化性质看：FL样地有机质、阳离子交换量、黏粒含量和粉粒含量显著高于OL和GL样地；OL样地pH值和砂粒含量显著高于FL和GL样地；GL样地电导率显著高于FL和OL样地；与CK相比，除pH值、阳离子交换量外，pH值、电导率、黏粒含量和粉粒含量均大于CK样地，而有机质和砂粒含量均小于CK样地。 （2）从3种复垦样地耕层（0-40cm）土壤重金属全量及污染状况看：首先，3种复垦样地重金属含量表明：在0-20cm土层，FL样地Pb含量明显高于OL和GL样地，但Ni含量低于OL和GL样地；在20-40cm土层，OL样地Ni含量高于FL和GL样地，GL样地Pb、Hg含量明显高于OL和FL样地；与CK相比，在0-20cm土层复垦样地As、Cu、Cd、Hg含量均高于CK样地，在20-40cm土层除Pb、Ni外，其余重金属含量均高于CK样地。其次，3种复垦样地重金属污染评价结果表明：单因子污染指数评价表明，FL样地Pb、Cu累积状况较为显著，OL样地As累积状况较为显著，GL样地Pb、As、Cd、Hg均有一定的累积状况，其中Hg属于重度累积，Cd属于中度累积。与CK样地相比，除Pb、Ni元素部分低于CK样地外，其余元素均高于CK样地。内梅罗综合污染指数评价表明，3种复垦样地和CK样地土壤重金属综合污染程度都达到了重度累积，其内梅罗综合污染指数由大到小依次为GL、FL、OL和CK样地。潜在生态危害评价与单因子污染指数评价和内梅罗综合污染指数评价结果基本一致。 （3）从3种复垦样地土壤重金属有效态含量和生物有效性看：重金属有效态含量表明，在0-20cm土层，FL和GL样地中Pb、Cu、Hg有效态含量较高，且均高于OL和CK样地；在20-40cm土层，GL样地中Pb、Cu、Hg有效态含量均显著高于FL和OL样地，且显著高于CK样地。重金属生物有效性表明，在0-20cm土层，GL样地中Pb、Cu、Hg生物有效性系数均高于FL和OL样地，FL样地Hg生物有效性系数均高于OL和GL样地；在20-40cm土层，GL样地除Pb外，其余的生物有效性系数均显著高于FL和OL样地；与CK样地相比，在0-20cm土层，只有GL样地中Pb和FL样地中Hg生物有效性系数高于CK样地。在20-40cm土层，除Cu外，3种复垦样地的生物有效性系数均低于CK样地。 （4）从3种复垦样地土壤理化性质对重金属有效态含量的影响看：土壤pH值、重金属全量和电导率是Pb、Hg有效态含量的主要影响因子；土壤阳离子交换量、有机质和pH值是Cu有效态含量的主要影响因子。其中pH值与Pb、Hg、Cu有效态含量均呈显著负相关，重金属全量和电导率与Pb、Hg有效态含量均呈极显著正相关；有机质和阳离子交换量与Cu有效态含量呈显著正相关。

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Abstract

1 绪论

1.1 研究背景

1.1.1 煤矸石的产生与煤矸山的形成

1.1.2 煤矸山的生态危害与复垦治理

1.2 国内外研究进展

1.2.1 重金属污染对煤矸山植被复垦的影响

1.2.2 土地利用类型对煤矸山复垦地重金属污染的影响

1.2.3 土壤理化性质对煤矸山复垦地土壤重金属污染影响

1.3 研究目的与意义

1.4 主要研究内容及技术路线

1.4.1研究内容

1.4.2 技术路线

2 材料与方法

2.1 研究区概况

2.1.1 研究区位置

2.1.2 研究样地情况

2.2 样品采集及处理

2.3 样品测定及分析方法

2.3.1 土壤理化性质的测定方法

2.3.2 土壤重金属全量及有效态的测定方法

2.3.3 重金属污染评价方法

2.4 数据处理

3 结果与分析

3.1 三种利用类型煤矸山复垦地土壤理化性质分析

3.2 三种利用类型煤矸山复垦地土壤重金属全量及污染状况评价

3.2.1 土壤重金属全量

3.2.2 土壤重金属污染状况评价

3.3 三种土地利用类型煤矸山土壤重金属有效态含量及生物有效性

3.3.1 土壤重金属有效态含量

3.3.2 土壤重金属生物有效性

3.4 三种土地利用类型煤矸山复垦土壤重金属有效态的影响因素

4 讨论

4.1 不同土地利用类型对重金属积累有明显影响

4.2 pH值对复垦地重金属有效态含量有明显影响

4.3 矿区干湿沉降剧烈造成普通农田表层土壤重金属含量高于复垦地

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 不足与展望

参考文献

在学期间的研究成果

致 谢