酸性矿业废水对农田土壤剖面孔隙水化学组成的影响及机理探讨

摘要

矿区的硫化物矿物与空气和水接触后通过氧化还原反应生成的酸性矿业废水具有低pH、低营养、高硫酸盐、高重金属的特点，通过灌溉、地表径流、水分下渗等方式进入土壤和水体，造成污染。本文以安徽省铜陵市某处受酸性矿业废水污染的农田土壤孔隙水为研究对象，通过野外采样和实验室模拟的研究方法，分析了不同剖面深度，土壤孔隙水理化性质的变化特点，探讨了酸性矿业废水对土壤孔隙水的影响，以期从科学的角度诠释酸性矿业废水对土壤的危害，为铜陵地区酸性矿业废水的污染风险评价和污染土壤修复提供理论依据。主要研究结果如下:
　　1.植物生长、剖面深度和时间变化，均会影响酸性矿业废水污染土壤的孔隙水各组分含量，尤其是孔隙水中的养分和金属含量。
　　(1)在剖面深度上，酸性矿业废水污染土壤孔隙水pH和HCO3-含量整体未发生显著变化;两种试验区域（种植和未种植植物）土壤孔隙水7月和10月的总碳、12月的F-含量随剖面深度的增加逐渐增加，而10月的电导率(EC)逐渐降低，未受到植物生长的影响;孔隙水7月份的NH3-N、Fe2+、Fe、Mn含量，10月份的HSiO3-、Cu、Ti含量和12月份EC、NO3--N、Ca2+、Cl-、SO42-、HSiO3-、S2-、Al、Mn含量受到植物生长的影响较为显著。
　　(2)在采样时间上，酸性矿业废水污染土壤孔隙水pH和NH3-N含量在各剖面深度整体未发生显著变化;两种试验区域（种植和未种植植物）土壤孔隙水EC、NO3--N、Cl-、Al、Cu含量逐渐增加，总碳(TC)含量逐渐降低，未受到植物生长的影响;孔隙水Ca2+、F-、SO42-、HSiO3-、HCO3-、S2-、Fe、Mn含量在两种试验区域（种植和未种植植物）随着采样时间的变化，呈现完全不同的变化趋势。
　　2.通过野外试验和实验室土柱试验模拟，初步揭示酸性矿业废水对土壤孔隙水理化性质的影响过程。酸性矿业废水淋洗降低剖面土壤孔隙水pH值，进而导致孔隙水养分改变和主要矿质元素变化。酸性矿业废水的淋洗会增加土壤环境H+和盐类离子含量，降低孔隙水pH值，增加孔隙水EC。孔隙水NH3-N和K+主要分布在剖面层0-20 cm，其含量随着剖面深度的增加显著降低，且孔隙水NH3-N的降低速率大于K+。孔隙水SO42-含量随酸性矿业废水淋洗时间的增加显著增加，剖面层0-60 cm的孔隙水SO42-含量较高，且增长速率较大。孔隙水Fe和Mn分别富集在剖面层0-20 cm和20-40 cm，而该剖面范围也是作物根际的主要活动区域。酸性矿业废水淋洗会造成土壤氮素和钾素的淋失，土壤板结严重和土壤养分降低，这与铜陵长期受酸性矿业废水污染的农田土壤表现的特点相同。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 酸性矿业废水

1．1．1 酸性矿业废水的形成

1．1．2 酸性矿业废水的特点

1．1．3 酸性矿业废水的主要危害

1．1．4 酸性矿业废水污染土壤研究进展

1．2 土壤孔隙水

1．3 研究内容、意义与技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 研究目的和意义

1．3．3 技术路线

第二章 材料与方法

2．1 研究区域概况

2．2 土壤孔隙水采集

2．2．1 试验区域

2．2．2 样本采集

2．3 土柱试验模拟

2．4 土壤孔隙水理化性质测定方法

2．5 数据处理

第三章 酸性矿业废水污染土壤孔隙水理化性质

3．1．1 孔隙水pH值和EC的剖面深度变化

3．1．2 孔隙水pH值和EC的时间变化

3．2 孔隙水矿物养分含量

3．2．1 孔隙水矿物养分的剖面深度变化

3．2．2 孔隙水矿物养分的时间变化

3．3孔隙水阴离子含量

3．3．1 孔隙水阴离子含量的剖面深度变化

3．4 孔隙水Fe2+和S2-含量

3．5 孔隙水金属含量

3．6 相关性分析

3．7 小结

第四章 酸性矿业废水对土壤孔隙水影响机理的初步探讨

4．1 土柱孔隙水pH值和EC

4．2 土柱孔隙水矿物养分含量

4．3 土柱孔隙水阴离子含量

4．4 土柱孔隙水Fe2+和S2-含量

4．5 土柱孔隙水金属含量

4．6 相关性分析

4．7 小结

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

附录

致谢

攻读硕士学位期间发表论文