宿南矿区土壤-玉米系统重金属含量特征及迁移规律研究

摘要

由于煤及围岩矿物中富含多种有毒有害的微量元素，煤炭资源的开采极易将它们释放到周边环境中，这必然会导致大气、水体、土壤等固有环境受重金属污染，甚至以食物链富集的方式威胁到人类健康。本文选定淮北煤田宿南矿区为研究区，采集了59件表土样、8件煤矸石样、24件剖层样及67棵玉米植株，重点对该矿区煤矸石山附近土壤-玉米系统中重金属污染分布特征、赋存形态及垂向运移、植株累积特性进行探究，并就食用玉米进行健康风险评估。主要研究成果如下:
　　(1)除Mn无标准限值外，其它6种元素未超过土壤环境质量Ⅱ级标准，其中Cu、Ni和Cd分别超出安徽土壤背景值1.25、1.63和2.58倍，Mn和Zn均值含量高于煤矸石样。综合评价表明，矿区生态风险起主导作用的是因子Cd，其余重金属隶属于轻度危害。依据多元统计结果，Pb、Cu和Zn可解析为煤矿区交通运输源;Mn和Cd代表煤尘与农业活动的复合污染，而Ni和Cr可表示为母质与煤矿开采的联合作用。Kriging空间插值显示，除宿南矿区东南部局部区域外，Mn与Cu具有比较类似的空间分布，其余重金属区域分布各具差异性。
　　(2)在非成熟期时，玉米植株中Mn、Cu和Zn主要蓄积于叶部，Pb、Cd和Ni蓄积于茎部，Cr蓄积在根部;成熟期Pb由富集于茎部转变为根部，而Cd和Ni由富集于茎部转变为叶部。表土形态以残渣态百分比为主，且可利用态Cd最高，而环境中Cr最稳定;除芦岭剖层样外，其余样点Mn、Cu、Ni和Zn向深部逐渐降低，均表现出明显的垂向迁移特征。
　　(3)各部位对Cd的富集转运最显著，重金属从玉米根部向可食用器官的潜在迁移力较强。土壤各形态对玉米根部吸收重金属有促进或抑制作用。在膳食摄入这一途径下，儿童承受的健康威胁要高于成人，且健康风险指数的大小为Cr＞Cd＞Zn＞Pb＞Ni＞Cu。

目录

声明

摘要

插图清单

附表清单

1 绪论

1．1 背景及意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．2．1 土壤重金属含量特征

1．2．2 土壤重金属溯源解析

1．2．3 土壤重金属空间分布

1．2．4 土壤-作物系统(S-Ps)重金属迁移

1．3 研究技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 技术路线图

2 材料与方法

2．1 研究区概况

2．2 采样及制备

2．2．1 样品采集

2．2．2 样品预处理

2．2．3 理化指标测试

2．3 样品前处理方法

2．3．1 总量消解法

2．3．2 化学形态提取法

2．4 测试方法

2．5 试剂及仪器

2．5．1 实验试剂

2．5．2 实验仪器

2．6 质量控制

2．7 数据处理

3 矿区土壤重金属含量特征

3．1 主要理化性质

3．2 表层土壤重金属含量特征

3．3 土壤重金属评价法

3．3．1 地累积污染指数

3．3．2 Hakanson潜在生态危害

3．4 土壤重金属评价分析

3．4．1 不同煤矿区重金属评价

3．4．2 矿区不同重金属评价

3．5 本章小结

4 土壤重金属多元统计分析

4．1 重金属相关性分析

4．2 聚类(R型)分析

4．3 主成分分析

4．4 来源解析

4．5 本章小结

5 矿区土壤-玉米系统重金属分布特征及形态分析

5．1．1 土壤重金属分布特征

5．1．2 玉米植株重金属分布特征

5．2 矿区土壤重金属空间插值

5．3 表层土壤重金属形态分析

5．4 剖面重金属垂向迁移规律

5．4．1 剖面重金属迁移特征

5．4．2 剖面重金属形态转化

5．5 本章小结

6 矿区土壤-玉米系统重金属生物有效性及健康风险

6．1 土壤-玉米系统多元逐步线性回归

6．2 玉米各部位与形态间相关性分析

6．3 土壤-玉米系统重金属的转运

6．3．1 富集系数及转运系数

6．3．2 土壤-玉米系统富集迁移规律

6．4 研究区人群健康风险评价

6．4．1 健康风险评价法

6．4．2 玉米重金属健康风险评价

6．5 本章小结

7 结论与展望

7．1 主要结论

7．2 展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间科研成果