开采扰动对农田土壤重金属分布的影响

来源 :中国矿业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sdasda168
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煤炭开采过程中,采空区上部覆岩受重力、拉应力及压应力等作用变形移动,地层弯曲冒落向上传递,地表塌陷裂隙形成,使得土壤原有结构改变,进而导致其理化性质发生变化。土壤理化性质的改变影响重金属在土壤环境中的氧化还原、络合沉淀、吸附解吸等环境化学行为,造成重金属形态及迁移路径的变化,进而导致重金属在土壤环境中的迁移和空间再分配。故研究农田主裂隙产生后土壤理化性质及重金属分布情况,对较好了解采煤扰动对农田重金属分布的影响,进而协助井工开采降低生态环境损害,为矿区生态重建工作提供实际参考具有重要意义。本研究以山东巨野典型矿区开采扰动区农田土壤为研究对象,分析采煤扰动对农田土壤p H及Eh影响,评价土壤重金属污染状况及生态风险,并结合区域内土壤重金属总量及形态分布特征,研究开采扰动对农田土壤重金属分布的影响。主要得出如下研究结论:(1)开采扰动区土壤性质发生明显变化,距离主裂隙越近,p H越高,Eh越低,土壤还原性越强。所有采样点中仅Cd总量均超过山东省耕地C层土壤背景值,7种重金属平均值均不超过农田土壤风险筛选值(GB15618-2018)。地质积累指数(GI)评价结果显示研究区域内Cd属于未污染到中等程度污染,其他6种重金属不存在污染,重金属富集程度从大到小依次为:Cd(0.24)>As(-0.88)>Pb(-1.01)>Cu(-1.37)>Zn(-1.51)>Ni(-1.71)>Cr(-2.55)。(2)区域内7种重金属总量空间分布差异相对较大:Cr主要聚集在靠近裂隙与远离裂隙的较深层土壤中;Ni、As主要向距离裂隙较近的F-0至F-1范围的整个剖面富集;远离裂隙的F-2、F-5处Cu富集程度明显增加;Zn主要向主裂隙处富集,且随着剖面深度增加,Zn富集程度降低;随着与裂隙水平距离增加,Cd总量呈降低趋势;Pb在距裂隙较远的F-2处富集相对较少且分布较为均匀,主要向区域范围的其他位置处聚集。(3)与裂隙不同水平距离处,Cd主要以可交换态和可还原态为主要赋存形态存在;Pb、Cu在土壤中的主要赋存形态为残渣态和可还原态;Cr、Ni、Zn、As主要以残渣态形式存在。其中,Cr的残渣态含量最高,形态占比为83.48%~94.72%。随着与裂隙水平距离增加:土壤Cd的潜在迁移能力逐渐降低;土壤As的潜在迁移能力先升高后降低,F-2处其潜在迁移能力最强;土壤Cr、Ni、Zn、Pb的潜在迁移能力先降低后升高,F-2处此4种重金属的潜在迁移能力最弱。(4)潜在生态风险评估结果显示,单个金属的平均潜在生态风险强弱依次为:Cd(59.94)>As(8.30)>Pb(3.73)>Cu(2.97)>Ni(2.29)>Zn(0.53)>Cr(0.51)其中,金属Cd潜在生态风险最强,5.26%、68.42%、26.32%样品中Cd分别存在严重潜在生态风险、中等潜在生态风险、低等潜在生态风险,其他6种重金属在所有样品中均为低潜在生态风险等级。各重金属的平均综合潜在生态风险指数为78.27,对周围环境存在低潜在生态风险。主裂隙0-10 cm剖面土壤中7种重金属的综合潜在生态风险指数高达247.74,为中等潜在生态风险等级。平均个体污染因子(ICF)评价结果显示,生态风险强弱依次为:Cd(5.91)>Pb(0.36)>Ni(0.35)>Cu(0.33)>As(0.27)>Zn(0.21)>Cr(0.15),Cd对周围环境为重度水平生态风险,另6种元素均对周围环境存在低水平生态风险。7种重金属的平均全球污染因子(GCF)为0.15,为低水平生态风险。(5)研究区域内土壤理化性质对土壤不同重金属总量分布影响明显不同。p H、Eh与大部分重金属总量分布相关性显著(p<0.05),逐步回归分析显示Eh是影响Ni、Zn、As、Cd、Pb的主要因素;土壤理化性质对土壤不同重金属形态分布影响存在一定差异,p H、Eh、田间持水量与大部分重金属形态分布相关性显著(p<0.05),逐步回归分析显示p H、Eh、田间持水量是影响扰动区农田土壤重金属形态分布的主要因素。
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