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矿产资源是人类生产和生活的基本源泉之一,矿产资源的开发在对国民经济发展起重要推动作用的同时,也带来了比较严峻的环境问题。矿山开采,特别是铅锌矿床、含硫多金属矿床的开采过程中,由于采矿废水和选矿废液的直接排放,废石和尾矿等固体废弃物的堆放和淋滤,采、运、选、冶过程中的粉尘扩散,使矿区及周边地区土壤中富集了大量的重金属,对土壤及环境造成严重的污染。土壤是人类赖以生存的自然条件,如果土壤被重金属污染将导致粮食、蔬菜、瓜果等的重金属含量增加,然后通过食物链进入人体而危害人类身体健康,同时也影响国民经济发展。
铜陵市作为全国十大炼铜基地之一,为国民经济发展做出贡献的同时,矿区重金属污染土壤的治理与生态系统的恢复已成为可持续发展的关键问题之一。因此,本论文以铜陵地区土壤中的重金属污染为题,通过研究铜陵地区及不同地质体土壤重金属的含量、形态及其空间分布特征;通过对不同岩性土壤重金属的形态分布的研究,探讨土壤中重金属的来源、移动性、生物活性,期望揭示矿区土壤重金属来源与迁移趋势;通过对矿区及周边水稻和丹皮中重金属含量的分析,对研究区域重金属污染的植物效应作出初步评估;基于重金属污染程度的多种评价方法,评估矿区土壤的污染等级和污染程度。其调查成果为铜陵矿区重金属污染土壤的治理及矿区生态环境的植物修复提供理论依据和技术支撑。研究结果如下:
1、研究区域重金属的来源
矿山的开采直接影响当地土壤重金属含量,通过对研究区域及区域内新桥铁矿区和凤凰山铜矿区重金属含量的分析,发现矿集区重金属含量明显高于其他区域,受开采时间和开采方式的影响,开采时间越长,土壤重金属含量越高;地上开采对土壤重金属含量的影响高于地下开采。
通过对不同岩性土壤重金属的富集特征及不同层位含量变化特征的研究,不同岩石发育的土壤的Cd的含量低于岩石含量,说明区域内土壤Cd主要来自于成土母岩,而Cu、Pb、Zn以人为源为主。
2、研究区域重金属污染的生物效应
通过对研究区域水稻样的采集分析,发现在采集的样品中,水稻籽实Pb含量有5.71%超标,Cd含量有27.1%超标,超标的样品并不是都出现在土壤对应重金属含量高的地区,但大多数超标稻米点位位于土壤重金属含量高的地区;稻米Cu和Zn含量在安全范围内。对丹皮的重金属含量研究,未发现重金属含量超标。
植物体内重金属含量的与土壤重金属的含量有一定关系,也取决于植物对重金属的富集能力,通过研究发现,水稻较丹皮对Cu、Zn、Pb和Cd更容易富集,富集系数大小表现为Cd>Zn>Cu>Pb。
3、研究区域重金属污染评价
在基于潜在生态危害指数法和地质积累指数法的评价方法,通过比较,不同评价方法反应出的研究区域整体污染区分布较一致,Cd元素污染较Cu、Zn、Pb元素重,其污染区域分布在新桥矿山、大城山、蛇形山以及圣冲河、朱村河流域,主要集中于金属矿区。
根据国家土壤环境质量标准(GB-15618-95),土壤环境质量较差,研究区内Ⅲ类及超Ⅲ类土壤面积占总研究区域的91%,影响土壤环境质量的重金属元素主要是Cd,Ⅲ类及超Ⅲ类土壤占83%;其次是Cu,Ⅲ类及超Ⅲ类土壤55%;Zn、Pb环境质量较好,Ⅰ、Ⅱ类土壤分别有77%和89%。