黄土与古土壤中重金属的存在形态及风化成土作用对其影响

本文采用了七步连续萃取方法，研究了洛川黄土剖面黄土与古土壤中Ｆｅ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｃｏ和Ｎｉ五种重金属的存在形态。结果表明：黄土与古土壤中上述元素主要存在于残余态和晶形、无定形氧化铁的结合态中，而且线性回归分析表明Ｃｕ、Ｚｎ、Ｎｉ与晶形氧化铁之间存在正相关；Ｃｎ、Ｃｏ、Ｎｉ与无定形氧化铁之间存在正相关；黄土风化为古土壤后，碳酸盐结合态的重金属几乎全部释放，而晶形、无定形氧化铁结合态的重金属则相对积聚，其它形态变化不大。因而黄土风化为古土壤后，与晶形、无定形氧化铁结合的重金属含量增加是古土壤相对于黄土重金属增加的主要原因。

黄土区煤矸石排矸场重金属污染风险分析及评价

为了探究黄土区煤矸石长期堆存产生的重金属污染问题,以宁夏王洼煤矿排矸场煤矸石和土壤为研究对象,分析排矸场煤矸石和土壤的理化特性,测定煤矸石和底层土壤的重金属总量和有效态含量,并通过潜在生态风险指数法评估煤矸石堆积过程中存在的生态风险,明确底层土壤中潜在危害性突出的重金属元素。结果表明:(1)煤矸石和底层土壤均呈碱性,煤矸石堆底层10cm和20cm深度的土壤全盐量大于1.5g/kg,呈轻度盐化水平,煤矸石的堆存对接触土壤层的盐分累积有一定的贡献。(2)煤矸石底层土壤中Cr、Cu、Pb、Ni、Zn、Cd、As和Hg这8种重金属元素总量平均值低于宁夏土壤背景值。煤矸石中除As元素外7种重金属总量均高于底层土壤、对照点黄土和宁夏土壤背景值,在底层土壤中Cr、Cu、Pb、Ni和Zn这5种元素有效态含量均高于对照点黄土。(3)基于底层土壤中8种重金属元素总量评价,单元素潜在生态风险指数(E_(r)^(i))均低于40,综合潜在生态风险指数(RI)为85.83<150,重金属元素生态风险等级均为Ⅰ级低生态危害水平。因此,宁夏王洼煤矿排矸场煤矸石的露天堆存对底层土壤重金属元素含量产生累积效应,但重金属生态风险等级为轻微水平,其中Hg和Cd元素是主要的生态风险贡献因子。研究结果可以为半干旱黄土丘陵区煤矿固体废物安全堆存和环境生态修复提供理论指导。

黄土高原煤矿区煤矸石中重金属对土壤污染的研究

以黄土高原兰州红古矿区为例,研究煤矸石长期堆积对当地土壤产生的重金属污染.根据红古矿区的地质地形特点,选择合理的采样路线,系统采集矿区内不同开采历史时期的土壤样品,用HCl-HNO3-HF-HClO4消解样品和原子吸收分光光度仪分析矿区土壤中有害重金属元素(Cd,Co,Cr,Cu,Mn,Pb,Zn)的含量,数据处理采用SPSS软件完成.研究表明,红古矿区煤矸石长期堆积、风化淋溶已导致了其周围土壤中重金属的污染和富集,表现为随着煤矸石堆放、风化淋溶时间的延长,矿区土壤中重金属含量基本呈上升趋势,其中Cd,Pb,Zn表现出较强的迁移性.由此可见,矿业开采活动对当地土壤重金属含量有一定的贡献,但不同的重金属元素在矿区土壤中的积累表现出差异性.

淮河上游全新世黄土-土壤剖面重金属元素分布与环境变化

在野外考察研究的基础上利用X-射线荧光光谱仪测定了河南禹州全新世YPC黄土-土壤剖面Zn、Cu、Co、Ni、Nb、Pb、V、Cr、Mn、Ti重金属元素的含量及其变化,研究表明在黄土堆积期,重金属元素的含量都很低,变化幅度也很小,可作为衡量古土壤层成壤改造的背景值.在全新世古土壤和现代表土中这些元素含量却大大增加,说明在温暖湿润的时期,成壤改造使易溶易迁移元素的淋失导致重金属元素的相对富集.而Pb含量从8cm深度处向上急剧增加,增幅达60%,这是大气污染物沉降积累的客观记录.

渭北黄土高原苹果园土壤重金属空间分布及其累积性评价

通过对渭北黄土高原苹果园217个样点0～40cm土层土壤取样分析,采用地统计学和GIS相结合的方法,研究了苹果园土壤中Hg、Cd、Pb、As、Cr、Cu6种重金属的含量及其积累状况、空间结构及其分布特征,并根据绿色食品产地环境质量标准对苹果园土壤环境质量进行了评价。结果显示,渭北苹果园土壤中6种重金属已出现一定程度的累积,其累积程度依次为:Hg>Pb>Cd>As>Cu>Cr。各采样点Hg、Cd含量变异程度较大,变异系数在50%以上;而Pb、As、Cr、Cu各采样点含量差异较小,变异系数为19.10%～23.70%。6种重金属均表现为较强的空间相关性,其空间变异性主要由成土母质、气候、地形等结构性因素控制。其中随机因素对Cd的空间变异的影响程度相对较大,一定程度上消弱了结构性因素对Cd空间变异的主导作用,而Pb、Cr、Cu空间变异受随机因素的影响较弱,随机性因素对各重金属空间变异的影响程度依次为:Cd>As>Hg>Pb>Cr>Cu。重金属积累的单项评价指数均小于1,综合评价指数小于0.7,果园土壤环境质量完全满足绿色食品产地环境质量的要求,其中As的累积对绿色食品苹果生产可能有较大的潜在影响,应加以有效控制以防止其持续累积。

黄土高原残塬沟壑区梯田土壤重金属分布特征

对黄土高原残塬沟壑区梯田土壤中的重金属分布特征进行了探讨,发现除铜处于污染临界值外,其它重金属如汞、砷、铬、镍、锌的土壤含量基本达到一级标准。随种植时间的增长土壤中重金属的含量也随着积累,在坡耕地中除汞和锌外,其它重金属在土壤中的含量随着坡度的增大而减少。在表层土壤中重金属汞、铜、锌、镍和砷的含量由大到小的次序为:果园>麦田>坡地,而铬在表层土壤中的含量大小次序为:麦田>坡地>果园。研究表明重金属在水平梯田中易累积,同时由于梯田果园长期大量使用农药、化肥,更容易累积有害元素,从而形成对土壤的污染,进而影响土壤质量。以后应加强对土壤质量的监测与防治,实现黄土高原地区果业、粮业的健康稳定发展。

黄土高原沟壑区苹果园土壤重金属含量特征研究

以黄土高原沟壑区的苹果园为研究对象,对6～36 a苹果园土壤重金属含量状况进行研究,结果发现,该区苹果园的高投入种植管理模式,能够影响重金属在土壤中的迁移与富集,使土壤重金属含量发生明显变化。土壤Cu含量随树龄增加而增加,20 a以上的土壤-果树系统对土壤Cu的输入与输出趋于平衡,Cu含量变化不大,且耕层土壤Cu含量较高。Cr含量随树龄线性递增,36 a果园0～20 cm,20～40 cm和40～60 cm土层Cr含量分别比6 a果园增加27.14%,17.09%和19.17%。Cd含量随树龄增加先增加后减少,长期大量施用磷肥是土壤Cd的主要来源,果园生态系统深层土壤Cd含量的峰值比耕层提前出现。Pb含量以15～26 a果园含量最高,树龄〈15 a和〉26 a时Pb含量较低。Hg含量则以15 a为转折点,在不同土层上呈现出不同的变化趋势。As含量在树龄〈15 a时逐渐降低,15～20 a时逐渐增加,20 a以后果园土壤As含量趋于不变,且各土层之间差异不显著。

黄土高原白水县不同种植年限苹果园土壤重金属含量特征与风险评价

为研究不同种植年龄苹果园土壤中的重金属元素分布特点,评价其污染现状和风险。以黄土高原陕西省白水县果园土壤为研究对象,利用电感耦合等离子质谱法方法对5种不同年龄(5年、10年、15年、20年和25年)苹果园土壤和现代农田土壤以及自然土壤的重金属含量状况进行了测量,并结合单因子污染指数和内梅罗多因子综合指数评价法开展重金属污染风险评估。结果表明Cr, Ni, As, Pb, Hg等元素的平均含量在农田土壤中比苹果园土壤中的高,这些重金属元素在农田土壤中更容易富集;而在苹果园土壤中,Ni, Cu, As, Hg等的平均含量在25年苹果园土壤中相对高于其他年龄苹果园土壤;从综合污染指数看,农田土壤中最高,苹果园土壤中则是随着种植年限的增加而增大。由此说明随着种植年限增加,苹果园土壤中重金属的富集会逐渐显现。但是,以无公害果园和绿色食品产地土壤环境质量为标准,白水土壤完全符合无公害和绿色食品产地对土壤环境的要求。

黄土丘陵沟壑区耕层土壤重金属空间分异及影响因素

为了解黄土丘陵沟壑区耕层土壤重金属的空间分异及影响因素,以陕西省米脂县高渠乡为研究区,基于地统计学方法,分析耕地土壤表层Pb、As、Cu、Cr、Ni、Zn六种重金属元素的空间分异,并结合地理探测器与统计分析,进一步讨论重金属空间分布的影响因素。结果表明:As、Cu、Cr、Ni含量超过黄绵土背景值的样本率分别为23%、100%、100%和100%,As和Cu元素为中等变异,Pb、Cr、Ni、Zn为弱变异。Ni元素的块金系数最大(0.59),Pb元素的块金系数最小(0.12),Pb和Zn元素有较强的空间相关性,主要以结构性变异为主,As、Cu、Cr、Ni有中等程度的空间相关性,受结构性因素影响,同时也受随机因素影响较大;从空间分布格局上看,六种重金属均存在空间集聚现象,局部有高值区和低值区出现。重金属的空间分布受到地形和种植方式的共同影响,地形对各重金属分布的影响大于种植方式,且坡向与种植类型的交互作用对各重金属空间分布影响最大。研究表明,高渠乡土壤耕层Ni含量普遍偏高,可能对土壤环境和农产品生产的安全构成潜在威胁,且不同重金属由于受到复杂地形和种植方式的交互影响,空间差异明显。

宝鸡北部黄土覆盖区耕地土壤重金属污染特征及评价

采集宝鸡市北部黄土覆盖区公路、工厂附近等21个点位的耕地土壤样品,对其Cu、Pb、Zn、Cr和Cd五种重金属元素的含量进行了测定。综合使用单因子指数法、综合指数法、地积累指数法、潜在生态风险法和模糊数学评价法,对其土壤质量进行了分析评价。研究结果表明:该区耕地均受到不同程度的重金属污染; Cd、Pb和Zn元素的含量已超过土壤环境质量二级标准,Cu和Cr元素的含量未达到超标水平; 5种重金属的污染程度顺序为Cd>Pb>Zn>Cu>Cr。

黄土-古土壤互层对土壤水分运移及土体微结构的影响

黄土地区地质灾害问题的发生大多与水在黄土中的入渗有关,而马兰黄土-古土壤互层结构对土壤水分入渗规律的影响显著。为揭示古土壤阻滞作用下黄土水分运移规律及其对黄土体微结构的影响,为黄土地区工程实践提供理论基础,该研究以陕西省泾阳县南塬的黄土为研究对象,采用土柱模型进行水分入渗试验,研究黄土-古土壤互层条件下土壤水分运移规律。在此基础上,通过微结构测试、分形维数和概率熵等指标的计算,分析黄土-古土壤互层条件下土壤水分运移对黄土微结构的影响。结果表明:古土壤层的透水性弱,湿润锋抵达黄土与古土壤界面处产生瞬态滞水,且随着入渗强度增加滞水时间增加;古土壤层影响下黄土与古土壤界面处的滞水会导致孔隙结构相互连通,孔隙空间平均增加4.13%,孔隙方向概率熵平均减少0.029,分形维数平均减小0.076,即古土壤层的阻水作用使得界面处黄土的孔隙空间增大,孔隙排列有序,孔隙形态规则。研究结果为黄土地区的工程建设和生态环境保护提供科学支撑。

古土壤层间富水对黄土场地湿陷性的影响

黄土地层中往往交替分布着多层红色古土壤层,由于其硬度相对较高,遇水不易湿陷,对黄土地层湿陷量的测量结果有很大的影响。然而,对于古土壤对湿陷量的控制作用目前还缺乏相关研究,导致对湿陷地层湿陷量的科学取舍缺乏理论依据。为此该文统计了黄土高原区的浸水试验结果,分析了不同区域湿陷量室内外差异特征,并以西安地区两个试验场地的大型浸水试验为研究对象,进行了不同试验条件下土体中水分的扩散、含水率的变化、土压力变化以及累计湿陷量等测量工作。最终结果表明,古土壤层的存在阻碍湿陷进程,在阻止水分下渗的同时,阻碍深部地层湿陷量传递至地表,使得湿陷量实测值与计算值之间的差异与古土壤层数呈现正相关的趋势。该文将为普遍存在古土壤的黄土地层自重湿陷机理的研究提供参考。

黄土高原残塬沟壑区坡耕地土壤重金属分布特征与潜在生态风险评估

本文选取了黄土高原残塬沟壑区6个坡耕地为样区,分析了表层土壤重金属汞(Hg)、砷(As)、铜(Cu)、铬(Cr)、锌(Zn)、镍(Ni)的分布特征,与黄绵土表土土壤元素背景值进行了比较,结果表明6个坡耕地的铜和锌的含量要大于黄绵土土壤元素背景值,铬、汞、砷和镍的含量要远低于背景值;与土壤环境质量标准(GB15618-1995)相比,耕层土壤中铜的含量仅能达到三级标准,且已远大于使作物减产10%的临界浓度值(100 mg/kg);其他重金属元素汞、砷、铬、镍和锌在耕层土壤中的含量均达到一级标准。不同坡度坡耕地重金属的变化中,汞与锌的含量随坡度的增大而呈缓慢增长的趋势,其他元素变化相对较为复杂且不规律。由相关性分析可知,Hg和Cu有极显著的负相关性,其他重金属之间不存在显著相关性。采用H&#229;kanson潜在生态危害指数法对样区的重金属潜在生态危险进行评价,结果表明该研究区Cd (多种重金属的富集系数)均大于背景值(6.00),这说明该区坡耕地存在一定的生态危害程度;6个坡度的坡耕地的潜在生态危害系数中,Cu潜在生态危害系数最高(平均55.612)并达到了中度危害,而其他重金属的潜在生态危害系数数值都很小且均小于1,应注意Cu的污染状况;其潜在生态危害指数均为轻微生态危害;潜在生态危害主要贡献因子为Cu,次之为Zn。

陕西渭北晚更新世黄土-古土壤结合水膜厚度的试验研究

为深入剖析黄土与古土壤工程性质的影响因素,以陕西渭北晚更新世黄土与古土壤为研究对象,基于核磁共振、比表面积测试并结合理论分析对结合水膜厚度进行研究。试验结果显示:黄土与古土壤的结合水膜厚度存在明显差异,黄土的结合水膜厚度明显大于古土壤,原因在于古土壤孔隙体积及孔径小于黄土,而古土壤中高价阳离子含量大于黄土,同时古土壤颗粒表面分布铁锰质薄膜,其亲水性较弱。分析结合水膜与黄土湿陷性、回弹变形等工程特性间的关系,发现黄土-古土壤的湿陷性随结合水膜厚度的增大而增强,随结合水膜厚度的减小而减弱,结合水膜厚度与卸荷变形系数呈正相关关系。综合分析说明,高价阳离子含量、颗粒表面特性,及孔隙性的不同造成了黄土与古土壤结合水膜厚度的差异,从而导致黄土与古土壤的湿陷性等工程性质有显著区别。

XRF和ICP-MS测定风成沉积铜镍锌等9种重金属元素的对比分析

风成沉积的重金属元素对生态环境变化具有指示意义,因此快速、准确地测定其含量显得特别重要。目前,主要通过XRF(X射线荧光光谱)和ICP-MS(电感耦合等离子体质谱)方法测定重金属元素的含量。文章对四个风成沉积剖面(黄土高原西峰剖面,青藏高原东北部种羊场剖面、泉吉河剖面、依毛剖面)247件样品进行了XRF和ICP-MS分析,并对其中9种重金属元素的含量进行了初步对比分析。结果表明:1. Cu、Ni、Zn的XRF测试结果和ICP-MS测试结果高度一致(Pearson相关系数r大于0.84)。2. Co、Pb的XRF测试结果和ICP-MS测试结果在大多数剖面中具有较好的一致性,但在个别剖面中的一致性较差。3.在种羊场和泉吉河剖面中,Th的XRF测试结果比ICP-MS的测试结果略低。两种方法测得的As的含量在四个剖面中随深度的变化趋势高度一致;As的XRF测试结果明显比ICP-MS的测试结果低,差值可达11.5μg/g(相对于XRF法测定值的变化幅度达214%)。4. Cr和T的XRF测试结果高于ICP-MS的测试结果,两种方法测得的Cr含量的差值达40μg/g。尽管ICP-MS法具有比XRF法更高的精度,但对于Cu、Ni、Zn,采用高效廉价的XRF法能得到与ICP-MS法相媲美的测试结果。5.西峰、种羊场剖面采用XRF法测得的Cu、Ni、Zn、As含量与磁化率呈现相似的变化,表明这些元素亦可指示风成沉积记录的气候环境变化。

黄土-古土壤饱和渗透性与孔隙分布特征关系研究

由于沉积环境的差异,古土壤较上覆黄土致密,其饱和渗透系数应低于黄土,但试验结果却显示二者的饱和渗透系数相近。为揭示这一现象的机理,在陕西泾阳南黄土塬开挖33m的探井,沿井壁按1m间距取黄土和古土壤原状试样,进行变水头渗透试验,测定试样的饱和渗透系数。同时用压汞试验(mercury intrusion porosimetry,MIP)及扫描电镜(scanning electron microscope,SEM)测试分别获取试样的孔隙分布曲线和微观结构图像,以分析黄土-古土壤饱和渗透性与孔隙分布特征的关系。结果表明:(1)黄土-古土壤地层的饱和渗透系数整体上沿深度方向规律性减小,但相邻黄土和古土壤层的饱和渗透系数无明显差异;(2)MIP及SEM测试结果表明,黄土结构均匀、孔隙大小较为一致,而古土壤具有不均匀的团块-裂隙结构,虽然团块内部较黄土致密,但团块间存在裂隙;(3)饱和渗透系数的大小取决于透水孔隙的体积分数,其中黄土的透水孔隙主要为较大孔隙(孔径>2μm),而古土壤的透水孔隙主要为团块间的微裂隙,虽然二者渗透系数相近,但渗透机理完全不同。为研究黄土与古土壤的孔隙分布特性和解决黄土区工程建设中的问题提供了理论依据。

黄土掺混下pH、有机质与南方农业土壤重金属含量的相关性分析

为能更好的了解北方黄土掺混下对南方农业土壤重金属污染的消减情况,本试验拟以甘肃省定西市自然黄土与湖南省长沙市芙蓉区重金属污染土壤为研究对象,设置两种土壤不同质量比例,分别测定土壤pH、有机质含量与重金属Cd、Hg、Pb、Cr和As元素的全量及有效态含量,对土壤污染情况进行分析评估并探讨三者与有效态含量间的相关性。研究结果显示:(1) 湖南芙蓉区农业土壤重金属污染情况为:主要受到镉、铅和汞重金属元素的污染,其中以铅超标最为严重,三种重金属已经超过了对环境的要求,须采取必要管控措施。(2) 土壤pH值、有机质含量与重金属有效态含量之间的关系:pH与有效态Cd、Pb含量呈极显著负相关,与有效态Hg、Cr和As之间无明显相关性。SOM与有效态Cd、Pb和As含量呈明显的正相关,与有效态Hg和Cr间相关性不明显。(3) 土壤重金属Cd、Pb全量与其有效量间呈极显著正相关关系,Hg全量与其有效量间呈显著正相关,而Cr、As全量与其有效量的相关性为不显著。利用北方黄土掺混消减超标重金属的修复方法可为今后开展重金属污染修复工作提供基础的科学依据。

重金属离子对黄土物理化学及工程性质的影响

【目的】研究重金属离子污染条件下黄土物理化学性质和土体工程性质的改变,为污染黄土的工程性质评估提供依据。【方法】以杨凌黄土为研究对象,在土中分别掺入Zn^(2+)、Cr^(3+)和Cu^(2+),对不同重金属污染黄土的颗粒组成、pH值、易溶盐总量、阳离子含量进行测定,并利用直剪试验和压缩试验测试其剪切及压缩特性的变化。【结果】随重金属离子掺量的增大,被污染黄土的黏粒含量明显减少,pH值降低,易溶盐总量及Ca^(2+)、Mg^(2+)、Na+、K+含量明显增加;杨凌黄土经重金属离子污染后黏聚力下降,内摩擦角增大,并且压缩模量随重金属离子掺量的增加而逐渐增大,压缩系数总体减小,土体的压缩性变小。【结论】随着重金属污染程度的加剧,在黄土中的碳酸盐水解、土颗粒表面离子交换吸附、阳离子含量增加的共同作用下,污染黄土物理化学及工程性质会发生较大变化。

山西临汾盆地黄土剖面重金属分布特征及其影响因素

山西临汾盆地2条黄土剖面重金属分布特征及其影响因素研究表明,Pb、Cu和Zn的垂向变化特征非常相似,而As、Cd和Hg在剖面中的分布特征与前三者不同。各重金属元素在黄土剖面中的变化特征首先均受到黄土源区物质成分的控制,其次不同程度地受到古气候变化的影响。依据Pb、Cu、Zn与各古气候替代性指标(例如磁化率,w(SiO2)/w(Al2O3)等)均呈显著相关,As、Cd和Hg与古气候替代性指标的相关性较差,推断剖面中Cu、Pb、Zn的分布特征受古气候变化的影响,其原因可能主要是这3个金属元素易以类质同象形式赋存在磁性矿物中;而As、Cd和Hg在剖面中的分布特征与古气候无关。但各重金属元素与源区指示元素的相关性表明其在剖面中的分布特征均受黄土源区物质成分的影响和控制。

堆肥污泥重金属在黄土层中的淋溶迁移试验

采用经强化重金属后的堆肥污泥作为淋溶土柱的重金属来源,通过土柱淋溶试验,研究了堆肥污泥Cd、Ni、Pb、Cu、Zn 5种重金属在黄土层中的垂直迁移特征,探讨了堆肥污泥施用量及不同淋溶水量对黄土层中重金属迁移分布的影响。结果表明,Cd、Ni的淋溶迁移性较好,Pb、Cu、Zn整体迁移性较差。Cd和Cu随淋溶水量增加淋出作用明显增强,增大淋溶水量对Ni和Pb的淋出影响无明显增强,表层土中Zn、Ni、Pb含量随淋溶水量增大而累积,深层土情况各异。