作為我國重要的煤炭工業(yè)基地,淮南市為我國經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展提供了大量能源。建國以來近半個多世紀(jì)的煤炭開采,對礦區(qū)生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重影響,特別是由于煤炭開采引起地表沉陷,使地表變形,坡度加大,土壤侵蝕加重,造成了土地資源嚴(yán)重破壞,引起土壤質(zhì)量下降。土地復(fù)墾是恢復(fù)礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的重要途徑,而復(fù)墾區(qū)土壤肥力質(zhì)量的恢復(fù)狀況以及地下水的安全性是礦區(qū)土地復(fù)墾成功與否的關(guān)鍵。本研究針對淮南礦業(yè)集團(tuán)礦區(qū)生態(tài)環(huán)境建設(shè)的需求,以張集礦復(fù)墾區(qū)土壤和地下水為研究對象,通過相關(guān)資料收集、室外現(xiàn)場調(diào)查和室內(nèi)分析,采用時空對比法,系統(tǒng)研究了張集礦復(fù)墾區(qū)土壤的理化性質(zhì)變化規(guī)律和地下水重金屬污染特征,對復(fù)墾土壤肥力質(zhì)量、煤矸石對地下水重金屬累積特征影響和地下水潛在生態(tài)風(fēng)險進(jìn)行了評價,主要研究結(jié)果如下: (1)復(fù)墾土壤物理特性變化特征 不同層次土壤容重隨復(fù)墾時間增加呈現(xiàn)下降趨勢。0～20 cm土層容重降低幅度最大,20～40 cm次之,而40～60 cm土層最小;與對照土壤容重相比,各土層土壤容重偏高。0～20 cm土層團(tuán)粒結(jié)構(gòu)(0.25～2 mm)組成呈現(xiàn)增加趨勢,與復(fù)墾初期相比提高27.73%;而20～40 cm和40～60 cm土層土壤則變化不大,各層土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)組成低于對照水平。復(fù)墾土壤孔隙度變化規(guī)律與土壤容重相似。不同土層土壤含水量變化存在一個相似之處,即在復(fù)墾0.5 a、1.5 a和2.5 a時,土壤含水量較復(fù)墾1.0 a、2.0 a和3.0 a時要高,其變化趨勢呈現(xiàn)波浪式變化。 (2)復(fù)墾土壤化學(xué)特性變化特征 復(fù)墾土壤有機(jī)質(zhì)含量在復(fù)墾的3.0 a內(nèi)有明顯的改善,特別是0～20 cm土層土壤,較初期提高了148.00%,而20～40 cm和40～60 cm土層土壤增幅降低,分別為30.54%和25.05%,各層復(fù)墾土壤有機(jī)質(zhì)含量低于對照水平。0～20 cm土層復(fù)墾土壤pH值在復(fù)墾的3.0 a內(nèi)有明顯的改善,與對照土壤pH值差異較小。而20～40 cm和40～60 cm土層土壤pH值則遠(yuǎn)高于對照農(nóng)田土壤水平。 復(fù)墾土壤全氮、全磷和全鉀在復(fù)墾期內(nèi)變化不一致,僅0～20 cm土層全氮、全磷和全鉀含量均為提高,分別為28.29%,3.07%和7.63%。而20～40 cm土層和40～60 cm土層全氮、全磷和全鉀則升降幅度不一。原因在于復(fù)墾土壤的全量養(yǎng)分水平主要受土壤母質(zhì)影響,復(fù)墾后的耕作措施對其影響較小。復(fù)墾土壤速效N、速效P和速效K隨復(fù)墾時間增加而遞增�？傮w而言,速效養(yǎng)分隨土壤深度增加增幅下降,0～20 cm土層提高幅度最大,復(fù)墾措施較好地提高土壤速效養(yǎng)分水平,同時各層復(fù)墾土壤含量低于對照相應(yīng)層次農(nóng)田土壤含量水平,今后應(yīng)加強(qiáng)復(fù)墾土壤培肥措施,以提高土壤養(yǎng)分水平。 復(fù)墾土壤微量元素有效態(tài)Cu, Zn, B和Mo的含量變化規(guī)律不一�？傮w而言,0～20 cm土層土壤微量元素隨著復(fù)墾時間增加有所提高;而20～40 cm和40～60 cm土層微量元素則隨復(fù)墾時間增加呈現(xiàn)一定的波動性變化。 (3)復(fù)墾區(qū)土壤肥力質(zhì)量變化綜合評價 主成分分析法和模糊數(shù)學(xué)法被引入復(fù)墾土壤肥力質(zhì)量評價中,結(jié)果表明:復(fù)墾土壤肥力質(zhì)量隨深度增加而下降,與對照正常農(nóng)田土壤肥力變化規(guī)律一致;此外,與對照相應(yīng)土層土壤肥力質(zhì)量相比,復(fù)墾土壤各層肥力質(zhì)量略低,土層由上到下分別達(dá)到正常農(nóng)田土壤肥力的92.68%,90.63%和88.33%,復(fù)墾土壤在耕作措施和人工施肥的作用下,土壤肥力質(zhì)量已經(jīng)達(dá)到正常農(nóng)田肥力水平的90%左右,復(fù)墾取得了良好的效果。 (4)煤矸石對復(fù)墾區(qū)地下水重金屬累積特征影響評價 復(fù)墾區(qū)地下水重金屬含量在復(fù)墾期內(nèi)有不同程度的提高,其中金屬Cd, Hg,和Pb的含量超過了對照家用井水的重金屬含量水平,而只有As的含量較對照含量水平低。尼梅羅綜合污染評價指數(shù)表明:復(fù)墾的3.0 a內(nèi)煤矸石對地下水重金屬累積影響持續(xù)增強(qiáng)。復(fù)墾3.0 a時監(jiān)測井Ⅰ和監(jiān)測井Ⅱ的綜合污染指數(shù)分別為3.044和3.109,這一結(jié)果表明煤矸石對地下水重金屬的累積作用達(dá)到了“強(qiáng)烈影響”狀態(tài)。而監(jiān)測井Ⅲ的綜合污染指數(shù)為2.779,煤矸石對地下水重金屬的累積作用為“適度影響”狀態(tài)。 (5)復(fù)墾區(qū)地下水潛在生態(tài)風(fēng)險評價 復(fù)墾區(qū)Ⅰ和復(fù)墾區(qū)Ⅱ地下水重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險水平較高,達(dá)到了“強(qiáng)”的生態(tài)風(fēng)險等級,而復(fù)墾區(qū)Ⅲ地下水生態(tài)風(fēng)險等級略低,為“中等”生態(tài)風(fēng)險等級。其原因在于煤矸石中的Cd和Hg的富集程度較大,分別達(dá)到了“很高”和“中等”富集水平;同時它們的毒性系數(shù)較大,從而引起了地下水重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險水平較高。 基于地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GBT14848-93),在復(fù)墾的3.0 a內(nèi),復(fù)墾區(qū)地下水重金屬的含量全部優(yōu)于Ⅱ級標(biāo)準(zhǔn),因此,地下水符合各類用水標(biāo)準(zhǔn)。
【學(xué)位單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2011
【中圖分類】：S158;X523
【部分圖文】：

圖 2-1 復(fù)墾區(qū)監(jiān)測井位置示意圖Figure 2-1 Location of monitor well in reclamation areas礦區(qū)開采以來土地塌陷非常嚴(yán)重，其塌陷狀況是整個淮南礦一個縮影。而復(fù)墾區(qū)土地肥力恢復(fù)狀況和地下水重金屬的污復(fù)墾工程的成效。因此，選擇淮南張集礦復(fù)墾區(qū)為研究區(qū)域效，在此基礎(chǔ)上總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，對于今后進(jìn)一步指導(dǎo)淮南礦區(qū)塌復(fù)墾工作有著重要意義。采集與處理（Samples Collection and Processin壤肥力質(zhì)量變化研究樣品樣的采集點(diǎn)選擇在張集礦區(qū)復(fù)墾工程的一期復(fù)墾地上，對照場地為復(fù)影響的正常農(nóng)田。由于土壤的成分分布不均，因此采樣時沿照隨機(jī)、等量的原則進(jìn)行采樣，同時每個采樣地選擇不少于

圖 2-2 監(jiān)測井剖面結(jié)構(gòu)圖Figure 2-2 Vertical section structure of monitor well及土壤樣品的采集處理為三個監(jiān)測井旁邊的復(fù)墾地和家用井旁邊的正常農(nóng)田土壤 日分別采集矸石樣品和土壤樣品，采集樣品后壓好標(biāo)簽，的預(yù)處理方法和步驟進(jìn)行處理，以備分析測定之用。測定方法（AnalysisApproach）壤物理指標(biāo)及其測定方法重：環(huán)刀法[114,115]壤含水量：烘干法[117,118]隙度：容重?fù)Q算法[114,116]粒結(jié)構(gòu)：機(jī)械篩分法[114]壤化學(xué)指標(biāo)及其測定方法[119-122]
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2863131