本文關鍵詞：徐州市典型污染源周邊土壤重金屬污染特征及磁學響應研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：本研究選擇徐州市某火電廠、某水泥廠和煤港路附近表土作研究對象,重點考察典型污染源周邊土壤重金屬污染的變異特征及影響因素,探討土壤磁學特性與重金屬污染強度間的相關關系,并建立相應磁學診斷模型,主要結論如下:(1)除煤港路兩側Co外,典型污染源邊表土中十種重金屬含量均高于我國自然褐土中對應的背景值。其中Cd超標最多,是背景值的6~8倍;其次有Cu、Zn、Pb等均在2倍以上;而V、Co、Mn、Fe超標相對較少。(2)半方差函數分析結果為:典型污染源周邊土壤中Cr、Cu、Zn、Cd和Pb等的塊基比介于25%~75%,另有某火電廠邊Mn、Fe和N i,某水泥廠邊Fe和Ni,煤港路兩側Mn和N i的塊基比也大于或接近25%,表明其空間相關性達到或接近中等程度,土壤耕作、工業(yè)生產、交通污染等人為活動改變其空間相關性;而某火電廠附近的V和Co,某水泥廠附近的V、Mn和Co,煤港路兩側的V、Fe和Co等的塊基比均較小(20%),顯示出較強空間相關性,土壤母質、土壤類型、氣候和土壤成因等自然因素起主導作用,受人為因素的影響則較弱。(3)克立格插值法得到的土壤重金屬空間分布圖顯示,某火電廠邊Cu、Zn、Cd和Pb等受隨機因素影響明顯的元素分布格局近似相同,高濃度值多位于廠區(qū)偏北和西南區(qū)域且距離廠區(qū)較近;某水泥廠邊也有類似的情況出現;煤港路兩側Ni、Cu、Zn等呈帶狀和塊狀分布,距離公路較近的地方土壤重金屬濃度較高,隨著距離的增大重金屬含量有逐漸降低的趨勢。根據內梅羅綜合污染指數評價,研究區(qū)土壤接近重度污染,其空間分布圖也有上述類似的變化特征。這與土壤耕作措施、土地利用方式等因素引起變異不符,而更符合由污染源引起的變化特征。污染源周邊靠近西南一側的元素含量相對更高,推測是受到了氣候條件的影響。(4)土壤基本理化性質與重金屬相關關系較復雜。其中除Zn、Pb等兩性元素外,p H與重金屬含量負相關;TOC因吸附作用與多數金屬呈正相關;元素與土壤中砂粒含量負相關,而與粉砂及粘粒含量呈正相關。根據相關、主成分和聚類法分析結果可將十種金屬元素分為三類:某火電廠和某水泥廠附近的Cu、Zn、Cd和Pb,煤港路兩側Ni、Cu和Zn等元素主要來源于相應的污染源;全部區(qū)域上V、Co和Mn以及某火電廠和煤港路附近Fe等元素主要來源于土壤母質;某火電廠周邊Cr和Ni,某水泥廠周邊Cr、Fe和Ni,煤港路兩側Cr、Cd和Pb等元素來源相對復雜,可能既有土壤母質,也有工業(yè)交通污染和農業(yè)污染等。(5)典型污染源周邊表土χlf明顯增強,最大值高達497.6×10-8 m3/kg,比正常值高出近7倍,隨著與污染源距離的增大,χlf有逐漸下降趨勢。煤港路兩側χlf詳細分析結果顯示垂直公路方向χlf特征變化明顯,采樣點距離公路0~15 m內,χlf變化顯著且受氣候條件影響,但在15~40 m內χlf值較低且變化幅度很小,接近于遠離污染源區(qū)域的χlf,這符合交通污染特征。污染源周邊表土χlf與χfd呈負相關,呈現出人類活動污染土壤特征,可推斷污染源周邊磁性增強主要是污染源釋放引起。磁化系數(F300)和退磁系數(S-100)分析表明污染源周邊土壤的磁學特征是亞鐵磁性礦物為主導,但也有少量不完整反鐵磁性礦物的貢獻,其中某火電廠和某水泥廠附近不完整反鐵磁性礦物的比例高于煤港路兩側;SIRM和SOFT值較高,且與χlf的線性關系擬合得較好,指示土壤的磁性礦物以較粗的多疇磁鐵礦顆粒為主,這種顆粒通常由工礦企業(yè)生產、汽車尾氣和其他人為活動引起;污染源周邊χlf和SIRM等磁學參數的空間分布圖與綜合污染指數分布圖相似,預示著磁學性質與重金屬污染之間有較為密切的關系。(6)污染源周邊代表性土樣的磁滯回線呈高瘦形且在250~350m T外磁化場作用下閉合,IRM在300 m T時已達到飽和值的83%~95%,這些都表明樣品中低矯頑力的亞鐵磁性礦物占主導;代表樣品在DAY氏圖上均落在MD區(qū);TDS曲線在580℃附近出現急劇轉折證實樣品中的亞鐵磁性礦物主要為磁鐵礦,MD磁鐵礦顆粒通常是由工業(yè)生產和交通污染等人為因素產生。相關性分析、主成分分析和聚類分析得出χfd與土壤母質、土壤類型和土壤成因等內源性重金屬元素的含量顯著相關;而χlf、SOFT、SIRM、χARM則主要表現為與工業(yè)生產、交通污染和農業(yè)污染等外源輸入的元素相關性較強。利用逐步線性回歸分析可得出典型污染源周邊土壤重金屬元素的多個磁學參數表達式,作為重金屬污染的磁學診斷的數學模型。(7)利用SEM-EDX分析某火電廠和煤港路附近土壤中磁性礦物的形貌特征及其組成成分可發(fā)現,除一些不規(guī)則的形狀外,還有許多球狀的磁性顆粒被檢出,其主要成分是Fe,還含有少量Cu、Zn、Cd和Pb等重金屬元素,表明了土壤中重金屬和磁性顆粒具有共存性,也能初步解釋磁性指標對重金屬污染有指示作用的機理。(8)典型污染源周邊土壤磁學參數與某些重金屬含量的關系表明,磁學參數可作為土壤重金屬污染的代用指標,磁學測量方法簡便、快捷,且具有耗費低、非破壞性等特點,可用于監(jiān)測和評價工業(yè)生產和交通污染等引起的土壤重金屬污染狀況。
【關鍵詞】：環(huán)境磁學 表層土壤 重金屬污染 空間變異性 磁學性質
【學位授予單位】：中國礦業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：X53
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-7
• Abstract7-10
• Extended Abstract10-25
• 變量注釋表25-26
• 1 緒論26-42
• 1.1 土壤重金屬污染的內涵26-27
• 1.2 土壤重金屬污染的研究現狀27-33
• 1.3 環(huán)境磁學在土壤重金屬污染分析中的應用33-35
• 1.4 選題依據和意義35-40
• 1.5 工作量與主要成果40-41
• 1.6 小結41-42
• 2 研究區(qū)背景和實驗方法42-57
• 2.1 研究區(qū)概況42-44
• 2.2 典型污染源的選取44-46
• 2.3 樣品采集與預處理46-48
• 2.4 土壤基本理化性質的測定48-49
• 2.5 土壤重金屬的消解及含量測定49-50
• 2.6 土壤磁學參數的測定50-52
• 2.7 統(tǒng)計及分析方法52-55
• 2.8 小結55-57
• 3 污染源周邊土壤重金屬分布特征57-87
• 3.1 空間變異研究的技術路線57-58
• 3.2 數據預處理58-61
• 3.3 土壤元素背景值61-64
• 3.4 地統(tǒng)計分析64-81
• 3.5 土壤重金屬污染評價81-85
• 3.6 小結85-87
• 4 土壤重金屬污染的多元統(tǒng)計分析87-100
• 4.1 土壤理化性質與重金屬富集87-92
• 4.2 土壤重金屬元素統(tǒng)計分析92-99
• 4.3 小結99-100
• 5 土壤重金屬污染的磁學響應100-147
• 5.1 環(huán)境磁學與磁性礦物100-111
• 5.2 典型污染源周邊土壤的磁性特征111-129
• 5.3 典型污染源周邊土壤重金屬污染的磁學診斷129-141
• 5.4 土壤重金屬污染的磁性礦物控制機理探索141-145
• 5.5 小結145-147
• 6 結論與建議147-152
• 6.1 主要結論147-150
• 6.2 創(chuàng)新點150
• 6.3 進一步研究的建議150-152
• 參考文獻152-168
• 作者簡歷168-170
• 學位論文數據集170

  本文關鍵詞：徐州市典型污染源周邊土壤重金屬污染特征及磁學響應研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：272323