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.pdf

1、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：
　?。?）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

2、方差函數(shù)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M n、Fe和N i，某水泥廠邊Fe和Ni，煤港路兩側Mn和Ni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(chǎn)、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(zhì)、

3、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(xiàn)；煤港路兩側Ni、C u、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(jù)內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)評價

4、，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(zhì)與重金屬相關關系較復雜。其中除Zn、Pb等兩性元素外，pH與重金屬含量負相關；TOC因吸附作用與多數(shù)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(jù)相關、主成分和聚類

5、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、C u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(zhì)；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(zhì)，也有工業(yè)交通污染和農(nóng)業(yè)污染等。
　?。?）典型污染源周邊表土χlf明顯增強，最大值高達497.6

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(nèi)，χlf變化顯著且受氣候條件影響，但在15~40 m內(nèi)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(xiàn)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(shù)（F3

7、00）和退磁系數(shù)（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(chǎn)、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(shù)的空間分布圖與綜合污染指數(shù)分布圖相似，預示著磁學性質(zhì)與重金

8、屬污染之間有較為密切的關系。
　?。?）污染源周邊代表性土樣的磁滯回線呈高瘦形且在250~350mT外磁化場作用下閉合，IRM在300 mT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(xiàn)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(chǎn)和交通污染等人為因素產(chǎn)生。相關性分析、主成分分析和聚類分析得出χfd與土壤母

9、質(zhì)、土壤類型和土壤成因等內(nèi)源性重金屬元素的含量顯著相關；而χlf、SOFT、SIRM、χARM則主要表現(xiàn)為與工業(yè)生產(chǎn)、交通污染和農(nóng)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(shù)表達式，作為重金屬污染的磁學診斷的數(shù)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(xiàn)，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