【某矿区周边土壤理化性质与重金属含量分布分析案例4500字】

某矿区周边土壤理化性质与重金属含量分布分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u6487某矿区周边土壤理化性质与重金属含量分布分析案例 1310111.1土壤基本理化性质 1250721.1.1土壤粒度分布特征 3168751.1.2pH值特征 4312401.1.3有机质含量 451061.2土壤重金属的含量与分布 4246111.2.1重金属总量及其空间分布特征 4193791.2.2剖面重金属含量及变化规律 6324561.2.3重金属锑的存在形态及其空间分布特征 7土壤基本理化性质表SEQ表\*ARABIC3矿区周边土壤基本理化性质样品粒度分布（%）pHTOCClaySiltSand%132.8746.7820.357.776.61226.9434.5738.496.435.36340.1448.3111.568.095.84413.0147.2839.717.688.92566.6933.310.007.476.48641.9151.616.496.897.45737.3651.9110.737.955.75838.1455.096.777.867.44940.2754.744.997.816.991028.0962.479.446.589.201135.1850.6714.157.764.581248.9242.728.367.096.131323.6869.816.515.406.11149.1573.8317.027.4817.301523.9660.2615.787.757.441637.1752.6810.155.914.741738.4258.453.125.384.901823.7664.9411.307.738.82193.7070.6325.676.5410.972033.9463.332.737.904.082141.4847.6110.917.662.902217.4561.2621.295.445.692325.4568.396.177.904.812418.7866.8814.345.094.17252.8670.9526.195.566.312621.9156.4921.607.658.38277.804.572841.4757.091.446.302.522944.8650.244.906.965.313098.911.090.007.054.353157.2137.615.185.985.883242.5555.062.395.013.183336.2744.8518.887.945.673491.548.460.005.787.623550.4445.014.556.787.153698.321.680.006.7411.843744.2650.035.725.535.193821.2059.8518.957.952.833917.9871.0011.025.163.994016.4262.9420.645.984.954115.8570.4613.697.815.884216.8740.5442.595.624.194353.8339.356.825.183.51445.725.294569.7230.280.006.203.054644.4247.338.247.146.114742.9150.526.577.145.084859.7136.713.586.425.594939.1552.917.956.795.845037.7759.622.616.286.225147.6748.813.516.055.17525.4879.4515.076.677.645334.7462.642.638.193.355460.6735.134.205.714.16P-110.1983.736.087.095.19P-278.2719.062.677.184.41P-348.4347.084.496.974.26P-465.2734.730.007.124.50P-564.3131.364.337.134.42M-129.6060.889.524.633.95M-257.0138.314.694.342.86M-333.3459.087.584.311.61M-429.0960.5510.364.361.45M-528.6554.8316.524.411.32最小值2.861.090.004.311.32最大值98.9183.7342.598.1917.30平均值38.8050.8610.346.605.59中位值37.5752.297.206.795.24标准差21.2016.619.451.102.52变异系数54.65%32.66%91.35%16.62%45.05%注：TOC：总有机碳土壤粒度分布特征实验结果显示，锡矿山周边地区64个样品的平均径介于0.47μm~296.56μm之间，全部样点的平均粒度值约为32.74μm，变异系数为174.09%。根据国际泥沙分类标准（小于2μm划分为粘粒，2~50μm为粉粒，大于50μm为砂粒），将研究区土壤粒度划分为三类，含量由高到低依次为粉粒（50.86%）>粘粒（38.80%）>砂粒（10.34%），由此可知，锡矿山周边地区土壤的机械组成以粉粒和粘粒为主，土壤平均粒度较小。由平均径和各组分的变异系数看出，虽然土壤的机械组成相差不大，但平均径和各组分占比差异较明显。较细的粒度主要分布在研究区的西北部、西南和东部部分地区，中部颗粒逐渐变大，存在颗粒较大的集中分布区，这很可能与该区的社会活动方式有关。市内大量的采矿集团以及矿区主要分布在西北部，依矿山而建，大量的扬尘和较多的大气颗粒物势必会使得该区地表的土壤粒度较细，而中部主要是城区、林地和农田，活动强度不高，颗粒物排放量相较西北部低，土壤粒度相对较粗。一般情况下，同质量的土体平均粒径越小，相对表面积越大，则对元素的吸附能力也越大，且小于100μm的颗粒物质更容易在外动力条件下发生空间上的迁移，而研究区土壤的平均粒度只有32.74μm，意味着研究区可能面临更高的重金属污染风险。pH值特征土壤的酸碱性往往会对重金属元素的赋存量及赋存形态产生一定影响，通常情况下，大部分重金属元素的生物活性及迁移能力随pH值的减小而增强。锡矿山周边地区土壤的pH值介于4.31~8.19之间（表2），平均值为6.60，约有71.88%的样点pH值低于7.5，说明该区域的土壤环境以中性为主（6.5~7.5之间），部分地区略偏酸性，变异系数为16.7%，可知研究区土壤pH值的变化差异相对显著。矿区及矿产企业所在区域的pH值明显变小，范围约介于4.40~6.30，在西南方向也有pH较低的集中分布区，分布有小型的矿产。由于多种金属元素都有酸性越强，阳离子越容易淋失的特点，使得生物活性增强，进入生物体的概率变大。有机质含量锡矿山周边地区土壤的平均有机质含量介于1.30%~17.30%之间，平均含量约为5.59%，变异系数为45.05%，可见，研究区土壤的有机质不仅含量较高（有机质含量>4%），而且含量差异也比较大。较高含量的有机质样点集中分布在涟溪河沿程及研究区东北部，河两岸主要是农田，有机质含量较高。土壤重金属的含量与分布重金属总量及其空间分布特征表SEQ表\*ARABIC4研究区土壤重金属正态性检验正态性检验分析结果元素平均值mg/kg标准差偏度峰度Kolmogorov-Smirnov检验Shapro-Wilk检验统计量D值p统计量W值pSb199.264632.4135.31830.1720.370.000**0.3180.000**Zn161.84690.0042.2966.3310.1930.000**0.7620.000**Pb43.32323.4104.06322.6730.2060.000**0.6420.000**Cu32.44116.9572.70310.2790.2180.000**0.750.000**Ni41.06216.2820.730.3030.130.034*0.9350.008**Cr98.80228.3490.1111.4090.110.1390.9710.25*p<0.05**p<0.01表SEQ表\*ARABIC5研究区土壤重金属全量描述性统计特征SbZnPbCuNiCr样本量565656565656最小值0.40754.60816.9638.1616.35119.968最大值4314.846525.446164.079117.79480.981179.118平均值199.264161.84643.32332.44141.06298.802中位值39.136138.09839.36627.56336.62596.487标准差632.41390.00423.41016.95716.28228.349变异系数317.37%55.61%54.04%52.27%39.65%28.69%分布形式偏态分布偏态分布偏态分布正态分布湖南土壤背景值2.9895.0027.0027.3032.0068.00样本总数为56个，重金属含量均有检出，从上表可以看出，采样点土壤元素Sb、Zn、Pb、Cu、Ni、Cr含量的平均值分别达到199.264mg/kg（0.407~4314.847mg/kg），161.846mg/kg（54.608~525.446mg/kg），43.323mg/kg（16.963~164.079mg/kg），32.441mg/kg（8.161~117.794mg/kg），41.062mg/kg（6.351~80.981mg/kg），98.802mg/kg（19.968~179.118mg/kg），分别是湖南省背景值的66.86、1.70、1.60、1.19、1.28、1.45倍。其中Sb含量的最大值达到湖南土壤背景值的1447.92倍，其他重金属含量最大值超标范围在2.53~6.08倍之间。六种元素的中位值均低于平均值水平，说明平均值受到土壤重金属高浓度样点的影响较大，各元素的含量分布更集中于低于平均值一侧。土壤重金属含量变异系数由大到小排列依次为Sb、Zn、Pb、Cu、Ni、Cr，六种重金属元素的含量均表现出较强的变异规律，其中Sb的变异系数大于1，高达317.37%，反映出该元素的空间分异性较大，初步推测存在着地域差异和可能受人为活动的影响，在一定程度上存在着点源污染。研究区Cu、Pb、Zn的变异程度均超过了50%，其重金属来源具有同源性，总体含量较高，区内分布着铅锌矿和煤矿，与土壤本底值丰度较高一致。对重金属元素含量的数据进行正态分布检验，参与检验的样本总数为56个，适用检验小样本（小于50）的S-W检验，由上表可以看出，Sb和Pb部分偏移且且峰值较高，Cr元素的含量分布形式服从正态分布。正态性检验要求严格，一般情况下很难满足，如果峰度绝对值小于10并且偏度绝对值小于3，则说明数据虽然不是绝对正态，但基本可接受为正态分布，故Zn、Cu、Ni三种重金属元素呈偏态分布形式，Sb和Pb不服从正态分布。剔除一些异常值后，在研究区西北部和东南部Sb元素的含量仍然很高，其分布趋势呈现为经过矿区的西北至东南走向，究其原因，锡矿山盛产锑矿，自身本底值极高，锑矿的开采将部分矿物暴露于地表环境，加剧了重金属向环境释放的速率，而冶炼区、尾渣区等锑矿精炼、提取的场所并未与矿区完全重合，但这些地方极易造成锑的积累富集，处理不当会造成极严重的污染，从而出现了比矿区Sb含量还高的分布区，此外，锑矿处理工艺中产生的大量废气废水废渣处理后仍含有大量的Sb，废气中的含Sb颗粒物随该区盛行的西北—东南风向经过干湿沉降进入地表土壤，废滤液尾矿堆中的Sb也会随孔隙水渗滤进地表土壤，或随地表径流进入周边土壤。用克里金插值法与反距离插值法得到的Zn空间分布图在分布规律上有较高的一致性，具有较为明显的点源富集特征。锑矿区内含量较低，含量较高的样点集中分布于涟溪河上游及研究区西南部。用克里金插值法与反距离插值法得到的Pb元素空间分布图，在含量和分布规律上都有较高的一致性。与Zn元素空间分布对比发现，两种元素的富集污染区有较高的重合性。由Cu元素含量空间分布图可知，Cu元素含量分布在大范围上呈现从东北方向至西南方向逐渐增加的趋势，存在小范围内的含量较高的点源污染，整体上看该元素在研究区范围内分布较为均匀，元素含量范围跨度较小（极差为74mg/kg）。Ni元素空间分布图显示，含量较高的点集中分布在东北部和东部，涟溪河中游地区存在含量较高的点。结合实验数据及Cr反距离法插值空间分布图，60.7%的样点Cr元素含量介于80.00~120.00mg/kg之间，Cr元素在研究区内未表现出明显的富集现象。剖面重金属含量及变化规律表SEQ表\*ARABIC6剖面重金属含量及变化规律Mg/kgSbZnPbCuNiCr剖面1-112.256288.386830.880126.441841.5639104.2655剖面1-26.836082.348030.187926.031936.2095119.1809剖面1-35.414188.516224.298522.908045.4073105.7574剖面1-43.588093.753620.285134.312660.0568127.1934剖面1-54.785873.280519.296132.443147.2433127.0487剖面2-181.469458.103926.681614.787319.127648.5478剖面2-224.107586.220611.735218.441838.664571.5620剖面2-310.9498107.968111.244315.234547.988660.7064剖面2-49.143992.52989.348812.149036.561146.6236剖面2-57.389592.828711.292815.222534.991155.4471湖南背景值2.9895.0027.0027.3032.0068.00选取两个剖面样点的经纬度分别为剖面1（N111.5596,E27.70318）和剖面2（N111.4786,E27.77826），从地表向下挖50cm，每10cm作为一个样品，测得重金属含量数据如上表所示。剖面1为距离锡矿山较远的林地土壤，剖面2为锡矿山周边山地土壤。首先从两个剖面各元素的含量差异来看，两个剖面在元素Sb、Pb、Cu、Cr的含量上存在较大差异，剖面1在Pb、Cu、Cr的含量更高，剖面1中Cr含量高出近2倍，而剖面2中Sb元素含量高出近6.64倍，这与样点所处地质背景有关，剖面2受锑矿区影响较大，两剖面在Zn、Ni、Cr元素含量上没有表现出明显的差异。其次，与湖南土壤背景值对比，Sb含量远超湖南土壤背景值，分别达到近4倍和27倍，说明该区可能普遍受到锑矿区的影响，Zn和Ni元素含量与背景值差别不大，Pb和Cu略低于背景值，Cr受母质影响呈现出分异的规律。从单个剖面垂向上看，Sb元素明显呈现随深度加深含量逐渐递减的规律，说明该区可能受到Sb元素的污染，但主要为表层土壤（0~20cm）污染，尚未渗透至深层土壤，其他元素在单一剖面中随深度的变异并不明显，说明受到人为扰动的影响较小，元素含量主要受自然丰度和母质差异影响。重金属锑的存在形态及其空间分布特征土壤中的重金属元素往往以不同形态赋存。根据锑元素各种形态的生物有效性可以分为非特异性吸附态(F1)、特异性吸附态(F2)、无定形铁铝氧化物结合态(F3)、晶质铁铝氧化物结合态(F4)及残渣态(F5)。其中，非特异性吸附态和特异性吸附态容易被生物吸收，合称为可利用态（酸提取态），通常该相态占比大于10%时，表征重金属元素的生物有效性高、生物毒性大；无定形铁铝氧化物结合态和晶质铁铝氧化物结合态在一定条件（还原或氧化条件）下可被生物吸收，即为潜在可利用态，其生物活性与毒性相对较低；残渣态是稳定态，不能被生物所吸收，即为不可利用态，其毒性可以忽略。表SEQ表\*ARABIC7Sb元素各形态百分比F1F2F1+F2F3F4F3+F4F5最小值0.15%0.76%0.98%0.86%7.39%28.31%23.51%最大值5.09%7.31%10.18%46.80%40.51%68.73%68.44%平均值1.62%3.32%4.94%27.73%19.25%46.97%48.08%中位值1.25%2.90%4.20%30.37%18.17%48.96%45.72%标准差0.01070.01750.0260.11280.07880.12070.1281变异系数66.47%52.62%52.64%40.68%40.92%25.68%26.65%共对32个土壤样品进行Sb元素分步提取，根据Wenzel五步连续提取结果可知，Sb元素赋存相态中，非特异性吸附态和特异性吸附态比例介于0.98%~10.18%之间，平均占比为4.94%，说明Sb的迁移能力较弱；无定形铁铝氧化物结合态和晶质铁铝氧化物结合态比例介于28.31%~68.73%之间，平均占比为48.96