徐州城市表层土壤重金属污染特征与环境磁学响应

发布时间：2019-11-08 03:05

【摘要】：近年来,工业生产、交通运输、城乡建设等经济发展过程带来严重的城市重金属污染。本论文以徐州城市表层土壤为研究对象,研究不同功能区域(工业区、交通区、居民区和绿地区)土壤中10种重金属元素(Ti、Cr、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、Mo、Cd、Pb)的富集、空间分布、来源等污染特征,结合多元统计、环境磁学、扫描电子显微镜/能谱仪(SEM/EDX)、X射线衍射仪(XRD)等分析手段,调查了徐州城市表层土壤磁学特征,探讨了重金属元素浓度与磁学参数的关系,取得了如下主要成果:1、研究区域Ti、Cr、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、Mo、Cd和Pb共10种重金属元素中,Cr、Ni、Cu、Zn、Mo、Cd和Pb含量高于背景值。其中,Cd的平均含量为背景值的5.8倍;Zn的平均含量为背景值的2.24倍;Cr、Ni、Cu、Mo和Pb的含量为背景值的1.12~1.77倍。多元统计分析结果表明:Ti和Mn主要来自于土壤母质;Cu、Zn、Cd、Pb和Fe主要来自于人类活动。Cu、Fe、Zn、Cd、Pb等5种元素的块基比在0.25~0.75之间,说明这些重金属元素具有中等程度的空间相关性,可能受到了人类活动的影响;Ni、Cr、Ti、Mo、Mn的块基比≤0.25,说明其空间变异以相关性变异为主。城市中心区域表土中Pb、Cd、Cu、Zn、Fe浓度高于人为活动密度相对较低的市郊区域。2、研究区域的土壤磁化率(χ)平均值为234.6×10-8 m3·kg-1,远高于背景值,说明研究区域表土中存在较强的人为来源的磁性矿物的富集。SOFT与SIRM呈极显著正相关关系,说明MD和PSD晶粒的亚铁磁性物质是研究区域土壤磁性的主要贡献者。热磁和磁滞回线分析结果表明,工业区、交通区和居民区代表性样品的磁学特征主要由磁铁矿主导,绿地区样品除了磁铁矿以外还显示了高矫顽力的赤铁矿的存在。磁化率(χ)、饱和等温剩磁(SIRM)和软剩磁(SOFT)在空间分布上均呈现了东北部徐州钢铁厂附近的工业区最高,交通密度大的道路附近表土次高,居民区和绿地区较小的趋势,说明工业区、交通区、居民区的磁性颗粒浓度大于绿地区。3、运用逐步回归的方法,建立了表层土壤中Zn、Pb、Fe、Cu和Cd等重金属元素的磁学诊断模型,并初步得到徐州城市表层土壤重金属的磁学诊断标准:当χARM64×10-8 m3·kg-1和SIRM278×10-5 A·m2·kg-1时,可以判断研究区域土壤重金属基本无污染;当64×10-8 m3·kg-1≤χARM147×10-8 m3·kg-1和278×10-5A·m2·kg-1≤SIRM1278×10-5 A·m2·kg-1时,研究区域土壤重金属轻度污染;当147×10-8 m3·kg-1≤χARM230×10-8 m3·kg-1,1278×10-5 A·m2·kg-1≤SIRM2278×10-5 A·m2·kg-1时,研究区域土壤重金属中度污染;当χARM≥230×10-8 m3·kg-1和SIRM≥2278×10-5 A·m2·kg-1时,表明研究区域出现重污染。4、对燃煤飞灰、建筑材料(水泥)、路面尘和土壤中提取的磁性矿物进行SEM/EDX分析,结果表明所有磁性提取物大多表现出典型的人为活动产生的磁性颗粒外形;元素分析结果表明,磁性组分对Cu、Zn、Cd、Pb有不同程度的富集。
【图文】：

大气Pb排放结构

示意图,磁滞回线,示意图,反铁磁性物质

1 绪论于铁磁性、亚铁磁性和反铁磁性物质，当施加的外加磁场增大到超值时，，磁化特征将出现一个重要的变化，此时，一旦去掉外加磁场度的变化落后于外加磁场的变化，这种现象称为磁滞现象。当外加物质仍具有剩余磁化强度。抗磁性物质和顺磁性物质在磁化过程中场强度之间可逆，无剩余磁性，因此磁化曲线应为直线；而铁磁性反铁磁性物质的磁化曲线则表现出复杂的磁滞回线特征（见图 1-3
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X53

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