苏南耕地重金属污染和酸化特征及碳酸盐矿物的响应

发布时间：2017-06-19 12:12

  本文关键词：苏南耕地重金属污染和酸化特征及碳酸盐矿物的响应，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着社会发展,土壤环境问题逐渐成为威胁国民经济的持续发展的严重阻碍,而耕地土壤的重金属污染是人们长期以来关注的热点问题。自上个世纪中期以来,人们围绕土壤重金属污染和土壤酸化问题及其对农作物的影响展开了大量研究,对重金属污染土壤的修复提出了多种方案。尽管如此,人们对区域实际条件下的耕地土壤重金属富集变化、pH值分布特征及碳酸盐矿物的赋存和淋溶规律尚不十分明确,对土壤pH值变化规律及其对重金属富集的影响研究较少,对碳酸盐矿物含量变化对重金属污染风险的影响也仍处于探索阶段。本文立足于拥有悠久农业历史的苏南地区,通过野外调查、实验分析和数据处理等综合研究,深入调查了该区土壤重金属污染和土壤酸化的地球化学特征及富集变化特征,并以土壤碳酸盐矿物为切入点,研究其地球化学特征及对土壤酸化和重金属污染的影响。获得了以下主要认识：(1)苏南地区2010s土壤重金属元素空间分布总体上以太湖为界,东部苏州、无锡地区土壤重金属含量高于西部南京、镇江地区。超标土壤主要分布在镇江、无锡、江阴、张家港、苏州等城市周边地区,与Se元素分布格局吻合较好。元素相关性分析表明,土壤重金属富集与人类活动密切相关,而土壤富硒可以分为自然成因和重金属富集成因两类。重金属人为源的特征研究,对土壤重金属污染源解析以及富硒土壤调查均有帮助。(2)苏南地区2010s土壤酸碱度空间分布呈现西酸东碱格局。对比1980s、2003、2010s三期数据,发现土壤pH值变化呈现阶段性规律,其中以镇江地区先碱后酸和苏州-吴江-昆山地区先酸后碱两种模式最为典型。而对苏州郊区、太仓地区和张家港地区三个典型区域土壤pH值的进一步研究表明,2010年至2015年期间三地发生不同程度的酸化,以苏州郊区的土壤酸化最为明显(ΔpH=-1.0),太仓地区次之(ΔpH=-0.36),张家港地区则未呈现明显变化。土壤pH值的降低会导致重金属污染加剧,苏南地区大多数Cd、Hg或Cu超标土壤均出现过明显酸化,表明土壤重金属富集与土壤酸化具有密切的内在联系。(3)受土壤酸化影响,苏州、太仓、张家港三个地区2010年土壤碳酸盐平均含量为3.0%,白云石平均含量为1.2%；而2015年土壤碳酸盐含量平均值为2.1%,白云石平均含量为0.7%。土壤剖面上的碳酸盐含量分布指示了碳酸盐矿物在三个区域呈现出不同程度的淋溶特征。以剖面深度100cm为界限,苏州郊区土壤方解石和白云石已经全部淋失；太仓地区表层土壤方解石和白云石将近完全淋失,深部白云石损耗较少,方解石出现淀积层位；张家港地区表层方解石部分淋溶,深部淀积不明显,而白云石则尚未发生淋溶。(4)碳酸盐矿物在淋溶流失的同时,也接收着人为端元的物质输入。碳酸盐含量与土壤pH值的对应关系指示了2003年苏州郊区表层土壤中不含碳酸盐矿物,而2010年当地土壤碳酸盐矿物的出现则表明其补给来源与城市建设等人类活动有关。土壤碳酸盐矿物对土壤酸化和重金属污染具有重要的影响作用。碳酸盐含量的变化是苏南土壤pH值时空变化的主要驱动力,而土壤pH值降低又与土壤重金属超标污染的出现具有一致性。苏南地区重金属含量较高的二级土壤集中分布于碳酸盐淋溶地区,随着该区碳酸盐矿物的减少以及酸化的加剧,这些土壤将被归为超标类别,该区土壤重金属污染风险将大大提高。
【关键词】：耕地 重金属 土壤pH值 碳酸盐矿物 地球化学
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X53
【目录】：

• 中文摘要6-8
• 英文摘要8-16
• 第一章 绪论16-28
• 1.1 土壤重金属污染与酸化的研究背景与研究意义16-18
• 1.2 土壤重金属地球化学及酸化与碳酸盐矿物的研究进展18-22
• 1.2.1 土壤重金属富集研究18-19
• 1.2.2 土壤酸化与修复研究19-21
• 1.2.3 碳酸盐矿物研究在耕地系统中的进展21-22
• 1.2.4 碳酸盐影响下重金属污染与土壤酸化的研究不足及存在的问题22
• 1.3 研究目标、内容、思路与技术路线22-26
• 1.3.1 研究目标23
• 1.3.2 研究内容23-24
• 1.3.3 研究思路与技术路线24-26
• 1.3.4 主要成果与创新点26
• 1.4 工作量统计26-28
• 第二章 研究区区域地质地理环境及土壤类型概况28-33
• 2.1 苏南地区自然地理与经济地理概况28-29
• 2.2 区域地质背景与基岩分布29-31
• 2.3 苏南地区成土母质分布与主要土壤类型31-33
• 第三章 样品采集与分析方法33-46
• 3.1 样品采集与处理33-36
• 3.1.1 表层土壤样品采集33-35
• 3.1.2 土壤剖面分层样品采集35-36
• 3.2 样品分析方法36-44
• 3.2.1 土壤元素化学分析方法36-38
• 3.2.2 土壤pH值测量方法38-39
• 3.2.3 土壤碳酸盐含量测量方法39-42
• 3.2.4 土壤矿物组分与粒度分析方法42-43
• 3.2.5 土壤白云石鉴定方法43-44
• 3.2.6 土壤白云石主微量元素分析方法44
• 3.2.7 土壤白云石碳氧稳定同位素测试方法44
• 3.3 土壤重金属污染评估方法44-45
• 3.4 数据GIS计算处理方法45-46
• 第四章 苏南耕地土壤元素地球化学特征及重金属评估46-66
• 4.1 土壤元素地球化学特征及空间分布46-56
• 4.1.1 土壤主量元素含量与分布特征46-48
• 4.1.2 土壤微量元素含量分布及富硒特征48-51
• 4.1.3 土壤重金属元素地球化学特征及空间分布51-56
• 4.2 土壤重金属污染评估56-60
• 4.3 土壤重金属与硒元素的相关分析60-64
• 4.4 本章小结64-66
• 第五章 土壤pH值时空变化特征及其对重金属污染的影响66-78
• 5.1 土壤pH空间分布格局及其影响因素66-69
• 5.1.1 苏南耕地土壤pH空间分布格局66-68
• 5.1.2 影响土壤pH值空间分布的主要因素68-69
• 5.2 土壤pH值的时空变化特征69-74
• 5.2.1 土壤pH值在30年间的时空变化69-72
• 5.2.2 典型地区土壤pH值近5年变化特征72-74
• 5.3 土壤pH值变化对重金属污染的影响74-76
• 5.4 本章小结76-78
• 第六章 碳酸盐矿物的地球化学特征及其对重金属污染的影响78-100
• 6.1 典型地区土壤矿物组分及粒度特征78-81
• 6.2 土壤碳酸盐矿物的形态特征及物源分析81-87
• 6.2.1 碳酸盐矿物形态特征81-84
• 6.2.2 白云石物源分析84-87
• 6.3 土壤碳酸盐矿物的空间分布及变化特征87-93
• 6.3.1 表层土壤碳酸盐矿物的分布特征87-90
• 6.3.2 土壤碳酸盐矿物的纵向分布及淋溶特征90-93
• 6.4 碳酸盐矿物对土壤酸化和重金属污染的影响93-98
• 6.4.1 碳酸盐矿物对土壤pH值变化的响应与驱动93-95
• 6.4.2 土壤重金属污染对碳酸盐矿物含量变化的响应95-97
• 6.4.3 碳酸盐矿物研究对土壤重金属污染修复的环境意义与展望97-98
• 6.5 本章小结98-100
• 第七章 结论100-102
• 参考文献102-109
• 致谢109-110

【参考文献】

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