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土壤酸化和重金属污染是矿业活动中两大突出环境问题,由于其对人体健康及生态环境存在严重风险,越来越引起人们的广泛关注。本研究以广西环江为例,通过资料收集、野外采样和室内分析测试,对该地区的土壤的酸性污染物和重金属的空间分布进行探讨。常规化学分析并结合X-ray,EXAF和Pb同位素的测定结果,探寻大面积农田土壤酸化的成因,了解矿业活动导致土壤酸化的空间分布特征,结合土壤剖面的酸化和重金属分布特征。确定矿渣污染的深度,评价Pb、Zn和As的生态风险,并针对不同的酸化特征提出相应的控制和修复措施。
通过多种分析结果证明:确定环江大面积农田酸化的原因是一次偶然洪水污染事件所致。污染多集中于大环江河岸3km内,且中下游酸化污染要高于上游。另对不同土地利用方式下土壤中铁、硫和酸度的分布情况研究发现,不同的土地利用方式会影响土壤酸化速度。土壤被含硫矿渣污染后,将旱地改为水田可以延缓土壤酸化速度,降低土壤潜在酸化能力。
酸化污染物由于其自身特性,在土壤剖面分布特征存在差异。H+和SO42-在土壤中非常容易迁移,可影响地下100cm的土层;Fe在酸性条件下,会和土壤中的SO42-形成水合铁硫酸盐类物质,导致铁在表层土壤0-30cm土层的积累;而还原态硫不宜迁移,多聚集于土壤表层0-40cm处。对于大环江流域中下游重金属Pb、As和Zn污染的研究表明,表层土壤的三种重金属含量均超过中国士壤环境质量的二级标准。根据Igeo和Er结果判断,Pb是需要优先控制的重金属,具有强生态风险;Zn污染属于中等污染,具有轻微的生态风险;As污染属于中等污染,且具有中等生态风险。土壤pH及土壤质地会影响重金属Pb、Zn和As的释放及迁移。根据5个受淹土壤剖面的结果显示:Zn的可移动性最大,土壤剖面0-100cm的土层均能受到Zn的影响;Pb在酸性土壤中会生PbSO4,而导致Pb容易在土壤表层积累,主要影响土壤剖面0-40cm。酸性土壤中,As的可移动性降低,因此,主要在表层土壤0-30cm积累。
土壤质地影响土壤中还原态硫的氧化还原速度,土壤砂粒含鼙越高,氧化产酸速度越快。受淹土壤酸化后,粘粒含量增加。然而,酸化土壤中粘粒含量越高,酸化污染产物H+、SO42-及重金属Pb、Zn和As的可移动性越低。调节pH、补充肥料和植物修复的化学-植物联合修复法可以应用于含硫矿物酸化的土壤。施用碱性单一添加剂CaO或者混合添加剂NaOH和caO均能够提高土壤pH值,但pH、EC、SO42-和重金属Pb、zn和As形态并无显著差异。有机肥料的施用能够显著提高蜈蚣草的生物量,降低土壤中Pb、Zn和As的生物毒性。其中以添加堆肥的效果最明显。从修复效果来看,添加CaO、堆肥的处理最为理想。但碱性添加剂的施用量和施用方式还需根据污染的情况进一步研究。