目前,煤矸石已成为我国年排放量最大、占地面积最多的工业固废之一,煤矸石堆放于地表经风化作用致使大量重金属释放进入土壤,造成土壤环境污染并逐渐富集于植物内,进而威胁人类健康。本文通过野外采样、种植试验、室内分析等技术方法和手段,以陕西韩城矿区煤矸石样品和韩城黄土样品为研究对象,利用相关性分析、重金属富集程度分析、潜在生态风险分析等方法研究煤矸石释放的重金属在矸石土壤-植物系统中的迁移转化和对生态环境的影响,并确定矸石土壤优势物种,研究结果为矸石土壤对生态环境的影响和物种选择提供了数据支撑,也为煤矸石的综合利用提供了科学依据。本研究取得的成果如下:(1)矸石土壤中矸石比例及植物生长对土壤的理化性质有较大影响。土壤的p H和碱度随着矸石比例增大而减小,氧化还原电位Eh、电导率Ec、TOC随着矸石比例增大而增大。夏秋两季土壤的碱度和TOC均随着植物生长逐渐减小,但是夏季土壤的含水率和Eh随着植物生长逐渐增大,p H随着植物生长逐渐减小,而秋季土壤的含水率随着植物生长逐渐减小,Ec随着植物生长逐渐增大。(2)矸石土壤的重金属含量和水溶性释放量与植物生长密切相关,夏季苜蓿、玉米、婆婆草的土壤中重金属含量相对较高,三叶和小麦的土壤中重金属含量相对较低。秋季玉米和小麦的土壤中重金属含量较高,三叶的土壤中重金属含量较低。夏季和秋季土壤中重金属的含量均随植物生长而不断减小,但是夏季减少幅度较大,秋季减少幅度较小,秋季土壤中Cd和Pb的含量甚至有所增加。由于植物种植对矸石土壤结构稳定性的破坏,矸石土壤重金属的水溶性释放量在种植植物后明显增加,并且释放量呈现出先增大后减小的趋势。(3)生物转移系数和重金属富集系数计算分析结果表明,各植物的根茎叶果实各部位中重金属的富集能力随着植物生长逐渐上升,秋季植物对重金属的富集能力明显高于夏季植物。玉米、大豆、小麦、三叶、苜蓿对重金属Cu、Ni、Pb、Zn的富集能力相对较低。(4)综合污染评价和潜在生态风险评价指出,种植后矸石土壤中重金属污染程度明显降低,各矸石比例土壤的内梅罗综合污染指数均在1.0～2.0之间,均属于轻度污染,其中40%和80%矸石比例土壤的污染程度相对较高,内梅罗综合污染指数均为1.96。种植苜蓿和婆婆草的矸石土壤平均内梅罗综合污染指数均为2.21,属于中度污染,其他植物的矸石土壤均为轻度污染。种植后矸石土壤中重金属潜在生态风险程度降低,各矸石比例土壤的平均综合潜在生态风险指数均小于135,均只有轻微生态风险。(5)综合污染评价和健康风险评价指出,矸石土壤中生长的玉米、大豆、小麦、三叶、苜蓿中Cu、Pb、Zn的含量均符合一般植物的正常重金属含量范围,各植物的复合污染健康风险指数(THQ)均大于1,对人体存在较高的健康风险,长久接触或在人体积累到一定浓度时会对人体产生危害甚至致癌。(6)结合植物的平均存活率分析和植物对矸石土壤重金属的净化能力分析,发现各植物对重金属的富集能力相对不高,但其中玉米和大豆对Cu的富集能力相对较高,玉米和小麦对Zn的富集能力相对较高,即相对来说玉米、大豆和小麦可作为矸石土壤的优势富集植物。