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矿山开采过程中,大量的酸性废水排入环境,对矿区及下游的水、土壤造成严重污染,影响作物生长及人类的身体健康。因此,研究矿区污染对环境的修复有重要的意义。 本论文以广东省大宝山矿区的农田土壤为研究对象,因灌溉水源不同,研究土壤中重金属的分布累积特征。为了解灌溉水源对大宝山农田土壤和植物中重金属分布状况的影响,根据实际情况将大宝山矿区农田土壤分为污水灌溉区、清水灌溉区、自然修复区和对照区进行土壤样品采集,比较分析了土壤样品的理化性质、土壤重金属Cd、Pb、Cu、Zn、Mn的含量及其化学形态分布特征、剖面土壤重金属Cd、Pb、Cu、Zn、Mn垂直分布特征、土壤-植物系统重金属Cd、Pb、Cu、Mn、Zn的累积状况、评估重金属污染的生态及健康风险。结果表明: (1)不同区域农田表层土壤重金属含量分析。Cd、Pb、Cu、Zn含量在污灌区最高,是自然修复区和清水灌溉区的1.75~10.51倍,而对照区重金属的含量最低。Mn在各采样点的含量无显著差别;土壤Cd、Cu、Zn、Pb含量(p<0.01或者p<0.05)两两之间显著正相关,而Mn与Cu、Zn、Cd、Pb均呈现负相关关系(p<0.05)。土壤pH值是决定重金属含量及其环境有效态(水溶态、可交换态和碳酸盐结合态之和)的主要因素之一,有机质含量及机械组成也影响着土壤重金属的含量;土壤pH值均明显表现出酸性,有机质的含量因区域不同其变化也不相同,土壤机械组成均以砂粒为主,占50%左右。 (2)不同区域农田表层土壤重金属赋存化学形态分布特征。残渣态是5种重金属的主要存在形态,有机态含量也较高。Cd的环境有效态占总量的比例较高。在表层土壤和植物根际土与非根际土中,相同重金属形态分布具有相似性。同一植物的根际土与非根际土的重金属全量与形态分布变化差异较小。自然修复区和清水灌溉区重金属在总量和形态分布上都显著呈现出较低的环境污染风险; (3)不同区域农田剖面土壤重金属的垂直分布迁移规律。5种重金属在土壤表层(0-20cm)的富集现象明显,在污灌区(01,03)剖面的分布特征以及在清灌区(04)、对照区(05)的剖面(除锰元素外)的分布特征是相似的;5种重金属的环境有效态在污灌区(01,03)、清灌区(04)、对照区(05)剖面与其重金属全量表现出相似性,随着重金属全量的变化而变化,而自然修复区(02)剖面重金属环境有效态随全量变化无明显变化; (4)不同区域植物根际土与非根际土的重金属含量分析。Cu、Zn、Cd、Pb的含量在不同种类植物的根际土与非根际土中表现出相似性:同一植物的根际土与非根际土的含量变化差异较小。Pb、Cu、Zn、Cd在污灌区(03)的根际土与非根际土的全量明显高于清灌区(04)的含量,不因植物种类不同产生明显变化。而Mn含量无明显差异,与表层土壤的Mn含量变化相一致,靠近尾矿区的根际土与非根际土中重金属含量明显高于其他区域根际土与非根际土重金属含量。 (5)不同区域植物重金属的累积状况分析。除Mn以外,Cu、Zn、Cd、Pb在水稻、蔬菜、棒头草和看麦娘地下部的含量都明显高于地上部。稻米和空心菜中5种重金属在清水灌溉区(04)的含量均比污水灌溉区(03)要低。而Mn在水稻中的地上部含量高于于地下部,在草类和蔬菜中地下部含量高于地上部。 (6)不同区域重金属的污染等级评价。通过分析重金属风险评价,土壤和植物中的Cd、Pb、Cu、Zn均受到严重污染,研究重金属暴露接触对人体健康风险评价,大米和空心菜摄入的Cd、Pb、Cu、Zn的THQ值均大于1,其具有巨大的潜在健康风险,同时儿童的健康风险高于成人风险。 总的来说,因为停止污水灌溉或采用清水灌溉,使得自然修复区和清水灌溉区重金属的总量和环境有效态含量均明显降低,从而降低了重金属环境污染的风险,本研究结果为金属矿区污染土壤修复的理论与方法提供了科学的参考。