摘要：人类的各种生产活动已经对耕地土壤生态环境产生了巨大的破坏。区域耕地生态风险评价与安全利用问题受到广泛关注。重金属在土壤中的形态分布决定其地球化学行为和生物可利用性,因此其形态分布变化的影响机制是土壤重金属污染研究中一个重要的基础科学问题。本文结合土地质量地球化学调查成果应用进行分析，仅供参考。
关键词：土地质量；地球化学；调查；应用
1 引言
耕地土壤重金属污染是当前许多学科十分关注的问题。据统计，我国耕地土壤重金属中-重度污染或超标的点位比例占2.5%，覆盖面积3488万亩，轻微-轻度污染或超标的点位比例占5.7%，覆盖面积7899万亩。“国家‘十三五’规划纲要”中明确提出要深入实施土壤污染防治行动计划，围绕最严格的耕地保护制度，实施土壤污染分类分级防治，优先保护农用地土壤环境质量安全。区域耕地生态风险评价与安全利用问题再次引起了社会的广泛关注。
2 土壤中重金属污染及形态分布
我国受重金属污染耕地面积达到2千万hm2,而且大部分是在耕农田,其中矿区农田占有较大比例。金属矿山开采冶炼是向土壤中释放重金属的主要途径之一。在很多矿区,由于降雨不均匀加上水稻的生长需要大量的水,AMD经常被作为农业生产灌溉用水,因此导致大量的H+、SO2-4和重金属被带入农田中,破坏土壤团粒结构,使土壤板结,作物生长不良,还会污染其他水源;除此之外,其还会逐渐改变土壤微生物多样性及优势种群,进一步影响Fe、S和重金属元素的形态分布,使得整个矿区的生态环境遭受严重破坏。重金属在土壤中的迁移转化与其赋存状态、化学形态等有关,还与土壤中各组分有着紧密的联系。此外,还对重金属形态进行了提取,结果表明重金属存在形态多以残渣态为主。土壤重金属的形态分布不同,决定了重金属的迁移性和生物可利用性,因此对于重金属在土壤中各固体组分的形态分布值得进一步研究和探讨。
3 土地质量地球化学调查成果应用研究
3.1 表层土壤样品
根据《多目标地球化学调查规范》(DD2005-01)、《土地质量地球化学评价规范》(DZ/T0295-2016)开展区域表层土壤样品布置、采集和加工工作。表层土壤采用网格化与地块相结合的方法均匀布点，在地块中心位置定位采样点中心，在中心点位及附近20m范围内4处采集0～20cm深度土壤组合成1件样品。共采集5782件土壤样品，平原区平均采样密度7．0个/km2，山区果园平均采样密度10个/km2，山区林地平均采样密度1个/km2。每件样品原始质量大于1kg，在室内自然晾干后过10目尼龙筛，取筛下样品200g装纸袋送实验室分析元素含量。
3.2 土壤地球化学分区
区域化探工作中根据化探样品所蕴含的信息把调查区划分为不同的球化学分区，为直接或间接指示地质矿产及环境信息提供了详实的依据。后来，地球化学分区也被表生地球化学、农业及环境等领域的地球化学研究所应用。土壤地球化学分区是对地球化学分区的进一步拓展与有关方法理论的应用，其前提是必须要掌握一个地区系统的土壤元素含量分布等调查数据。土壤元素地球化学调查被誉为新时期地表地学研究的“基因”工程，土壤地球化学调查数据是土壤地球化学分区的关键依据。进行土壤地球化学分区，其实质就是以分析土壤化学元素分布特征和组合规律为出发点，立足元素组合场的空间变化和关键影响因子，充分考虑成土母质、土壤（质地）类型及地理地貌差异和人为影响，用统一的地球化学标准划分不同的土壤地球化学范围。
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3.3 重金属在土壤不同固相组分间的形态分布
土壤中绝大部分重金属都被吸附于固相中,重金属与这些土壤固相结合的机理决定了不同重金属吸附态的形成过程及稳定性。土壤固相组分包括矿物质和有机质,束缚重金属的矿物主要有黏土矿物、含铁矿物等。土壤中普遍存在着水铁矿、针铁矿等铁矿物,在我国南方土壤中的黏土矿物主要有高岭石、蒙脱石等。土壤有机质主要包括富里酸、腐殖酸和腐殖质,它们在土壤中具有很高的反应活性。其主要的官能团类别包括酚类、羧酸类、烯类、醌类和醚类,其中酚类和羧酸类是腐殖酸与重金属配位的主要官能团。Ni、Co、Mn、Cd等多种重金属都会与腐殖酸中的羧基络合,而Pb、Hg、Cu则会与羧基、酚羟基同时络合。当环境条件改变,如pH变化时,重金属与有机质的结合形态会发生变化,重金属与有机质形成的配合物可能会有不同的构相,比如Cr与腐殖酸的配位:当pH<5时以单体络合物为主,而二聚体络合物在pH值较高时占优势;腐殖酸与金属的结合能力与其分子大小有关,如含胺基低芳香性的小分子(MW<1000)会优先与Cu(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)结合,Cd(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)同样容易与含胺基官能团的小分子结合,但它们的结合力通常较弱,而Ca(Ⅱ)、Al(Ⅲ)会优先选择那些带更多负电荷、含苯酚等芳香性、位点多、分子量大的分子;离子强度对重金属与有机质的亲和能力也有影响,Cd和Zn与腐殖酸的吸附能力会随着离子强度的增大而减小。
3.4 剖面土壤氟地球化学特征
为研究不同深度土壤中氟的分布规律，在土层深厚均匀的平原区耕地中布置7条土壤剖面，采集0～150cm范围内不同深度深度土壤样品，测试了土壤中氟的含量。①J01土壤剖面中，上部黏土中氟含量相对于中—下部粉砂质黏土—粉砂土中氟含量偏高；②J02土壤剖面中，底部黏土中氟含量相对于中上部粉砂质黏土中氟含量偏高；③J03土壤剖面中，下部粉质黏土中氟含量相对于上部粉砂质黏土中氟含量偏高；④J04土壤剖面中，中—上部黏土中氟含量相对于底部粉砂质黏土中氟含量偏低；⑤J05土壤剖面中，上部、下部黏土中氟含量相对于中部粉砂质黏土中氟含量偏高；⑥J06土壤剖面上部为黏土，中—下部为粉砂质黏土，氟含量特征曲线表现为中部低两边高的特征；⑦J07土壤剖面从上到下均为黏土，氟含量特征曲线整体表现为中部低两边高的特征。总体来说，在土壤垂向剖面中氟含量高低与土壤质地有关，黏性土壤中氟含量相对高，砂性土壤中氟含量相对低。
4结束语
了解在重金属持续输入和环境条件不断改变的情况下,矿区污染土壤中不同组分的变化,探讨这种变化对重金属形态分布的影响,最终阐明重金属在土壤中形态分布变化的地球化学机制,将为预测在 AMD 影响下矿区土壤的时空变化及重金属的迁移转化行为,提供更全面的基础认识。
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论文作者:郭雷
论文发表刊物:《基层建设》2019年第32期
论文发表时间:2020/4/7
标签：土壤论文; 地球化学论文; 重金属论文; 黏土论文; 含量论文; 剖面论文; 形态论文; 《基层建设》2019年第32期论文;