淮南土壤重金属污染特征研究论文(终)

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1、淮南土壤重金属污染特征研究摘要近年来，大量重金属元素通过各种方式进入到土壤中，降低了土壤的质量，使土壤受到污染，带来了许多环境问题。本文以对淮南为例，根据不同区域不同深度土壤中重金属含量，分析研究淮南市土壤重金属分布特征；并采用单因子指数法和地积累指数法，评价土壤重金属污染特征，得出以下结论：淮南市土壤受重金属污染最严重的金属元素是镉;田家庵、大通和潘集区土壤中重金属含量明显比山南地区土壤中多；通过不同评价方法表明山南地区的土壤质量较好，田家庵区土壤受重金属污染情况最严重，其次是潘集区，大通区。并在此基础上，提出了预防治理措施，从而为淮南市土壤重金属污染治理与防治提供科学依据。关键词：土壤，

2、重金属， 土壤污染， 土壤背景值， 评价方法HUAINAN CHARACTERISTICS OF SOIL HEAVY METALSABSTRACTIn recent years, a great quantity of heavy metal through a variety of ways to enter into the soil, reducing the soil quality, soil polluted, brought many environmental problems. Based on the example of Huainan, according to th

3、e content of heavy metals in the soil of different depths in different regions, analysis of the distribution characteristics of heavy metals in soil of Huainan city; and the single factor index method and geo accumulation index method, evaluation of soil heavy metal pollution, draw the following con

4、clusion: in Huainan City, the most serious soil polluted by heavy metals is cadmium; soil heavy metal content, Panji District, Datong and obviously than the Shannan area soil; in the three soil profiles of the content of zinc in the four area is the highest, the lowest is cadmium; through the differ

5、ent evaluation methods in which soil quality better, Shannan Prefecture, the most serious heavy metal pollution the second is the soil, Panji District, Datong district. And on this basis, puts forward the prevention measures, so as to provide scientific basis for the city of Huainan soil heavy metal

6、 pollution control and prevention.KEYWORDS: soil,heavy metal,soil pollution,the soil background value,evaluation method3838目录ABSTRACTII第1章 绪论11.1土壤重金属污染的来源及危害11.1.1 土壤重金属污染的来源2(1)大气中重金属沉降2(2)农药、化肥和塑料薄膜使用2(3)污水灌溉3(4)含重金属废弃物堆积3(5)金属矿山酸性废水污染31.1.2重金属污染的危害31.2 研究意义41.3研究现状51.4 研究内容71.5 研究路线7第2章 研究区域概况92

7、.1地理地貌92.2气候特征92.3 经济情况102.4 煤炭开采与塌陷情况10第3章 淮南土壤重金属污染特征113.1土壤重金属污染特征113.1.1 Cu元素分析123.1.2 Cr元素分析133.1.3 Zn元素分析143.1.4 Ni元素分析153.1.5 Pb元素分析163.1.6 Cd元素分析173.2 土壤重金属分布特征183.2.1 不同区域重金属元素分布特征18（1） Cu元素分析18（2） Cr元素分析19（3） Zn元素分析20（4） Ni元素分析20（5） Pb元素分析21（6） Cd元素分析223.2.2 不同深度土壤重金属分布特征22（1） 山南22（2） 大通23

8、（3） 田家庵24（4） 潘集区253.3 土壤重金属污染评价263.3.1单因子指数法263.3.2 地积累指数法313.4 小结324 结论与建议344.1结论344.2建议35参考文献37致 谢39第1章 绪论1.1土壤重金属污染的来源及危害 土壤覆盖于地球陆地表面，在地球表面形成了一个断断续续的圈层土壤圈。土壤圈处于大气圈、岩石圈、水圈和生物圈的交界面，是联系有机界和无机界各要素的中心枢纽。土壤能提供植物生长繁荣，是人类获得生产生活资源的重要源泉。人们的食物无一不和土壤有着密切的关系，农作物直接生长于土壤之中，依靠土壤提供的养分才能生长。其他的肉类食物也是都是直接或间接来源于生长在土壤

9、中的植物。重金属是指相对密度在5以上的金属，包括铜、铅、锌、锡、镍、钴、锑、汞、镉和铋10种金属。重金属的化学性质一般比较稳定。土壤重金属污染是指由于人类活动，土壤中的微量有害元素在土壤中的含量超过背景值，过量沉积而引起的含量过高，统称为土壤重金属污染。重金属污染物在土壤中移动性很小，不易随水淋滤，不为微生物降解，通过食物链进入人体后，潜在危害极大，特征是：(1)形态多变：随Eh、Ph、配位体不同，常有不同的价态、化合态和结合态。形态不同引起有效性和毒性的不同。(2)很难降解：污染元素在土壤中一般只能发生形态的转变和迁移，难以降解。(3)一般来说，工业化程度越高的地区污染越严重，市区高于远郊及

10、农村，地表高于地下。 土壤重金属污染的危害主要表现在以下几个方面：(1)影响植物生长。实验表明，土壤中无机砷含量达12g/g时，水稻生长开始受到抑制；无机砷为40g/g时，水稻减产50%；含砷量为160g/g时，水稻不能生长；稻米含砷量与土壤含砷量呈正相关。有机砷化物对植物的毒性则更大。(2)影响土壤生物群的变化及物质的转化。重金属离子对微生物的毒性顺序为：HgCdCrPbCoCu，其中Hg2+、Ag+对微生物的毒性最强；通常浓度在1g/g时，就能抑制许多细菌的繁殖；土壤中重金属对微生物的抑制作用对有机物的生物化学降解是不利的。(3)影响人体健康。土壤重金属可通过下列途径危及人体和牲畜的健康：

11、(a)通过挥发作用进入大气；如土壤中的重金属经化学或微生物的作用转化为金属有机化合物(如有机砷、有机汞)或蒸气态金属或化合物(如汞、氢化砷)而挥发到大气中；(b)受水特别是酸雨的淋溶或地表径流作用，重金属进入地表水和地下水，影响水生生物；(c)植物吸收并积累土壤中的重金属，通过食物链进入人体。土壤中重金属可通过上述三种途径造成二次污染，最终通过人体的呼吸作用、饮水及食物链进入人体内。应当指出，经由食物链进入人体的重金属，在相当一段时间内可能不表现出受害症状，但潜在危害性很大。总之，重金属污染不仅影响土壤的性质，还可影响植物生长乃至人类的健康。 土壤是环境的重要组成部分，是人类赖以生存的自然环境

12、和农业生产的重要资源。随着全球经济的快速发展，含重金属的污染物通过各种途径进入土壤，造成土壤中相应重金属元素的富集。土壤污染不但影响农产品产量与品质，而且涉及大气和水环境质量，并可通过食物链危害动物和人类的生命和健康，影响到整个人类生存环境的质量。11.1.1 土壤重金属污染的来源(1)大气中重金属沉降 大气中的重金属主要来源于工业生产、汽车尾气排放及汽车轮胎磨损产生的大量含重金属的有害气体和粉尘等。它们主要分布在工矿的周围和公路、铁路的两侧。大气中的大多数重金属是经自然沉降和雨淋沉降进入土壤的。如瑞典中部Falun市区的铅污染3，它主要来自于市区铜矿工业厂、硫酸厂、油漆厂、采矿和化学工业产生

13、大量废物,由于风的输送，这些细微颗粒的铅,从工业废物堆扩散至周围地区。南京某生产铬的重工业厂4铬污染叠加已超过当地背景值4.4倍，污染以车间烟囱为中心，范围达1.5 km2，污染范围最大延伸下限1.38 km。俄罗斯的一个硫酸生产厂也是由工厂烟囱排放造成S、V、As的污染。公路、铁路两侧土壤中的重金属污染，主要是Pb、Zn、Cd、Cr、Co、Cu的污染为主。它们来自于含铅汽油的燃烧，汽车轮胎磨损产生的含锌粉尘等。它们成条带状分布，以公路、铁路为轴向两侧重金属污染强度逐渐减弱；随着时间的推移，公路、铁路土壤重金属污染具有很强的叠加性。(2)农药、化肥和塑料薄膜使用 施用含有铅、汞、镉、砷等的农药

14、和不合理地施用化肥，都可以导致土壤中重金属的污染。一般过磷酸盐中含有较多的重金属Hg、Cd、As、Zn、Pb，磷肥次之,，氮肥和钾肥含量较低，但氮肥中铅含量较高，其中As和Cd污染严重。农用塑料薄膜生产应用的热稳定剂中含有Cd、Pb，在大量使用塑料大棚和地膜过程中都可以造成土壤重金属的污染。(3)污水灌溉 污水灌溉一般指使用经过一定处理的城市污水灌溉农田、森林和草地。城市污水包括生活污水、商业污水和工业废水。由于城市工业化的迅速发展，大量的工业废水涌入河道，使城市污水中含有的许多重金属离子，随着污水灌溉而进入土壤。近年来污水灌溉已成为农业灌溉用水的重要组成部分，中国自60年代至今，污灌面积迅速

15、扩大，以北方旱作地区污灌最为普遍，约占全国污灌面积的90%以上。(4)含重金属废弃物堆积 含重金属废弃物种类繁多，不同种类其危害方式和污染程度都不一样。污染的范围一般以废弃堆为中心向四周扩散。重金属在土壤中的含量和形态分布特征受其垃圾中释放率的影响，且随距离的加大重金属的含量而降低。由于废弃物种类不同，各重金属污染程度也不尽相同，如铬渣堆存区的Cd、Hg、Pb为重度污染，Zn为中度污染，Cr、Cu为轻度污染。(5)金属矿山酸性废水污染 金属矿山的开采、冶炼、重金属尾矿、冶炼废渣和矿渣堆放等，可以被酸溶出含重金属离子的矿山酸性废水，随着矿山排水和降雨使之带入水环境（如河流等）或直接进入土壤，都可

16、以间接或直接地造成土壤重金属污染。1.1.2重金属污染的危害土壤污染导致严重的直接经济损失。初步统计,全国受污染的耕地约有1 000万平方千米,有机污染物污染农田达3 600万平方千米,主要农产品的农药残留超标率高达16%20%;污水灌溉污染耕地216.7万平方千米,固体废弃物堆存占地和毁田13.3万平方千米。每年因土壤污染减产粮食超过1 000万吨,造成各种经济损失约200亿元。土壤污染导致生物产品品质不断下降。因农田施用化肥,大多数城市近郊土壤都受到不同程度的污染,许多地方粮食、蔬菜、水果等食物中镉、砷、铬、铅等重金属含量超标或接近临界值。每年转化成为污染物而进入环境的氮素高达1 000万

17、吨,农产品中的硝酸盐和亚硝酸盐污染严重。农膜污染土壤面积超过780万平方千米,残存的农膜对土壤毛细管水起阻流作用,恶化土壤物理性状,影响土壤通气透水,影响农作物产量和农产品品质。土壤污染危害人体健康。土壤污染会使污染物在植物体内积累,并通过食物链富集到人体和动物体中,危害人体健康,引发癌症和其他疾病。土壤受污染后，土壤中的微生物种类和数量也会发生变化，使得原来的土壤平衡被打破，土壤的理化性质发生变化。土壤污染导致其他环境问题。土壤受到污染后,含重金属浓度较高的污染土容易在风力和水力作用下分别进入到大气和水体中,导致大气污染、地表水污染、地下水污染和生态系统退化等其他次生生态环境问题，而这些都将

18、最终危害人类。1.2 研究意义土壤是农业生产的重要资源,近年来,随着农业集约化、产业化的快速发展以及工业发展和城市化进程的加剧,大量重金属元素随着农药、污水、交通扬尘以及大气沉降进入到土壤之中。土壤重金属污染导致严重的直接经济损失，因重金属污染导致粮食减产，还有粮食中重金属含量超标，特别是农业土壤的耕作层,其重金属元素含量持续升高。 中科院有关专家指出，目前我国受重金属污染的耕地面积约占总耕地的1/5，每年因土壤污染而减产的粮食约1000万吨，另外还有1200万吨粮食污染物超标，两者的直接经济损失达200多亿元。尤其是城郊生产的粮食、蔬菜、水果等食物，镉、铬、砷、铅等重金属超标更加严重，有的地

19、区粮食含镉量甚至超过诱发“痛痛病”的标准。这些重金属元素可通过食物链转移至动物及人体中,对人类健康产生严重的危害。土壤重金属污染导致生物品质不断下降，我国大多数城市近郊土壤都受到不同程度的污染，许多地区的粮食、蔬菜、水果等食物中镉、铬、砷、铅等重金属含量超标或接近临界值，土壤污染除影响事物的卫生品质外，也明显地影响到作物的其他品质。有些地区污水灌溉产生的农业环境污染问题日趋严重，使得蔬菜的味道变差，易烂，甚至出现难闻的异味；农产品的储藏品质和加工品质也不能满足深加工的要求。 重金属在土壤中不能为土壤微生物所分解，可为生物富集，成为土壤中不断积累的污染物。不仅对作物的生长和发育及产量、品质有影响

20、，而且通过食物链对人体健康造成危害。例如，长期食用镉残留的稻米，使得镉在人体内蓄积，从而引起全身性神经痛、关节痛、骨折，以致死亡。重金属铬、汞、铅等均能在植物可食部分蓄积而危害农产品安全。土壤重金属污染导致其他环境问题，土地受到污染后，含重金属浓度较高的污染表土容易在风力和水力的作用下分别进入到大气和水体中，导致大气污染、地表水污染、地下水污染和生态系统退化等次生生态环境问题。例如污染的土壤在大气降水时，土壤中所含的重金属会随着雨水进入地表水和地下水。淮南市位于安徽省北部，是一个年产近3000万吨的大型煤炭生产基地，素有百里煤城之称，面积约2000平方千米，人口近250万。全市有数百家大中型企

21、业，包括一些国有大型骨干企业。矿区已有百年开采历史，由于长期的煤炭开采和工矿企业的生产规模日益扩大，使得全市的土壤受到不同程度的污染。煤炭开采后留下的煤矸石中含有大量的重金属，而这些煤矸石没有的到很好的利用，只是随意的堆放，严重污染了周围的土壤。本文以淮南市为例，选取山南、大通、田家庵以及潘集四个不同区域，研究分析不同深度土壤中Cu、Cr、Zn、Ni、Pb和Cd六种重金属分布特征及其污染特征；在此基础上，采用不同的评价方法分析研究淮南市土壤重金属元素的污染情况，从而为淮南市土壤重金属污染治理与防治提供科学依据。1.3研究现状土壤重金属污染是破坏土壤环境的重要因素，并直接或间接危害到人体健康，引

22、其隐蔽性、不可逆性、后果严重性等特点越来越受到重视，而对于煤炭开采区的土壤重金属研究也越来越到人们的重视。方凤满、焦华富、江培龙以徐州煤矿复垦区为研究对象2，采用Tessier连续提取法，对该复垦区土壤Zn、Pb、Ni、Mn、Cu和Cr6重金属含量进行分析和评价。结果表明，Zn、Pb、Ni、Mn和Cu的含量均大于当地的环境背景值，但均未超过土壤二级标准，不同复垦年限下土壤重金属含量差异较大。形态分析表明，Pb和Mn以铁锰氧化钛为主；Zn、Ni、Cu和Cr以残渣态为主。江培龙、方凤满、张杰琼、邓正伟、林跃胜对淮南矿区煤矸石填充和挖深垫浅两种复垦区采用Tessier连续提取法3,分析淮南矿区煤矸石

23、充填和挖深垫浅2种复垦区土壤中Zn、Ni、Cr、Mn和Pb的赋存形态特征。结果表明:煤矸石充填复垦区土壤Zn含量分别是淮南土壤背景值和未复垦对照土壤的24.14,4.38倍,具有明显的累积现象。Ni、Cr、Mn和Pb均未超过国家土壤环境质量二级标准。而挖深垫浅复垦区土壤各重金属含量均小于煤矸石充填复垦土。贺玉晓、赵同谦、刘刚才、郭晓明、魏雅丽以焦作韩王煤矿沉陷区为例4,通过野外调查与采样和室内分析,研究煤矿沉陷区土壤中重金属累积特性与土壤酶活性的变化。结果表明:研究区土壤中重金属Cu、Zn、As、Mo、Hg、Pb、Cd等含量均高于对照小区的含量,且有明显的空间异质性;沉陷区各种酶活性大都低于对

24、照点,其在空间分布上受重金属的影响,重金属Co、Ni对大多数酶有促进作用,As、Mo则对酶活性有抑制作用。崔龙鹏、白剑锋、石永红、颜事龙、黄文辉、唐修义以国家亿吨煤建设基地、已有百年开采历史的淮南矿区为例5，研究长期采矿活动(尤其是煤矸石堆积)造成的矿区土壤重金属污染。从不同开采历史的3个矿井区(大约分别为100、50、25年)选择4条土壤采样线，系统采集煤矸石堆附近的土壤样品,使用美国IRIS Intrepid电感耦合等离子体全谱直读光谱仪对土壤中主要有害元素(Cu、Ni、Pb、Zn、Sn、Cr、Co)进行分析,用土壤标样(GBW07403)控制分析质量。采用元素富集系数法(Al为参比元素)

25、来评价重金属的富集水平。研究结果表明：矿区土壤已表现来自采矿活动的重金属污染贡献,且具有累积性。不同矿井区土壤中重金属含量呈现随开采历史及堆积煤矸石风化时间长而递减的趋势，且Co、Cu、Zn、Ni、Pb表现相对较强的迁移性,其含量在部分矿井区土壤中超过国家土壤一级污染标准。但矿区土壤中分析的重金属元素均未超过国家土壤二级污染标准，这说明煤矸石中重金属向周围土壤的迁移是缓慢过程。张锂、韩国才、陈慧、马明广和郭宏栋以黄土高原兰州红古矿区为例6，研究煤矸石长期堆积对当地土壤产生的重金属污染。根据红古矿区的地质地形特点，选择合理的采样路线，系统采集矿区内不同开采历史时期的土壤样品，用HCl-HNO3-

26、HFHCIO。消解样品和原子吸收分光光度仪分析矿区土壤中有害重金属元素（Cd，Co，Cr，Cu，Mn，Pb，Zn）的含量，数据处理采用SPSS软件完成。研究表明，红古矿区煤矸石长期堆积、风化淋溶已导致了其周围土壤中重金属的污染和富集，表现为随着煤矸石堆放、风化淋溶时间的延长，矿区土壤中重金属含量基本呈上升趋势，其中Cd，Pb，Zn表现出较强的迁移性。由此可见，矿业开采活动对当地土壤重金属含量有一定的贡献，但不同的重金属元素在矿区土壤中的积累表现出差异性。刘小艇以铜川市印台区玉华镇土壤重金属背景值为标准7,对比分析了玉华煤矿区土壤中Pb、Cd、Cu、Zn、Cr、Fe六种重金属的含量及累积情况，并

27、采用单因子污染指数法、综合污染指数法和潜在生态危害指数法进行了土壤重金属污染评价。结果表明，研究区土壤重金属存在着一定的Pb、Zn富集累积趋势,其平均含量比相应的背景值含量高出31%、27.08%。Cd、Cu、Cr、Fe累积则不明显。采用内梅罗综合污染指数法得出研究区土壤重金属污染现状,Pb、Cd、Zn均为重污染,土壤、作物受污染已相当严重;Fe为轻度污染,已超过背景值;Cu为安全等级;Cr为警戒限。对研究区土壤重金属污染进行了潜在生态危害评价,得出Cu和Cr为轻度生态危害;Zn为中度;Pb和Cd为极强。说明Pb和Cd对生态的潜在危害程度较高。土壤垂向剖面的研究结果表明,Pb和Zn主要富集在表

28、层土壤020cm中;Cr和Fe没有明显的分层性；Cu随着土层深度的增加有所富集;所有土壤重金属元素的含量在60cm以下逐渐降低,80cm以下达到稳定状态。 对研究区北坑中的矿井水的研究结果表明,矿井水积水区周边土壤中重金属,除铁以外与矿井水关系不大。 研究结果表明开矿过程已经对矿区土壤环境造成危害,长期矿业活动及煤矸石长期堆积,对矿区土壤中重金属富集和污染有显著贡献。因此煤矿开采造成土壤长期累积性污染应引起关注。1.4 研究内容 本文根据淮南市山南、大通、田家庵和潘集四个地区不同深度六种重金属铜、铬、锌、镍、铅和镉含量，对淮南土壤重金属污染进行研究。主要的研究内容包括以下几个部分：（1）土壤重

29、金属污染特征 根据山南、大通、田家庵和潘集四个地区土壤0-20厘米、20-40厘米和40-60厘米三个剖面六种金属的实测含量，分别以淮南市土壤背景值和国家土壤质量二级标准为标准，分析研究土壤重金属污染情况。（2） 土壤重金属分布特征。同一元素不同区域重金属元素分布特征和同一深度不同区域土壤重金属分布特征根据重金属元素的实测含量，分别以同一元素不同区域和不同深度的角度进行分析，研究同一不同区域重金属元素分布特征和同一深度不同区域土壤重金属分布特征。（3）土壤重金属污染评价分别采用单因子指数法和地积累指数法对四个不同区域不同深度土壤种六种重金属元素进行评价，研究其五污染情况及其污染程度。（4）改善

30、的建议根据对土壤重金属污染特征，提出矿区土壤重金属污染的治理方法。1.5 研究路线资料收集数 据 采 集网上寻找相关资料图书馆查阅相关书籍从淮南市环保局获得资料与数 据从国家环境保护网站获得数据资料整理，数据处理，分析土壤重金属污染特征分析不同区域重金属元素分布特征不同深度土壤重金属元素分布特征土壤重金属污染评价淮南土壤重金属污染特征研究提出治理方案第2章 研究区域概况2.1地理地貌淮南煤田位于华北板块东南缘，北邻蚌埠隆起，南临合肥拗陷，东至郯庐断裂，西至夏邑固始断裂。煤田内部由一系列的次级背、向斜组成复向斜构造，其南缘为逆冲推覆构造，北缘为重力滑动构造。淮南煤田南缘逆冲推覆构造东至灵壁武店断

31、裂，西至阜阳，再向西可能延至豫西，长达数百公里。逆冲推覆系统前锋带由阜阳凤台（以下简称阜凤）断裂、阜阳李郢孜断裂、山王集断裂、耕山断裂 条主要断裂组成。在剖面上这几条断裂表现为一套南倾的后展式叠瓦扇。各个主断裂前锋面较陡，向深部变缓，并逐渐归并于同一平缓的滑脱面上煤田北缘滑动构造为一无根块，主要分布在明龙山上窑山一线长约的狭长条带、内，走向北西西，由北向南叠置在淮南复向斜北翼煤系之上。滑体前缘为一组北倾高角度的叠瓦状冲断裂与紧密褶曲，向深部和向滑体后缘，这些叠瓦状支断裂逐渐变缓归并或上翘，前锋断裂为上窑明龙山断裂、尚塘集断裂以及骑龙集断裂等。阜凤断裂沿淮南复向斜南翼的阜阳凤台陆塘一线延伸，隐伏

32、于第四系之下，走向东西，倾向南。断裂带宽约数米至数十米，带内主要为碎粒岩及碎裂岩组合，西段出现初糜棱岩。舜耕山断裂破碎带非常发育，破碎带宽度一般为30-50m ，局部可达上百米，断层破碎带分带性明显，以断层泥为中心，向断层上下盘两侧依次出现初糜棱岩带、角砾岩带、构造透镜体带、碎裂岩带、原岩带。2.2气候特征 淮南的气候属于大陆性暖温带半湿润季风气候。表现为气候温和，雨量适中，日照充足，四季分明，春寒而多雨，冬干而少雪，夏热而雨水充沛，秋爽而天气晴朗。具体的，有四个方面的显著特点：（1）雨热同季的优越性。淮南市年平均气温15.3摄氏度，全年无霜期为224天，年日照为2279.2小时，年平均降雨量

33、937.2毫米。光照充足，热量充沛，降水适中，无霜期长，适宜于稻、麦、油、豆等多种粮食作物种植与生长。（2）南北气候的过渡性。淮南市位于北纬3233度，位于这一纬度带的地区属于亚热带向暖温带过渡地带。但因这一地带的地理环境差异最为悬殊，所属气候类型也千差万别。自江苏省盐城向西，分别出现了平原、丘陵、高山、高原、沙漠、濒海、近海等地形地貌，也就出现了海洋性季风气候大陆性季风气候、西亚沙漠气候、中海海洋气候、美国大陆性季风气候等。淮南市这一纬度带内自然资源较为丰富的一个地区。（3）气象灾害的多发性。淮河流域自古以来就是自然灾害最为频繁的地区，一年四季都会有气象灾害出现。2.3 经济情况 火与电的炽

34、热，锤炼出大气势的淮南富饶的资源，丰厚的矿产，是大地馈赠给淮南的宝贵财富。境内有煤炭、煤层气、石灰岩、白云岩、高岭土、陶粒页岩、钾长石、磷灰石等多种矿产，煤炭远景储量444亿吨，探明储量153亿吨，占华东地区的32%。淮南煤炭具有低硫、低磷、高挥发份、高发热量、富油等特点，是理想的动力煤和煤化工原料，是华东的工业粮仓和动力之乡。 进入新的世纪，一场以全国亿吨煤基地、华东火电基地和煤化工基地“三大基地”为重点的经济建设热潮正在淮南大地蓬勃兴起。目前，全市拥有大型矿井12对，原煤生产能力4000万吨。随着张集矿北区、顾桥、刘庄、丁集等一批高产高效的现代化矿井的建设，到2007年淮南煤炭生产能力将达

35、1亿吨，到2020年，将建成年产1.5亿吨的全国煤炭基地。 田家庵发电厂、洛河发电厂、平圩发电厂三大火力发电厂，装机容量已达到319万千瓦，2003年全市发电量达206.7亿千瓦时。随着平电二期、洛电三期、田电二期、矿业集团坑口电厂等一批大电厂的开工建设，到2010年全市总装机规模将超过1000万千瓦，到2020年将建成装机容量2000万千瓦的火电基地。以全国化工百强企业之一的安徽淮化集团为龙头，形成了由基本原料、农用化工、医药化工、日用化工、橡胶等行业组成的化学工业体系。到2010年全市将形成100万吨化工产品和100万吨合成油生产能力。到2020年将建成年产200万吨化工产品和300万吨合

36、成油的煤化工基地。在“能源淮南”建设突飞猛进之时，“生态淮南”美景的描绘也比翼齐飞。“城为绿染，绿为水润，水为人利，人为自然”的生态城市建设理念逐步变为现实。一座座造型别致的高层建筑，一个个独具特色的城市公园，一处处风景秀丽的街心花园，一条条整齐排列的绿化林带，正在把淮南妆扮成一座“彩带串明珠”的绿色山水园林城市，美丽富饶的淮南将把自己的光辉辐射华东、映照全国！2.4 煤炭开采与塌陷情况 淮南市位于安徽省北部，是一个年产近3000万吨的大型煤炭生产基地，素有百里煤城之称，面积约2000平方千米，人口近250万。全市有数百家大中型企业，包括一些国有大型骨干企业。矿区已有百年开采历史，由于长期的煤

37、炭开采和工矿企业的生产规模日益扩大，使得全市的土壤受到不同程度的污染。煤炭开采后留下的煤矸石中含有大量的重金属，而这些煤矸石没有的到很好的利用，只是随意的堆放，严重污染了周围的土壤。淮南的煤炭开采会破坏和压占大量的土地资源,导致土地利用类型、功能发生较大变化,污染周围环境。土壤重金属污染导致作物品质不断下降，许多地区的粮食、蔬菜、水果等食物中镉、铬、砷、铅等重金属含量超标或接近临界值，土壤污染除影响食物的卫生品质外，也明显地影响到作物的其他品质。重金属在土壤中不能为土壤微生物所分解，可为生物富集，成为土壤中不断积累的污染物。不仅对作物的生长和发育及产量、品质有影响，而且通过食物链对人体健康造成

38、危害。不仅如此，土壤受到严重的破坏还带来了其他的环境问题。受重金属污染的土壤经过降雨的作用，其中所含的重金属元素进入地表水和地下水，使水中重金属元素一度超标。还有土壤在风等外力的作用下，被扬起，进入空气，引起的大气污染，也是十分严重的。淮南矿区煤炭资源开发为井工开采。采煤活动引起地面变形，包括了开采塌陷地、岩溶塌陷地等。采煤塌陷地对矿区的生态环境的影响主要表现在改变了矿区土地利用、景观系统的组分及功能等。淮南矿区一共有19个煤矿，地处淮河两岸，淮河南岸的矿井包括城市东部报废了的九龙岗和大通矿井，以及城市西部的李一、李二、谢一、谢二、谢三、毕家岗、新庄孜、李咀孜、孔集等11对矿井；淮河北岸矿井包

39、括了潘集一矿、潘集二矿、潘集三矿、新集矿、花家湖矿、八里塘矿、谢桥矿、张集矿8对矿井。根据淮南矿区采煤塌陷区塌陷情况报告统计，全矿区采煤塌陷区公划分为6个采煤塌陷区，分裂是九大塌陷嚣、谢李塌陷区、新李塌陷区、潘集塌陷区、张谢塌陷区和新集塌陷区。而其中的九大塌陷区为稳定壤陷区，其余5个塌陷区均未非稳定塌陷区。第3章 淮南土壤重金属污染特征3.1土壤重金属污染特征淮南市不同区域不同深度土壤重金属含量见表3-1。表3-1 各地不同剖面六种元素含量（mg/kg）地区剖面CuCrZnNiPbCd山南0-20cm29.2661943.2095289.7142931.122.727620.48047620-

40、40cm36.15229.785103.18930.276539.9580.5150540-60cm38.5507129.4421481.4257129.9914338.9050.439429大通区0-20cm32.67201.38262.4242.7144.560.76120-40cm37.73221.29168.4745.0746.590.62240-60cm32.36207.25218.2650.0857.380.858田家庵0-20cm44.11186.57488.2145.4343.761.05620-40cm42.85217.77410.6248.7545.941.13840-60

41、cm42.22203.2461.1448.5543.61.045潘集区0-20cm39.61286.3333.3537.9854.780.79920-40cm41.83257.99284.8138.9251.110.78740-60cm42.38241.05278.7438.553.530.907淮南市土壤背景值(a)24.264.980.8125.730.470.06土壤环境质量二级标准(pH6.57.5)(b) 100200250503000.3注：a)数据为安徽省环境监测中心站(1992)发布数据;b)为中国环境保护局(1990)发布3.1.1 Cu元素分析铜元素是人体所需的微量元素，供

42、给量过大，则会积蓄，主要在肝脏内。铜元素在体内的含量过高，则有可能导致中毒。（1）急性铜中毒 引起本病的原因是多种多样的，常因为结晶硫酸铜烧伤或意外误服引起，也有食用被污染的水和食物造成，主要因为冶炼铜时造成环境污染。国家规定车间允许铜尘、铜烟浓度为001mgL。 急性铜中毒开始产生胃肠道黏膜刺激症状，如恶心、呕吐、腹泻，溶血作用特别明显，尿中出现血红蛋白，继而出现黄疸及心律失常，严重时可出现肾功能衰竭及尿毒症、休克。 （2）慢性铜中毒 (a)呼吸系统长期接触铜尘、铜烟的工人，最常见的呼吸系统症状为咳嗽、咳痰、胸痛、胸闷，有的咯血、鼻咽黏膜充血、鼻中隔溃疡，甚至可引起尘肺和金属烟雾热。 (b)

43、眼睛接触铜盐可发生结膜炎和眼睑水肿，严重时角膜可以发生浑浊和溃疡。从事枪弹钢壳生产的工人易发生铜性白内障。 (c)动物皮肤实验证明，铜尘可致接触性和致敏性皮肤病变，局部皮肤发红、水肿、溃疡。 根据3-1数据，统计分析结果见图3-1。图3-1各地Cu元素与背景值、标准值 由图3-1可知，山南、大通区、田家庵和潘集区四个地区土壤的各个剖面Cu含量基本相同。在0-20厘米剖面处四个地区土壤中铜元素都超过了淮南市土壤背景值，但都没有超过国家土壤质量二级标准；在20-40厘米剖面深处四个地区土壤铜元素含量都超过了淮南市土壤背景值，但都没有超过国家土壤质量二级标准；在40-60厘米剖面处四个地区土壤中铜元

44、素都超过了淮南市土壤背景值，但都没有超过国家土壤质量二级标准。这说明淮南的土壤都受到了Cu的污染，但均未超过国家土壤质量二级标准，说明污染不是十分严重，对农业和人体的危害不是很大。3.1.2 Cr元素分析铬是人体的一种必需微量元素。正常人体内只含有6-7毫克，但对人体很重要。但是，过犹不及。铬的过量摄入会造成中毒。 铬的中毒主要是偶然吸入极限量的铬酸或铬酸盐后，引起肾脏、肝脏、神经系统和血液的广泛病变，导致死亡。也有铬酸钠经灼伤创面吸收引起中毒的事例。长期职业接触、空气污染或接触铬的灰尘，可引起皮肤过敏和溃疡，鼻腔的炎症、坏死，甚至肺癌。经口摄入，可引起胃肠道损伤，循环障碍、肾衰竭。治疗方法在

45、于离开接触，采用螯合剂治疗，高糖摄入也使铬排泄量增多。铬有2价、3价和6价三种化合物。引起中毒主要是指6价铬而言，它具有强氧化性，易穿入生物膜而起作用；2价、3价铬在皮肤表层即与蛋白质结合，形成稳定的配合物，不会引起生物效应。由表3-1中数据，统计分析结果如下图3-2.图3-2 各地Cr元素含量和背景值、标准值由图3-2可知，在0-20厘米剖面处四个地区土壤中铬元素含量顺序为潘集区大通区田家庵山南，其中只有山南地区土壤中铬元素含量没有超过淮南市土壤背景值，只有山南和田家庵区土壤中铬元素含量没有超过国家土壤质量二级标准。在20-40厘米剖面处只有山南地区土壤中铬元素含量没有超过淮南市土壤环境背景

46、值和国家土壤质量二级标准，其他的大通区、田家庵和潘集区土壤中的铬元素含量都超过了淮南市土壤环境背景值和国家土壤质量二级标准。在40-60厘米剖面处只有山南地区土壤铬元素含量没有超过淮南市土壤背景值和国家土壤质量二级标准，大通区、田家庵区和潘集区的土壤铬元素含量都超过了淮南市土壤背景值和国家土壤质量二级标准。这说明，山南地区土壤未受到镉元素的污染，而大通区、田家庵和潘集区土壤受金属元素Cr的污染严重。3.1.3 Zn元素分析（1）对大气的污染：金属锌本身无毒，但在焙烧硫化锌矿石、熔锌、冶炼其他含锌杂质的金属过程中，以及铸铜过程中产生的大量氧化锌等金属烟尘，严重污染了空气。 （2）对水体的污染：锌

47、不溶于水，但锌盐，如氯化锌、硫酸锌、硝酸锌则易溶于水，全世界每年通过河流输入海洋的锌约400万吨。采矿场、合金厂、机器制造厂、镀锌厂、仪器仪表厂等排放的工业废水中，含有大量锌化合物。锌对鱼类和其他水生生物的毒性比对人和温血动物大许多倍。（3）对土壤的污染：锌在土壤中富集，必然导致在植物体内的富集，这种富集不仅对植物，而且对食用这种植物的人和动物都有危害。过量的锌会使土壤酶失去活性，细菌数目减少，土壤中的微生物作用减弱。 由表3-1中数据，统计分析结果如下图3-3.图3-3 Zn元素含量和背景值、标准值由图3-3可知，在0-20厘米剖面处，只有山南地区的土壤中的锌元素含量没有超过国家土壤质量二级

48、标准，其他三个地区土壤中锌元素含量都超过了国家土壤质量二级标准，四个地区的土壤中锌元素含量都超过了淮南市土壤背景值。在20-40厘米剖面处四个地区的土壤中锌元素含量都超过了淮南市土壤环境背景值，而只有山南和大通土壤中锌元素含量没有超过国家土壤二级质量标准。在40-60厘米剖面处四个地区只有山南地区土壤中锌元素含量没有超过淮南市突然环境背景值，而且只有山南和大通区土壤锌元素没有超过国家土壤质量二级标准。田家庵区土壤中新元素含量较其他三个地区明显多，这可能是田家庵区人口多，人类的频繁活动使得更多的锌元素进入土壤中。3.1.4 Ni元素分析镍是人体的微量元素，如果过多可使人中毒，头发变白，在大量镍污

49、染的环境中，有呼吸道肿瘤与高发生率的皮肤病，粉末状镍与一氧化碳化合生成四羰基镍，通过呼吸道进人人体后可出现肺出血、浮肿、脑白质出血、毛细血管壁脂肪变性并发呼吸障碍以及呼吸系统癌症等。四羰基镍已被确认是一种致癌物质。吸烟引起肺癌，可能与镍有关。镍是最常见的致敏性金属，约有20%左右的人对镍离子过敏，女性患者的人数要高于男性患者，在与人体接触时，镍离子可以通过毛孔和皮脂腺渗透到皮肤里面去，从而引起皮肤过敏发炎，其临床表现为皮炎和湿疹。 由表3-1中数据，统计分析结果如图3-4。图3-4 Ni元素含量和背景值、标准值由图3-4可知，在0-20厘米剖面处四个地区土壤中镍元素含量都超过了淮南市土壤环境背

50、景值，但都没有超过国家土壤质量二级标准。在20-40厘米剖面处四个地区土壤中镍元素含量都超过了淮南市土壤背景值，但都没有超过国家土壤质量二级标准。在40-60厘米剖面处四个地区土壤中镍元素含量都超过了淮南市土壤背景值，但都没有超过国家土壤质量二级标准。四个地区的土壤镍元素含量均超过了淮南土壤背景值，其中大通区和田家庵区大大超过背景值。而四个地区中除了大通区的40-60厘米深处的镍元素含量超过了国家土壤质量二级标准，其他地区的各个剖面都没有超过国家土壤质量二级标准，说明淮南土壤受金属镍污染不严重，对农业和人体的影响都不大。3.1.5 Pb元素分析铅元素对人体各种组织均有毒害作用。铅元素可使形象化

51、智力、视觉运行功能和记忆受损；会导致语言和空间抽象能力、感觉和行为功能改变。铅可以危害造血功能，影响免疫功能及内分泌系统，消化系统。大量动物实验表明铅有致癌作用。 由表3-1中数据，统计分析结果如图3-5。图3-5 Pb元素含量和背景值、标准值由图3-5可知，在0-20厘米剖面处四个地区土壤中铅元素含量只有山南地区没有超过淮南市土壤背景值，其他大通区、田家庵区和潘集区都超过了淮南市土壤背景值，四个地区都没有超过国家土壤质量二级标准。在20-40厘米剖面处四个地区土壤中铅元素含量都超过了淮南市土壤背景值，但都没有超过国家土壤质量二级标准。在40-60厘米剖面处四个地区土壤中铅元素含量都超过了淮南

52、市土壤背景值，但都没有超过国家土壤质量二级标准。其中只有山南区的0-20厘米处的铅元素含量低于淮南土壤背景值，其他都高于背景值，说明这些地区由于人的活动影响铅元素进入土壤，导致土壤中的金属铅含量超过背景值。而这四个地区的各个剖面均未超过国家土壤质量二级标准，说明铅污染并不严重，对农业和人体的影响不是很大。3.1.6 Cd元素分析镉元素被人体吸收后，在体内形成镉硫蛋白，蓄积于肾、肝中。其中，肾脏可吸收进入体内近1/3的镉，是镉中毒的“靶器官”。其他脏器如脾、胰、甲状腺和毛发等也有一定量的蓄积。镉在体内可与含羟基、氨基、硫基的蛋白质分子结合，使许多酶系统受到抑制，从而影响肝、肾器官中酶系统的正常功

53、能。由于镉损伤肾小管，病者出现糖尿、蛋白尿和氨基酸尿。特别是使骨骼的代谢受阻，造成骨质疏松、萎缩、变形等一系列症状。日本的公害病之一“痛痛病”，就是慢性镉中毒最典型的例子。该病以疼痛为特点，始于腰背痛，继而肩、膝、髋关节痛，逐渐扩至全身。由于髋关节活动受限，呈现一种特殊的步态不稳即“鸭步态”。疼痛的性质为刺痛，活动时加剧，咳嗽或轻微的外伤即可引起病理性骨折。重症患者四肢可屈曲变形，身长比健康时缩短1030厘米。这是由于全身出现骨萎缩、脱钙所致。由于感觉神经节出血，压迫神经，止痛药不奏效。总之，镉中毒是慢性过程，潜伏期最短为28年，一般15年20年。根据摄入镉的量、持续时间和机体机能状况，病程大

54、致分潜伏期、警戒期、疼痛期、骨骼变形期和骨折期。 由表3-1中数据，统计分析结果如图3-6。图3-6 Cd元素含量和背景值、标准值由表3-6可知，在0-20厘米剖面处四个地区土壤中镉元素含量都远远超过了淮南市土壤背景值，也都超过了国家土壤质量二级标准。在20-40厘米剖面处四个地区土壤中镉元素含量都远远超过了淮南市土壤背景值，也都超过了国家土壤质量二级标准。在40-60厘米剖面处四个地区土壤中镉元素含量都远远超过了淮南市土壤背景值，也都超过了国家土壤质量二级标准。四个地区的各个剖面镉元素含量不仅都超过了淮南土壤背景值，而且都超过了国家土壤质量二级标准。这说明这四个地方的金属镉污染严重，对农业和

55、人体影响都很大。其中田家庵区土壤的各个剖面镉元素含量都远远超过国家土壤质量二级标准值。3.2 土壤重金属分布特征3.2.1 不同区域重金属元素分布特征（1） Cu元素分析 由表3-1中数据统计分析结果见图3-7。图3-7 各地不同剖面Cu元素含量由图3-7可知，山南地区和潘集区三个剖面中金属铜元素的含量随土壤深度的增加不断增加；大通区铜元素的含量随土壤深度的增加先增加后降低，含量最高出现在20-40cm深处；田家庵区土壤金属铜含量随土壤深度的增加不断降低。在0-20厘米剖面处四个地区铜元素含量顺序为田家庵潘集区大通区山南，在20-40厘米剖面处四个地区铜元素含量顺序为潘集区田家庵大通区山南，在

56、40-60厘米剖面处四个地区铜元素含量顺序为潘集区田家庵山南大通区。山南和大通地区铜元素含量随土壤深度变化明显，而田家庵和潘集区铜元素含量随土壤深度变化很小。（2） Cr元素分析 由表3-1中数据统计分析结果见图3-8。 图3-8 各地不同剖面Cr元素含量由图3-8可知，山南和潘集区土壤中铬元素的含量随土壤深度的增加不断降低；大通区和田家庵区土壤中镉元素的含量随土壤深度先增加后降低。其中山南地区土壤含量比其他三个地区含量明显少，土壤质量较好，潘集区土壤中铬元素含量最高。在土壤深度为0-20厘米剖面处四个地区铬元素含量顺序为潘集区大通区田家庵山南，在土壤深度为20-40厘米剖面处四个地区铬元素含

57、量顺序为潘集区大通区田家庵山南，在土壤深度为40-60厘米剖面处四个地区铬元素含量顺序为潘集区大通区田家庵区山南。（3） Zn元素分析 由表3-1中数据统计分析结果如图3-9所示。 图3-9 各地不同剖面Zn元素含量 由图3-9可知山南地区的金属元素锌的含量随着土壤深度的加深先增加而后降低。从0-20厘米深处到20-40厘米深处锌元素随着土壤深度的加深含量逐渐增加，在40-60厘米深度间锌元素含量下降，含量最高出现在土壤深度为20-40厘米处。大通区和田家庵地区土壤的金属锌含量随着土壤深度的加深先降低而后逐渐增加，含量最低出现在土壤深度为20-40厘米处。四个地区中山南地区土壤中含金属锌最低，

58、田家庵区土壤含金属锌最高。在土壤深度为0-20厘米剖面处四个地区锌元素含量顺序是田家庵潘集区大通区山南，在土壤深度为20-40厘米剖面处四个地区锌元素含量顺序是田家庵潘集区大通区山南，在土壤深度为40-60厘米剖面处四个地区锌元素含量顺序是田家庵潘集区大通区山南。（4） Ni元素分析 由表3-1中数据统计分析结果如下图3-10。图3-10 各地不同剖面Ni元素含量由图3-10可知，山南和潘集区土壤中金属元素镍含量随土壤深度的变化不大，大通区土壤中镍元素的含量随土壤深度的加深而不断增加，在40-60厘米深处含量最高，田家庵区土壤中镍元素含量先增加后降低，在土壤深度为20-40厘米处，含量最高。在

59、土壤深度为0-20厘米剖面处四个地区镍元素含量顺序为田家庵大通潘集区山南，在土壤深度为20-40厘米剖面处四个地区镍元素含量顺序为田家庵区大通潘集区山南，在土壤深度为40-60厘米剖面出四个地区镍元素含量顺序为大通区田家庵潘集区山南。其中山南和潘集区土壤中镍元素含量随土壤深度的变化不大，而田家庵和大通区土壤中金属元素镍含量随土壤深度的变化明显。（5） Pb元素分析 由表3-1中数据统计分析结果如图3-11。图3-11 各地不同剖面Pb元素含量由图3-11可知，山南地区和田家庵区土壤铅元素含量随着土壤深度的加深先增多后降低，在土壤深度为20-40厘米处含量最高。大通区土壤中铅元素含量随土壤深度的

60、加深不断增加，在40-60厘米处含量最高。潘集区土壤中铅含量随土壤深度先减少后增加，在深度为20-40厘米处含量最低。四个地区中土壤中含量最高的是潘集区，含量最低的是山南。在土壤深度为0-20厘米剖面处四个地区铅元素含量顺序是潘集区大通区田家庵区山南，在土壤深度为20-40厘米剖面处四个地区铅元素含量顺序是潘集区田家庵大通区山南，在土壤深度为40-60厘米剖面处四个地区铅元素含量顺序是大通区潘集区田家庵山南。其中田家庵区土壤中金属元素铅含量随土壤变化不大，其他三个地区铅元素含量随土壤深度变化明显。（6） Cd元素分析 由表3-1中数据统计分析结果如下图3-12。图3-12 各地不同剖面Cd元素

61、含量由图3-12可知，山南地区和田家庵区土壤中金属元素镉的含量随土壤深度的加深先增加后降低，在土壤深度为20-40厘米深处含量最高。大通区土壤中金属元素镉含量随土壤深度的变化先降低后增加，在20-40厘米深度处镉元素含量最低。潘集区土壤中金属元素镉含量随土壤深度的变化不断增多，在40-60厘米深处含量最高。3.2.2 不同深度土壤重金属分布特征在本章的第一节中对不同地区同一元素的含量随土壤深度变化作了分析，得出了各种元素在不同地区的含量变化以及土壤的污染情况。本节将对铜一地区不同剖面土壤重金属进行分析。（1） 山南 由表3-1中数据，统计分析结果如图3-13。 图3-13 山南地区不同剖面元素

62、含量由图3-13可知，山南地区铜元素随土壤深度的加深含量不断增加，最高含量出现在40-60厘米处。镉元素随土壤深度的加深含量不断降低，在0-20厘米深处含量最高。锌元素岁土壤深度的加深先增加厚降低，在土壤深度为20-40厘米处含量最高。镍元素含量随土壤深度的加深变化不大。铅元素在0-20厘米深处含量较低，在20-40厘米和40-60厘米深处含量较高。镉元素随土壤深度的加深变化不明显。（2） 大通 由表3-1中数据，统计分析结果如图3-14。图3-14大通区不同剖面元素含量由图3-14可知，大通区土壤中金属元素铜含量随土壤深度的加深先增加后，降低，总体含量变化不大。铬元素含量随土壤深度的加深先增加后降低，在20-40厘米处含量最高。锌元素含量随土壤深度的加深先降低后增加，从0-20厘米到20-40厘米含量下降很多。镍元素含量随土壤深度的加深略有增多，整体含量不多。铅元素含量随土壤深度的加深不断增加，但也只是略有增加。镉元素随土壤深度的增加变化不明显。（3） 田家庵 由表3-1中数据，统