盂县煤矿区及其周边农田土壤重金属溯源分析

作     者：刘政 赵文廷 王爱军 LIU Zheng;ZHAO Wenting;WANG Aijun

作者机构：河北农业大学国土资源学院河北保定071000 河北省农田生态重点实验室河北保定071000 河北保定生态文明研究院河北保定071000 中国地质调查局水文地质环境地质调查中心河北保定071051 

出 版 物：《煤炭学报》 (Journal of China Coal Society)

年 卷 期：2018年第43卷第S2期

页      面：532-545页

核心收录：

学科分类：12[管理学] 1204[管理学-公共管理] 082803[工学-农业生物环境与能源工程] 08[工学] 0828[工学-农业工程] 120405[管理学-土地资源管理] 

基　　金：国家地质大调查基金资助项目(DD20160335) 

主　　题：农田土壤 重金属 煤矸石 废水 煤矿 溯源分析 

摘      要：煤矿区及其周边农田土壤重金属超标原因尚未达成共识,溯清煤矿区及其周边农田重金属之源,不仅对农田生态与环境保护具有较重要意义,而且对保障矿产开发利用、矿山企业发展、绿色矿山建设等具有较重要价值。以盂县煤矿区及其周边农田为研究对象,运用质普试验、经典统计学和地统计学等研究方法,通过农田土壤与煤、煤矸石和采矿废水中重金属含量及空间变化特征的对比,对研究区土壤重金属进行了溯源分析,不同样品重金属含量测定结果显示:除Hg外,煤粉的重金属含量是块煤重金属含量的1.05~1.99倍;全风化煤矸石重金属含量是新鲜煤矸石重金属含量的1.16~6.57倍;自燃煤矸石重金属含量是非自燃煤矸石重金属含量的1.19~9.20倍;除Cd,Pb外,泥质煤矸石重金属含量是砂质煤矸石重金属含量的1.34~4.78倍;采矿废水的重金属,除含较少量Pb外,其他重金属均未检出;土壤重金属含量低于煤粉、全风化煤矸石和自燃煤的重金属含量,但高于块煤和新鲜煤矸石重金属含量,远大于采矿废水的重金属含量。农田土壤重金属含量空间分布研究结果显示:不同距离农田样带土壤重金属含量变化规律基本一致;煤堆(井)、煤矸石山(堆)周边不同距离的农田土壤重金属含量主要符合指数模型;土壤8种重金属含量块金值C0均为正值,但受正基底效应的影响而变化较大;距离越远基台值C0+C越小,且ZnPbCuCrNiAsCdHg,空间变异性渐弱。重金属含量结构性因子随着距离增大而减弱,距离超过50 m后随机数据具有强烈的空间自相关,即土壤重金属含量受自然因素影响较大;距离小于50 m时,随机数据具有中等的空间相关性,即土壤重金属含量在受自然因素影响的同时还受人类活动的影响。不同距离农田土壤重金属含量的决定系数R2在0.50~1.00,|ME|和|MSE|接近于0,|ASE|与|RMSE|接近,|RMSSE|接近于1,表明半变异函数理论模型对试验数据的拟合效果较好,精度较高且预测值总体与测量值较为接近,准确地反映各情况下土壤重金属空间分布特征,因而保证了不同距离农田土壤重金属含量空间插值精度。研究结果表明,煤矿区及其周边农田土壤重金属主要源于母岩风化,煤矿开采不会造成大面积农田土壤重金属含量增加和超标。同时,运用矿物学与结晶学原理对所得结论进行了较科学的论证。