泰莱盆地土壤地球化学异常评价分析

2022-12-04

1 工作区土壤地质背景

泰莱盆地的成土母质按沉积形式可分为残坡积、洪积、冲积和混合相沉积等。在残坡积物中, 根据母质的物源不同又分为酸性岩类、基性岩类、砂页岩类和石灰岩类等[1]。根据山东省第2次土壤普查土壤分类系统, 工作区土壤类型主要有棕壤、褐土、粗骨土、砂姜黑土和潮土5个土类。

2 土壤地球化学异常查证

2.1 异常的识别

地球化学异常是与背景相比显著不同的地球化学分布模式。相关研究表明, 各类土壤地球化学异常的成因复杂多样, 从理论上讲可能有自然高背景、次生地质作用叠加, 人为环境污染以及这些作用的复合类型。不同成因的地球化学异常的指示意义和生态环境效应差异很大[2]。

土壤中元素的全量是基础, 利用土壤中元素的全量分布估计某元素过量或过低异常区的下限或上限, 将有利于潜在有害区的圈定和描述。

根据数理统计学原理, 对某元素过量或不足有害可用下式计算:  0±2S。

0:背景平均值, 经X±2S逐步剔除后的算术平均值。

S:标准离差

2.2 各元素异常分布特征

本次调查主要是对环境影响明显的高异常元素进行, 分析了泰莱盆地的地质背景、土壤类型、土地利用方式等因素, 确定了As、Cd、Cr、Cu、Pb、Ni这6种元素按各盆地土壤元素含量的0+2S为阀值圈定高值异常区域, 各元素异常区域分布主要在泰莱盆地莱芜地区, 涉及的地区有范镇、杨庄镇、口镇、张家洼镇、牛泉镇、方下镇、莱芜市区和高庄镇等地区。

2.3 异常的成因推断解释

按其成因不同可分为地质背景异常、矿产开采异常、人为污染异常和多种因素的叠加综合异常。

2.3.1 地质背景异常

自然地质背景异常是指土壤形成过程中本身所产生的异常。其分布形态受河流流域、物质来源、地形地貌、沉积分异及土壤类型的控制, 产出面积较大, 含量均匀, 耕层与深层基本一致, 多为综合异常且元素组合与其地球化学性质相符。Pb、As、Sb、Cd等元素几乎全部分布于古生界地层中, 特别是As、Cd、等异常, 明显受古生界地层控制;Zn与各时代闪长岩关系密切;Hg与古生界和中生界、新生界关系较密切, 城市周围Hg异常是由污染引起的;Cr异常受白垩系的控制尤其明显。如大王庄-寨里Cd高异常区Cd含量473 mg/kg, 远高于泰莱盆地平均值162 mg/kg, 主要是受成土母质和地形地貌影响, 并且垂向剖面元素含量变化不大。

2.3.2 矿产开采异常

矿产开采使得原有环境的改变, 由于对矿区的土地和植被破坏、水土流失、三废的排放等, 使矿区周围的土壤受到外源物质入侵, 矿点矿化点周围土壤中与成矿有关的Pb、Cu、Zn、As、F等相对含量较高。如南冶-潘西煤矿Cu、Pb高异常区中Cu、Pb含量分别为47.3 mg/kg和34.7 mg/kg, 远高于泰莱盆地平均值26.2 mg/kg和28.2mg/kg, 主要是由潘西煤矿引起。

2.3.3 人为污染异常

主要指平原区的一些非点源污染和在居民点和厂矿周边的点源污染, 由于人类的生存活动, 每年有大量废气、烟尘等污染物质排放到大气中。这些污染物质通过降尘、降雨等途径, 由于盆地地形关系, 污染物质不易扩散而沉降, 降尘最终进入土壤表层, 一些元素在表层累积明显。在城镇周围土壤中, 一些元素含量明显增高。如泰安市区周围的Pb、Cu等、莱芜市区周围的Pb、Cu、Zn等。农药化肥的使用对土壤也有很大的污染。一般情况下, 农田长期过量施用农药化肥, 使得As、Cd、Cu等重金属元素在土壤中产生累积, 对土壤环境产生影响。

2.4 土壤地球化学异常环境评价

通过对异常区内土壤样品测试分析, 发现As、Cr、Cu、Pb等元素在该区域表现为高异常值。样品数据的统计分析结果见表1。

由表1可知:异常区的Ni、Pb平均值含量分别是泰莱盆地的1.2倍与1.38倍。通过对比表明表层土壤接受了大量的外源物质, 致使这些元素的含量骤升。

2.4.1 土壤环境质量综合评价

按国家《土壤环境质量标准》 (GB15618-1995) , 选择Cd、Hg、Cu、As、Pb、Cr、Zn、Ni对异常区进行土壤环境质量综合评价。评价方法采用“一票否决法”, 首先确定单因子环境质量分级, 然后综合单因子评价结果, 进行异常区土壤环境质量综合评价。评价结果见表2。

异常区土壤环境质量综合评价结果表明, 异常区内土壤环境质量等级以二级为主, 占异常区土地面积的64.3%, 三级土壤主要分布在在莱芜市区东南, 南冶-潘西煤矿一带。

2.4.2 生态环境影响评价

土壤环境、水环境的最终影响于农作物, 通过对本异常区内的小麦、玉米、生姜、葱、花椒等农作物进行分析测试 (表3) 可知, 异常区内的农作物重金属元素含量均没有超标, 葱、生姜达到国家无公害蔬菜标准。

通过对异常区进行异常查证, 对该区的地质构造、地貌、土壤母岩母质等进行了实地调查, 发现范镇太平官庄至大辛庄一带分布有大蒜加工厂、农药化工厂及造纸厂, 这些工厂通过大汶河及支流排污, 使得周围土壤受到不同程度的污染, 致使本区的As、Pb、Cr、Cu、Ni等元素的超标。调查还发现在南冶—潘西煤矿一带, 由于煤矿的开采, 使得周围的土壤也受到一定程度的污染, 本区的Pb、Cr、Cu、Ni等元素的超标应该是煤矿开采引起的。

mg/kg

3 治理建议

通过对异常区的土壤基准值分析, 导致该区土壤重金属富集的主要原因为工矿企业的废水排放。重金属是相对难在土壤中迁移的污染物, 当其输入土壤后总是停留在表层或亚表层很少迁入底层, 一般重金属在土壤中大多数呈固体沉淀或固体结合态, 所以它可以随土体中固相的冲刷或淋洗而发生迁移, 因此致使污染源周围大面积土壤中元素超过土壤基准值。

重金属污染治理一般采用农业治理方法。主要有以下几点。第一, 控制土壤水分, 通过控制土壤水分来调节其氧化还原电位 (Eh) , 达到降低重金属污染的目的。第二, 选择化肥, 在不影响土壤供肥的情况下, 选择不含重金属的化肥;增施有机肥, 有机肥能够固定土壤中多种重金属以降低土壤中重金属的活性。第三, 选择农作物品种, 选择抗污染的植物和不要在重金属污染的土壤上种植进入食物链的植物;因地制宜地种植玉米、水稻、大豆和小麦等, 因为重金属在作物体内分配规律是根>茎叶>籽实。第四, 合理利用农业生态系统工程措施, 可以保持土壤的肥力, 改良和防治土壤重金属污染, 提高土壤质量, 并能与自然生态循环和系统协调运作。

摘要：通过对工作区土壤地球化学异常查证, 对As、Cd、Cr、Cu、Pb、Ni这6种元素异常分布特征进行阐述及成因推断解释;对土壤中As、Cr、Cu、Pb等元素地球化学异常环境评价, 并提出治理建议。

关键词：泰莱盆地,土壤地球化学,异常查证