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赣南稀土矿区土壤环境特征及稀土金属地球化学行为研究

温小军  
【摘要】:稀土资源的开发利用与其他资源一样,具有人类深度干扰、环境污染突出、生态严重恶化等特征,且稀土资源开发的污染问题一直被其应用价值特别是在农业方面的有益作用所掩盖,以至对稀土矿区生态环境问题的认识多停留在水土流失、植被破坏等表面现象上。目前针对稀土资源开发影响下对生态环境的影响研究相对比较零散,系统性不强,且较多集中在农用稀土进入土壤环境后稀土元素的地球化学行为等方面。本研究选取赣南三个稀土矿区——龙南高钇型稀土矿区、寻乌低钇低铕型稀土矿区和信丰中钇富铕型稀土矿区作为研究对象,结合野外取样、实验室模拟分析等方法,研究了赣南稀土矿区和稀土金属地球化学行为,得到如下结果。 (1)赣南典型稀土矿区土壤肥力和稀土金属污染特征。 矿区和矿区下游土壤综合肥力均比较低下,其中矿区土壤综合肥力为Ⅲ级(差),矿区下游土壤综合肥力为Ⅱ级(一般);各稀土矿区土壤均呈酸性或弱酸性,有机质含量较低,土壤中盐基性离子淋失严重,阳离子交换量随着土壤酸性增强而降低;营养元素流失严重,氮磷钾在矿区和矿区下游土壤环境中处于缺乏状态,氮磷钾有效性较低;土壤综合肥力与开采历史呈现时间累积效应。 稀土矿区土壤环境中稀土金属含量均比较高,土壤稀土金属污染较严重。矿区土壤环境中稀土金属全量与稀土矿区开采历史、稀土矿区的开采状况有关系,如信丰稀土矿区开采历史短,矿区土壤环境中稀土金属全量最高;稀土金属有效性较高,稀土金属具有较高的活性。开采历史越短的矿区,其矿区和矿区下游土壤环境稀土金属有效性越高。 (2)稀土矿区水土环境酸化和稀土金属在垂直剖面方向分布的时间效应。 矿区土壤受稀土资源开发影响较大,土壤酸性较强,其中A层土壤酸化严重,到2011年10月,矿区土壤达到强酸性,土壤酸化现象极为严重,B层土壤酸性亦较强,酸化趋势比较明显,但C层土壤呈微弱减低趋势,呈弱酸性状态;矿区下游土壤A、B、C层酸化均比较严重,酸化程度是一个由表及里的过程,即A层酸化最严重(2011年快达到强酸性),B、C层次之;相比土壤环境,研究区水体pH值变化不明显。 矿区土壤环境中稀土全量和有效态稀土含量均极高,A、B层稀土全量逐年减少,稀土金属向低海拔区域和垂直方向发生迁移,C层土壤环境中稀土全量相对稳定,土壤A层中有效态稀土含量表现为逐年上升状态,但在同一年的4月(雨季)要比10月(旱季)要高;土壤B、C层中则维持在相对高值的状态;稀土金属在稀土矿区下游土壤环境中具有非常明显的表聚性,即土壤A层稀土金属增加明显,B层次之,C层微弱增加,有效态稀土金属含量与稀土全量具有类似特征。 (3)稀土酸性废水对土壤理化性质变化、营养元素含量和有效性以及稀土金属形态转化、累积迁移和有效性的影响。 稀土酸性废水的输入,胁迫土壤中稀土金属发生形态上的转化,使稀土金属有强烈向活性态稀土形态转化的趋势,活性态稀土金属随水力搬运作用和淋滤液淋出发生水平方向和垂直方向上的迁移,稀土金属向矿区下游区域扩散、吸附、累积,导致残渣态稀土金属含量和稀土全量降低以及稀土金属污染扩散。 (4)模拟酸雨及稀土金属污染对稀土矿区土壤酸化、土壤酶活性以及对稀土金属活化、形态转化、迁移累积影响。 不同酸碱度的模拟酸雨对稀土矿区土壤pH值、稀土淋失量及其化学形态转化的影响各不相同。模拟酸雨酸性越强,土壤酸化越严重,稀土淋出量越多,同时可能促进土壤中稀土形态之间的转化。 稀土尾矿经模拟酸雨淋溶后,土壤酸化严重,酸雨酸性越强,土壤酸化越严重;菜园土经稀土La、Ce单一和复合污染后,土壤酸化不明显,但经稀土尾矿淋出液污染后土壤酸化严重。土壤脲酶活性变化符合稀土金属“低促高抑”的生态效应;不同处理培养下土壤脲酶活性的抑制率表现为:尾矿稀土淋出液污染稀土La、Ce复合污染稀土Ce单一污染稀土La单一污染。过氧化氢酶活性则表现为先抑制后轻微促进,不同处理培养下土壤脲酶活性的抑制率表现为:尾矿稀土淋出液污染稀土La. Ce复合污染稀土La单一污染稀土Ce单一污染;土壤脲酶对稀土污染更为敏感。 综上所述,赣南典型稀土矿区土壤综合肥力低下,营养元素流失和稀土金属污染均比较严重,并不同程度地呈现时间累积效应;稀土金属含量及其有效性较高,极易通过土壤-植物、水土流失等途径进入食物链,造成污染扩散,存在较大的生态风险;稀土酸性废水和酸雨对稀土矿区土壤环境影响较大,可促进土壤酸化、理化性质变化、营养元素流失、土壤酶活性变化以及稀土金属活化溶出和形态转化,对区域生态环境的负面影响较大。


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