河北省宣化地区原煤与燃煤污染及其生态环境效应评价

doi:10.19657/j.geoscience.1000-8527.2018.05.18

现代地质 ›› 2018, Vol. 32 ›› Issue (05): 1053-1062.DOI: 10.19657/j.geoscience.1000-8527.2018.05.18

河北省宣化地区原煤与燃煤污染及其生态环境效应评价

刘煜¹(), 向武¹(), 张延夕², 邢旭东³, 朱杰¹, 杨渭林¹

1.中国地质大学(武汉) 地球科学学院,湖北武汉 430074
2.河北省地质调查院,河北石家庄 050081
3.国土资源评价与利用湖南省重点实验室,湖南长沙 410007

收稿日期:2018-04-10 修回日期:2018-08-14 出版日期:2018-10-10 发布日期:2018-11-04
通讯作者: 向武,男,教授, 1968年出生,地球化学专业,主要从事环境地球化学研究工作。Email:xiangw@cug.edu.cn。
作者简介:刘煜,男,硕士研究生,1992年出生,地球化学专业,主要从事环境地球化学研究工作。Email:yuliu88@outlook.com。
基金资助:
河北省财政厅项目“河北省山水林田湖生态环境修复规划”(2121299);国土资源评价与利用湖南省重点实验室项目(SYS-ZX-201802)

Ecological and Environmental Effects of Raw Coal and Coal Combustion Pollution in Xuanhua, Hebei Province

LIU Yu¹(), XIANG Wu¹(), ZHANG Yanxi², XING Xudong³, ZHU Jie¹, YANG Weilin¹

1. School of Earth Science, China University of Geosciences, Wuhan, Hubei 430074, China
2. Hebei Institute of Geological Survey,Shijiazhuang, Hebei 050081, China
3. Hunan Key Laboratory of Land Resources Evaluation and Utilization, Changsha, Hunan 410007, China

Received:2018-04-10 Revised:2018-08-14 Online:2018-10-10 Published:2018-11-04

摘要/Abstract

摘要：

通过对河北省宣化原煤及燃煤污染区表土和近地降尘的野外调查和样品分析,查明了表土及降尘中Hg、Cd、V、Zn、Mo、U、Mn、Cr等13种重金属元素及16种多环芳烃(PAHs)的地球化学特征。结果表明,原煤区土壤以Hg、Cd污染为主,污染区在煤带两侧约100 m范围内,燃煤区土壤以Hg、Cd、V污染为主,污染范围在燃煤企业下风口超过2 km。原煤区表土中Hg、Cd、Zn、Mo、U及PAHs与燃煤区表土中Hg、V、Mo、U、Mn、Cr及PAHs主要通过大气沉降带入。区内土壤中脲酶、碱性磷酸酶及β-葡萄糖苷酶活性均受到不同程度抑制,其中以β-葡萄糖苷酶最为明显,且燃煤区较原煤区抑制更为显著,反映了煤污染对土壤碳循环过程影响较大。

关键词: 煤污染, 表层土壤, 近地降尘, 生态效应, 河北宣化

Abstract:

Geochemical distribution characteristics of 16 PAHs and 13 kinds of heavy metal elements,including Hg, Cd, V, Zn, Mn, Cr, Mo, U,etc., were investigated in the topsoil and near surface dust of the raw coal and coal combustion polluted area in Xuanhua, Hebei Province. The results showed that Hg and Cd are the dominant pollutant within about 100 meters in raw coal polluted area. While, Hg,V, and Cd were the dominant pollutants within 2, 000 meters in coal combustion area, where being downwind from coal burning enterprises. And the accumulation of Hg, Cd, Zn, Mo, U, PAHs in topsoil of the raw coal polluted area and Hg, V, Mo, U, Mn, Cr,PAHs of the coal combustion polluted area were mainly from atmospheric deposition. Enzyme activities of the urease, alkaline phosphatase and β-glucosidase in the soil were all restrained to varying degrees with the greatest of β-glucosidase in polluted areas. In addition, the inhibition of soil enzyme activities by coal combustion polluted is more significant than that of raw coal, implying the negative effect of coal pollution on soil carbon cycling.

Key words: coal pollution, surface soil, near surface dust, ecological effect, Xuanhua, Hebei Province

中图分类号:

P595
X701

刘煜, 向武, 张延夕, 邢旭东, 朱杰, 杨渭林. 河北省宣化地区原煤与燃煤污染及其生态环境效应评价[J]. 现代地质, 2018, 32(05): 1053-1062.

LIU Yu, XIANG Wu, ZHANG Yanxi, XING Xudong, ZHU Jie, YANG Weilin. Ecological and Environmental Effects of Raw Coal and Coal Combustion Pollution in Xuanhua, Hebei Province[J]. Geoscience, 2018, 32(05): 1053-1062.

图/表 12

参考文献 40

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元素	平均值	最大值	最小值	标准偏差	变异系数/%	原煤区降尘平均值	河北省土壤背景值	国家土壤二级标准值
Cu	21.48	29.35	17.60	2.12	9.87	21.00	21.8	100
Pb	21.89	26.30	17.40	2.06	9.41	22.73	21.5	80
Zn	64.65	76.00	54.80	5.69	8.80	76.54	78.4	300
Ni	25.98	32.00	21.85	2.06	7.93	22.48	30.8	100
Mn	617.28	695.40	548.75	35.08	5.68	555.83	608	—
Cr	59.65	67.60	46.10	4.67	7.83	54.09	68.3	250
Mo	0.70	0.84	0.59	0.07	10.00	1.44	0.7	—
As	8.89	11.60	5.43	1.37	15.41	6.72	13.6	25
Hg	0.029	0.104	0.015	0.016	54.42	0.053	0.036	1.5
Cd	0.15	0.21	0.10	0.03	20.00	0.23	0.09	0.8
U	2.04	2.79	1.43	0.22	10.78	3.77	1.94	—
Th	8.81	13.00	3.65	1.68	19.07	7.79	10.71	—
V	81.88	102.05	70.65	6.48	7.91	70.15	73.2	130

元素	平均值	最大值	最小值	标准偏差	变异系数/%	原煤区降尘平均值	河北省土壤背景值	国家土壤二级标准值
Cu	21.48	29.35	17.60	2.12	9.87	21.00	21.8	100
Pb	21.89	26.30	17.40	2.06	9.41	22.73	21.5	80
Zn	64.65	76.00	54.80	5.69	8.80	76.54	78.4	300
Ni	25.98	32.00	21.85	2.06	7.93	22.48	30.8	100
Mn	617.28	695.40	548.75	35.08	5.68	555.83	608	—
Cr	59.65	67.60	46.10	4.67	7.83	54.09	68.3	250
Mo	0.70	0.84	0.59	0.07	10.00	1.44	0.7	—
As	8.89	11.60	5.43	1.37	15.41	6.72	13.6	25
Hg	0.029	0.104	0.015	0.016	54.42	0.053	0.036	1.5
Cd	0.15	0.21	0.10	0.03	20.00	0.23	0.09	0.8
U	2.04	2.79	1.43	0.22	10.78	3.77	1.94	—
Th	8.81	13.00	3.65	1.68	19.07	7.79	10.71	—
V	81.88	102.05	70.65	6.48	7.91	70.15	73.2	130

元素	平均值	最大值	最小值	标准偏差	变异系数/%	燃煤区降尘平均值	河北省土壤背景值	国家土壤二级标准值
Cu	40.09	151.70	19.15	31.50	78.57	22.26	21.8	100
Pb	34.51	78.40	20.20	15.11	43.78	30.16	21.5	80
Zn	197.91	718.80	57.90	177.72	89.80	169.75	78.4	300
Ni	30.35	78.70	21.90	12.11	39.90	21.44	30.8	100
Mn	1 277.27	6 252.65	591.55	1 331.30	104.23	2 756.40	608	—
Cr	102.36	472.35	58.45	93.87	91.71	167.05	68.3	250
Mo	1.33	5.34	0.58	1.12	84.21	1.42	0.7	—
As	8.73	15.50	3.51	2.79	31.96	4.1	13.6	25
Hg	0.087	0.342	0.016	0.080	80.81	0.126	0.036	1.5
Cd	0.29	1.08	0.12	0.25	86.21	0.21	0.09	0.8
U	1.84	2.67	1.35	0.36	19.57	2.45	1.94	—
Th	9.27	13.45	4.65	1.94	20.93	8.43	10.71	—
V	196.18	1 146.55	80.50	258.01	131.52	373.42	73.2	130

元素	平均值	最大值	最小值	标准偏差	变异系数/%	燃煤区降尘平均值	河北省土壤背景值	国家土壤二级标准值
Cu	40.09	151.70	19.15	31.50	78.57	22.26	21.8	100
Pb	34.51	78.40	20.20	15.11	43.78	30.16	21.5	80
Zn	197.91	718.80	57.90	177.72	89.80	169.75	78.4	300
Ni	30.35	78.70	21.90	12.11	39.90	21.44	30.8	100
Mn	1 277.27	6 252.65	591.55	1 331.30	104.23	2 756.40	608	—
Cr	102.36	472.35	58.45	93.87	91.71	167.05	68.3	250
Mo	1.33	5.34	0.58	1.12	84.21	1.42	0.7	—
As	8.73	15.50	3.51	2.79	31.96	4.1	13.6	25
Hg	0.087	0.342	0.016	0.080	80.81	0.126	0.036	1.5
Cd	0.29	1.08	0.12	0.25	86.21	0.21	0.09	0.8
U	1.84	2.67	1.35	0.36	19.57	2.45	1.94	—
Th	9.27	13.45	4.65	1.94	20.93	8.43	10.71	—
V	196.18	1 146.55	80.50	258.01	131.52	373.42	73.2	130

距污染源距离/m	单因子污染指数(P_i)									多因子综合污染指数(P)
距污染源距离/m	Cu	Pb	Zn	Ni	Cr	Hg	As	Cd	V	多因子综合污染指数(P)
100	0.233	0.298	0.237	0.276	0.243	0.039	0.367	0.211	0.672	0.523
300	0.217	0.302	0.224	0.263	0.248	0.023	0.359	0.209	0.650	0.506
600	0.211	0.278	0.220	0.263	0.249	0.019	0.365	0.190	0.608	0.476
1 000	0.230	0.263	0.208	0.256	0.233	0.014	0.305	0.192	0.633	0.490
1 800	0.191	0.231	0.192	0.219	0.208	0.014	0.257	0.150	0.602	0.462
原煤区平均	0.216	0.274	0.216	0.255	0.236	0.022	0.330	0.190	0.633	0.491
500	0.360	0.506	1.210	0.233	0.573	0.062	0.222	0.329	2.814	2.448
1 000	0.324	0.545	0.868	0.303	0.703	0.056	0.425	0.302	2.859	2.091
2 000	0.230	0.334	0.372	0.247	0.274	0.033	0.304	0.235	0.892	0.671
5 000	0.222	0.340	0.224	0.250	0.261	0.019	0.306	0.179	0.671	0.513
燃煤区平均	0.284	0.431	0.668	0.258	0.453	0.042	0.314	0.261	1.809	1.431

河北省宣化地区原煤与燃煤污染及其生态环境效应评价

Ecological and Environmental Effects of Raw Coal and Coal Combustion Pollution in Xuanhua, Hebei Province

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距污染源距离/m	E_i										RI	潜在污染程度
距污染源距离/m	As	Hg	Cd	V	Mn	Cu	Pb	Zn	Ni	Cr	RI	潜在污染程度
100	6.74	65.40	56.25	2.39	1.11	5.35	5.72	0.91	4.48	1.78	150.13	中等
300	6.60	38.92	55.83	2.31	1.01	4.98	5.61	0.86	4.27	1.82	122.21	低等
600	6.71	31.18	50.56	2.16	0.98	4.84	5.18	0.84	4.27	1.83	108.55	低等
1 000	5.60	23.11	51.25	2.25	1.03	5.27	4.89	0.80	4.16	1.70	100.06	低等
1 800	4.72	22.94	48.33	2.14	0.99	4.37	4.30	0.73	3.55	1.52	93.59	低等
原煤区平均	6.08	36.31	52.44	2.25	1.02	4.96	5.14	0.83	4.14	1.73	114.91	低等
500	6.16	179.44	141.67	10.26	2.01	17.88	8.78	4.11	6.28	2.51	379.08	较高
1 000	6.83	94.08	80.84	10.16	1.35	7.43	7.44	3.32	4.92	2.25	218.61	中等
2 000	6.08	75.83	62.50	2.96	1.21	6.50	6.08	1.50	4.30	2.01	168.96	中等
5 000	5.64	51.00	54.17	2.42	1.11	6.10	6.33	1.29	4.47	2.00	134.52	低等
燃煤区平均	6.17	100.09	84.79	6.45	1.42	9.48	7.16	2.55	4.99	2.19	225.29	中等

土壤酶类型	土壤酶活性均值/(μg·g^-1·h^-1)
土壤酶类型	燃煤区(n=10)	原煤区(n=15)	参照区(n=3)
脲酶	115.04	150.28	156.09
碱性磷酸酶	45.88	54.77	56.38
β-葡萄糖苷酶	9.20	13.34	13.95

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