专利名称：尾矿矿区土壤成分的测定方法
技术领域：
本发明涉及环境保护技术领域，尤其是涉及一种尾矿矿区土壤成分的测定方法。
背景技术：
在我国的大部分矿区，矿产资源的大量开采在促进当地经济发展的同时，也带来严重的生态环境问题。首先，在矿产资源开采的过程中，地表的土壤和植被被严重破坏，同时产生的大量尾矿、矸石等固体废弃物压占、破坏土地资源，使我省人多地少的矛盾更加突出；其次，由于尾矿松散、抗剪能力差、稳定性差的特点，尾矿大量堆积形成的尾矿坝和尾矿山有发生垮塌、滑坡的隐患存在，对当地的人民的生命和财产安全是一个巨大的威胁；再次，采矿过程中形成的松散物质在风力作用下形成大量粉尘，污染当地的大气、水体和土壤，使生态环境状况不断恶化。以上矿山开采带来的一系列的问题严重影响了当地的社会、经济和环境的可持续发展。因此，开展矿区退化生态系统的生态治理技术研究，解决矿产资源开采带来的一系列问题，改善矿区生态环境对于我国社会发展具有非常重要的意义，其中对尾矿矿区的土壤成分的测定尤其关键。
发明内容
本发明的目的是提供一种尾矿矿区土壤成分的测定方法，能够为尾矿矿区生态环境治理提供可靠数据，有利于尾矿矿区的社会、经济和环境的可持续发展。为实现上述目的，本发明提供了一种尾矿矿区土壤成分的测定方法，包括如下步骤首先进行土壤采样；然后对采样土壤进行物理性质的测定、化学性质的测定和生物成分的测定。优选的，所述土壤采样的过程具体为在米样点上挖掘土壤剖面，按0_5cm, 5-10cm, 10-20cm, 20-40cm, 40-60cm 进行分层，然后分别用铝盒、环刀和土壤袋进行分层取样。优选的，所述对采样土壤进行物理性质的测定的过程具体为采用环刀法测定所述采样土壤的容重； 测定所述采样土壤的水分特征；测定所述采样土壤的孔隙特征。优选的，所述测定所述采样土壤的水分特征具体为测定所述采样土壤的自然含水量，测定所述采样土壤O 20cm，20 40cm，40 60cm, 60 80cm, 80 IOOcm不同层次自然含水量,用招盒分层选取土样,每层三次重复分 别秤鲜重，再用烘干法，于105°C下烘干至恒重，计算土壤自然含水量，取平均值；测定所述采样土壤的田间持水量，分层采集所述采样土壤原状土壤样品，称鲜湿重后，放在垫有滤纸的培养皿上，再将培养皿与环刀一同放在瓷盘中，瓷盘中注入水，所述培养皿上所垫滤纸浸入水中，24小时后称重，据此计算田间持水量。
测定所述采样土壤的毛管持水量，在瓷盘内垫一块已达水饱和状态的纱布，放置环刀土样，所述采样土壤原状土壤样品达恒重后，取下称重，计算毛管持水量。测定所述采样土壤的饱和含水量，将测过毛管持水量的环刀，转移到水面与环刀等高的水槽中，放置15分钟至环刀内土层有水溃出后，将环刀取出称重，据此计算饱和含水量。优选的，所述测定所述采样土壤的孔隙特征具体为根据尾矿的的各个水分指标计算相应的毛管孔隙度、空气孔隙度以及总孔隙度等孔隙特征。优选的，所述对采样土壤进行化学性质的测定具体为
将所述采样土壤自然风干后，用四分法取Ikg混合样，剔除根茎石块等杂质，磨细后全部过20目筛，计算石、砾含量，测定其机械组成；取部分土样采用碱解扩散法测定碱解氮含量；取部分土样用O. 5mol/LNaHC03法测定速效磷含量；取部分土样采用电极法测定其PH值；取部分土样采用NH4OAc浸提-火焰原子吸收分光光度法测定其速效钾含量；取部分土样研磨后过60目筛，采用半微量凯氏定氮法测定全氮含量，采用重铬酸钾容量法-外加热法进行测定其有机质含量；取部分土样研磨后过140目筛，用浓硫酸-高氯酸消煮分解烘干，采用钥蓝比色法测定其全磷含量；取部分土样研磨后过140目筛，采用氢氟酸-硝酸-高氯酸湿式消化-火焰原子吸收分光光度法测定其全钾、钙、镁、铁、锰含量；取部分土样研磨后过140目筛，采用火焰原子吸收分光光度法测定其铬、铜、锌、
镍含量；取部分土样研磨后过140目筛，采用KI-MIBK萃取火焰原子吸收分光光度法测定
其铅、镉含量。优选的，所述对采样土壤进行生物成分的测定具体为用土钻对土壤采样地的0-20cm、20-40cm，40-60cm深度分别选取采样土壤500g，
装入无菌封口塑料袋和普通塑料袋，采用稀释平板计数法测定其微生物含量，其中，细菌培养方法选用牛肉膏蛋白胨培养基，真菌培养方法选用马丁氏一孟加拉红培养基，放线菌培养方法选用改良高氏I号培养基；用土钻对土壤采样地的0-20cm、20-40cm，40-60cm深度分别选取采样土壤500g，
装入无菌封口塑料袋和普通塑料袋，采用苯酚钠比色法测定其脲酶含量，采用容量法测定其过氧化氢酶含量，选用磷酸苯二钠比色法测定其磷酸酶含量，选用硫代硫酸钠滴定法测定其转化酶含量。因此，本发明通过上述的尾矿矿区土壤成分的测定方法，能够为尾矿矿区生态环境治理提供可靠数据，有利于尾矿矿区的社会、经济和环境的可持续发展。下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
图I为本发明尾矿矿区土壤成分的测定方法实施例的流程图；图2为采样土壤中土有机质含量对比图；图3为采样土壤中速效氮含量对比图；图4为采样土壤中速效磷含量对比图；图5为采样土壤中速效钾含量对比图。
具体实施例方式实施例本发明提供了一种尾矿矿区土壤成分的测定方法，包括如下步骤 步骤101，首先进行土壤采样；步骤102，然后对采样土壤进行物理性质的测定、化学性质的测定和生物成分的测定。其中，所述土壤采样的过程具体为在米样点上挖掘土壤剖面，按0_5cm, 5-10cm, 10-20cm, 20-40cm, 40-60cm 进行分层，然后分别用铝盒、环刀和土壤袋进行分层取样。所述对采样土壤进行物理性质的测定的过程具体为采用环刀法测定所述采样土壤的容重；测定所述采样土壤的水分特征，具体为测定所述采样土壤的自然含水量，测定所述采样土壤O 20cm，20 40cm，40 60cm, 60 80cm, 80 IOOcm不同层次自然含水量,用招盒分层选取土样,每层三次重复分别秤鲜重，再用烘干法，于105°C下烘干至恒重，计算土壤自然含水量，取平均值；测定所述采样土壤的田间持水量，分层采集所述采样土壤原状土壤样品，称鲜湿重后,放在垫有滤纸的培养皿上,再将培养皿与环刀一同放在瓷盘中，瓷盘中注入水,水位略低于培养皿，所述培养皿上所垫滤纸浸入水中，在毛管力的作用下，24小时后，容重环中土样充满毛管支持水，称重，据此计算田间持水量。测定所述采样土壤的毛管持水量，在瓷盘内垫一块已达水饱和状态的纱布，放置环刀土样，所述采样土壤原状土壤样品达恒重后，取下称重，计算毛管持水量。测定所述采样土壤的饱和含水量，将测过毛管持水量的环刀，转移到水面与环刀等高的水槽中，环刀顶部不能被水淹没，避免封闭空气，影响水分饱和，放置15分钟至环刀内土层有水溃出后，说明已达饱和，将环刀取出称重，据此计算饱和含水量。测定所述采样土壤的孔隙特征，具体为根据尾矿的的各个水分指标计算相应的毛管孔隙度、空气孔隙度以及总孔隙度等孔隙特征。所述对采样土壤进行化学性质的测定具体为将所述采样土壤自然风干后，用四分法取Ikg混合样，剔除根茎及直径大于3毫米的石块等杂质，磨细后全部过20目筛，计算石、砾含量，石、砾的直径介于I毫米与3毫米之间，测定其机械组成；取部分土样采用碱解扩散法测定碱解氮含量；取部分土样用O. 5mol/LNaHC03法测定速效磷含量；
取部分土样采用电极法测定其PH值；取部分土样采用NH4OAc浸提-火焰原子吸收分光光度法测定其速效钾含量；取部分土样研磨后过60目筛，采用半微量凯氏定氮法测定全氮含量，采用重铬酸钾容量法-外加热法进行测定其有机质含量；取部分土样研磨后过140目筛，用浓硫酸-高氯酸消煮分解烘干，精确至O. OOOlg,采用钥蓝比色法测定其全磷含量；取部分土样研磨后过140目筛，采用氢氟酸-硝酸-高氯酸湿式消化-火焰原子吸收分光光度法测定其全钾、钙、镁、铁、锰含量；
取部分土样研磨后过140目筛，根据GB/T 17137-1997采用火焰原子吸收分光光度法测定其铬含量，根据GB/T 17138-1997，采用火焰原子吸收分光光度法测定其铜、锌含量，根据GB/T 17139-1997，采用火焰原子吸收分光光度法测定其镍含量；取部分土样研磨后过140目筛，根据GB/T17140-1997，采用KI-MIBK萃取火焰原子吸收分光光度法测定其铅、镉含量。所述对采样土壤进行生物成分的测定具体为用土钻对土壤米样地的0-20cm、20-40cm, 40_60cm深度分别选取米样土壤500g,装入无菌封口塑料袋和普通塑料袋，采用稀释平板计数法测定其微生物含量，在运输过程中将采样土壤放入内部有冰块保持低温状态的取样箱中，防止运输和保存过程中微生物的生长繁殖影响试验结果，其中，细菌培养方法选用牛肉膏蛋白胨培养基，真菌培养方法选用马丁氏一孟加拉红培养基，放线菌培养方法选用改良高氏I号培养基；用土钻对土壤米样地的0-20cm、20-40cm, 40_60cm深度分别选取米样土壤500g,装入无菌封口塑料袋和普通塑料袋，采用苯酚钠比色法测定其脲酶含量，采用容量法测定其过氧化氢酶含量，选用磷酸苯二钠比色法测定其磷酸酶含量，选用硫代硫酸钠滴定法测定其转化酶含量。本实施例以河北省迁安市的马兰庄镇铁尾矿矿区作为实验基地，迁安市位于河北省东北部，地处长城脚下，燕山南麓，滦河岸边。位于北纬39° 51' 40° 5Γ，东经118° 2Y -118° 56'，东西跨度39km，南北纵距45km。市区北部为低山、丘陵地，南部为平原沙地，其中平原沙地568km2，丘陵梯田200km2。境内有滦河、青龙河等大小河流13条。该市属暖温带大陆性季风气候。年日照时数2675. 3h，平均气温10. 1°C，最高气温38. 9°C,最低气温-28. 2°C，有效积温3854日度，无霜期168d，年降雨量平均722mm，最少年份只有284.4mm。全年大于6级以上大风平均11. 3d (次)，大于4级以上风平均67. 64d (次)。全年气候特点是春季干燥多风，夏季闷热多雨，秋季昼暖夜凉，冬季寒冷少雪，昼夜温差在5. 4°C -15. 6°C之间。马兰庄镇每年铁矿石产量约1353万吨，产值约16. 2亿元；每年产生的尾矿沙和剥岩废料约6168万m3，占地面积约270亩；目前全镇尾矿沙和剥岩废料占地总面积约4234亩。研究人员分别在营造了沙棘林、紫穗槐林及未造林的尾矿地上以及荒坡和农田中采用随机布点的方法设置取样点，应用本实施例所述的尾矿矿区土壤成分的测定方法，通过研究发现铁尾矿矿区土壤的物理性质方面，第一点，铁尾矿的容重变化较大，变化幅度在I. 32-1. 77g/cm3之间，总的来看，尾矿土壤的容重，包括新尾矿和采取生物措施后的尾矿，高于普通农田土壤，尤其是表层尾矿容重较大。尾矿库不同部位的容重有所不同，尾矿库上表面的容重要明显高于坡面。第二点，通过对尾矿土壤的水分特征来看，尾矿的自然含水率和田间持水量普遍低于普通土壤。表层尾矿的自然含水率都在6%以下，深层土壤自然含水率一般也都在10%以下，而同期普通土壤的表层自然含水率为11. 36%，深层为13.73%。尾矿地的自然含水率随深度的增加表现出先上升，后下降的趋势，这与普通土壤含水率的变化不同，主要原因可能在于尾矿地没有地下水的补充，所有土壤水均来源于地上的降水。从田间持水量来看，尾矿的田间持水量一般都低于16%，处于较低水平，低于对照农田土壤。说明与普通土壤相比，尾矿的保水能力较差，这是限制尾矿山植被恢复的主要因素。从饱和含水量来看，尾矿的饱和含水率变化较大，总的趋势是新形成的尾矿山的饱和含水率相对较高，饱和含水率都在30%以上，略高于普通农田土壤。尾矿的饱和含水率较高，说明尾矿中可以容纳较多的降水，发生垮塌的危险较大。第三点，从尾矿土壤的孔隙特征来看，尾矿的总孔隙度与空气孔隙都略高于普通土壤，说明尾矿的透水、透气性较好。 通过对不同地方采样土壤的对比分析来看，采取生物措施后，尾矿表层自然含水率有增加的趋势，对深层土壤的影响不明显。栽植沙棘和紫穗槐后表层尾矿的自然含水率分别为4. 11%和5. 16%，而新尾矿只有2. 34%。生物措施可提高表层尾矿含水率对于尾矿表层植被的重建具有重要意义。综合比较各种尾矿的物理性质可以看出，尾矿库的位置和形成时间可能是影响尾矿物理性质的主要因素，其影响在短期内大于生物措施的影响。比较尾矿库坡顶位置的尾矿与坡面的尾矿，可以看出，容重、田间持水量两个指标坡顶高于坡面，土壤总孔隙度、空气孔隙度和饱和含水量，坡面大于坡顶，说明坡顶位置尾矿更为紧实，容重更大，具有更大的田间持水量，保水能力较强，但总孔隙和空气孔隙均较�。旅嫔衔部蟾缮ⅲ锛涑炙拷闲。Ｋ芰Ω睿弊芸紫逗涂掌紫毒闲�。以上结果说明，坡面上的尾矿更为松散，较易发生水力和风力的侵蚀，需优先进行治理。表I为采样土壤的物理性质对比分析图。
权利要求
1.ー种尾矿矿区土壌成分的測定方法，其特征在于，包括如下步骤 首先进行土壤采样； 然后对采样土壤进行物理性质的測定、化学性质的測定和生物成分的測定。
2.根据权利要求I所述的尾矿矿区土壌成分的測定方法，其特征在于，所述土壤采样的过程具体为 在采样点上挖掘土壤剖面，按0-5cm，5-10cm, 10-20cm, 20-40cm, 40-60cm进行分层，然后分别用铝盒、环刀和土壤袋进行分层取样。
3.根据权利要求2所述的尾矿矿区土壌成分的測定方法，其特征在干，所述对采样土壤进行物理性质的测定的过程具体为 采用环刀法測定所述采样土壤的容重； 測定所述采样土壌的水分特征； 測定所述采样土壤的孔隙特征。
4.根据权利要求3所述的尾矿矿区土壌成分的測定方法，其特征在于，所述测定所述采样土壌的水分特征具体为 测定所述采样土壤的自然含水量，测定所述采样土壤O 20cm, 20 40cm, 40 60cm,60 80cm，80 IOOcm不同层次自然含水量，用铝盒分层选取土样，每层三次重复分别秤鲜重，再用烘干法，于105°C下烘干至恒重，计算土壌自然含水量，取平均值； 測定所述采样土壌的田间持水量，分层采集所述采样土壌原状土壤样品，称鲜湿重后，放在垫有滤纸的培养皿上，再将培养皿与环刀一同放在瓷盘中，瓷盘中注入水，所述培养皿上所垫滤纸浸入水中，24小时后称重，据此计算田间持水量。
測定所述采样土壌的毛管持水量，在瓷盘内垫ー块已达水饱和状态的纱布，放置环刀土样，所述采样土壌原状土壤样品达恒重后，取下称重，计算毛管持水量。
測定所述采样土壤的饱和含水量，将测过毛管持水量的环刀，转移到水面与环刀等高的水槽中，放置15分钟至环刀内土层有水溃出后，将环刀取出称重，据此计算饱和含水量。
5.根据权利要求3所述的尾矿矿区土壌成分的測定方法，其特征在于，所述测定所述采样土壤的孔隙特征具体为 根据尾矿的的各个水分指标计算相应的毛管孔隙度、空气孔隙度以及总孔隙度等孔隙特征。
6.根据权利要求I所述的尾矿矿区土壌成分的測定方法，其特征在于，所述对采样土壤进行化学性质的測定具体为 将所述采样土壌自然风干后，用四分法取Ikg混合样，剔除根茎石块等杂质，磨细后全部过20目筛，计算石、砾含量，測定其机械组成； 取部分土样采用碱解扩散法測定碱解氮含量； 取部分土样用O. 5mol/LNaHC03法测定速效磷含量； 取部分土样采用电极法測定其PH值； 取部分土样采用NH4OAc浸提-火焰原子吸收分光光度法測定其速效钾含量； 取部分土样研磨后过60目筛，采用半微量凯氏定氮法测定全氮含量，采用重铬酸钾容量法-外加热法进行測定其有机质含量； 取部分土样研磨后过140目筛，用浓硫酸-高氯酸消煮分解烘干，采用钥蓝比色法測定其全磷含量； 取部分土样研磨后过140目筛，采用氢氟酸-硝酸-高氯酸湿式消化-火焰原子吸收分光光度法測定其全钾、钙、镁、铁、锰含量； 取部分土样研磨后过140目筛，采用火焰原子吸收分光光度法測定其铬、铜、锌、镍含量; 取部分土样研磨后过140目筛，采用KI-MIBK萃取火焰原子吸收分光光度法測定其铅、镉含量。
7.根据权利要求I所述的尾矿矿区土壌成分的測定方法，其特征在于，所述对采样土壤进行生物成分的測定具体为 用土钻对土壤米样地的0-20cm、20-40cm, 40_60cm深度分别选取米样土壤500g,装入无菌封ロ塑料袋和普通塑料袋，采用稀释平板计数法測定其微生物含量，其中，细菌培养方法选用牛肉膏蛋白胨培养基，真菌培养方法选用马丁氏一孟加拉红培养基，放线菌培养方法选用改良高氏I号培养基； 用土钻对土壤米样地的0-20cm、20-40cm, 40_60cm深度分别选取米样土壤500g,装入无菌封ロ塑料袋和普通塑料袋，采用苯酚钠比色法測定其脲酶含量，采用容量法測定其过氧化氢酶含量，选用磷酸苯ニ钠比色法測定其磷酸酶含量，选用硫代硫酸钠滴定法測定其转化酶含量。
全文摘要
本发明公开了一种尾矿矿区土壤成分的测定方法，包括如下步骤首先进行土壤采样；然后对采样土壤进行物理性质的测定、化学性质的测定和生物成分的测定。其中，所述土壤采样的过程具体为在采样点上挖掘土壤剖面，按0-5cm，5-10cm，10-20cm，20-40cm，40-60cm进行分层，然后分别用铝盒、环刀和土壤袋进行分层取样。本发明通过上述的尾矿矿区土壤成分的测定方法，能够为尾矿矿区生态环境治理提供可靠数据，有利于尾矿矿区的社会、经济和环境的可持续发展。
文档编号G01N21/71GK102680659SQ20111005813
公开日2012年9月19日 申请日期2011年3月11日 优先权日2011年3月11日
发明者徐学华, 李爱斌, 李玉灵, 杨玉良 申请人:河北农业大学
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