丹江口库区新增淹没区农田土壤重金属风险评估

摘要

土壤重金属污染具有隐蔽性、不易降解，可以通过多种途径直接或间接的危害人体健康，已经成为环境科学研究的重要问题。丹江口水库作为南水北调中线工程的水源地和数千万人最大的饮用水源区，确保水库有安全的水质不仅关系着整个项目成功还关系着无数人的生命健康。随着丹江口大坝的加高，将新增淹没区农田30余万亩成为新的水库底质，累积在农田土壤中的重金属在适宜条件下会释放到水体中将会使水库水质受到影响甚至危害人体健康。因此，为了维护丹江口水库生态环境，有必要对水库库区农田土壤重金属污染程度及空间分布特征进行研究，并进行生态风险评估。通过实地调查，在丹江口水库淹没区共采集土壤样品165个，分析了土壤中6种重金属(Zn、As、Pb、Cr、Cd、Cu)的污染特性和空间分布规律以及相关性，并使用地累积指数法和潜在生态危害指数法对土壤重金属进行生态危害评价，研究结果表明:
　　(1)六种重金属元素中，w(Cr)、w(As)低于全国土壤环境背景值，重金属元素的其他四种质量分数均高于全国土壤环境背景值，其中，w(Zn)、w(Pb)与背景值相差不大，w(Cr)比背景值低11.20 mg/kg， w(Cu)比背景值高18.60 mg/kg，而w(Cd)为景值的13.04倍。6种重金属的变异系数范围为0.34-1.17，其中w(As)的变异系数为1.17，达到高度变异，其余重金属均达到中等程度变异。
　　(2)采用反距离权值法，研究了土壤重金属的空间分布，结果表明:整个丹江口库区的w(Cr)、w(Pb)、w(Cu)、w(Zn)的空间分布呈现一定的相似性，表现出较强的空间变异性，其中在人口密度大、人类活动强度大的地区，如淅川县、丹江口市、河南九重镇附近的库区重金属含量较高，这与丹江口库区污染源分布相一致，这些区域工厂较多，潜在污染源也相应较多，此外，这些地区农业生产强度大，农业生产活动中使用的农药、化肥等也可能是土壤重金属的重要污染来源;w(Cd)在整个区域的分布的空间变异不明显，整个区域的含量都很高;w(As)的空间分布与其他重金属含量不同，在水库西北部的支流，即淅川的滔河乡、老城镇、盛湾镇等区域含量较高，在这些乡镇的人类活动比较活跃，如污水灌溉、农药肥料施用等都可能是导致As含量较高的主要原因。
　　(3)相关分析的结果表明，pH与As、Cr、Pb存在极显著的相关关系(p＜0.05)，Cd、Cr、Cu、Pb、Zn几种重金属之间存在显著正相关(p＜0.05)，表明这重金属的来源有相似性，即土壤存在复合污染特性。
　　(4)使用地质累积指数法对土壤重金属进行危害评价，结果表明:丹江口库区新增淹没区农田土壤重金属的污染程度大小顺序为:Cd＞Cu＞Pb＞Cr＞As＞Zn。Cd达到严重污染等级，另外5种重金属的污染程度处于无污染或轻度污染等级。
　　(5)使用潜在生态危害指数法对土壤重金属进行潜在生态危害评价，结果表明:丹江口库区新增淹没区农田土壤重金属潜在生态风险指数RI高达3155.58，处于极强风险水平;6种重金属的潜在生态风险系数大小为Cd＞Cu＞As＞Pb＞Cr＞Zn，其中Cd为393.18，已达到极强生态风险，其他的5种重金属都属于轻微的生态风险。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1 研究背景及意义

1．2 研究综述

1．2．1 土壤重金属的来源

1．2．2 土壤重金属的迁移和转化

1．2．3 土壤重金属评价方法

1．2．4 丹江口土壤重金属研究现状

1．3 研究目标、研究内容和技术路线

1．3．1 研究目标

1．3．2 研究内容

1．3．3 技术路线

2 材料与方法

2．1 研究区域概况

2．1．1 地理位置

2．1．2 地质地貌

2．1．3 气候水文

2．1．4 土壤植被

2．2 土壤样品采集与处理

2．2．1 采样点布设

2．2．2 样品采集

2．2．3 采样流程

2．2．4 样品处理

2．3 样品测定

2．3．1 pH测定

2．3．2 土壤重金属测定方法

2．4 实验仪器和试剂

2．4．1 主要实验仪器

2．4．2 主要化学试剂

2．5 数据处理

3 结果与分析

3．1 新增淹没区农田土壤重金属描述性统计

3．1．1 新增淹没区农田土壤重金属总体水平

3．1．2 新增淹没区各乡镇土壤重金属特征

3．2 新增淹没区农田土壤重金属空间分布特征

3．3 新增淹没区农田土壤重金属间及与pH相关性分析

3．3 新增淹没区农田土壤重金属生态危害评价

3．3．1 地质累积指数评价法

3．3．2 潜在生态危害指数评价法

4 结论与展望

4．1 结论

4．2 展望

参考文献

致谢