攀枝花地区土壤重金属异常的Pb同位素示踪研究——以镉源示踪为例

摘要

土壤在生态环境扮演重要角色，是人类生存的物质基础。土壤中重金属元素可通过土壤-植物-人类系统迁移，最终富集在人体之中，进而危及人类生命安全。铅、镉属五毒重金属元素，其化合物溶解度较小，且易被粘土矿物吸附而固结在土壤中，通过食物链最终进入人体。攀枝花位于长江上游金沙江段，是典型的矿业城市，多年大规模的矿山开采、矿石冶炼的，以及巨大的交通运输压力，导致该区环境污染问题突出。为达到有效治理的目的，对污染源的鉴别显得极为重要。
　　目前污染源的鉴别主要有三种方法:地球化学统计法、元素平面投图法以及同位素示踪法。其中，铅同位素在多元体系示踪法中有着不可取代的优势。由于Pb同位素没有放射性，在样品采集、提取及分析过程中不会发生降解，且在分析测试过程中不会造成二次污染，同时可以追踪污染物质的生成以及其迁移转化过程。因此，Pb同位素示踪的源解析技术可以被广泛应用于土壤重金属污染源的示踪研究。目前Pb同位素示踪多用于矿床成矿物质来源研究中，在环境污染源示踪方面也有较多研究。利用Pb同位素示踪环境中Cd等重金属污染源的研究尚处于探索阶段，而对攀枝花矿山环境重金属污染源的示踪研究目前未见报道。
　　攀枝花地区重金属污染来源较为复杂，为有效辨析攀枝花市重金属污染源，本文应用环境地球化学、微量元素地球化学，以及同位素地球化学的方法和原理，结合地球化学统计分析法、元素平面投图法、变异系数法以及地质累积指数法，系统分析了重金属间相关性等指数特征，探讨了Pb与Cd元素间相关性等指数特征。利用Pb同位素示踪法示踪Pb、Cd污染源，通过建立n元混合模型计算获得不同区域中端元组分的数量、以及端元组分的贡献率，为攀枝花地区土壤重金属污染治理提供了科学依据。
　　攀枝花全区土壤中，不同重金属元素平面分布特征不同、剖面分布特征不同、变异系数差别较大，同时土壤质量等级差异也较大。变异系数范围46.26％～90.48％，但元素间相关性较好。尤其以Pb与Cd元素相关性最为明显，说明Pb与Cd有共同的污染源。攀钢工业区、钒制品厂、河门口电厂以及西区渣场区域中，Pb最高变异系数为78.65％，最小变异系数为49.23％。Cd最高变异系数为95.07％，最低为42％。说明攀枝花四个研究区域Pb与Cd来源均较为复杂。攀枝花不同区域重金属元素剖面特征不同，但Pd与Cd元素均呈现出相似分布特征:整体随土壤深度增加元素含量降低。攀枝花全区土壤不同重金属元素污染等级不同，研究区中Pb与Cd元素均呈中～强污染。
　　通过二元混合模型计算，结合地球化学统计分析、元素平面投图等方法，在元素-元素条件下确定全区Pb与Cd有共同污染物来源;在比值-1/元素条件下确定只有西区渣场符合二元污染物混合模型;在比值-比值条件下，确定西区渣场主要污染物来源为燃煤以及汽车尾气，并根据质量守恒定律计算出煤铅贡献率为57.89％，汽车尾气铅（汽油铅）贡献率为42.11％。
　　通过三元混合模型计算，结合地球化学统计分析、元素平面投图等方法，在比值-比值-比值条件下，确定攀钢工业区、钒制品厂区以及河门口电厂区符合3元污染物混合模型，确定污染物主要来源为燃煤、汽车尾气排放（汽油铅）以及冶炼过程中炉渣铅排放，并根据质量守恒定律计算出各端元组分贡献率。结果表明:对于攀钢工业区，其燃煤贡献率9.8％，汽车尾气贡献率为36.75％，炉渣贡献率为53.45％;对于钒制品厂区，其燃煤贡献率10.35％，汽车尾气贡献率为82.76％，炉渣贡献率为6.89％;对于河门口电厂区，其燃煤贡献率52.21，汽车尾气贡献率为37.98％，炉渣贡献率为9.81％。

目录

声明

摘要

第1章 前言

1．1 选题依据及研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 主要研究内容及成果

1．4 技术路线

1．5 论文完成工作量

第2章 研究区概况

2．1 地理概况

2．2 区域地质概况

第3章 样品采集及分析方法

3．1 样品采集

3．1．1 土壤样品采集

3．1．2 端元组分采集

3．2 样品分析方法

3．2．1 样品重金属元素含量分析

3．2．2 样品铅同位素组成测定

第4章 研究区土壤重金属分布特征与土壤重金属污染综合评价

4．1 攀枝花市全区土壤重金属分布特征

4．2 攀枝花全区重金属元素相关性

4．2．1 元素含量变异系数比较

4．2．2 重金属元素相关性分析

4．3 攀枝花市不同区域重金属分布特征

4．3．1 攀枝花市不同区域重金属平面分布特征

4．3．2 攀枝花不同区域重金属剖面分布特征

4．4 攀枝花不同区域重金属相关性分析

4．4．1 攀枝花不同区域重金属变异系数比较

4．4．2 攀枝花不同区域重金属相关性分析

4．5 研究区土壤重金属污染评价方法

4．5．1 地质累积指数

4．5．2 内梅罗指数法

4．5．3 综合指数法

4．6 攀枝花全区评价结果

4．7 攀枝花不同区域评价结果

第5章 攀枝花地区土壤Pb同位素和微量元素n元混合方程的推导

5．1 同位素和微量元素n源混合模型的建立

5．2 二元混合方程的建立

5．3 Pb同位素三源混合方程的建立

第6章 土壤Cd污染的Pb同位素示踪研究

6．1 铅同位素示踪重金属污染可行性研究

6．2 端元组分铅同位素组成

6．3 不同区域土壤重金属铅同位素示踪研究

6．4 Pb-Cd二元混合模型建立

6．4．1 元素-元素

6．4．2 比值-1／元素

6．4．3 端元组分贡献率

6．5 三元混合模型建立

6．5．1 比值-比值-比值

6．5．2 端元组分贡献率

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间取得学术成果