名山河小流域土壤重金属污染特征及生态风险评估

摘要

我国土壤重金属污染态势日益严峻，对生态环境和人类健康构成严重威胁，这一现象已引起人们的广泛关注。当前的土壤重金属污染研究主要集中在污水灌区、矿业区、城市郊区等典型地区，以小流域为对象进行土壤重金属污染的研究还很少。
　　 本研究以名山河小流域约12km2范围内表层土壤为研究对象，选取Pb、Cd、Cu、Zn4种重金属元素作为研究指标，对4种重金属的全量及各形态含量进行分析，并在此基础上评价该区土壤重金属污染状况及生态风险。本研究中以地统计学为基础，以GIS为技术手段，探讨了包括Pb、Cd、Cu、Zn等4种重金属的污染现状、产生的原因和途径，合理评价了名山河小流域土壤重金属污染现状及生态风险，可以为防止土壤质量的退化提供基准和预警，探索土地的合理利用途径。主要研究结果如下：
　　 (1)名山河小流域土壤中Pb、Cd、Cu、Zn平均含量分别为7.75mg/kg、0.297mg/kg、13.04mg/kg、73.20mg/kg，与中国土壤背景值、雅安茶园土壤背景值相比较，总体含量水平不高。土壤pH、速效磷含量、有机质含量等理化性质对重金属含量有较深刻的影响。
　　 (2)由于各重金属离子与土壤中各组分的亲和势不同，名山河小流域土壤中重金属各形态分布有很大的差别，其中，可交换态占全量百分比依次为：Zn＞Pb＞Cd＞Cu，碳酸盐结合态占全量百分比依次为：Pb＞Cu＞Cd＞Zn，铁锰氧化物结合态占全量百分比依次为：Zn＞Pb＞Cd＞Cu，有机结合态占全量百分比大依次为：Zn＞Pb＞Cd＞Cu。4种重金属各形态都以残渣态为主。对每种重金属5种形态分别进行相关分析，发现各形态之间彼此存在相关关系。
　　 (3)对名山河小流域土壤重金属有效态含量的原始数据进行转换，发现Pb、Cu、Zn数据经对数转换后效果较好，Cd经幂变换效果较好。利用4种土壤重金属有效态含量的变异函数模型及参数在ArcGIS平台上运用普通克里格方法对其进行空间插值，发现：4种重金属有效态高值区都分布在名山河阶地，分别为耕作条件较好的水田和早地、人类生活的城市、工业园区。这说明，重金属有效态含量与人类生产生活有着十分紧密的联系。
　　 (4)通过污染指数法进行评价，可看出：Pb、Cd、Cu、Zn平均单项污染指数分别为0.22、1.48、0.37、0.73。从综合污染指数来看，有33.33％的土壤样品综合污染指数在0～1之间，属无污染；66.67％的样品综合污染指数在1～2之间，为轻污染。4种重金属污染贡献率最高的为Cd，其平均单项污染指数为1.48。
　　 采用地累积指数法进行评价，Pb、Zn指数均小于0，其中Pb、Cd、Cu、Zn平均地累积指数分别为-1.88、1.47、0.51、-0.64。据此可得出，Cd属中度污染；其次为Cu，19.61％的土壤样本Cu污染属于无污染到中度污染；而土壤中无Zn、Pb污染。
　　 (5)从潜在生态危害单项系数(Ei)可看出：Pb、Cu、Zn单项污染指数远远小于40，属轻度生态危害；而Cd单项污染指数在64.37～196.79之间，平均指数为129.02，其中68.63％属强度生态危害，21.57％属很强生态危害，9.80％属于轻度生态危害。从全区潜在生态危害指数来看，小于150的样本数有35个，即有68.63％的土壤属于轻度生态危害，另有16个样本指数在150-300之间，即31.37％的土壤属于中度生态危害。因此，应对Cd元素可能产生的潜在危害应引起重视。
　　 采用风险评估编码法进行评估，可看出：土壤样品中Cd全为低风险；Pb有84.31％土壤样品属于低风险，而无风险与中风险所占比例都为7.84％；Cu有76.47％属于低风险，其次为无风险，占21.57％，中风险仅占1.96％；Zn有88.24％属于低风险，11.76％属于中风险。由此可知，名山河小流域土壤重金属的生态风险是以低风险为主，但仍有11.76％的Zn、7.84％的Pb以及1.96％的Cu属于中风险。

目录

文摘

英文文摘

1. 绪论

1.1 选题依据及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 土壤中重金属的形态

1.2.2 土壤重金属的生物有效性

1.2.3 影响土壤重金属含量的因素

1.2.4 土壤重金属污染的评价方法

1.2.5 土壤重金属的生态风险评估

1.3 研究目标、内容及技术路线

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 气候及水系特征

2.1.3 地形地貌

2.2 样品的采集及预处理

2.2.1 样品的采集

2.2.2 样品的基本情况

2.2.3 样品的预处理

2.3 分析测定方法

2.3.1 土壤基本理化性质

2.3.2 土壤Pb、Cd、Cu、Zn总量

2.3.3 土壤Pb、Cd、Cu、Zn各形态含量

3. 结果与讨论

3.1 土壤重金属全量的统计特征及其与土壤性质的关系

3.1.1 土壤重金属全量的统计特征

3.1.2 土壤中重金属全量与土壤性质的关系

3.1.3 小结

3.2 不同土壤重金属形态含量的统计特征及其相关性分析

3.2.1 不同土壤重金属形态含量的统计特征

3.2.2 土壤重金属各形态相关性分析

3.2.3 小结

3.3 土壤重金属有效态含量特征及空间分布特征

3.3.1 土壤重金属有效态含量特征

3.3.2 土壤重金属有效态的空间分布特征

3.3.3 小结

3.4 土壤重金属污染评价

3.4.1 污染指数法评价

3.4.2 地累积指数法评价

3.4.3 小结

3.5 土壤重金属污染的生态风险评估

3.5.1 潜在生态风险评估

3.5.2 风险评估编码法评估

3.5.3 小结

4. 结论与展望

4.1 结论

4.2 展望

参考文献

致谢