浙中丘陵地区燃煤电厂周边土壤重金属污染特征研究

摘要

燃煤电厂是重金属的重要来源之一，其释放的重金属通过干湿沉降等方式进入土壤中不断累积，对环境造成污染。开展电厂周围土壤重金属的污染特征研究对了解电厂周围土壤的污染状况具有重要意义。本文以浙中丘陵地区某燃煤电厂周围土壤为研究对象，选用辐射状布点法布置了31个采样点位，并选择其中的16个采样点进行剖面土壤采集，共采集了79个土壤样品。分析了Hg、Pb、Cr和Cd四种重金属在土壤表层和剖面的浓度水平。采用GS+地统计分析法、ArcGIS技术、相关性分析等研究方法探明了四种重金属在电厂周围土壤中的水平与垂直分布特征及其影响因素，结合分布特征初步识别了重金属的可能来源。结合单因子污染指数和内梅罗综合指数对土壤重金属污染进行评价。采用Tiesser五步连续浸提法，分析了表层土壤中的四种重金属五种形态的浓度水平，探究了重金属形态的分布特征和影响因素。通过各形态含量初步评价了Hg、Pb、Cr和Cd的生物有效性。得到如下结果:
　　(1)电厂周围表层土壤中，Hg、Pb、Cr和Cd的浓度范围分别为0.009～0.946mg/kg、41.896～92.503 mg/kg、9.246～87.595 mg/kg和0.075～0.960 mg/kg。Hg和Pb两种重金属浓度值高于金华市土壤背景值，土壤总体属于轻度污染。根据GS+地统计分析，Cr具有强烈空间自相关性，Hg、Pb和Cd呈中等空间自相关性。根据克里格插值法分析，Hg、Pb、Cr和Cd水平分布特征不完全一致，推测四种重金属可能来自不同的污染源和人为活动。Hg可能受电厂影响较大，而Pb、Cr和Cd可能受电厂影响相对较小。
　　(2)电厂周围剖面土壤(0-80cm)中，Hg、 Pb、Cr和Cd的浓度变化范围分别为0.014～0.341 mg/kg，17.637～75.934 mg/kg，8.643～35.544 mg/kg和0.021～0.960 mg/kg。Hg、Pb和Cd呈现出较明显的表层富集现象，在剖面中含量随着深度的增加而减小，而Cr剖面各层间的含量稳定，变化不大。剖面土壤中Hg、Pb、Cr和Cd的浓度与pH的相关性不显著，说明研究区域中土壤pH值可能不是影响土壤重金属垂直分布的主要因素。Hg、Pb和Cd与土壤中的有机质含量呈显著正相关关系，Cr与有机质含量无明显相关性。
　　(3)电厂周围表层土壤中Hg的形态分布特征为残渣态＞有机结合态＞铁锰结合态＞碳酸盐结合态＞可交换态，土壤MeHg浓度在剖面A-D层的总体浓度范围为0.01～0.96 ng/g。土壤汞的甲基化率为0.021％～2.273％，属于相对较低水平。甲基汞含量与总汞和有机质含量存在显著的正相关关系，说明外源汞的输入和有机质含量的增加都会提高土壤甲基汞的含量;Pb的形态分布特征为残渣态＞铁锰结合态＞有机结合态＞碳酸盐结合态＞可交换态;Cr的形态分布特征为残渣态＞有机结合态＞铁锰结合态＞可交换态＞碳酸盐结合态;Cd的形态分布特征为可交换态＞碳酸盐结合态＞残渣态＞铁锰结合态＞有机结合态。重金属总量与各形态存在显著正相关关系，Hg、Pb、Cr和Cd的有机结合态均与pH值呈负相关关系。四种重金属的有机结合态与土壤有机质含量均呈正相关关系，碳酸盐结合态与土壤有机质含量均成负相关关系，其中Pb与土壤有机质含量相关系数为0.802，呈极显著正相关。
　　(4)电厂周边表层土壤不同重金属的潜在环境风险不同。Hg主要以稳定的残渣态存在，生物可利用性低，对环境的危害相对较小;Pb和Cr主要以潜在生物有效态和残渣态存在，说明随着环境的变化，潜在生物有效态可能会向生物有效态转化，存在潜在的生物可利用性和危害性;Cd的生物有效态占总量比例超过50％，稳定的残渣态仅为21.69％，存在较大的潜在危害。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 土壤重金属来源与危害

1．2．1 土壤重金属的来源

1．2．2 土壤重金属的危害

1．2．3 土壤重金属污染特点

1．3 土壤中重金属的迁移与形态转化

1．3．1 土壤中重金属形态划分方法

1．3．2 重金属在土壤中的迁移转化

1．3．3 土壤中重金属形态转化的影响因素

1．4 燃煤电厂周围土壤重金属分布特征研究进展

1．4．1 燃煤电厂周边土壤重金属浓度水平

1．4．2 燃煤电厂周边土壤重金属分布特征

1．5 研究方案

1．5．1 研究目标

1．5．2 研究内容

1．5．3 研究路线

2 材料与方法

2．1 研究区域概况

2．1．1 地理位置

2．1．2 地形地貌

2．1．3 气候环境

2．1．4 燃煤电厂概况

2．2 样品采集与预处理

2．2．1 采样点分布

2．2．2 样品采集

2．2．3 样品预处理

2．3 样品分析设备与方法

2．3．1 主要实验设备

2．3．2 土壤理化性质分析方法

2．3．3 土壤汞测定的分析方法

2．3．4 土壤铅、镉、铬总量测定分析方法

2．3．5 土壤重金属各赋存形态的分析方法

2．4 数据处理方法

3 电厂周围土壤中重金属含量及分布特征

3．1 土壤理化性质

3．2 表层土壤中重金属的含量

3．2．1 表层土壤中重金属的浓度水平

3．2．2 表层土壤重金属含量的相关性

3．3 表层土壤中重金属的水平分布特征和来源

3．3．1 土壤重金属的空间结构变异

3．3．2 土壤重金属的水平空间分布特征和来源

3．4 剖面土壤中重金属的含量

3．5 剖面土壤中重金属的垂直分布特征及影响因素

3．5．1 剖面土壤中重金属的垂直分布特征

3．5．2 剖面土壤中重金属分布的影响因素

3．6 土壤重金属污染评价

3．7 本章小结

4 电厂周围土壤中重金属的化学形态分布

4．1 土壤中重金属不同形态含量

4．2 土壤中重金属不同形态的空间分布特征

4．3 土壤重金属形态分布的影响因素

4．3．1 土壤重金属总量对重金属形态分布的影响

4．3．2 土壤pH值对重金属形态的影响

4．3．3 土壤有机质对重金属形态的影响

4．3．4 影响土壤中汞甲基化的因素

4．4 土壤中重金属的生物有效性

4．5 本章小结

5 总结与展望

5．1 研究结论

5．2 不足与展望

参考文献

作者简介