河南省重点污灌区土壤重金属的垂直分布特征

摘要

为了深入了解河南省重点污灌农田土壤重金属的污染状况及垂向分布特征，探析重金属元素在垂直方向上的迁移富集特征。本文通过高密度采样研究河南新乡寺庄顶和开封化肥河两个典型潮土污灌区土壤重金属，每个污灌区分别采集6个剖面，共采集了12个剖面，340个样品。用 ICP-AES测定了土壤中Co、Ni、Pb、Cd、Cr、Cu、V、Zn8种重金属的含量，同时分析了重金属元素的化学形态、理化性质等。并采用改进的Hakanson潜在生态风险指数法评价分析了新乡污灌区和开封污灌区各剖面土壤重金属污染的潜在生态风险及其垂直变化特征。初步研究表明：　　（1）不同剖面重金属的污染状况不同，除V以外，新乡污灌区各剖面上其他元素平均水平上均受到不同程度的污染。开封污灌区各剖面土壤重金属除Ni和V未受到污染外，Co、Pb、Cd、Cr、Cu、Zn等元素均受到不同程度的污染。整体上新乡污灌区土壤Ni含量高于开封污灌区，而重金属Cd、Cr、Zn在开封污灌区土壤中含量明显较高。两个污灌区剖面中均是Cd变异系数最大。　　（2）新乡污灌区各剖面重金属整体上变化特征类似，Ni自表层向下波动范围较小， Cd有明显的表聚现象，0～30cm内含量迅速下降，30cm以下各剖面含量基本趋于稳定，变化幅度较小。Co、Pb、Cr、V、Cu、Zn等元素整体上有下降的趋势，但在各层中变化幅度较大。　　（3）开封污灌区土壤剖面重金属Co自表层向下呈现下降的趋势，在各剖面中波动幅度较大。Ni和V没有明显的变化趋势，在剖面中大幅度的迂回波动。Pb、Cr、Cd、Cu、Zn在各剖面中有明显的表聚现象，上层土壤中含量较高，中下层土壤含量较低，整体上在0～30cm内迅速降低，30cm以下波动范围较小。　　（4）重金属在土壤剖面上的富集迁移不仅与成土母质有关，与污灌、耕作方式等也有很大关系。Co易在剖面上层0～35cm内富集，迁移程度较弱。Ni在新乡和开封污灌区内的迁移程度明显不同，新乡污灌区 Ni均在上层明显富集，迁移深度主要集中在剖面上层，开封污灌区Ni在整个剖面中没有发生明显迁移。Pb、Cu、Zn在两个污灌区剖面上的富集深度一致，均在40cm以上有明显富集，但迁移深度各不相同。Cd在新乡污灌区和开封污灌区内有明显一致的迁移富集规律，均在20cm以上有明显富集，迁移深度均可达30cm。两个污灌区剖面中Cr均在土壤上层有富集现象，40cm以下富集不明显。　　（5）剖面上重金属的形态分布。整体上新乡污灌区Co的形态分布表现为残渣态>可交换态>铁锰氧化态>有机态>碳酸盐态，开封污灌区各剖面Co主要以可交换态与残渣态形式存在，明显高于新乡污灌区各剖面上可交换态比例，残渣态均表现在上层土壤含量较低，各剖面中上层土壤的生物有效性和迁移能力较高。两污灌区各剖面中Pb主要以残渣态形式存在，其次是铁锰氧化态和有机态，可交换态和碳酸盐态含量较低。Cr在新乡污灌区和开封污灌区各剖面上形态大体上表现为残渣态>有机态>铁锰氧化态>可交换态>碳酸盐态。开封污灌区各剖面上可交换态比例明显高于新乡污灌区土壤。碳酸盐态Cr在各层中含量相当，其它形态均有不同程度的差异。Cd残渣态所占比例均在50％左右，明显低于其他重金属元素。新乡污灌区和开封污灌区残渣态Cd均表现在上层土壤中含量最低，可交换态Cd均在上层土壤中含量最高，碳酸盐态、有机态、铁锰氧化态Cd在两个污灌区的分布无一致规律。Zn在两污灌区土壤剖面中的分布整体上都有残渣态>铁锰氧化态>有机态>可交换态>碳酸盐态，残渣态均表现在上层土壤中含量最低。　　（6）Cd是两污灌区最重要的生态风险因子，新乡污灌区各剖面土壤中Cd有很强风险，其他重金属元素Co、Ni、Pb、Cu、Cr、V、Zn均属于轻微风险。开封污灌区Co、Cr、Ni、V、Zn均属于轻微风险。各样点中Cd普遍存在严重的潜在生态风险。个别剖面如QT1、PT3中部分样点Pb、Cu达到中度风险，其余均是轻微风险。各剖面样点的潜在生态风险指数有明显的表聚现象。完全照搬 Hakanson分级标准将低估了重金属的综合潜在生态风险指数。

目录

声明

1引言

1.1 选题背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 污灌区土壤重金属影响研究

1.2.2 污灌区土壤重金属形态转化研究

1.2.3 污灌区土壤重金属的垂直迁移研究

1.2.4 土壤重金属污染风险评价研究

2 材料与方法

2.1 研究区概况

2.1.1 新乡和开封污灌区区域自然条件

2.1.2 新乡和开封污灌区污染现状

2.2 研究内容与方法

2.2.1 研究内容

2.2.2 技术路线

2.2.3 样点布设与样品采集

2.2.4 室内样品处理与测试分析

2.2.5剖面重金属污染评价方法

3 结果与讨论

3.1 研究区土壤剖面理化性质分布

3.2 污灌区重金属的总量分布

3.2.1 新乡污灌区剖面重金属含量统计

3.2.2 开封污灌区剖面重金属含量统计

3.2.3 小结

3.3 污灌区土壤剖面重金属的垂直分布规律

3.3.1 新乡污灌区重金属的垂直分布

3.3.2 开封污灌区重金属的垂直分布

3.3.3 小结

3.4 污灌区土壤剖面中重金属的富集和迁移

3. 4.1 新乡污灌区重金属的富集和迁移

3.4.2 开封污灌区重金属的富集和迁移

3.4.3 小结

3.5 污灌区土壤剖面重金属形态分析

3.5.1 Co元素的形态分布特征

3.5.2 Pb元素的形态分布特征

3.5.3 Cr元素的形态分布特征

3.5.4 Cd元素的形态分布特征

3.5.5 Zn元素的形态分布特征

3.5.6 小结

3.6 污灌区重金属潜在生态风险评价

3.6.1 关于潜在生态风险分级标准的调整

3.6.2 土壤重金属潜在生态风险评价

4 结论与展望

4.1 结论

4.2 不足与展望

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文目录

致谢