贵阳市城郊菜地垂直剖面土壤重金属污染特征及铅同位素示踪研究

发布时间：2020-05-12 01:40

【摘要】：近年来,土壤重金属污染显著增加,已经危及到人类的健康,尤其在高地质背景的喀斯特区域,城市近郊蔬菜地的安全生产更与居民生活息息相关。本文在前期对贵阳市城郊菜地进行样点清查与污染现状研究的基础上,以紧邻贵阳市白云区城郊工业园区的蔬菜地垂直剖面土壤为研究对象,开展城市近郊蔬菜地土壤重金属污染评价与污染溯源定量解析研究,结合受体模型的多元统计分析法及同位素示踪法,揭示城郊菜地土壤垂直剖面重金属的污染分布特征及迁移规律,以期为喀斯特地区城郊菜地土壤重金属污染防治提供科学依据。主要研究结果如下:(1)贵阳城郊菜地垂直剖面土壤主要为粉质黏土,呈弱碱性且富含有机质。重金属Ni、Cr、Cu、Zn、Pb、Cd和Hg含量的平均值均超出贵州省土壤背景值,少数点位的Ni和Cd含量超出农用地重金属风险筛选值,Cu、Pb和Hg处于高累积状况,Ni和Hg存在点源污染扰动的可能。(2)研究区土壤重金属Ni、Cr、Cu、Zn、Pb、Cd、As和Hg含量分布总体呈现由表层到底层递减的趋势,随着土壤深度的增加,含量水平和自然背景值相接近。在0~40 cm层中重金属累积率较高的元素为Ni、Cd、Cu、Zn,且不同垂直剖面的重金属累积率大小总体呈现淀积层有机质层淋溶层底土层的规律。(3)运用地累积指数(I_(geo))、潜在生态风险(RI)评价对土壤重金属污染状况分析表明,Cd的I_(geo)最大值均出现在30~40 cm的淋溶层,主要是人为污染后冲刷下渗累积所致;而土壤Hg相较于其它重金属而言累积较高,可能是喀斯特区高Hg本底值所致。Hg和Cd的I_(geo)均在1~2之间,达到了中度污染的水平,且主要累积在表土层至淀积层之间的位置。RI结果表明,城郊菜地土壤Cd污染已达到中等潜在生态风险,而Hg污染已达到较强的潜在生态风险。(4)健康风险评价结果表明,各剖面表层土壤重金属(Cu、Zn、Pb、Hg)在两种暴露途径下的非致癌风险HQ均小于1,成人HQ指数最大为2.11×10~(-2);儿童HQ指数最大为1.85×10~(-1);非致癌健康风险大小为:经口摄入皮肤接触;儿童成人。重金属(Cd、As、Ni、Cr)在两种暴露途径下的致癌风险HQ_(Risk)均小于1,儿童受土壤重金属的致癌健康风险要高于成人。Cr、Ni、As致癌风险的HQ_(Risk)值均不同程度的超出了健康危害风险度最大可接受限值范围,说明有潜在的健康风险;Cd致癌风险HQ_(Risk)值处于1.706×10~(-6)~6.439×10~(-9)之间,在健康危害风险度最大可接受限值(1.0×10~(-6))范围之内,表明Cd的致癌风险较低,不会对人体造成健康危害。从总体来看,多种重金属总危害商HI显示,两种暴露途径的健康危害风险均在可承受的范围之内,不会对人体造成明显致癌健康风险。(5)根据铅同位素组成成分的二元混合(Binary Mixing)模型可知,JA、YH、LY和BN四个剖面的土壤的~(208)Pb/~(206)Pb-~(207)Pb/~(206)Pb二元线性程度极高,且Pb同位素组分源相对集中,对比燃煤尘、汽车尾气尘、污泥废水、有机肥、建筑材料和母质土壤等不同Pb同位素端元物质和剖面土壤Pb同位素的组分特征数据发现,土壤Pb的自然端元组分来自于成土母质、人为Pb源来自污泥废水、汽油尘和燃煤尘。通过解析各污染源对土壤铅污染的相对贡献率,得出贵阳市城郊菜地垂直剖面土壤总铅源平均贡献率,其中燃煤和汽车尾气尘铅贡献率的平均值为16.83%,污泥施肥来源铅贡献率为39.54%,自然来源铅贡献率为43.63%。(6)通过各元素相关性分析(RA)得出土壤pH和SOM含量不受粒径大小的影响,但Cr、Zn、Cd、As和Hg的含量都与粒径大小具有相关性。Cu-Cd-Cr、As-Zn-Pb、Ni-Hg等重金属之间存在相关性,可能具有相同来源。而主成分分析(PCA)和聚类分析(CA)分析结果表明,As-Zn-Pb作为第一主成分的贡献率为28.52%,主要来源于农药喷洒及叶面施肥残留,即反映化肥农药的施加对环境土壤的污染。Cd-Cr-Cu作为第二主成分的贡献率是23.16%,说明第二主成分主要受周边工厂含铜污水灌溉的人为成因影响。Ni-Hg作为第三主成分的贡献率为21.42%,主要受喀斯特地区高地质背景值的地球化学成因影响。
【图文】：

分布图,采样点,分布图,位置

2.2 样品采集与分析方法2.2.1 布点与样品采集样品采集时间为 2017 年 5 月，采样点位于贵阳市云岩区老工业区原氧化铝厂（苏联援建，1976 年 12 月试运行，1977 年正式投产），沿盛行风向共采集厂区内及周边设施菜地 4 个垂直剖面土壤，研究区位置及采样点分布见图 2.1。由于喀斯特区地质条件的限制，垂直剖面样点深度为 1m，由底层向上以 10cm 为一个间隔采样点，采取五点取样法均匀采集土壤样品，经混匀后取其混合土样，除去石块和茎叶等杂质，再采用四分法除去多余样品，保留 1kg 左右样品装于密封袋中，贴上标签，同时做好采样记录(见表 2.1)。

粒度分布,三角坐标图,土壤质地,贵阳

图 3.1 贵阳城郊菜地垂直剖面土壤质地三角坐标图ig. 3.1 Triangle coordinate map of soil texture in vertical section of vegetable plot in suburbGuiyang而由贵阳城郊菜地垂直剖面土壤粒径百分比（图 3.4），可知 4 个剖面的粒径分级均属于粉粒级，JA 剖面土壤的粒度分布较分散，说明该剖面曾受人为扰动；YH 剖面土壤的黏粒由表层至底层呈现逐渐上升的趋势，即越往粒所占比重越大，最大达到 48%；而 LY 剖面的黏粒构成比刚好与 YH 相现表层向底层逐渐下降的趋势，且其黏粒的占比在剖面以下 60 cm 处基本稳 25%，粉粒的占比则呈现由表层至底层逐渐上升的趋势，而砂粒占比则稳定~13%；BN 剖面的黏粒占比基本稳定，在 10~20 cm、40~50 cm 以及 60~70中有小幅上升波动；JA、YH、LY 和 BN 四个剖面的粉粒分别占各自总百分 54.58%、60.99%、57.75%和 61.11%，因此，，四个剖面的土壤质地总体上属质黏土。
【学位授予单位】：贵州师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X53

【相似文献】