工业区周边农田土壤重金属分布特征及风险评价

发布时间：2019-11-20 05:04

【摘要】：本研究以新疆北疆某工业园区周边农田土壤为研究对象,共设置样点254个,分别采集0~20cm和20~40cm两个土层的土壤样品。测定了不同土层样品中的Cr、Ni、Cu、Zn、As、Hg、Pb、Cd共8种重金属的含量,以及耕层(0~20cm)土壤中的8种有效态重金属的含量、土壤有机质含量和土壤的pH值。对研究区农田土壤的重金属污染状况和潜在生态风险进行评价,分析了重金属的空间分布特征,明确工业区对周边农田土壤重金属含量的影响,并对耕层土壤中有效态重金属的含量与土壤有机质含量和土壤pH值进行了相关性分析。主要研究结果如下:1.研究区内0~20cm和20~40cm两个土层中的Cr的平均值均小于研究区的土壤背景值,而Ni、Cu、Zn、As、Hg、Pb、Cd在两个土层中的平均含量均超过了土壤背景值。以土壤背景值为标准,Ni、Cu、As、Hg、Cd的超标率超过了60%,其中Cu、Hg和Cd的超标率高达90%以上。但与国家土壤二级标准相比,两个土层中只有As、Hg、Cd三种重金属超标,Hg的超标率最高,达到50%以上。两个土层中的各重金属含量相差不大。研究区农田耕层(0~20cm)土壤重金属Cr、Ni、Cu、Zn、As、Hg、Pb、Cd的有效态与其全量之间为极显著相关,其中有效态Cr、Ni、Cu、Hg和Pb与重金属总量呈高度正相关。研究区的有效态重金属除Hg、Cd与土壤pH的相关性不显著外,其余受测有效态重金属都与土壤pH为负相关。Hg、Cd与土壤有机质之间的相关性也不显著。2.通过GS+软件对研究区两个土层中的重金属含量数据进行数据拟合,得到最优模型后进行克里格插值得到重金属的空间分布图。Ni、Zn、As、Hg和Pb的空间分布在两个土层中较为相似,其中Ni和Zn的富集方位在工业区的南方,As、Hg和Pb的富集方位均在工业区的下风向区域,即工业区的东北、东和东南方。相关性分析表明研究区的Hg和Cd与其他重金属的相关性不显著,在主成分分析的结果中,Hg和Pb在0~20cm土层同属于一个主成分中,在20~40cm则各自在一个独立的主成分中,表明这两种重金属的来源与其他重金属不同。分析认为,As、Hg和Pb的含量受工业园区的影响较大,Cr、Ni、Cu、Zn、Cd的来源主要为农田内化肥、农药和地膜的使用。从有效态重金属的插值图可以看出,有效态Ni、As、Hg、Pb在工业区下风向有所富集,与该土层中全量的富集方位相似。3.采用单因子污染指数法、内梅罗复合污染指数法和潜在生态风险指数法对研究区的重金属进行污染评价。单因子污染指数法结果表明研究区只有Hg为中度污染,从复合污染指数污染评价的结果可知研究区整体为轻度污染。以研究区背景值为标准的潜在生态危害指数法结果显示,研究区农田土壤有严重的综合潜在生态风险。耕层(0~20cm)土壤有效态重金属具有轻度的综合潜在生态风险。
【图文】：

分布情况,风向图,电石

年均气温6.4 ℃，地形为南高北底，略向东北倾斜，平均坡降为4.85‰，年降水量为125.0～207.7 mm之间，年均蒸发量为1514.9mm，研究区夏季主要风向为南风，冬季主要风向为西北风（图2-1），该区域土壤以灰漠土为主。研究区农业现代化、集约化水平较高，农业机械化程度达85%以上。图2-1 研究区常年风向图Fig.2-1 Perennial wind patterns in the study area结合实地考察后，以新疆北疆某工业区为中心，研究其周边农田的分布情况。该工业区内工厂以生产水泥和电石为主（表2-1），另有化工厂和乙炔生产厂。该园区电石年产能达200万吨，水泥厂熟料产能420万吨，，水泥粉磨产能500万吨。表2-1 研究区电石、水泥生产量及工业大气排放量Table 2-1 Production of calcium carbide, cement in Study area and industrial atmospheric emissions年份Years电石Calcium carbide/t水泥Cement/t工业烟（粉）尘排放量Industrial smoke(powder) dust emissions/t2006 259744 279292 12537.992015 2169631 3225240 365942.2 样品采集与分析2.2.1 样品采集于 2015 年 9 至 10 月进行供试土壤样品的采集，采集以工业区为中心，采集周边20km2范围内的农田土壤样品，样点相距 350m 左右的距离

分布图,采样点,分布图,检出限

图 2-2 研究区采样点分布图Fig.2-2 Distribution of sampling points in the study area.2.2 样品预处理土壤样品运回室内，在室内自然风干后，剔除植物残体和石块，使用木头和玛瑙料的工具将样品磨碎，过 100 目尼龙网筛，将样品保存在写好标签的纸袋中，避免污染，待测。.2.3 样品的测定方法实验所选的检测方法经实验室精密度和检出限检验均为合格。分析过程采用国家标准物质（GSS系列）通过空白试验与重复检验等方法进行质量控制。ICP-OES经一级土壤标准物质分析验证，其中样品加标回收率达95%～99%，检出限为1×10-6。金属标准液：Cr、Ni、Cu、Zn、As、Hg、Pb、Cd元素标准溶液（中国计量科学研国家标准物质研究中心，100ug·mL-1）。土壤重金属全量的测定：采用HNO3-HCl-HF完全消解酸体系(HNO3、HCl、HF均级纯），经Milestone Ethos微波消解仪消煮后，采用美国热电Thermofisher电感耦合
【学位授予单位】：石河子大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：X53;X825

【参考文献】