扬州市宝应县土壤重金属含量、化学形态分析及源识别研究

发布时间：2020-05-14 12:59

【摘要】：随着城镇工业化和农业集约化的发展,土壤重金属污染已成为影响土壤环境质量的主要因素之一。本论文选择宝应县268个土壤采样点中8种重金属(Cd、Hg、As、Cu、Pb、Cr、Zn和Ni)作为研究对象,运用Excel、SPSS、GS+、ArcGIS等软件对整个区域(分为五种不同土地利用类型)土壤中重金属的含量及化学形态进行分析。使用单因子指数、内梅罗综合指数、地积累指数、富集因子及风险评价准则等方法,评价了土壤中重金属的含量及化学形态的污染程度及风险状态。利用多变量分析和因子克立格分析对重金属的相关关系进行研究;在多变量分析的基础上,结合污染评价结果,对土壤中重金属的潜在来源进行了识别。本论文从整个区域的角度,详细而科学地认识宝应县土壤中重金属的污染程度及潜在来源,为该地区的土壤修复及土壤环境质量管理提供理论依据。主要研究结果如下:(1)对整个区域土壤中重金属的化学形态进行研究可得,7种重金属的Fe-Mn氧化物结合态含量的比例大小顺序为:Zn(14.11%)Pb(10.58%)Cd(9.38%)As(9.02%)Cu(8.46%)Ni(8.24%)Cr(5.06%),有机结合态含量的比例大小顺序为:Cd(17.86%)As(13.93%)Zn(11.91%)Ni(10.11%)Cr(9.33%)Cu(7.50%)Pb(6.82%),残渣态含量的比例大小顺序为:Cr(82.75%)Cu(75.98%)Ni(73.41%)As(70.64%)Pb(65.31%)Cd(62.50%)Zn(59.26%)。在不同功能区土壤中,Cd的碳酸盐结合态含量的均值大小顺序为:工业区交通区居住区农田区～绿地(林地)区,残渣态含量的均值大小顺序为:交通区工业区农田区居住区绿地(林地)区;而在工业区土壤中,Cd的可交换态含量的均值最大,为0.027 mg kg-1;在绿地(林地)区土壤中,Cd的有机结合态含量的均值最大,为0.07 mg kg-1。与其他化学形态相比,不同功能区土壤中As的残渣态含量的均值均较大(9.25～10.18 mg kg-1)。与其他功能区土壤相比,居住区土壤中Cu的有机结合态含量的均值最大,为5.84 mg kg-';交通区土壤中Pb的Fe-Mn氧化物结合态含量的均值最大,为15.24 mg kg-1,在这五类功能区土壤中该化学形态含量的均值大小顺序为:交通区工业区农田区～居住区～绿地(林地)区,Zn的残渣态含量的均值大小顺序为:绿地(林地)区交通区农田区工业区居住区,Cr的五种形态含量的均值变化情况与Ni相似。由RAC评价可得,在工业区土壤中,Cd、Cu、Pb和Zn的可交换态和碳酸盐结合态含量的比例之和均在10%～30%之间,对环境构成中等程度的风险;而As、Cr和Ni对该区域土壤环境的危害处于低风险状态。在交通区土壤中,Pb和Zn的可交换态和碳酸盐结合态含量的比例之和均在10%～30%之间,对环境构成中等程度的风险。在农田区和绿地(林地)区土壤中,7种重金属的可交换态和碳酸盐结合态含量的比例之和均在1%～10%之间,表明这7种重金属对环境的危害处于低风险状态。在居住区土壤中,Cu、Pb和Zn的可交换态和碳酸盐结合态含量的比例之和均在10%～30%之间,对环境构成中等程度的风险。(2)单因子指数法评价结果表明,以标准值为参考值,8种重金属均处于清洁状态。内梅罗综合指数评价结果表明,整个区域土壤中8种重金属污染程度的大小顺序为:ZnCdPb～Cu～Cr～As～Ni～Hg;在工业区土壤中,Cd处于重度污染状态,Zn处于中度污染状态,其他6种重金属处于清洁状态;在交通区土壤中,Zn处于轻度污染状态,其他7种重金属处于清洁或尚清洁状态;在农田区土壤中,Cu和Zn处于尚清洁状态,其他6种重金属处于清洁状态;在居住区土壤中,Cd、Cu和Zn处于尚清洁状态,其他5种重金属处于清洁状态;在绿地(林地)区土壤中,Cd和Zn处于尚清洁状态,其他6种重金属处于清洁状态。地积累指数评价结果表明,整个区域土壤中重金属污染程度的大小顺序为:Cd～ZnHg～As～Cu～Pb～Cr～Ni;在工业区土壤中,Cd和Zn处于中度污染状态,其他6种重金属处于清洁状态;在交通区土壤中,Cd、Pb和Zn处于轻度～中度污染状态,其他5种重金属处于清洁状态;在农田区和绿地(林地)区土壤中,8种重金属均处于清洁状态;在居住区土壤中,除Cu元素外,其他7种重金属均处于清洁状态。富集因子评价结果表明,在整个区域土壤中,8种重金属的富集因子值的大小顺序为:ZnCdPbCuAs～CrNiHg;在工业区土壤中,Cd和Zn处于中度污染状态;在交通区、农田区、居住区和绿地(林地)区土壤中,8种重金属均处于无污染～轻微污染状态。多生态风险指数评价表明整个区域土壤处于轻度生态风险状态。各功能区土壤中重金属多生态风险指数值的大小顺序为:工业区交通区居住区绿地(林地)区农田区。(3)因子分析结果表明,在整个区域土壤中,Cd和Zn、As和Ni、Hg和Cr、Cu和Pb分别与因子1、因子2、因子3、因子4存在显著的正相关关系。在工业区土壤中,Cd-Pb-Zn、As-Ni分别与因子1、因子2存在显著的正相关关系。在交通区土壤中,Cr、Cu、Pb和Ni、Zn分别与因子1、因子2、因子3、因子4存在显著的正相关关系。在农田区土壤中,As和Ni、Cd和Zn、Hg和Cr、Pb分别与因子1、因子2、因子3、因子4存在显著的正相关关系。在居住区土壤中,Cd、Zn分别与因子1、因子2存在负相关关系;Hg、Ni、Cu分别与因子2、因子3、因子4存在显著的正相关关系。在绿地(林地)区土壤中,As和Pb、Cr、Zn分别与因子1、因子2、因子3存在显著的正相关关系。因子克立格分析结果表明,在块金尺度下,Cd与Cu、Pb、Zn之间、As与Cr、Ni之间分别存在正相关关系。在短变程尺度下,与块金尺度相似,Cd与Cu、Pb、Zn之间、Cr与Ni之间分别存在正相关关系。在长变程尺度下,Ni与As、Cr之间存在正强相关关系,Cd与Cu、Pb、Zn之间存在正相关关系,而Cd与As、Ni之间、Zn与Cr、Ni之间分别存在负相关关系。土壤重金属间的正相关关系表明其受到相似因素的影响,而负相关关系表明其受到不同因素的影响。(4)源识别结果表明,在整个区域土壤中,Cd和Zn的含量受到了自然因素和人类活动的影响,同样Cu和Pb的含量也存在受到人类活动影响的现象,而As、Ni、Cr和Hg的含量主要受到了自然因素(如土壤母质)的影响。在工业区土壤中,Cd和Zn的含量受到了点污染源(如工业废水排放)的潜在影响,而Hg、As、Cu、Cr、Ni和Pb的含量主要受到了自然因素的影响。在交通区土壤中,Cu、Pb和Zn受到了人类活动(如机动车尾气排放)的潜在影响,而Cd、Hg、As、Cr和Ni的含量主要受到了自然因素的影响。在居住区土壤中,Cu元素的含量受到了人类活动(如重金属废弃物)的潜在影响,而其他7种重金属主要受到了自然因素的影响。在农田区和绿地(林地)区土壤中,8种重金属的含量主要受到了自然因素的影响。
【图文】：

宝应县,地理位置

位于长江三角洲和里下河地区，东部与建湖县、盐城市区和兴化市日比邻，西部与金湖逡逑县、洪泽区毗邻，南部与高邮市毗邻，北部与淮安市毗邻，有着“扬州北大门”之称，其地逡逑理位置如图２－１所示。该县县域东西距离为５５．７邋ｋｍ，南北距离为４７．４邋ｋｍ，总面积约为１４６７逡逑ｋｍ２＿。逡逑Ｖ；：扬；＞逡逑Ｉ逡逑）Ｗ邋＼逡逑ｉ逦ｆ逡逑Ｊ逦＼逡逑Ｉ邋＇）逡逑Ｉ逦！衫彳逡逑图２－１宝应县地理位置图逡逑Ｆｉｇ．邋２－１邋Ｌｏｃａｔｉｏｎ邋ｍａｐ邋ｏｆ邋Ｂａｏｙｉｎｇ邋ｃｏｕｎｔｙ逡逑宝应地区四季分明，雨水丰沛，光照充足，呈北亚热带季风性湿润气候特征，年平均逡逑气温在１４．６邋°Ｃ左右，适宜动植物生长繁衍。该地区以京杭大运河为界限，分成东西两部逡逑分区域，运河两岸地势相对较高，而两岸东西部区域地势低洼；运河东部区域南北两侧地逡逑势略高，中部区域地势偏低；该县境内多数地区在海拔２邋ｍ左右，属于里下河浅洼平原区逡逑域。宝应县境内土壤肥沃，以水稻土、潮土和沼泽土等土类为主，该地区主要种植水稻、逡逑小麦和油菜等作物［１４６］。逡逑２０１４年宝应县土地利用现状调查结果表明，该县用地总面积约为１４６７ｋｍ２，其中耕地逡逑用地面积约为７５９邋ｋｍ２、园地用地面积为１．５６邋ｋｍ２、林地用地面积为１５．８７邋ｋｍ２、草地用地逡逑面积为０．０２邋ｋｍ２、城镇村庄及工矿用地面积为１５６．４６邋ｋｍ２、交通运输用地面积为５３．５１邋ｋｍ２、逡逑

分布图,宝应县,土壤样品,采样点

匀混合后用四分法选取约１邋ｋｇ的土样作为代表该点的混合样品；并使用ＧＰＳ仪记录采样逡逑点的实际经纬度坐标，同时做好土地利用类型、采样时间等信息的记录。宝应县土壤采样逡逑点的分布情况如图２－２所示。逡逑＾逦？．邋Ｗ］逡逑ｙ．逦．．１逡逑？采样点＾￣？逦？．．逡逑—５逦Ｊ逡逑图２－２宝应县土壤样品采样点分布图逡逑Ｆｉｇ．邋２－２邋Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ邋ｍａｐ邋ｏｆ邋ｓｏｉｌ邋ｓａｍｐｌｉｎｇ邋ｓｉｔｅｓ邋ｉｎ邋Ｂａｏｙｉｎｇ邋ｃｏｕｎｔｙ逡逑将所采集的土壤样品进行室内风干，在土样风干过程中不间断地进行翻动，并粉碎大逡逑型土块，以免风干后形成结块。土壤样品风干后，去除一些动植物残体、小石子等物质，逡逑然后磨碎，，过１００目尼龙筛，混合均匀后装入聚乙烯袋待测。样品处理懫用木头、陶瓷等逡逑非金属用具，尽量减少人为因素对土壤重金属含量的干扰。逡逑在整个区域土壤中，根据不同土地利用类型，共分为五类功能区进行土壤样品采集，逡逑不同功能区土壤懫样点的个数及其所占的比例见表２－１。本研究样品采集侧重于农田区土逡逑壤环境质量的研究，该区域土壤采样点的个数占总采样点数的比例约为４０％。其次对工业逡逑区和居住区的土壤进行采样分析，希望能够知晓人类活动对此类区域土壤环境质量的影响逡逑程度
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：X53

【参考文献】