朝阳地区耕地土壤重金属污染风险评价与来源解析研究

发布时间：2020-07-10 15:32

【摘要】：耕地土壤重金属污染不仅导致生态环境破坏、粮食减产,还对人畜健康构成严重威胁。朝阳市以农业为主,农用地面积占全市土地总面积的66.8%。特别是“十二五”以来,随着工业、农业和交通事业的迅猛发展,对土壤环境影响复杂。然而,到目前为止尚没有针对该地区耕地土壤重金属污染现状及风险评价的系统性研究。科学评价该地区土壤重金属污染现状并对污染源进行解析,对于当地社会经济发展、加快生态文明建设有重要意义。为此,本文自该市所辖5个农业地区采集耕地表层土壤样品402个、谷物样品73个,按照土壤环境质量检测技术规范要求,分析样本As、Cu、Zn、Cd、Hg、Pb、Ni、Cr等8种重金属含量。在此基础上,按照基于环境-生态-健康效应的耕地土壤重金属多目标风险评估的研究路径,对研究区土壤及谷物中重金属从含量-空间分布-空间变异-污染程度-环境风险-健康风险-来源解析-风险区识别与管控等方面进行了综合评估。系统评价了朝阳地区土壤重金属污染区域、污染程度、污染来源、生态环境风险以及健康风险,划分了重金属风险管控区域,提出了风险管控对策。主要结论如下:1.土壤重金属As、Cu、Zn、Cd、Hg、Pb含量数据的空间分布特性具有一定的相似性。各种重金属含量数据呈右偏态分布,具有较强的空间变异性;As、Cu、Zn、Cd、Pb元素呈西部高、东部低,Hg呈东北高、西南低分布;Cu、Zn、Cd、Hg、Pb的平均含量分别超过当地土壤背景值的1.51、1.36、3.49、1.48、1.67倍,说明这些元素在当地土壤中已存在不同程度的累积。2.土壤重金属含量总体处于安全水平,部分点位个别元素超标。全区内梅罗综合污染指数平均值为0.42,说明该地区土壤总体呈清洁状态;地累积指数法评价结果表明,土壤Cd为“轻度污染”、其余元素为“无污染”水平;区域92.83%面积的土壤质量属于土壤环境质量分类法中的II类,即为安全水平。3.土壤总体生态环境水平良好。Hakanson生态指数评价结果表明,各种重金属元素对当地生态环境风险影响轻微;生态风险商评价结果显示,Ni、Zn、Cu分别对生物种类(Ni中等)和生态过程(Zn中等,Cu轻微)产生明显影响,其它元素影响不明显。4.土壤重金属环境暴露风险在可接受范围。非致癌综合健康风险指数HI为0.02(成人)、0.39(儿童)均小于1,致癌风险指数DMN为8.33×10~(-5),在10~(-6)~10~(-4)之间,说明该地区居民通过环境暴露途径接触的土壤重金属所导致的致癌、非致癌风险水平较小可忽略不计。5.敏感点位谷物(籽实)重金属含量总体处于安全水平,仅个别元素在个别点位超过食品安全国家标准限定值(GB 2762-2017)。其中,谷物籽实Cr含量超标率为4.11%,Cd、Pb含量超标率分别为1.37%、12.33%。其余元素均无超标现象。谷物目标风险评估结果显示,HQ_(成人)、Hq_(儿童)风险指数均小于1,表明谷物中重金属对人体健康风险危害轻微。6.不同土壤重金属的来源存在差异。综合多元统计分析、PMF模型及UNMIX模型分析结果得出研究区土壤Cr、Ni具有同源性,主要来自成土母质;Zn、Pb具有较强同源性,主要来自交通;Cu和As主要来自于农业;Cd、Hg主要来自于工业和大气沉降源。土壤重金属各污染源贡献率大小排序为:交通和成土母质综合源工业源农业源大气源。7.土壤环境总体良好,适于大力发展生态农业、有机农业。重金属污染超标区域仅占6.71%,朝阳县中部及西南部有Cd、Zn元素超标,建平县北部、东部和南部有Zn、Cu元素超标,喀左县北部及中部有Cd、Cu、Zn元素超标,北票市局部有Cu、Zn、Cd元素超标,凌源市也存在Cr、Cu、Zn、Cd、Pb小面积各别超标。对超标区域建立识别及管控体系,遏制污染蔓延。
【学位授予单位】：沈阳农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X825;X53
【图文】：

流程图,生态风险评价,流程图

图 1-1 生态风险评价流程图Fig. 1-1 Flow chart of ecological risk assessment生态危害指数法为全面的从三个角度归纳了其中的问题，即元素的毒性、迁值之间的差异情况。但是这种方法也有不足之处，其中对于大程度上根据最开始的文献中重金属在“水体-沉积物-生物移转化规律，还根据重金属在大自然中的丰度与在水体、沉壤重金属污染进行评价时，直接使用该种方法推导出的毒性一步研究（王玉军等，2017）。风险商值评价法商评价法又称之为商值法（Risk quotients，RQ），通过概率及污染物浓度，并且这种方法做出的风险评估时针对生态系采纳的一种方法，简单来说就是把发生环境浓度超过敏感浓出来。前文提到的生物敏感浓度就是土壤生态毒理学数据，

分布图,采样点,分布图,谷物

第二章材料与方法土壤样品根据土壤环境监测技术规范（HJ/T 166-2004）采集，采集深度为 0~20耕层，采样工具为不锈钢铲，按照 S 型线路多点混合采样。点位布设应用 ArcGIS1和 LocaSpaceViewer 软件完成，采样时用 GPS 准确定位（见图 2-1）。之后逐步进行点编号；室内风干；挑除土中大砾石及植物根茎；四分法筛取土样，并利用土壤专用磨机（连云港市春龙实验仪器有限公司）研磨土壤样品；过 100 目尼龙筛；装瓶备用谷物样品于 2017 年 10 月采集。根据对土壤样品重金属含量分析测定结果，采集了与土壤样点对应的谷物样品共计 73 个（包含所有土壤超标样点）。其中：46 个玉米样品、19 个谷子样品、8 个高粱样品。对于谷物样品的测前处理是将玉米、谷子及高粱籽实剥落、洗净、烘干并磨成粉状备用。

分布曲线,土壤重金属,分布曲线,直方图

注：虚线对应各元素的土壤背景值，引自《辽宁省土壤背景值研究》图 3-1 土壤重金属直方图及分布曲线Fig. 3-1 Frequency histograms and distribution curves of heavy metals3.1.1 不同类型土壤中重金属元素含量分析土壤是历史自然产物，在不同的成土因素作用下，有其自身的发生发展规律。土分类就是根据这一规律，在系统认土的基础上将土壤的外部形态与内部性质相同的或近似的土壤，并入相应的分类单元中，归纳为一定的分类系统。以正确的反映土壤与

【参考文献】