咸阳市郊菜地土壤中重金属及邻苯二甲酸酯的污染特征研究

发布时间：2017-08-09 03:25

  本文关键词：咸阳市郊菜地土壤中重金属及邻苯二甲酸酯的污染特征研究

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【摘要】：随着城市化、工业化以及农业现代化的快速发展,城市郊区农业土壤污染日益严重,对生态环境质量和人体健康产生潜在危害。为了解咸阳地区菜地土壤中污染物的含量水平及污染特征,本文选择咸阳市郊四块典型菜地(东张村、郭村、曹家寨和八兴滩),采集了140个菜地土壤样品(0-25 cm)。利用pH计、电导率仪、碳酸盐测定仪、马弗炉、激光粒度仪和磁化率仪等分析了土壤的pH值、电导率(EC)、碳酸钙含量(CaCO3)、烧失量(LOI)、粒径组成和磁学参数等基本理化性质。采用HNO3-HF-HClO4消解法和修正BCR连续提取法,利用电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-AES)和原子荧光光谱法(AFS)对140个菜地土壤样品中Co、Cr、Cu、Cd、Mn、Ni、Pb、V和Zn及As与Hg等11种重金属元素进行含量测定与形态分析。利用高效液相色谱法(HPLC),对59个菜地土壤样品中美国环境保护局(US EPA)优控的6种邻苯二甲酸酯类(PAEs)化合物进行含量测定。同时,利用实验数据,研究了菜地土壤中重金属和PAEs的含量水平、分布特征、环境来源、与理化性质的关系、赋存形态、污染水平、潜在风险。通过本研究,主要得到以下结论：1)理化分析表明,咸阳市郊菜地土壤pH值的范围是6.98-8.25,平均值为7.61,属中性或偏碱性土壤。电导率(EC)的平均值为468.26 μS/cm,八兴滩共有四个样点超过1000 μS/cm,有盐害可能。磁学分析结果表明,高频磁化率(χHF)和低频磁化率(χLF)的平均值分别为88.64×10-8 m3/kg和83.52×10-8m3/kg；频率磁化率(χFD)的平均值为5.7%。碳酸钙的平均含量为42.63 g/kg,总体碳酸钙的含量属于三级。烧失量(LOI)的平均含量为48.41g/kg,总体上有机质含量属于一级,农田土壤肥力优良。粒径分析结果表明,菜地土壤主要以粉粒(54.45%)为主,其次为砂粒(32.45%)和粘粒(13.04%)。2)从污染物的统计分析结果看,咸阳市郊菜地土壤中Cd、Co、Cu、Mn、 Pb、Zn和Hg的含量高于陕西省土壤背景值,其中Cd、Pb、Zn和Hg的含量变异系数大、离散程度大,受人类活动影响较明显。Cd和Zn的浓度均存在超出中国土壤环境质量标准《GB 15618-1995》二级标准限值,且高于国内其他地区农业土壤水平。研究区域土壤中6种PAEs化合物的含量范围是从未检出～6313.35μg/kg,不同菜地之间含量水平相差较大。6种PAEs化合物的总量(∑6PAEs)平均值为632.10 μg/kg,与他其地区菜地的PAEs含量对比,咸阳市郊菜地土壤中PAEs的含量处于中等水平。3)污染物与理化性质的相关性分析表明,PAEs化合物与理化性质之间没有显著的相关关系。pH与Cd、Cu、Pb存在显著正相关关系,与Mn、V存在显著负相关关系；高频磁化率(χHF)和低频磁化率(χLF)与除了Co和Zn以外的9种重金属均有显著正相关关系,频率磁化率(χFD)与Cr、Mn、Ni、V、As存在显著的正相关关系；烧失量与Cr、Cu、Mn、Hg、Ni、V存在显著正相关关系；CaCO3与Cd显著正相关,与Cr、Mn、Ni、V、As显著负相关；砂粒与Cr、Cu、 Mn、Ni、V和As存在显著负相关关系,粉粒和粘粒则与Cr、Cu、Mn、Ni、V和As存在显著正相关关系。4)采用相关性分析、主成分分析和聚类分析进行污染物来源分析,结果表明,咸阳市郊污染物来源主要分为两大类,自然来源与人为来源。Ni、V、Cr、As和Mn这五种重金属元素主要受成土母质的影响,属于自然来源；其他污染物主要受人为活动的影响比较大。受人类活动影响大的因子又可以分为4个小因子：Cd、Pb、Cu和Hg组合为交通因子,DnBP和DEHP主要来源于农业活动中地膜的使用,DnOP和Co的来源可能与城市扩张及建筑装修有关,DMP、Zn、BBP和DEP可能来源于工业活动。5)基于陕西省表层土壤背景值的评价结果表明,咸阳市郊菜地土壤中Cu、Cr、Mn、Ni、V和As的地累积污染指数(Igeo)的平均值都不大于0,均属于无污染状态；Co、Pb、Zn和Hg都处于轻度污染；Cd的污染等级为中度污染。内梅罗综合污染指数(P)为7.28,87.86%样品属于重度污染水平。基于我国《土壤环境质量标准》(GB 15618-1995)二级标准限值的评价结果表明,咸阳市郊菜地土壤中所有重金属元素的地累积污染指数(Igeo)的平均值均小于1,属于无污染状态,只有个别样点Cd存在轻微污染。内梅罗综合污染指数(P)为1.07,整体处于警戒级到轻度污染。与美国纽约州土壤PAEs控制和治理标准比较,咸阳市郊菜地土壤中6种PAEs化合物均未超出其治理标准；除个别土壤样品中DMP和DnBP含量超出美国纽约州土壤PAEs控制标准外,其它4种化合物含量均未超过其控制标准。6)形态分析结果表明,咸阳市郊菜地土壤中重金属的迁移顺序为Mn≈Pb Co Cd Ni V Zn≈Cu Cr,其中Pb、Co、Mn和Cd有50%可以发生迁移转化,潜在风险高,且Pb主要以可氧化态形式存在,Co和Mn主要以可还原态形式存在,Cd以弱酸态和可还原态。基于陕西省表层土壤背景值的潜在生态风险评价结果表明,从重金属的单项潜在生态风险系数Eri看,Cd(266.67)和Hg(181.17)处于重生态风险水平,其它元素都处于低生态风险；从总潜在生态风险指数RI(490.86)看,研究区处于严重生态风险。基于我国《土壤环境质量标准》(GB 15618-1995)二级标准限值的潜在生态风险评价结果表明,土壤中除Cd(40.00)处于中等生态风险以外,其它元素都处于低生态风险；从总潜在生态风险指数RI(53.87)看,研究区处于低等生态风险。PAEs的风险分析表明,研究区域土壤中PAEs没有治理必要。然而,土壤样品中分别有5%和3%的样品超出DnBP和DEHP环境风险水平。
【关键词】：重金属 邻苯二甲酸酯 环境来源 污染及潜在风险 蔬地土壤 咸阳
【学位授予单位】：陕西师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X53
【目录】：

• 摘要3-6
• Abstract6-12
• 第1章 绪论12-22
• 1.1 立论依据12-16
• 1.1.1 土壤污染研究意义12-13
• 1.1.2 重金属的性质、危害及来源13-14
• 1.1.3 邻苯二甲酸酯的性质、危害及来源14-16
• 1.2 国内外研究进展16-18
• 1.2.1 农业土壤重金属研究进展17-18
• 1.2.2 农业土壤邻苯二甲酸酯研究进展18
• 1.3 研究区域18-19
• 1.4 研究内容与技术路线19-22
• 1.4.1 研究内容19
• 1.4.2 技术路线19-22
• 第2章 样品采集与研究方法22-32
• 2.1 样品采集与样品前处理22-23
• 2.1.1 研究区域概况22-23
• 2.1.2 采样点选择23
• 2.1.3 样品采集及前处理23
• 2.2 样品分析与分析方法23-30
• 2.2.1 样品理化分析23-25
• 2.2.2 重金属全量及形态分析25-28
• 2.2.3 PAEs分析测定28-30
• 2.3 污染评价方法30-31
• 2.3.1 地累积污染指数法30
• 2.3.2 内梅罗综合污染指数法30
• 2.3.3 潜在生态风险指数法30-31
• 2.4 数据处理31-32
• 第3章 土壤理化特征32-38
• 3.1 土壤PH32
• 3.2 土壤电导率32-34
• 3.3 土壤磁化率34
• 3.4 土壤碳酸钙34-35
• 3.5 土壤有机质35
• 3.6 土壤粒度35-38
• 第4章 重金属和邻苯二甲酸酯含量水平与分布特征38-50
• 4.1 重金属含量水平与分布特征38-45
• 4.1.1 重金属含量水平38-39
• 4.1.2 重金属含量比较39-41
• 4.1.3 重金属分布特征41-45
• 4.2 PAEs含量水平与分布特征45-50
• 4.2.1 PAEs含量与分布45-47
• 4.2.2 PAEs含量的比较47-48
• 4.2.3 PAEs组成特征48-50
• 第5章 重金属和PAES与理化性质的关系50-54
• 第6章 重金属和PAES的来源分析54-62
• 6.1 相关分析54-56
• 6.2 主成分分析56-58
• 6.3 聚类分析58
• 6.4 来源分析58-62
• 第7章 重金属和PAES的污染分析62-68
• 7.1 重金属污染分析62-66
• 7.1.1 地累积污染指数法62-65
• 7.1.2 内梅罗综合污染指数法65-66
• 7.2 土壤PAEs的污染分析66-68
• 第8章 重金属和PAES风险分析68-78
• 8.1 重金属风险分析68-76
• 8.1.1 基于形态的风险分析68-73
• 8.1.2 潜在生态风险指数法73-76
• 8.2 土壤中PAEs风险分析76-78
• 第9章 结论与展望78-82
• 9.1 主要结论78-80
• 9.2 不足与展望80-82
• 参考文献82-94
• 致谢94-96
• 硕士期间主要科研成果96

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

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本文编号：643342