重慶都市圈土壤重金屬元素遷移富集及生態(tài)效應(yīng)研究.pdf

1、土壤重金屬污染問(wèn)題是目前環(huán)境科學(xué)、農(nóng)業(yè)地質(zhì)、沉積地質(zhì)學(xué)、生態(tài)地球化學(xué)、應(yīng)用化學(xué)等領(lǐng)域的重點(diǎn)研究問(wèn)題之一。論文通過(guò)在重慶市都市經(jīng)濟(jì)圈范圍內(nèi)采集了1772件沉積圈層最頂部的土壤表層土壤和深層土壤樣品，并選擇了都市圈4個(gè)典型污染區(qū)采集了紅薯、空心菜、空心蓮子草、南瓜、水稻、土豆、玉米等7種植物樣品和對(duì)應(yīng)根系土樣，分析測(cè)試了As、Cu、Zn、Pb、Cd、Hg、Cr、Ni在巖石、土壤、植物等介質(zhì)中的含量。通過(guò)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及空間分析相結(jié)合的方法，研究重

2、慶市都市圈范圍內(nèi)沉積圈層最頂部的土壤環(huán)境重金屬的分布特征，總結(jié)元素遷移富集規(guī)律；結(jié)合國(guó)家土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，利用尼梅羅指數(shù)、潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)、地質(zhì)累積指數(shù)3個(gè)較常用的土壤質(zhì)量環(huán)境評(píng)價(jià)方法對(duì)都市圈土壤作出綜合評(píng)價(jià)。結(jié)合研究結(jié)果，對(duì)都市圈城市土地利用結(jié)構(gòu)、農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)布局調(diào)整、土壤污染防治等實(shí)踐工作提出建議。論文主要取得以下結(jié)論和認(rèn)識(shí)： (1)通過(guò)對(duì)重慶都市圈440件深層土壤樣品的數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)，首次系統(tǒng)提出了重慶都市圈土壤重金屬含量推薦背景值

3、，分別為：As為5.819ug/g、Cd為0.133ug/g、Cr為76.140 ug/g、Cu為23.830 ug/g、Hg為0.053 ug/g、Ni為30.648 ug/g、Pb為25.480 ug/g、Zn為75.837 ug/g。 (2)發(fā)現(xiàn)都市圈范圍內(nèi)沉積圈層最頂部的表層土壤8種重金屬元素中，As、Cu、Zn、Pb、Cd和Hg受外源重金屬元素的影響顯著。其中，Cd和Hg在表層土壤的富集受外源遷入因素影響比較突出。Cr

4、、Ni兩種元素在表層土壤富集受外源影響強(qiáng)度相對(duì)較低。 (3)通過(guò)比較研究，部分重金屬元素分布受沉積地層的影響明顯。As元素在表層土壤的空間分布受地層控制明顯，其中在三疊系表土中，As元素含量較高。 (4)通過(guò)土壤重金屬元素與其它元素之間的相關(guān)性分析，重金屬元素的富集與一些元素的富集有一定關(guān)系。其中，As和U、Cd、Zn、Cr和U、Hg和U、Ni和U、Pb和U都具有顯著正相關(guān)。U元素的分布與多種重金屬的分布相關(guān)性較大，呈同

5、步消長(zhǎng)關(guān)系。 (5)都市圈土壤pH大小和土壤重金屬含量之間具有一定規(guī)律性。土壤pH在4～9范圍內(nèi)，土壤重金屬含量和pH的關(guān)系主要呈現(xiàn)兩種模式：①兩翼型：即隨著土壤pH值的變化，土壤重金屬含量在某pH范圍內(nèi)出現(xiàn)峰值或最小值；②增長(zhǎng)型：即土壤中某種重金屬的含量隨著pH值的增大而增大。其中As、Cd、Cu、Hg、Pb、Zn六種元素屬于兩翼型，Cr和Ni元素則屬于增長(zhǎng)型。pH值7～8的范圍更加有利于土壤對(duì)重金屬元素的富集。重慶都市圈土壤

6、弱堿性區(qū)域主要集中分布于城區(qū)及長(zhǎng)江兩岸，該地區(qū)為重金屬的高富集區(qū)。 (6)重慶市都市圈重金屬元素分布和海拔高度的關(guān)系密切。土壤重金屬含量從低海拔到高海拔總體上呈上升趨勢(shì)。分布規(guī)律主要有兩種模式：波浪型和平滑型。其中元素As、Pb、Hg屬于波浪型；Cd、Cr、Cu、Ni、Zn屬平滑型。對(duì)波浪型分布元素是一種對(duì)地質(zhì)背景的突變反應(yīng)，即在某個(gè)海拔段受外源輸入或輸出擾動(dòng)有關(guān)；對(duì)平滑型分布模式則更多屬于地質(zhì)背景的連續(xù)性變化，受人為或外源遷移

7、影響較小。 (7)由采集的都市圈表層1772個(gè)土樣的數(shù)據(jù)分析和空間集成，結(jié)合國(guó)家土壤環(huán)境質(zhì)量等標(biāo)準(zhǔn)對(duì)都市圈土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)表明：重慶都市圈Cd和Hg污染比較嚴(yán)重，并且里面狀污染態(tài)勢(shì)，是都市圈8種污染重金屬中對(duì)土壤污染危害最大的2種元素。樣點(diǎn)中83.97％的采樣點(diǎn)的土壤都受到了Cd.元素不同程度的污染；其他重金屬中，Cr、Pb、.Zn元素污染比率分別達(dá)到了13.32％、13.77％、13.32％。通過(guò)尼梅羅指數(shù)、地質(zhì)累積指數(shù)、潛在

8、生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)評(píng)價(jià)綜合評(píng)價(jià)，土壤比較清潔的區(qū)域主要集中在接龍鎮(zhèn).神童鎮(zhèn)-大觀鎮(zhèn)區(qū)域、鄰豐鎮(zhèn)區(qū)域和北碚西部山區(qū)三大區(qū)域。在金刀峽鎮(zhèn)、白市驛鎮(zhèn)等區(qū)域出現(xiàn)重金屬局部中度到重度重金屬污染，并屬于多種重金屬?gòu)?fù)合疊加污染。 (8)都市圈4個(gè)典型農(nóng)業(yè)污染區(qū)，水稻對(duì)重金屬的富集能力要高于其他作物，南瓜比較小，屬比較安全農(nóng)產(chǎn)品。井口的空心菜、白市驛的水稻、王家場(chǎng)土豆的綜合安全風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)較高，在農(nóng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整中值得注意和規(guī)避。 (9)本文在尼梅

9、羅指數(shù)的公式基礎(chǔ)上，基于重金屬在人體內(nèi)的積累效應(yīng)，首次提出農(nóng)作物安全風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)概念與評(píng)價(jià)方法，將農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行劃分等級(jí)評(píng)價(jià)。通過(guò)植物吸收土壤重金屬生態(tài)效應(yīng)的研究表明，植物對(duì)重金屬的吸收能力根據(jù)不同植物和不同重金屬種類有一定關(guān)系。由這種關(guān)系研究得出在產(chǎn)地環(huán)境中含有高含量Cr的土壤環(huán)境中避免栽植紅薯和空心菜；雖研究區(qū)域水稻籽實(shí)內(nèi)重金屬含量并未超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，但基于重金屬的生理富集作用，在Cd高含量的土壤中應(yīng)盡量避免栽植水稻：土豆在高As含量土壤

10、中的栽植安全威脅系數(shù)較低。 (10)首次利用沉積圈層最頂部的土壤地球化學(xué)研究成果，提出重慶城區(qū)用地?cái)U(kuò)張方向以東北方向?yàn)閮?yōu)先考慮擴(kuò)張主方向，西南方向?yàn)榇螖U(kuò)張方向，西北方向?yàn)橛袟l件限制性擴(kuò)張方向，東南方向?yàn)橄拗菩詳U(kuò)張方向。在重慶都市圈，接龍鎮(zhèn)、神童鎮(zhèn)、大觀鎮(zhèn)區(qū)域和鄰豐鎮(zhèn)區(qū)域形成綠色食品產(chǎn)業(yè)的優(yōu)先發(fā)展區(qū)，優(yōu)先發(fā)展綠色產(chǎn)業(yè)，為城市菜籃子工程確定優(yōu)先了區(qū)域。 (11)通過(guò)對(duì)都市圈土壤重金屬的污染強(qiáng)度和空間特征分析，將重慶都市圈范圍內(nèi)沉積圈