浙北環(huán)太湖平原不同尺度土壤重金屬污染評價(jià)與管理信息系統(tǒng)構(gòu)建.pdf

1、城市化進(jìn)程的加快和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的迅猛發(fā)展，極大地促進(jìn)了我國經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展；另一方面，大量工業(yè)“三廢”、城市生活垃圾和污泥等污染物的排放與不恰當(dāng)?shù)奶幹?，使重金屬在土壤中不斷積累、產(chǎn)生污染，含重金屬農(nóng)藥和化肥的過量施用，也加重了土壤重金屬的污染負(fù)荷，導(dǎo)致我國土壤環(huán)境的重金屬污染日趨嚴(yán)重，因重金屬污染造成的農(nóng)產(chǎn)品安全問題和巨大的經(jīng)濟(jì)損失，引起了國內(nèi)外的極大關(guān)注。浙北環(huán)太湖平原位于浙江北部、太湖南岸，素來享有“魚米之鄉(xiāng)”的美譽(yù)，是我國著名的農(nóng)

2、業(yè)生產(chǎn)基地。近年來，因重金屬污染影響農(nóng)產(chǎn)品的安全性而蒙受重大經(jīng)濟(jì)損失的事件時(shí)有發(fā)生。因此，開展浙北環(huán)太湖平原土壤重金屬空間變異特征、污染狀況、污染風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)及防治對策措施研究，對該區(qū)域乃至浙江全省農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展、確保農(nóng)產(chǎn)品安全、提高人民的健康水平等都具有重要的意義。 基于上述原因，本研究主要以浙北環(huán)太湖平原耕地土壤為對象，在野外調(diào)查取樣和室內(nèi)分析的基礎(chǔ)上，應(yīng)用地統(tǒng)計(jì)學(xué)和GIS技術(shù)相結(jié)合的方法，選擇1∶250000浙北環(huán)太湖平原

3、(大尺度)、1∶50000長興縣(中尺度)、1∶10000雉城鎮(zhèn)(小尺度)三個(gè)尺度，研究了6種土壤重金屬(As、Cd、Cr、Cu、Hg和Pb)的空間變異特征，對重金屬污染現(xiàn)狀及其風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了評價(jià)，分析了浙北環(huán)太湖平原耕地土壤重金屬污染的可能原因，探討了相應(yīng)的控制對策與措施，同時(shí)對小尺度上的采樣策略作了研究，并在上述研究的基礎(chǔ)上研制和開發(fā)了基于WebGIS的土壤環(huán)境質(zhì)量管理信息系統(tǒng)，以期為保護(hù)耕地資源、保障食品安全和人體健康、以及區(qū)域、縣市

4、、鄉(xiāng)鎮(zhèn)三種尺度上耕地土壤污染的管理政策及對策措施的制定提供科學(xué)依據(jù)。研究取得了以下主要結(jié)果和結(jié)論： (1)土壤重金屬在三個(gè)尺度上都呈現(xiàn)較大的空間變異特征，存在明顯的地域差異，且受人為因素影響明顯。具體結(jié)果為：在大尺度的浙北環(huán)太湖平原，土壤Hg、Cd、As和Cu等4種元素的變異較大，變異系數(shù)在25.19％～58.81％之間，其中Hg和Cd的變異系數(shù)高達(dá)58.81％和33.34％，Pb和Cr的變異系數(shù)分別為17.33％和17.43

5、％；中尺度的長興縣以重金屬Hg、Cd和As等3種元素的變異最為突出，其變異系數(shù)分別為54.85％、36.32％和29.60％，Cu、Pb和Cr的空間變異相對較小，變異系數(shù)在21.24％～22.85％之間；小尺度雉城鎮(zhèn)土壤重金屬Hg、As和Cd等3種元素的變異系數(shù)較大，達(dá)到54.02％、31.21％和26.08％，其中Hg的變異系數(shù)高達(dá)54.02％，Cr、Pb和Cu的變異系數(shù)相對較小，在18.07％～22.31％之間。 (2)以

6、國家《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB15618-1995)二級標(biāo)準(zhǔn)為閾值，大、中、小三個(gè)尺度上土壤重金屬的單因子評價(jià)結(jié)果表明：在大尺度上土壤Pb和Cr的含量低于標(biāo)準(zhǔn)值，沒有顯現(xiàn)污染特征；土壤As也基本保持在清潔狀態(tài)；而土壤Cu和Cd存在輕度污染，超標(biāo)率分別為1.23％和2.72％；土壤Hg污染最為嚴(yán)重，超標(biāo)率高達(dá)10.87％。在中尺度上，土壤Cu、Pb和Cr的含量低于標(biāo)準(zhǔn)值，沒有顯現(xiàn)污染特征；土壤As也基本清潔；土壤Cd和Hg則存在不同程度的

7、污染，其中Cd的超標(biāo)率為4.06％、Hg的超標(biāo)率達(dá)6.17％。在小尺度上，土壤Hg污染較嚴(yán)重，超標(biāo)率為9.80％，其它重金屬沒有顯現(xiàn)污染特征。上述結(jié)果證實(shí)了浙北環(huán)太湖平原土壤已受到不同程度的重金屬污染，以Hg污染最為突出，這可能會成為影響該區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的主要限制因子。 (3)土壤重金屬污染的風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)和成因分析表明，大尺度的浙北環(huán)太湖平原土壤環(huán)境受到了不同程度的重金屬Hg、Cd和Cu污染，且高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域的分布與城鎮(zhèn)和工礦企業(yè)的

8、分布具有很好的相關(guān)性，因而認(rèn)為可能與近年來隨著城鄉(xiāng)工礦企業(yè)的發(fā)展和城市化水平的提高，工業(yè)“三廢”、生活垃圾等排放量不斷增加有關(guān)，農(nóng)藥、化肥等農(nóng)用化學(xué)物質(zhì)以及含Cu畜禽糞便的大量施用也可能與土壤重金屬污染相關(guān)。中尺度長興縣土壤Hg和Cd污染的風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域分布與長興縣城鎮(zhèn)、工礦企業(yè)和鐵路交通的分布具有較好的一致性，而且與整個(gè)長興縣作為“煤煙型”大氣污染城市密不可分，大氣污染物的沉降積累可能是長興土壤重金屬污染的主要原因。土壤Hg污染是小尺度雉城

9、鎮(zhèn)土壤環(huán)境質(zhì)量的主要限制因子，熱電廠、水泥和耐火材料等企業(yè)排放的大氣污染物的沉降積累導(dǎo)致的二次污染可能是該鎮(zhèn)土壤Hg污染的主要原因。為此，針對三種尺度提出了開展土壤重金屬污染源頭控制和污染土壤風(fēng)險(xiǎn)區(qū)綜合整治的對策措施：就大尺度而言，應(yīng)從宏觀管理的角度，建立和完善土壤污染防止、控制和治理的有關(guān)法規(guī)和政策措施；在中尺度上，應(yīng)從宏觀管理和微觀治理相結(jié)合的角度，提高對工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理和污染防控的宏觀決策能力，同時(shí)開展高效治理措施的研究與示范推廣；

10、在小尺度上，則應(yīng)從微觀污染治理和具體措施的實(shí)踐應(yīng)用的角度，通過作物布局調(diào)整及物理、化學(xué)、生物等綜合措施開展污染預(yù)防和治理。 (4)1∶10000小尺度上開展的采樣策略研究表明，在采樣點(diǎn)減少到原始采樣點(diǎn)(153個(gè))的60％時(shí)，其預(yù)測結(jié)果與100％采用原始采樣點(diǎn)的結(jié)果基本一致，且精度較高。因此認(rèn)為，在小尺度上將土壤重金屬采樣密度減少到60％時(shí)是比較合理的采樣方案，既能保持所有土壤重金屬的預(yù)測精度，又能節(jié)省采樣和分析測試的成本。

11、 (5)土壤重金屬的變異沒有呈現(xiàn)出明顯的尺度規(guī)律性，其主要原因是人為活動影響較大；另一方面，研究區(qū)域內(nèi)土壤重金屬總體呈現(xiàn)中等的空間相關(guān)性，因此應(yīng)用地統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行不同尺度下土壤重金屬的空間預(yù)測是適宜的。土壤重金屬的空間分布圖明顯揭示了它們的空間分布趨勢，且在三個(gè)不同尺度上能較好地套合。在大尺度上，可以定性了解土壤重金屬的污染情況，能直接服務(wù)于科學(xué)的工農(nóng)業(yè)管理及宏觀政策的制訂；在中尺度上，可以較為詳細(xì)地了解污染分布狀況，分析污染可能的

12、原因，對縣市級管理部門進(jìn)行工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理和污染防控宏觀決策具有指導(dǎo)意義；在小尺度上，則可以深入了解具體的污染程度及其分布狀況，分析污染產(chǎn)生的原因，從而選用合理的污染防治措施。 (6)建立了浙北環(huán)太湖平原、長興縣和雉城鎮(zhèn)三種不同尺度下的土壤重金屬的屬性和空間數(shù)據(jù)庫，在此基礎(chǔ)上研發(fā)了基于WebGIS的浙北環(huán)太湖平原土壤環(huán)境質(zhì)量管理系統(tǒng)，能夠?qū)θN尺度下土壤重金屬污染的現(xiàn)狀進(jìn)行分析，并對其潛在的發(fā)展趨勢進(jìn)行預(yù)測，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了土壤重金屬