基于GIS技术的锰矿区耕地土壤重金属污染风险评价及预警研究

来源 :福建农林大学 | 被引量 : 5次 | 上传用户:CRONALDO_7
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本研究以福建省连城锰矿区为研究对象,通过对研究区耕地土壤进行野外调查采样,测定样品重金属含量,利用GIS与地统计学模型集成技术进行重金属含量空间分异和污染程度评价研究,在此基础上开展研究区耕地土壤重金属污染风险评价和预警研究,为研究区耕地土壤的安全利用和保护提供科学依据。研究结果表明:(1)研究矿区耕地土壤Cu、Pb、Zn、Hg、Cd和Mn六种重金属超标率分别为8.64%、16.67%、25.93%、38.27%、73.46%和87.65%,最高含量分别为109.6 mg/kg、695.1 mg/kg、753.7 mg/kg、1.02 mg/kg、9.04 mg/kg和12312 mg/kg,均远高于所选的土壤环境质量标准。重金属含量相关性分析表明,Cu、Pb、Zn、Cd和Mn五种重金属之间呈极显著正相关,Cu、Pb、Zn、Hg和Cd单因子污染指数主成分分析表明,矿区Cu、Pb、Zn和Cd四种元素为同一类污染因子,是矿区土壤本底值与金属矿开采等人为因素共同影响的结果,Hg为单独的一类污染因子,系研究区耕地土壤本底值影响的结果。(2)研究矿区耕地土壤Cu、Pb、Zn和Cd含量空间分布规律基本一致,多分布于矿区的中部和东部,在地势较低区域特别是两条主溪流和水库周边及采矿点附近的含量普遍较高;Mn含量较高区域面积较小,主要分布于中、北部;Hg的分布较广,以中部和西南部地区含量较高;Cu和Pb未污染区面积分别占研究区耕地总面积的94.91%和88.20%,其余部分是轻度污染;Zn和Hg已污染耕地分别占研究区耕地总面积的24.43%和37.14%,且多为轻度污染区;Cd已污染的耕地占研究区耕地总面积的94.94%,其中以中度和重度污染区面积较大,污染程度大小为:Cd> Hg> Zn> Pb>Cu。从综合污染状况看,研究矿区耕地土壤以重污染面积最大,占耕地总面积的45.09%,其次是轻污染,占29.82%,再次是中污染,占13.47%,表明研究区耕地土壤重金属污染已相当严重。(3)污染风险评价结果表明,研究矿区耕地土壤Cu、Pb和Zn只表现轻度危害一个等级;Hg的轻度、中度和较强危害区面积分别占耕地总面积的62.87%、35.23%和1.91%,可见研究区耕地土壤大部分是重金属Hg轻度危害区,多分布于离矿口和溪流较远的西南和东北部,少部分是重金属Hg中度和较强危害区,主要分布于居民点内部及周边区域;重金属Cd的轻度、中度、较强、强度和极强危害区面秋分别占12.97%、29.90%、29.04%、24.28%和3.81%,可见研究矿区耕地土壤Cd污染风险较高,中度及以上污染风险区面积合计占87.03%,且危害指数从中部采矿区和溪流两岸向周边方向逐渐降低。五种重金属污染风险大小的排列顺序为:Cd>Hg>Pb>Cu>Zn。从多因子潜在生态危害程度来看,研究区有一半以上的耕地土壤处于低度危害水平,处于极高危害水平的耕地占少数,风险等级大致呈由中部地区向周边逐渐降低的趋势。(4)研究矿区85.68%的耕地土壤已经处于污染状态,且一半以上处于重度污染状态。等速累积情景下,在100年内Cu、Pb、Zn、Hg和Cd含量将超标的耕地土壤分别占研究区耕地总面积的58.05%、73.30%、85.10%、98.91%和99.89%;加速累积情景下,在100年内Cu、Pb、Zn、Hg和Cd含量将超标的耕地土壤分别占93.42%%、91.86%%、98.56%%、99.87%和99.92%。两种情景下研究矿区重金属Cu、Pb和Zn除了已超标的耕地土壤外,其余将在100年内超标的土壤多分布于矿区中部和溪流两岸附近,且超标时间呈由矿区中部向外逐渐变长的趋势,而100年以后超标的土壤则主要分布在矿区西南部和东北部;重金属Hg在100年内未超标的耕地土壤面积相对较少,Cd为最少。相对于等速累积情景,加速累积情景下各重金属在100年内超标的土壤总面积均多于前者,可见,未来环保力度的强弱和矿区生产工艺的改进等均会对矿区重金属污染状况产生直接影响。
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