名山河小流域土壤重金属污染特征及生态风险评估

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我国土壤重金属污染态势日益严峻,对生态环境和人类健康构成严重威胁,这一现象已引起人们的广泛关注。当前的土壤重金属污染研究主要集中在污水灌区、矿业区、城市郊区等典型地区,以小流域为对象进行土壤重金属污染的研究还很少。本研究以名山河小流域约12km2范围内表层土壤为研究对象,选取Pb、Cd、Cu、Zn4种重金属元素作为研究指标,对4种重金属的全量及各形态含量进行分析,并在此基础上评价该区土壤重金属污染状况及生态风险。本研究中以地统计学为基础,以GIS为技术手段,探讨了包括Pb、Cd、Cu、Zn等4种重金属的污染现状、产生的原因和途径,合理评价了名山河小流域土壤重金属污染现状及生态风险,可以为防止土壤质量的退化提供基准和预警,探索土地的合理利用途径。主要研究结果如下:(1)名山河小流域土壤中Pb、Cd、Cu、Zn平均含量分别为7.75mg/kg、0.297mg/kg、13.04mg/kg、73.20mg/kg,与中国土壤背景值、雅安茶园土壤背景值相比较,总体含量水平不高。土壤pH、速效磷含量、有机质含量等理化性质对重金属含量有较深刻的影响。(2)由于各重金属离子与土壤中各组分的亲和势不同,名山河小流域土壤中重金属各形态分布有很大的差别,其中,可交换态占全量百分比依次为:Zn>Pb>Cd>Cu,碳酸盐结合态占全量百分比依次为:Pb>Cu>Cd>Zn,铁锰氧化物结合态占全量百分比依次为:Zn>Pb>Cd>Cu,有机结合态占全量百分比大依次为:Zn>Pb>Cd>Cu。4种重金属各形态都以残渣态为主。对每种重金属5种形态分别进行相关分析,发现各形态之间彼此存在相关关系。(3)对名山河小流域土壤重金属有效态含量的原始数据进行转换,发现Pb、Cu、Zn数据经对数转换后效果较好,Cd经幂变换效果较好。利用4种土壤重金属有效态含量的变异函数模型及参数在ArcGIS平台上运用普通克里格方法对其进行空间插值,发现:4种重金属有效态高值区都分布在名山河阶地,分别为耕作条件较好的水田和旱地、人类生活的城市、工业园区。这说明,重金属有效态含量与人类生产生活有着十分紧密的联系。(4)通过污染指数法进行评价,可看出:Pb、Cd、Cu、Zn平均单项污染指数分别为0.22、1.48、0.37、0.73。从综合污染指数来看,有33.33%的土壤样品综合污染指数在0~1之间,属无污染;66.67%的样品综合污染指数在1~2之间,为轻污染。4种重金属污染贡献率最高的为Cd,其平均单项污染指数为1.48。采用地累积指数法进行评价,Pb、Zn指数均小于0,其中Pb、Cd、Cu、Zn平均地累积指数分别为-1.88、1.47、0.51、-0.64。据此可得出,Cd属中度污染;其次为Cu,19.61%的土壤样本Cu污染属于无污染到中度污染;而土壤中无Zn、Pb污染。(5)从潜在生态危害单项系数(Ei)可看出:Pb、Cu、Zn单项污染指数远远小于40,属轻度生态危害;而Cd单项污染指数在64.37~196.79之间,平均指数为129.02,其中68.63%属强度生态危害,21.57%属很强生态危害,9.80%属于轻度生态危害。从全区潜在生态危害指数来看,小于150的样本数有35个,即有68.63%的土壤属于轻度生态危害,另有16个样本指数在150-300之间,即31.37%的土壤属于中度生态危害。因此,应对Cd元素可能产生的潜在危害应引起重视。采用风险评估编码法进行评估,可看出:土壤样品中Cd全为低风险;Pb有84.31%土壤样品属于低风险,而无风险与中风险所占比例都为7.84%; Cu有76.47%属于低风险,其次为无风险,占21.57%,中风险仅占1.96%;Zn有88.24%属于低风险,11.76%属于中风险。由此可知,名山河小流域土壤重金属的生态风险是以低风险为主,但仍有11.76%的Zn、7.84%的Pb以及1.96%的Cu属于中风险。
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