污染场地周边农田土壤重金属的污染特征及PMF源解析研究

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土壤是生态系统重要的组成部分,是人类农业生产的主要基地。然而由于近年来不合理的经济、社会发展造成土壤环境的污染,其中以土壤重金属污染问题尤为突出。查明污染来源是进行土壤重金属污染治理的根本前提。本文以浙江省受铅蓄电池企业影响的某污染场地周边农田土壤为研究对象,采集104个表层土样,分析测定了10种重金属元素(Cd、Pb、As、Hg、Zn、Cu、Cr、Ni、 Co、 Mn)和其它元素(Al、P S、K)。以当地土壤背景值和国家土壤环境质量标准为依据,利用富集因子法研究了土壤重金属在表层的富集特征,并借助Hakanson潜在生态危害指数法评价重金属污染程度及环境风险。其中40个土样使用国家标准方法(GB/T25282-2010)进行了重金属Cd和Pb形态特征分析,结合地统计学方法明确土壤重金属污染的空间变化特征,进一步运用正定矩阵因子法准确判断土壤重金属的污染源,最终实现各污染源贡献值和分担率的定量解析。结果表明:(1)研究区普遍存在重金属累积现象,受到不同程度的人类活动干扰。其中土壤Cd的累积尤为突出,土壤Cd的平均含量为0.33mg kg-1,以国家土壤环境质量二级标准为依据,其超标率为35.58%,且在几种重金属中的富集因子最高为1.92。土壤Pb的均值为35.91mgkg-1,有46.15%土样Pb含量超过背景值。土壤As的平均含量为16.25mg kg-1,有95.19%点位出现富集现象。土壤Zn、Cr的平均含量分别为114.87.77.85mgkg1,且高于各自相应的背景值。对于土壤Cu、Ni、Hg则基本保持背景含量,受人为活动的干扰作用较小。(2)通过对土壤重金属形态分析表明,从各形态的平均含量来看,Cd的赋存形态以弱酸提取态为主(42.35%),其次是可还原态(40.91%),而残渣态、可氧化态含量较低,分别为11.78%和4.97%。水溶态含量非常低,均值为0.003mg kg-1。土壤Pb的形态含量表现出与Cd不同的分布特征,Pb的赋存形态以可还原态为主(54.89%),其次是残渣态(32.62%),可氧化态、弱酸提取态含量较低,分别为8.99%和3.50%。水溶态含量同样相对非常低,均值为0.21mgkg-。(3)根据土壤重金属潜在生态危害系数的分析结果,土壤Cd有61.54%的样点出现生态危害,表明土壤Cd的生态危害严重。土壤Hg有22.12%个样点为中等生态危害水平,有一定程度的危害性。根据各重金属的潜在生态危害系数平均值,几种重金属的危害程度大小为Cd> Hg> As>>Pb> Cu> Ni> Cr> Z。土壤重金属的综合生态危害指数(RI)均值为137.24,104个土样中有21个处于中等生态危害水平(150≤RI<300),4个处于强生态危害水平,最高的1个RI值达到825.29,体现了很强的生态危害。该区域在农业生产重金属防治中,应当优先加强对环境风险较高的土壤Cd的控制。(4)运用地统计学得到土壤重金属含量空间分布图,土壤Cd、Pb含量呈现明显的由中心向四周递减的空间分布规律。土壤As的高值区域分布在正东方向,而土壤Hg含量的高值区域分布在距离铅蓄电池厂较远的东北部。土壤Zn与Cu有相似的分布格局,二者分布规律都不是很明显。土壤Cr与Ni在研究区的分布相对均匀。(5)利用正定矩阵因子分析法并结合前面的分析研究,最终得到3个重金属污染源,分别是土壤母质源、农业化学投入品源、铅蓄电池企业源。其中土壤母质源对Ni、Cr贡献较大,分别为56.67%、58.09%;农业化学投入品与Zn、Cu的含量关系密切,贡献分别为46.39%、47.93%;而铅蓄电池企业主要影响了Cd、Pb含量,贡献分别为65.92%、55.37%。进一步分析模型的拟合效果,表明模型能够合理有效的对各个污染源进行解析。
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