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随着工农业、城市化迅速发展,人类活动导致大量的含重金属污染物通过不同的途径进入土壤,造成土壤重金属污染程度日益严重。关中-天水经济区作为《国家西部大开发“十一五”规划》中确定的西部大开发三大重点经济区之一,该地区土壤重金属空间分布及相关人类活动因素对其造成的影响尚不明了。本研究围绕该区土壤重金属污染现状、影响因素和防治措施等方面,按照土地使用类型分区域采取表层土样,并布设点位采取剖面土样,测定了土壤Pb、Cr、Cu、Zn、Ni、As等主要重金属元素含量,以地统计学理论、空间变异理论和数理统计理论为指导,以SPSS和GIS空间分析技术为支撑,应用单因子污染指数法、综合污染评价指数法,系统研究评价了该区域土壤重金属累积和污染情况,初步查明了土壤重金属元素含量分布及变异原因,揭示了土壤重金属污染发生的规律性,阐明了人类活动对重金属污染的影响,进而提出了该区土壤重金属污染的防控途径。本研究不仅整体掌握该经济区土壤重金属的污染现状,且其结论可为有关决策部门制定该经济区土壤环境治理对策和保护政策提供科学依据。主要结论如下:
1、关中-天水经济区表层土壤重金属整体分布具有和黄土母质相似的分布趋势。Pb、Cu、Zn、Cr分布存在明显的由北向南逐渐增高的趋势;由西向东分布则较为平缓,变化不大。As分布从北向南存在逐渐降低的趋势。Ni分布表现为北部黄土台塬地区和关中平原南部及经济区南部山区较高,关中平原地区较低。
2、核心城市、次核心城市成为Pb、Cu、Zn等重金属污染的高值区,并表现出向周围辐射扩散的趋势,这说明城市是周边土壤重金属污染的主要来源。
3、城区表层土壤重金属含量从核心城市、次核心城市、县城依次递增。对比整个区域内核心城市、次核心城市成为周边地区的重金属污染核心的分布特征,我们可以得出的结论:核心城市、次核心城市城区土壤重金属污染平均值低于县城,但由于其规模较大,重金属输出总量也大,从而影响的范围也大;而县城城区重金属污染程度虽然更高,但输出总量较少,污染扩散范围小,影响区域亦小。
4、重金属含量在不同土壤类型中存在差异。Pb、Cu、Zn在不同土壤类型中测量值均高于背景值,而As、Cr、Ni在部分土类中测量值低于背景值。
5、在地域类型中,表层土壤Pb、Cu、Zn含量存在由城区、城乡结合部到乡村逐渐递减的趋势。As含量由城区、乡村到城乡结合部逐渐递减。Cr在城乡结合部的土壤含量最高,其次是乡村,最后是城区。土壤Ni含量分布规律与Pb、Cu、Zn相反,由城区、城乡结合部到乡村逐渐递增。
6、Pb、Cu、Zn在土壤表层含量最高,As、Ni垂向含量变化不大,规律性不明显。Cr含量往往在30-90cm处出现最高值。土壤类型、土地利用方式对重金属元素的垂向分布影响不大。
7、经济区内Pb、Cu、Zn按照单因子指数分布插值虽未达到污染程度,但已经存在部分超标点,加之按照地质累积指数分布插值后部分地区已经处于轻度污染,个别地区为中度污染,本研究认为应该认定其处于轻度污染或者临界污染。As、Cr、Ni虽然有零星超标点存在,但按照单因子和地质累积两种方法插值后,区域均未达到污染程度,故认定为无污染。
8、关中-天水经济区表层土壤的Pb、Cu、Zn单因子累积指数和垂直累积指数均大于1,说明Pb、Cu、Zn相对于背景值和下层土壤均出现富集,核心城市与次核心城市成为累积指数高值中心,并向周围表现出明显的点扩散模式。As、Cr、Ni的单因子累积指数和垂直累积指数接近1,部分区域小于1,呈现负累积现象。
9、土壤重金属Pb、Cu、Zn可能来源于道路灰尘。
综上所述,在关中-天水经济区,土壤表层重金属空间分布在整个区域尺度上主要受土壤母质影响,而在局部地区则更多的受大中型城市分布的影响。道路交通不会造成大范围的土壤重金属污染。防治区域土壤重金属污染应着重于控制核心城市及次核心城市的总体重金属排放,防止三级城市、县城成为新的污染源。