污染场地周边土壤重金属特征源解析及风险预测方法
土壤重金属污染是陆地生态系统中最严重的污染物之一，对生态环境和人类健康构成严重威胁。位于黄河上游的湟水流域是青藏高原农业生产基地，土壤易受重金属污染。本研究选择黄河上游典型工业区-甘河工业园区作为研究区，通过调查耕地土壤重金属污染的现状，分析并预测了工业园区周边耕地土壤重金属污染造成的生态和人类健康风险，确定造成研究区土壤重金属污染的污染源。主要采集138份表层(0-20cm)土壤样本，经过预处理后分析土壤中镉(Cd)、砷(As)、铅(Pb)、铬(Cr)、铜(Cu)、镍(Ni)、锌(Zn)七种重金属的浓度，综合单项污染指数(Pi)、地累积指数(Igeo)、内梅罗指数(P)和污染负荷指数(PLI)评价研究区耕地土壤重金属污染；采用潜在生态危害指数(RI)和人类健康风险评估模型(HRA)对生态风险和人类健康风险进行评估，并基于层次分析模型(AHP)和随机森林模型(RF)实现土壤重金属污染风险的预测；最后综合相关分析、主成分分析(PCA)、聚类分析(CA)和正定矩阵因子分析(PMF)，确定耕地土壤重金属污染的污染源。主要结论如下： （1）按照国家农用地土壤污染风险值的标准，七种重金属中Cd是污染最严重的，其次为Zn，其他五种重金属按照风险值标准基本能满足农用地安全生产。以地区标准进行污染评价的结果显示，七种重金属均造成不同严重程度的土壤污染，其中Cd污染最严重，As污染程度最小。 （2）七种耕地土壤重金属污染的空间分布基本可以分为三种形式，Cd、Pb、Cu和Zn四种重金属空间分布满足以中部偏东工厂企业集中带为高污染中心，向外围污染逐步减弱的趋势。Cr和Ni两种重金属满足以中部偏东北地区为高值中心，向外围污染逐步减弱的趋势。As污染在全区分布较均匀，空间分布特点独立于其他六种重金属。研究区整体污染呈现出以工厂企业集中区为高污染中心，向外污染逐步减弱的趋势。 （3）Cd是造成耕地土壤重金属污染生态风险的最主要因素，超过98％的样点存在中等以上潜在生态风险。除Cd和Pb外，其他五种重金属对研究区不构成潜在生态风险。七种重金属综合分析结果RI表明，尽管超过半数的重金属对生态环境不构成潜在风险，但平均水平仍然达到了重风险，应及时采取相关措施对土壤Cd污染进行防治。 （4）成人群体受到的非致癌和致癌风险均在安全水平以内，不构成明显的健康威胁；儿童群体受到的致癌风险在安全水平以内，但七种重金属构成的总非致癌风险高出安全水平，对儿童群体构成一定的健康威胁。综合来看，研究区儿童相比成人群体受到的耕地土壤重金属潜在健康风险更大，应予以关注和保护。 （5）从预测模型因子的权重来看，除As外的其他六种重金属风险预测模型结果较好。工厂距离因子权重在所有重金属预测模型结果中均占最高比重，工厂企业对七种耕地土壤重金属污染都具有较大影响。Cd、Pb和Cu土壤污染受人为活动影响大，Cr和Ni土壤污染受自然因素影响大。 （6）七种重金属污染溯源解析结果表明：Cd主要来自交通运输尾气排放、工业和农业生产活动；As主要来自化石燃料燃烧；Pb主要来自交通运输尾气排放；Cr主要来自土壤自然成土过程；Cu主要来自工企业电镀过程；Ni主要来自工企业电镀过程和土壤自然成土过程；Zn主要来自工业活动和农业活动。
耕地土壤重金属;污染评价;风险评估;溯源解析
长安大学
硕士
地理学
尹芳
2022
中文
X53
2023-07-06（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）