土壤-植物的重金属污染特征及铅同位素示踪研究——以成都经济区典型城市为例
土壤是生态环境的重要组成部分，是人类社会的生存基础。土壤一植物系统是生态系统物质能量循环的枢纽，是有机与无机联系的桥梁，由于污水排放、灌溉、大气沉降、采矿冶炼、农药化肥的大量施用等原因，造成了该系统的污染，尤其是重金属污染状况日趋严重。重金属在土壤一植物系统中的迁移直接影响到植物的生长发育，进而影响植物的质量和产量。
查明污染源，治理污染已经成为一个迫在眉睫的问题。目前污染源的判别方法主要有三种：统计学方法、计算机成图法和同位素示踪法，其中前两种方法主要是对土壤和植物中重金属元素全量及各化学形态进行统计学分析和质量评价，不能对土壤一植物重金属多源体系进行有效地辨析。而铅同位素在示踪多源污染方面有着不可比拟的优势，不同铅源具有不同的铅同位素组成，与重金属迁移过程中物理化学条件的变化没有关联，而且铅同位素丰度高，同位素比值稳定，易于测定，受后期地质地球化学作用影响小，特别是在研究Pb及其它亲硫元素(Hg，Ag，T1，Sb，zn及Cu等)的重金属污染源方面，铅同位素示踪正逐步成为一种强有力的技术手段。利用铅同位素的“指纹”特征，只要测定出研究对象和各种可能源区的铅同位素组成，即可准确判定出污染源，达到有效治理之目的。但研究迄今仍停留在土壤、大气、水体的重金属污染等方面，对植物的重金属源的示踪研究相对较少，国内外少见报道。其难点在于，植物中的含铅量极低，在实验技术和实验条件上，必须作更多的探索研究，因而应用中受限。
基于以上研究目的，本文以成都经济区三类典型城市(成都、德阳、蒲江和彭山)为代表，主要研究内容如下：
1．运用元素地球化学理论研究了成都经济区各类型城市的土壤、植物的重金属污染概况，进行了土壤和植物重金属污染评价；
2．利用铅同位素的“指纹”特征对土壤、植物(根、茎、叶)及邻近区域的近地表大气尘进行示踪，揭示了污染物的来源及部分研究对象的相对贡献率。
主要成果如下：
1.成都农田植物根系土壤中Hg、Zn和Cd，德阳农田植物根系土壤Hg、Cr和Cd，蒲江和彭山农田植物根系土壤中Cr和Cd均超过国家二级土壤标准，已经对植物和环境造成了危害；成都市土壤以城南和城东受污染最为严重，德阳土壤以城北、城西污染较为严重。
2.分别用地质累积指数法、潜在生态危害法、尼梅罗综合指数法对各地区的土壤质量进行了综合评价。地质累积指数和潜在生态风险指数的结果表明成都地区土壤As、Pb、zn，德阳地区土壤Hg、Cu、Cd，蒲江和彭山地区土壤Cr污染严重；多种重金属的生态系统的潜在生态风险指数(RI)变化序列：德阳>成都>蒲江彭山：依据成都土壤背景值进行农业土壤综合评价，结果表明成都综合污染系数大于3，土壤受到了严重的污染；德阳综合污染指数介于2和3之间，土壤受到了中度污染；蒲江和彭山综合污染指数介于1和2之间，土壤污染程度为轻污染。
3.根据食品卫生标准，对成都市蔬菜中重金属的统计分析表明，成都市蔬菜中Pb、Cr、Hg的超标率分别为32.7﹪，14.5﹪，12.7﹪，而As、Cd、Cu、zn未超标；富集系数研究表明，Cd、Zn、Cu在蔬菜中富集系数较高，可视作高富集元素；Hg除在莴笋叶中富集系数较高外，在其它蔬菜中富集系数较低；Pb、Cr、As在各类蔬菜中富集系数较低，可看作低富集元素。从蔬菜吸收重金属与土壤全量水平的关联规律看，除Pb发现在莴笋叶及土壤相关性较高外，其它多种重金属元素植物与土壤含量之间无显著相关性，即使达到显著水平的元素，其回归系数绝对值也非常低，说明存在土壤性质等其它诸多因素的深刻影响。
4.利用铅同位素“指纹”特征对成都的环境铅污染进行示踪，结果表明成都环境铅污染主要来自燃煤和汽车尾气，燃煤铅高于汽车尾气(燃油)，端元组分铅同位素组成的差别完全可以示踪和鉴别成都市环境铅的污染来源。
5.成都地区土壤的铅污染类型属燃煤——燃油混合型，土壤铅同位素组成落在燃油和燃煤铅的范围内，交通流量大的区域的土壤受汽车尾气污染严重，铅的污染来源主要为燃油；靠近热电厂的燃煤灰尘源区或是远离公路的农村，燃煤飞尘是土壤的主要污染来源；另外处于工厂集中地段，土壤中的铅表现为多铅源混合的特征。
6.植物地下部分(根茎)和植物地上部分(叶子)的同位素比值相差很大，根茎铅同位素比值高，叶子铅同位素比值低。根茎和叶子的铅同位素组成都落在燃油铅和燃煤铅端元混合作用的范围内。根茎同位素比值反应了土壤铅源的特征(燃油铅和燃煤铅混合特征，但更偏向于燃煤铅)，叶子偏向于燃油铅，与当地的近地表大气尘密切相关。植物中铅同位素的这种分布规律，在几种植物中得到了验证。
本文的创新点在于：首次在成都经济区，运用同位素示踪原理，有效地揭示出部分植物根茎和叶子的铅，有着不同的铅的来源。叶子主要受燃油铅的影响，与当地的近地表大气尘密切相关。根茎的铅同位素组成大多数反映了土壤铅源的特征。
土壤植物;重金属污染;铅同位素示踪;污染源
成都理工大学
博士
地球化学
尹观
2007
中文
X53;S154.4
109
2007-08-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）