环青海湖地区表层土壤中重金属污染研究

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土壤重金属污染对生态环境质量、农作物生长、人体健康等均会构成严重威胁,已成为全世界关注的热点问题。青海湖地区是国际著名的旅游度假地,也是重要的农牧业产品供给区,对环青海湖地区土壤重金属污染状况进行监测和评价,是一项有理论价值和实践价值的应用性课题。本研究在环青海湖地区采集了 87个表层土壤样品,并利用pH计、磁化率仪、激光粒度仪以及重铬酸钾外加热法测定了其pH值、磁化率、粒度和有机质等理化指标,利用电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-AES)分析了土壤中 Cd、Cr、Pb、As、Cu、Zn、Ni、Mn 和 Co 等 9 种主要重金属元素的全量与弱酸溶态、可还原态、可氧化态、残渣态等四种赋存形态组成。在此基础上,探讨了研究区表层土壤的重金属含量水平、分布特征、污染来源及其与理化性质的相关性,并对环青海湖地区土壤重金属污染状况、潜在生态风险与人体健康风险进行了评价。通过上述研究,本文主要得出如下结论:(1)环青海湖地区表层土壤中重金属Cd、Cr、Pb、As、Cu、Zn、Ni、Mn和 Co 的含量分别为 0.05~5.57、11.50~60.93、7.46~35.09、0.96~18.52、2.06~74.38、17.30~98.62、6.23~31.62、190.94~878.18和3.29~23.09 mg/kg。除Cd的平均含量存在显著超标外,其余各元素均与青海省土壤背景值相当或小于背景值。重金属Cd的平均含量分别为青海省土壤背景值和农用地土壤污染风险管控标准筛选值的4.53和1.16倍。(2)环青海湖地区表层土壤中重金属Cr、Pb、As、Cu、Zn、Ni、Mn和Co的含量与土壤中的黏粒组分含量、粉砂组分含量、有机质含量、低频磁化率和高频磁化率等理化性质呈显著正相关;与砂粒组分含量和pH呈显著负相关;与频率磁化率虽呈负相关关系,但显著性不明显。值得指出的是,重金属Cd与土壤各理化性质相关性均不明显。(3)环青海湖地区表层土壤样品的重金属赋存形态测定结果表明,Cd、Mn和Co的弱酸溶态组分占比相对较高,这意味着Cd、Mn和Co在研究区具有较强的迁移性和较高的环境风险。Zn、Mn和Pb的可还原态组分占比相对较高,而Cu、Cd、Pb和Co的可氧化态组分占比相对较高,表明这些元素具备潜在的迁移转化能力和生物毒性。从残渣态组分占比来看,Cr、Ni和As占比较高,均大于65%,表明Cr、Ni和As元素较为稳定,具备较低的生物可给性和毒性。(4)运用单因子污染指数法、地累积污染指数法、内梅罗综合污染指数法和污染负荷指数法对环青海湖地区表层土壤重金属进行污染现状评价,结果表明,研究区表层土壤中Cd元素污染最严重,其次为Pb和Co元素,Cr、As、Cu、Zn、Ni和Mn元素污染较轻,同时存在污染样点。(5)环青海湖地区表层土壤重金属的潜在生态风险指数法分析表明,研究区整体表现为中度潜在生态危害风险;以土壤环境质量标准为依据时,各元素均呈轻微生态风险。健康风险评价表明,儿童和成人的非致癌风险指数均小于1,意味着无显著的非致癌风险;Cd、Cr和As的致癌风险指数介于1.0×10-6~1.0×10-4之间,表明致癌风险均属于可接受范围,Ni和Co元素无致癌风险。就致病途径而言,无论是非致癌风险还是致癌风险均呈现出:经口摄入>呼吸吸入>皮肤接触。儿童的非致癌风险和致癌风险均大于成人。(6)环青海湖地区表层土壤中重金属Cd含量的空间分布规律为西部>北部>东北部>东南部>南部,而重金属Cr、Pb、As、Cu、Zn、Ni、Mn和Co含量的空间分布规律较为类似,即高含量样点位于青海湖北部和南部,低含量样点位于东北部和东南部。基于青海省土壤背景值,内梅罗综合污染指数显示西部、北部、东北部和东南部总体上均达到严重污染水平,南部总体达到轻度污染水平;污染负荷指数显示南部和北部总体上达到中度污染水平,而西部、东北部和东南部总体上均处于无污染水平。(7)来源解析结果表明,环青海湖地区表层土壤重金属来源可以分为二类:即Cr、Pb、As、Cu、Zn、Ni、Mn和Co元素主要受自然源和交通运输、煤炭燃烧等人为源的影响;Cd元素主要来自交通运输和农业生产等人为源。
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