不同级别城镇土壤重金属污染状况的比较分析——以郑州市、中牟县、韩寺镇为例

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城市化是一个急剧的土地利用变化过程。在此过程中,土壤的服务功能经历明显的转变,即从维系植物生长的功能为主转变为滞留、转化和净化污染的功能为主,因此城市土壤在城市生态系统中承担着重要的生态服务功能,并起着保护城市环境的作用。正是由于城市土壤服务功能的转变,使城市土壤质量发生着重要的转变,尤其以重金属污染最为突出。随着工业化、城镇化的迅速发展,城市影响范围不断扩大,一些小型乡镇也有向城镇化方向发展的趋向。为减缓城市活动施加于土壤生态系统的负面影响,加强“城-郊-乡”生态样带城市/效应的定量研究是今后城市土壤研究的一个方向。本文选择区域自然条件类似的郑州市区、中牟县城区和韩寺镇的镇区作为研究对象,开展不同级别城镇土壤重金属分布及污染状况的比较研究,旨在进一步丰富城市土壤理论,为新世纪城镇建设提供理论依据。 本文对三个城镇区域依照不同的功能类型划分采样单元,郑州市取9个剖面样点,中牟县取3个剖面样点和1个混合样点,韩寺镇因镇区面积较小取1个剖面样点,并在城镇区域外围取对照剖面样点3个。在试验分析的基础上,分析了重金属Pb、Cd、Cu、Zn、Cr、Ni在不同等级城镇土壤中的分布及污染状况,探讨了重金属污染物的主要影响因素。 本文共分为五个部分:第一部分:主要综述了城市土壤研究的发展历程和城市土壤重金属污染研究的国内外最新进展,并在指出当前研究所存在问题的基础上,阐明开展本项研究的重要意义。 第二部分:概括介绍了郑州市区、中牟县城和韩寺镇镇区的自然条件、城镇沿革和社会经济现状。 第三部分:介绍了样品采集、制备与分析的过程及方法。 第四部分:系统分析了不同等级城镇土壤重金属的分布特征,运用三种方法对其污染现状进行评价,并分析了重金属污染的主要影响因素。 第五部分:得出了本项研究的主要结论,指出了研究的不足之处以及尚需后续研究的地方。 通过研究,得出如下主要结论:(1)研究区各级别城镇土壤存在着不同程度的重金属元素富集,以Pb、Cd、Zn最为显著。不同元素在城镇不同功能类型土壤中的分布特征不同。土壤Pb、Cd主要富集于工业区、交通密集区,Zn主要富集于居民生活区,Cu、Cr、Ni在不同功能类型土壤中的分布比较接近。 (2)不同重金属在各级别城镇土壤中的分布特征不同。土壤Pb、Cd的分布顺序为:郑州市区>韩寺镇区>中牟县城>对照区;Zn在中牟县城的富集最为显著,其次为郑州市区;Cr在城镇土壤中的分布比较均衡,但明显高于对照区;Cu、Ni的区域性差异较小。 (3)与对照样相比,城镇土壤重金属元素在土壤剖面中的纵向分布变异很大,随元素种类、土地利用类型而异,不存在明显的规律性。 (4)各级别城镇土壤存在着不同程度的重金属污染和潜在生态危害,污染元素主要为Pb、Cd、Zn、Cr。内梅罗综合污染指数法评价三个城镇的污染现状为:郑州市区>中牟县城>韩寺镇区,说明城镇化、工业化水平越高,城镇土壤的相对污染程度越大。地积累指数法评价得出:Zn>Cd>Pb>Cr>Cu>Ni,Pb、Cd在不同区域的污染大小为:郑州市区>韩寺镇区>中牟县城>对照区,Zn为:中牟县城>郑州市区>韩寺镇区>对照区,而Cr污染除对照区略小之外,三个城镇区域差别不大,该评价结果在反映人类活动强度对土壤污染的贡献作用的同时,更多的强调了土壤中重金属污染的历史累积作用。研究区土壤Cd的潜在生态危害最大,多种重金属的潜在生态危害大小为:郑州市区>韩寺镇区>中牟县城>对照区。 (5)研究区城镇土壤重金属的分布与污染主要与人为活动有关,而受土壤理化性质的影响很小。Pb污染主要由交通运输与工业活动引起,Cd污染主要由城镇基本建设、工业企业的固定资产投资及工业活动引起,而以人口密度大小为特征的城市人类活动尤其是居民的日常生活是Zn、Cr污染的主要影响因素。 (6)从研究的结果看,非农业活动较频繁、发展相对完善的小型城镇或建制镇的镇区土壤也应列为城镇土壤的范畴。
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