北京城市公园表层土壤重金属污染评价及风险评估

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城市公园在城市生态系统中起着重要的作用,城市公园的土壤环境质量可能会影响长期暴露于公园环境中的人们的身体健康。尤其是土壤中的重金属,已经成为评价城市公园环境质量和生态功能的关键指标。北京市作为我国首都,城市规模和城市化进程飞速发展,大量新建城市公园土地来自工业企业搬迁和农业用地改造,存在不同程度的环境污染问题。为了全面探究北京城市公园土壤重金属的浓度水平、污染来源和潜在风险,本研究采集了北京市区121个公园表层土壤样本,测定了8种重金属Zn、Cr、Pb、Cu、Ni、As、Hg和Cd元素的含量,利用地统计、UNMIX模型、条件决策树(CIT)、生态风险和人体健康风险等模型分析,评价了北京城市公园土壤环境质量状况。结果显示:(1)8种重金属中Cr(63.57 mg/kg)和Ni(27.12 mg/kg)平均浓度低于背景值,Zn(145.68 mg/kg)、Pb(36.43 mg/kg)、Cu(35.49 mg/kg)、As(11.97mg/kg)、Hg(0.87 mg/kg)和Cd(0.49 mg/kg)的平均浓度均高于背景值。分别有一个样品的Hg和As的浓度超过了《土壤环境质量-建设用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB36600-2018)筛选值。(2)从空间分布分析来看,整体上Ni和Cr在研究区分布较均匀;热点分析显示Cu和Zn有相似的积累模式;Pb和Hg高值区主要集中在研究区中部;Cd的积累集中于研究区西南部;As高值区主要分布在研究区北部。(3)所有重金属的HI值均小于1,LCR值均低于10-6,说明北京城市公园土壤中的重金属对儿童和成人没有显著的非致癌和致癌风险。生态风险评估显示,大多数土壤样本(73.55%)存在中度污染风险,而少量样本(18.18%)存在中度到重度污染风险。通过分析可以得出,(1)北京城市公园土壤重金属浓度水平整体状况良好,但存在一定程度的富集。各个金属的富集空间特征为,Ni和Cr、Cu和Zn存在相似的空间分布特征,其他重金属表现出不同的分布特征。Pb富集在中心城区;Hg浓度由城市中心向周边地区递减;Cd富集于北京石景山区原首钢旧址附近;As在朝阳区和海淀区富集较大,其他区零星分散。(2)通过Pearson相关分析和空间自相关分析可得Pb、Zn与Cu三种金属之间存在较强的相关性,其他重金属之间相关性较弱。Ni(C0/(C0+C)<25%)具有很强的空间相关性;Cr、Pb、Zn、Hg、As、Cd的空间相关性不显著(25%<C0/(C0+C)<75%);Cu的空间相关性较弱(C0/(C0+C)>75%)。(3)北京城市公园土壤重金属主要来源于交通排放和工农业生产活动等,人为源贡献率远大于自然源。UNMIX模型分析得出了北京城市公园土壤重金属的三大污染源:土壤母质和特殊工业源、工农业混合源和交通源。CIT分析显示,影响北京城市公园土壤重金属积累的主要因素包括城市化持续时间、公园年龄、人均国内生产总值、交通排放、工业产值和煤炭消耗量等。(4)北京城市公园土壤重金属的健康风险和生态风险均较低。
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