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丽水市城市土壤中重金属和磷的空间分布、磁学监测和污染风险评价

王虹艳  
【摘要】: 城市是人类社会、经济、文化活动的中心场所,城市土壤在人居环境质量、城市生态功能等方面有着重要的作用。频繁的人类活动诸如工业、交通运输等,会使城市土壤遭受强烈的人为干扰,造成较为严重的土壤环境污染,如土壤重金属污染、土壤磷素超量累积等,会对人居环境和水环境构成严重威胁。本文以丽水市城市规划区表土为研究对象,测定其基本理化性质,重金属(Cr、V、Co、Cu、Mn、Ni、Zn、Cd、Pb、As)全量,土壤磁性参数以及不同化学形态磷,通过研究这些指标间的相关关系、空间分布特征,来研究城市化进程对土壤环境质量的影响,结果表明: (1)对丽水市城市土壤重金属元素含量分析发现,Cu、Zn、Cd、Pb平均含量分别为35.75mg·kg~(-1)、191.97 mg·kg~(-1)、0.53 mg·kg~(-1)、63.15 mg·kg~(-1),是其自然环境背景值的2.02倍、2.79倍、3.17倍、2.47倍,说明丽水城市表层土壤已经:不同程度的受到Cu、Zn、Cd、Pb污染。 (2)基于地统计学方法,对丽水市城市土壤重金属含量进行空间自相关分析,发现除As外,其余九种重金属空间自相关性都很强。利用ArcGIS的地统计学模块,对重金属含量进行空间插值制图,发现其空间分布趋势相似,高值区基本都分布在人类活动较集中的老城中心区域。利用综合污染指数法(IPI)和Hartkanson生态危害指数法(RI)对其污染风险进行评价分析,发现IPI≥3区域集中分布于老城中心,150≤RI<300之间属于中度危害范围,也主要集中分布于老城中心区域。 (3)丽水城市土壤重金属含量与其理化性质相关分析发现,它们之间存在极显著相关性,说明土壤本身的理化性质与重金属积累有一定关系。主成份分析和聚类分析结果发现,丽水城市土壤重金属Cr、Ni、Cd、Zn、Cu和Pb具有相同的来源,主要来自交通和人为活动,重金属元素Mn、V、Co具有相同的来源,可能主要来源于土壤的自然成土因素,其中Co可能和交通污染有一定的关系。 (4)通过对城市土壤中10种重金属元素含量与土壤磁性参数值进行相关性分析,发现重金属含量均与磁化率χ、SIRM呈正相关关系,其中Zn含量与磁化率之间的相关性最强。频率磁化率与重金属含量均呈负相关关系,其中Cr和Cd含量与χfd达到0.05显著负相关水平,表明较高磁化率和较低频率磁化率的土壤中重金属积累量较高。此外,城市土壤的磁化率与重金属含量空间分布趋势具有高度一致性,以上分析均表明城市土壤磁性指标可作为重金属含量的代用指标,用来指示土壤重金属积累状况。 (5)对土壤理化性质与四种磷含量进行相关分析,结果表明土壤磷含量与土壤酸碱性、土壤机械组成、有机质含量、土壤全氮含量、土壤的游离氧化铁含量有关。对土壤全磷和四种不同形态磷含量进行相关性分析,发现它们之间都有很好的相关性。对土壤全磷和四种浸提剂提取磷含量空间插值分析,发现磷素积累现象具有明显地域性,人为活动密集区域如工业区、居民生活区以及周边蔬菜地磷素积累较为明显。 (6)本文利用土壤磷素淋失“突变点”方法来评估土壤磷素淋失敏感性的风险,初步研究结果表明Olsen-P含量92 mg·kg~(-1)和土壤磷饱和度23.6%可以作为土壤磷流失敏感界限。将Olsen-P和土壤磷饱和度分别进行空间插值,绘制磷流失敏感性空间分布图,发现两者的吻合性极好,说明在指示磷流失敏感性方面这两者都具有说服力。


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