阜新市表土重金属环境基线的厘定及其生态地球化学应用

来源 :辽宁师范大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:hghg2000
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阜新市是典型的煤炭城市,也是全国首个因资源枯竭而进行经济转型的试点城市,其主城区表土作为社会经济活动的重要场所,时刻记录并反映着阜新市转型期的环境动态变化。探究阜新市表土重金属生态地球化学规律,厘定其表土重金属环境基线,对于明确区域表土环境现状、制定区域环境策略以及合理规划城市发展等都具有重要作用。基于此,本研究以阜新市主城区为研究范围,选择道路交通区、工矿区、商业区、居民区和城市绿地5种功能区,采集0~20cm的表土样品共75份,测试分析其粒度组成、pH值、有机质含量及8种重金属元素Cu、Ni、Zn、Pb、Cr、Cd、Hg、As的重金属全量和赋存。然后采用迭代剔除、盒须图、累积频率曲线、参比金属标准化4种方法的平均值,综合厘定主城区表土重金属环境基线,据此再运用基线因子指数、富集因子指数、内梅罗指数、污染负荷指数、潜在Hakanson指数方法,并结合RAC风险编码、暴露剂量模型、风险表征模型,分别对表土重金属的累积污染风险、潜在生态风险、人体健康风险做出评价分析。同时,通过半变异函数模型、克里金空间插值、局部Moran’I空间聚类、元素相关分析、多元对应分析,以及谱系聚类热图分析,就主城区表土重金属的空间结构及重金属来源进行详细探讨。得到的主要结论有:(1)阜新市主城区表土8种重金属Cu、Ni、Zn、Pb、Cr、Cd、Hg、As的元素全量范围分别介于20.00 mg·kg-1~156.58 mg·kg-1(均值45.13 mg·kg-1)、38.50mg·kg-1~207.45 mg·kg-1(均值91.84 mg·kg-1)、40.17 mg·kg-1~510.16 mg·kg-1(均值107.96 mg·kg-1)、27.85 mg·kg-1~168.95 mg·kg-1(均值63.15 mg·kg-1)、75.26mg·kg-1~1095.42 mg·kg-1(均值162.50 mg·kg-1)、0.021 mg·kg-1~1.179 mg·kg-1(均值0.130 mg·kg-1)、0.030 mg·kg-1~0.641 mg·kg-1(均值0.113 mg·kg-1)、0.73 mg·kg-1~8.40mg·kg-1(均值4.36 mg·kg-1)。8种重金属的赋存各自均以残渣态比例最高(36.21%~93.02%),有机结合态或铁锰氧化态居其次(3.16%~30.10%),可交换态和碳酸盐结合态所占比例最低(0.08%~6.81%)。不同功能区以道路交通区和工矿区的重金属Cd、Hg元素含量较高,而且酸提取态比例也相对最高;商业区和居民区的表土重金属含量彼此差异不大,酸提取态仍以Cd元素最突出;绿地环境的重金属Ni、Cr元素含量及变异程度均较大,元素活性相对最强的仍是重金属Cd。(2)阜新市主城区表土8种重金属Cu、Ni、Zn、Pb、Cr、Cd、Hg、As的环境基线值分别为42.86 mg·kg-1、89.34 mg·kg-1、92.23 mg·kg-1、60.55 mg·kg-1、145.21mg·kg-1、0.089 mg·kg-1、0.077 mg·kg-1、4.17 mg·kg-1。(3)阜新市主城区表土8种重金属元素的空间结构既有共性,也有差异。重金属元素Cu、Zn、Cr、Cd、Hg、As均有明显的区域化热点和区域化冰点,空间集聚特征明显。根据元素含量高值分布,Cu、Zn、Pb、Cd、As的高值重合区域主要为太平区海州露天矿向西北方向延伸,直至海州区中华路中段的市中心范围;重金属Ni、Cr的高值重合区主要集中在主城区东南部、北部及西北部;Hg元素的含量高值区域主要集中在主城区东北部。Cu、Zn、Pb、Cd、As的高值热区对应了人口密度相对较大、社会活动相对频繁的经济老区,而Ni、Cr、Hg的富集区域多为住民稀疏、社会经济活动相对较弱的欠开发或未开发的城乡结合地区。对重金属源之探讨同样表明,Cu、Zn、Pb、Cd、As具有很强的同源性,并且以人为源输入为主的特征非常明显;元素Ni、Cr呈现较强的同源性,代表了以自然源输入为主的重金属累积方式,但个别的点源污染现象比较明显;重金属Hg兼具人为源和自然源的特征,表现为混合源输入方式。(4)阜新市主城区表土重金属累积污染风险基本以轻度污染-中度污染为主;潜在生态风险基本处于轻微风险级别;人体健康风险中,成人非致癌风险微弱,儿童非致癌风险明显,人体可耐受的致癌风险则全域普遍存在。8种重金属元素中,Cd和Hg是主要的重金属污染元素,Cr是主要的非致癌风险元素,As和Cd是主要的致癌风险元素。不同功能区以道路交通区和工矿区的重金属累积污染风险、潜在生态风险相对较高;绿地、道路交通区、工矿区的非致癌暴露风险相对较高。同时,污染风险和潜在生态风险较高的区域主要以太平区海州露天矿东西两侧、细河区玉龙湖以南经人民大街至煤城路中段、海州区西阜新化工街附近,以及高新园区玉龙路东段等地为主;非致癌高风险区域主要以玉龙湖南部的市传染病医院附近、海州露天矿南部的万人坑纪念陵园、煤城路中段的工矿区等地为主;致癌高风险区域几乎完全覆盖了太平区和海州区,且主要集中在海州露天煤矿西侧。
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