基于化学质量平衡法的黔西北小流域土壤重金属源解析

作     者：冉晓追 

作者单位：贵州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘鸿雁

授予年度：2022年

学科分类：12[管理学] 1204[管理学-公共管理] 082803[工学-农业生物环境与能源工程] 08[工学] 0828[工学-农业工程] 120405[管理学-土地资源管理] 

主      题：地质高背景区 小流域 土壤重金属 化学质量平衡 源解析 

摘      要：黔西北是典型的重金属地质高背景和外源污染叠加区,土壤污染严重,对土壤重金属进行源解析,可为区域土壤重金属污染治理提供理论依据和数据支撑。选择典型污染小流域(JZ)和对照小流域(LS)进行连续3年的监测研究。采集农用地、荒地、林地土壤样品和岩石、肥料样品,分四季采集大气沉降、TSP、农作物、地表径流样品,检测Cd、Hg、As、Pb、Cr、Cu、Ni、Zn含量,分析重金属分布特征和输入输出通量,同时采用化学质量平衡法(CMB)结合主成分(PCA)和正定矩阵因子(PMF)对流域土壤重金属进行源解析。(1)JZ土壤Cd、Pb、Zn含量分别为6.93、305.91、612.21 mg/kg,是LS的1.35、5.75、2.58倍,其他重金属含量相对较低,大部分超过区域土壤背景值。总体上各重金属表现为农用地荒地林地。受污染源影响,JZ土壤重金属分布规律为随着与污染源距离的增加而降低,LS土壤重金属空间分布呈现出邻近居住区和地势低洼处高的趋势。(2)大气沉降总量和重金属含量在冬季和近污染源处高,夏季和远污染源处低。JZ和LS的大气干沉降年总量分别为102.96、35.88(t/km)·yr。JZ的大气干沉降和湿沉降Cd、Pb、Zn含量分别为50.36、4763.92、6764.29 mg/kg和7.89、71.75、309.39μg/L,是LS的2.64、3.50、8.84倍和5.52、2.44、2.23倍。对呼吸暴露途径的大气TSP人体健康风险评估,JZ和LS大气TSP的As有一定风险。(3)基于大气沉降、农业投入等输入和农作物收获、地表径流等输出,两个小流域的土壤重金属几乎都为净输入。JZ的土壤重金属净输入量大,远大于其他区域,其Cd、Pb、Zn净输入量分别为91.03、4987.01、8769.38 g/ha/yr,是LS的11.34、7.87、9.01倍,具有很大的环境风险。(4)对比分析PCA和PMF模型结果,CMB模型解析结果相对准确。JZ的土壤重金属主要来源于农业源、历史工业源、地质源、在产工业源、扬尘源和交通源,其贡献率分别为4.9%、45.2%、26.0%、16.0%、4.8%、3.1%。LS的土壤重金属主要来源于农业源、地质源、扬尘源、交通源和生活燃烧源,其贡献率分别为15.5%、61.1%、9.7%、2.4%、11.3%。黔西北喀斯特地区土壤重金属Cd、Pb、Zn等背景值高,受金属冶炼和历史土法炼锌的影响,土壤污染叠加严重。现阶段由金属冶炼和扬尘产生的大气沉降重金属污染严重,因此需要对污染源进行管控,同时进行生态修复,减少水土流失和扬尘,降低环境影响。