年楚河流域农用地水土重金属污染风险评价及源解析

作     者：赵远昭 

作者单位：西藏大学 

学位级别：硕士

导师姓名：傅建捷

授予年度：2023年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 082803[工学-农业生物环境与能源工程] 07[理学] 08[工学] 0828[工学-农业工程] 09[农学] 0903[农学-农业资源与环境] 0713[理学-生态学] 

主      题：年楚河 农用地 重金属 源解析 生态风险评价 

摘      要：作为“西藏的粮仓、一江两河的重要组成部分,年楚河流域农用地水土环境质量对于粮食安全以及周边居民健康安全具有重要的影响作用。本文以年楚河流域为研究对象,对2019-2021年研究区农用地水、土8种重金属(Cu、Pb、Zn、Cr、Ni、Cd、As和Hg)浓度的时间变化特征进行分析。以2021年研究区农用地水土重金属、土壤肥力指标的浓度数据为基础,探讨研究区土壤重金属和土壤肥力指标(TOC、TN、TP)的空间变化特征,评价研究区水土重金属的污染风险水平,对比分析不同农用地利用方式下土壤重金属的浓度差异及污染风险差异,并探究水、土重金属的来源,通过上述研究得到以下成果:通过对2019-2021年研究区农用地水土8种重金属的浓度数据进行时间尺度分析发现2019-2021年土壤重金属除了Pb的浓度均值未超过西藏土壤重金属背景值,其余重金属浓度均值均超过背景值。总体上三年间Pb的累积程度逐渐增大,Cu、Zn、Cr、Ni累计程度不断下降,其余几种重金属变化不大。对比不同农用地利用方式下重金属浓度发现大棚中除As的浓度均值低于耕地土壤外,其余重金属浓度均值都高于耕地土壤重金属,其中Cr、Ni的超出浓度最大。对土壤重金属进行反距离插值发现研究区多数点位的Cu、Zn浓度都高于背景值:Pb、Cd的空间分布情况较相似,两者的浓度变化与交通量有关;Cr、Ni空间分布情况相似,两者高值均出现在日喀则市的大棚及周边耕地;As在年楚河下游点位的浓度多低于背景值,其余点位多高于背景值;Hg在大部分点位超过背景值,在大棚样点中Hg浓度普遍较高。对研究区土壤肥力进行研究发现土壤中TOC、TN、TP平均值分别为17.00 g/kg、1.43 g/kg、0.69 g/kg。研究区TN含量主要在四到二级,TP含量主要在四到三级。耕地土中TN含量整体高于大棚,TP显著低于大棚土壤。通过三者的空间分布发现TOC含量在研究区整体分布较均匀,TN含量沿河流方向逐渐降低,TP沿河流方向逐渐增高。对研究区2019-2021年水体重金属浓度变化特征进行研究发现整体变化不大,Hg浓度一直低于检出限,Cu、Pb、Zn、Cd和As的均值都低于地表水Ⅰ类标准限值,八种重金属浓度均值都符合农用地灌溉水质标准。基于2021年研究区水土重金属浓度数据进行污染风险评价,通过单因子污染指数发现研究区土壤中Hg污染程度较大。大棚和耕地中八种重金属污染情况相似,Cu、Zn、Cr、Ni、Cd、As多在轻度污染及以下,Pb主要表现为无污染,相比于耕地,大棚样点中的As主要为无污染,低于耕地中As的污染程度,而Cr、Ni、Hg在大棚中污染较重。水体中六种重金属单因子污染指数显示Cu、Pb、Zn、Cd、As均为无污染,Cr污染相对较重。从内梅罗污染指数来看,研究区土壤整体以轻度-中度污染为主。耕地总体污染程度低于大棚污染程度;水中内梅罗污染指数显示研究区以安全状态为主。结合水质污染指数来看研究区水体WQI值均小于1,整体处于无污染状态。地累积污染指数显示八种重金属以清洁状态为主。从不同农用地利用方式对比分析发现除了As以外,其余重金属在大棚中的地累积污染指数均值普遍高于耕地中的,Hg在两种农用地利用方式下都普遍出现了较低程度的污染。Cr、Ni在大棚的污染程度要高于耕地。潜在生态风险指数显示研究区Cu、Pb、Zn、Cr、As的生态风险小,Cd在多数样点中表现为中度风险,部分样点为轻度风险,整体风险较低。Hg整体风险性高于其他七种重金属,但属于可接受风险。从综合潜在生态风险指数来看研究区以中度及以下生态风险为主,生态风险水平较低。土壤重金属的RI值空间分布表现为从东南—西北方向上逐步增大,其趋势与河流流向一致。耕地的生态风险低于大棚生态风险,但两者生态风险都在中度及以下风险,风险性较低。本文将研究区采样实地情况与相关性分析、主成分分析、正定矩阵因子分析法(PMF)结合来分析研究区水土中重金属的来源,分析得出土壤中重金属主要有四个污染源,分别是:交通污染源、农业活动源、土壤母质源、农业与大气传输混合源,其中Cu、Zn、Pb、Cd主要来自于交通污染源,Cr、Ni主要来自农业活动源,As主要来自于土壤母质源,Hg主要来自于农业与大气传输混合源。水中重金属主要有三个来源:交通污染源、农业活动源、自然补给源,其中Cu、Pb主要来自于交通污染源,Cr主要来自于农业活动源,Zn主要源于农业活动和交通污染源,As、Ni主要源于自然补给源。