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环境科学研究 2024年第12期37卷 2745-2756页

作者：任杰曾杨张博伦赵晓丽侯红沈忱黄占斌广东省科学院生态环境与土壤研究所广东广州510650 中国环境科学研究院环境基准与风险评估国家重点实验室北京100012 中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院北京100083

广西壮族自治区作为我国典型重金属高地球化学背景地区及有色金属重要产地,其土壤存在重金属污染问题。本研究结合随机森林模型、GIS技术和实地采样调查对广西不同地貌类型区域(峰丛喀斯特、峰林喀斯特、孤峰残山平原)中的土壤重金属含... 详细信息

广西壮族自治区作为我国典型重金属高地球化学背景地区及有色金属重要产地,其土壤存在重金属污染问题。本研究结合随机森林模型、GIS技术和实地采样调查对广西不同地貌类型区域(峰丛喀斯特、峰林喀斯特、孤峰残山平原)中的土壤重金属含量特征及其富集特征进行综合分析对比,识别区域尺度高背景地区土壤重金属的地球化学特征。结果表明:在广西三种地貌类型中,土壤Cd、Hg、Pb、Zn的平均含量均高于广西背景值,其中Cd的平均含量为背景值的4.51倍,且样品中有27.2%的Cd、30.9%的Hg、65.5%的Pb和37.8%的Zn含量超出背景值。喀斯特地貌区的重金属高值区域与岩溶区高度重合,主要受到碳酸盐岩成土过程中的次生富集和金属氧化物吸附的影响。孤峰残山平原区域的重金属含量较低,未显示明显的高地球化学背景特征。研究区内人为工业活动和农业活动的复合作用对土壤中As和Cu的富集有显著贡献;采矿冶炼活动会对金属冶炼工业区周边土壤Cd、Zn有显著贡献;公路运输对附近土壤Hg的富集有显著贡献,铁路运输对土壤Cu的富集有显著贡献;城市活动对土壤Pb的富集有显著贡献。研究显示,广西地区土壤重金属污染具有明显的区域差异性,其中喀斯特地貌区域受高地球化学背景影响显著,重金属的富集主要由自然因素主导,但也受到多种人为活动的显著影响,尤其是在As、Cu、Cd、Zn、Hg和Pb等元素的分布上体现出复杂的成因机制。该研究不仅深化了对广西地区土壤重金属地球化学特征的理解,还为区域重金属污染防治提供了重要的科学依据。

关键词：高地球化学背景土壤风化过程重金属富集机制

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典型喀斯特流域重金属污染评价及来源解析

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作者：穆地金贵州师范大学

学位级别：硕士

在全球范围内,随着工业的不断发展,重金属污染不断增加,人类面临着水和土壤资源在数量和质量方面的巨大威胁。与其他地区相比,中国西南喀斯特地区水文环境复杂,土壤资源短缺,生态环境脆弱,且具有高重金属地球化学背景,对重金属污染更为... 详细信息

在全球范围内,随着工业的不断发展,重金属污染不断增加,人类面临着水和土壤资源在数量和质量方面的巨大威胁。与其他地区相比,中国西南喀斯特地区水文环境复杂,土壤资源短缺,生态环境脆弱,且具有高重金属地球化学背景,对重金属污染更为敏感。因此,系统研究喀斯特流域重金属污染、来源及风险对喀斯特地区重金属污染防治有重要意义。本研究以西南地区一典型喀斯特流域为研究对象,分析测试流域水体、沉积物、土壤和基岩中的9种重金属（Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Sb、Pb）和相关物理化学参数,以及测试沉积物、土壤和基岩中重金属的地球化学形态。通过多元统计分析研究流域水体、沉积物和土壤重金属特征;采用单因子污染指数法、水质指数法、地积累指数法和内梅罗指数法研究流域重金属污染情况;使用受体模型解析各介质中重金属的来源,并将来源解析结果与风险评价结合,评价特定来源重金属的生态风险和健康风险;使用多元统计分析研究喀斯特水体重金属的影响因素。主要结果如下:（1）在研究时段内,该典型喀斯特流域旱季和雨季的水体均呈弱碱性特征,雨季的As、Cd、Pb和旱季的As是影响水质的主要元素,并主要分布在流域上游。流域表层沉积物p H呈碱性,沉积物中Cd、As、Zn的平均含量均高于喀斯特地区水系沉积物背景值,并且As（27.69%）和Cd（12.17%）的可交换态相对较高。在分布上,表层沉积物重金属主要在下游沉积环境中富集,沉积柱芯的重金属整体表现出自下而上增加的趋势。流域土壤主要呈酸性,土壤中As和Cd的平均含量分别是区域土壤背景值的2.1倍和2.8倍。土壤重金属与基岩重金属相比,土壤中Cr、Mn、Cu、Zn、Cd、Sb、Pb表现出明显的富集性。金属形态上,土壤中As（34.74%）和Cd（16.15%）的可交换态均较高。土壤中Cd、Sb、Pb在流域南部人类活动密集区较为富集,其余金属在流域上游工业区附近以及下游的浓度较高。（2）喀斯特流域水体、沉积物和土壤重金属可能的来源能被绝对主成分得分—多元线性回归模型（APCS-MLR）更好地识别并量化。在流域水体中,旱季和雨季均主要受3种类型的来源影响。在旱季,自然源对Cr、Ni、Cu的贡献率大于80.71%;工业废弃物排放源对Zn、As、Cd的贡献率大于63.47%;金属冶炼排放源对Mn、Sb、Pb的贡献率大于46.92%。在雨季,工业废弃物排放源对Cu、Zn、As、Cd、Pb的贡献率大于51.22%;金属冶炼排放源对Mn、Ni、Sb的贡献率大于53.06%;Cr（74.33%）主要来源于自然。在沉积物中,金属冶炼和自然的混合源对Cr、Mn、Ni、Zn、Sb、Pb的贡献率在57.19%-98.76%之间;工业废弃物排放源对As、Cd的贡献率分别为83.10%、82.50%;交通运输、金属冶炼和自然的混合源主要贡献了Cu（83.90%）。在土壤中,自然和工业的混合源对Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、As的贡献率在76.45%—99.60%之间;自然和采矿的混合源对Cd、Sb、Pb的贡献率在46.34%—82.76%之间。（3）在研究时段内,单因子污染指数表明,旱季流域92.86%的水体未受重金属污染,7.14%的水体受到轻度As污染;雨季26.67%的水体受轻度到重度污染,其中6.67%的水体的As和Cd为重度污染。内梅罗指数表明,旱季7.14%的样品处于轻度污染;雨季6.67%的样品处于重度污染,13.33%的样品处于轻度污染。水质指数表明,旱季所有水样和雨季93%的水样均为优质水,雨季6.67%的水样为不可饮用水。单因子污染指数表明,流域表层沉积物中Cd为重度污染水平,As和Zn为轻度污染。表层沉积物的内梅罗指数在1.41-71.60之间,即所有表层沉积物样品均受到不同程度重金属污染,其中72.73%的样品为重度污染。单因子污染指数表明,流域土壤主要受中度Cd和As污染。土壤重金属内梅罗指数在0.92-6.79之间,其中21.95%的土壤为重度污染水平,主要分布在上游工业园区和南部人类活动密集区附近,另有21.95%的土壤处于中度污染,53.66%的土壤处于轻度污染。（4）在研究时段内,流域旱季的水体重金属对成人有中等致癌风险;雨季的水体重金属对人体有较高非致癌风险,对儿童和成人具有中等至高致癌风险。在雨季,水体重金属对儿童和成人的非致癌风险（52.57%、52.42%）和致癌风险（48.80%、48.66%）主要来自工业废弃物排放源;在旱季,水体重金属对儿童和成人的非致癌风险（49.40%、47.20%）主要受工业废弃物排放源影响,致癌风险（64.89%、67.26%）主要来自自然源。流域45.45%的沉积物样品中的Cd有极高生态风险。另外,综合生态风险评价表明,分别有36.36%、18.18%、18

关键词：喀斯特流域重金属高地球化学背景污染评价来源解析

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