不同土地利用类型下土壤金属的环境风险综合评价研究 ——以吉林市龙潭区为例

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随着世界经济的快速发展,土壤金属污染逐渐引起人们的关注。目前,大多数研究集中在单一土地利用类型下土壤重金属的污染。然而,同一地区不同土地利用类型中重金属和微量元素引起的土壤污染和环境风险的差异被忽略。综合考虑不同土地利用类型土壤中多种金属的污染及环境风险,对于有效控制土壤金属污染十分关键。同时土壤中各种金属的潜在来源不同,不同来源造成的金属污染对环境风险的贡献也不同,因此定量评价不同来源下土壤金属对环境风险的贡献,能够为从源头上降低金属污染程度提供有力参考。本文的目的是调查土壤中金属的污染水平,将金属浓度的空间分布图与正定矩阵分解法(PMF)相结合探究土壤金属的潜在来源,同时建立环境风险的定量评价体系,以期综合评价不同土地利用类型中土壤金属的环境风险。本研究以吉林市龙潭区为例,采集了龙潭区工业用地、农田以及居住用地三种土地利用类型的土壤样品,采用富集因子(EF)、污染因子(CF)和综合污染指数法(PLI)对不同土地利用类型中的17种金属造成的污染水平进行等级划分。利用地统计学方法中的克里金插值法绘制龙潭区土壤金属的空间插值分布图,结合Pearson相关系数以及PMF模型鉴定土壤金属的来源。接着建立环境风险综合评价体系,利用PMF模型确定不同来源的贡献,结合潜在生态风险指数法(RI)以及人体健康风险评价法,量化土壤金属潜在来源对环境风险的贡献。主要研究结果如下:(1)从龙潭区土壤的整体情况来看,As、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Sn和Zn的浓度均超过了背景值,其中As、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn的浓度超过了Ⅱ类土壤质量标准。Hg、Pb、As、Cu和Zn的变异系数超过了0.5,显示出浓度分布的高变异性。工业用地土壤中金属元素的浓度是三种土地利用类型中最高的,但是工业用地和居住用地土壤金属的浓度并未超过建设用地土壤管控标准。农田中As和Pb的浓度超过了农用地管控标准,分别是农用地管控标准的1.54和1.80倍。(2)工业用地中的Hg、Pb和Sn和农田中的Sn达到了中度严重富集程度,同时污染水平也为重度污染;居住用地中的Pb为中度严重富集,而As、Cu、Pb和Sn的污染水平均为重度污染。三种土地利用类型的综合污染水平按照工业用地>居住用地>农田的顺序排列,其中只有工业用地达到了中度污染水平。(3)金属的空间预测分布图显示Al、As、Ba、Ga、Mg、Mn和Sr的空间都在研究区的西南部显示热点,受龙潭区西南部工业区的直接影响。PMF将17种金属分为6个因子,结合金属的空间分布图,可以概括为As和Zn为工业来源,Hg的主要来源为煤炭燃烧,Pb和Cu为交通排放输入,Al、Cr、Mg、Mn、Sr和Ba、Cd、Co、Ga、Ni、Sn、Ti都为自然来源。(4)Hg是对龙潭区三种土地利用类型中生态风险贡献最高的金属元素,定量评价结果显示工业用地和居住用地生态风险的最高来源为煤炭燃烧,并且这两种土地利用类型达到了高风险水平;而农田中则为因子5-Ba、Cd、Co、Ga、Ni、Sn和Ti主导的自然来源,农田的生态环境处于重度风险,在三种土地利用类型中风险最低。(5)As、Cr、Mn、Pb对龙潭区儿童造成的非致癌风险值超出安全阈值,定量评价结果显示由As主导的工业排放是儿童非致癌风险的最大贡献源。龙潭区成人不受非致癌风险影响。As、Cr、Ni、Pb对人体产生高综合致癌风险,Cr和Ni的致癌风险叠加导致自然来源对研究区致癌风险贡献最大。(6)根据研究结果提出了建立严格排污企业排放标准、重视微量元素监测、细化土地利用类型土壤质量标准、严防交通排放污染、加强龙潭区污染土壤修复和切实开展土壤保护的宣传工作6条风险管控措施。本研究的结论为东北老工业基地土壤金属的监测和治理提供了基础数据参考,为从源头控制土壤金属输入提供科学决策的依据,初步揭示了研究区不同土地利用类型下土壤金属的污染现状、潜在来源,同时以新的思路实现了土壤金属环境风险的综合评价,定量评价来源对环境风险的贡献能使评价结果更为精确,对保护东北老工业基地土壤生态安全以及居民健康具有重要实际意义。
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