基于GIS基线分割与土地利用单元优化的土壤重金属生态风险累积效应评价方法

以承德市伊逊河红旗钒钛磁铁矿小流域为例,采用富集因子法、潜在生态风险指数法,基于土地利用类型的冗余分析和GIS基线分割模型对流域土壤重金属生态风险累积程度及其影响因素进行了探讨.通过3种土壤重金属生态风险累积效应评价结果的对比,分析了样本加密、土地利用类型和GIS地理处理等优化方法对基线分割评价结果的影响.结果表明:研...     

山区小流域矿集区土壤重金属污染生态风险评价基准与模型

【研究目的】矿集区小流域属重金属天然高背景区,传统重金属污染评价的统一基准值或标准值已不能满足矿山生态环境监管过程中生态环境服务功能影响评价和矿区恢复治理、土壤污染修复要求;以地球系统科学理论指导开展山区矿集区重金属污染调查评价具有重要意义。【研究方法】本文阐述了以小流域为单元评价山区土壤重金属污染的必要性,对矿集区土壤重金属污染生态风险评价的基准确定与模型方法进行了系统总结。【研究结果】山区矿集区土壤重金属污染与生态风险评价的关键在于调查评价单元的划分,评价基准——地球化学基线的厘定和评价数学模型的确定。【结论】本文梳理了矿集区重金属污染评价基准的三类确定方法：环境质量标准法、地球化学基线法和生态效应法;论述了重金属污染与生态风险评价模型的分类和发展现状及各模型的优缺点及其适用性,评价模型主要有一般指数法、模型指数法和考虑生物有效性与健康风险的评价方法;展望了流域地球关键带调查监测技术框架下的小流域矿集区土壤重金属基线调查评价新技术、新方法的应用,以期为确定已扰动环境下重金属环境地球化学基线特征,回溯土壤环境重金属本底特征,揭示土壤重金属元素的污染来源和迁移转化机制,流域生态环境污染...     

豫西金矿集区矿业活动对周边农田土壤重金属影响研究

矿业活动会促进重金属向生态系统扩散,并在周边农田土壤中累积而引发潜在生态风险。豫西金矿集区矿业生产历史悠久,但在长期的矿产资源开采、选冶、加工生产过程中,缺乏对矿区周边农田土壤重金属元素的累积、空间分布和生态风险的关注,矿业活动对环境的影响程度尚不清楚。为掌握该矿集区矿业活动对周边农田土壤重金属的影响程度,支撑服务矿集区生态修复和周边农业安全生产,本文在金矿集区周边农田采集375件土壤样品,采用冷蒸气原子荧光光谱法(CV-AFS)、氢化物发生原子荧光光谱法(HG-AFS)、电感耦合等离子体发射光谱/质谱法(ICP-OES/MS)检测了样品中Cu、Pb、Zn、Ni、As、Hg、Cd、Cr重金属元素含量。用地累积指数法和潜在生态风险指数法研究了矿集区周边农田土壤中重金属元素的累积特征、空间分布和生态风险,分析评价了矿集区矿业活动对周边农田土壤重金属的影响。研究结果表明：(1)矿集区周边农田土壤中Cu、Pb、Zn、Ni、As、Hg、Cd、Cr含量平均值都低于国家农田土壤重金属污染风险筛选值,但均高于背景值,分别是背景值的1.47、3.24、2.06、1.05、1.03、1.52、2.77、1...     

基于地球化学基线的土壤重金属污染潜在生态风险评价

地球化学基线是区分地球化学背景和异常的重要参数。在采集和测试德兴地区约5000km^2面积的479个表层土壤样品基础上，采用标准化方法确定了样品中Cu，Pb，Zn，Cd，Cr，As和Hg等7种重金属元素的基线值，并以基线作为潜在生态风险评价的参比值，对德兴地区土壤重金属污染进行潜在生态风险评价。结果表明：研究区可划分为3个潜在生态风险等级：轻微生态风险、中等生态风险和强生态风险，强生态风险区主要分布在德兴铜矿和钟家山煤矿等矿业活动区附近。其他大部分地区为轻微生态风险区。     

江西乐安江流域稻田土重金属累积变化与德兴矿集区关系

对乐安江流域稻田表层土壤中Pb、Cd、Cu、Zn的分布特征进行分析,按照单因子污染指数法和内梅罗综合污染指数法,依据土壤环境背景值标准和国家土壤环境质量标准对乐安江流域稻田土壤的重金属进行评价。结果表明,矿集区上游水稻田土壤重金属综合污染指数等级尚在安全范围内,矿集区周边Cd和Cu的单项污染指数大于1,综合污染指数达到7.82,属于重污染;矿集区下游接近警戒值。研究表明,矿集区矿业开发释放的重金属元素对乐安江中下游流域水稻田土壤的重金属累积具有重要影响。     

江西乐安江流域稻田土重金属累积变化与德兴矿集区关系

对乐安江流域稻田表层土壤中Pb、Cd、Cu、Zn的分布特征进行分析,按照单因子污染指数法和内梅罗综合污染指数法,依据土壤环境背景值标准和国家土壤环境质量标准对乐安江流域稻田土壤的重金属进行评价。结果表明,矿集区上游水稻田土壤重金属综合污染指数等级尚在安全范围内,矿集区周边Cd和Cu的单项污染指数大于1,综合污染指数达到7.82,属于重污染;矿集区下游接近警戒值。研究表明,矿集区矿业开发释放的重金属元素对乐安江中下游流域水稻田土壤的重金属累积具有重要影响。     

陕西潼关县金矿矿区周边农田土壤重金属生态健康风险评价

为了解潼关金矿矿区早期粗放式的矿业活动对矿区周边农田土壤的重金属污染状况的影响以及对暴露人群的不良健康效应的评价,采用地质调查工程选取了矿区附近6块农田土壤为研究对象,通过X射线荧光光谱分析法测定了68个土壤样本中Cd、Hg、As、Pb、Cr、Cu、Ni、Zn等8种土壤重金属含量,采用地累积指数法、潜在生态危害指数法和健康风险评估模型分别评价该区土壤重金属污染程度、潜在生态风险和人体健康风险。结果表明,该区农田土壤中Cd、Hg、Pb、Cu、Ni、Zn 6种重金属平均值高于潼关县土壤背景值,呈现不同程度的积累;Pb、Hg、Cd的土壤积累含量不仅超出了土壤重金属污染对农产品质量存在安全风险的最低限值农用地土壤污染风险筛选值,还分别以41.2%、72.1%、14.7%的超标率超出了土壤重金属污染对农产品质量存在安全风险的最高限值农用地土壤污染风险管制值;研究区土壤重金属污染评价显示,土壤中Hg、Cd、Pb总体污染程度最重,Cu、Zn总体呈现轻—重污染,Ni、Cr、As总体呈现无污染状态。生态风险评价显示,Hg、Cd、Pb为主要生态危害元素,Hg为极强风险,Cd和Pb为强风险。人体健康风险表明,研究区重金属对儿童的非致癌风险显著,Pb、Hg为主要非致癌因子;致癌风险均在合理范围,Cd致癌风险最大,手-口摄入为最主要的暴露途经,儿童更易受到重金属污染威胁。     

表层土壤重金属元素污染特征及潜在生态风险评价:以山东省东部为例

针对当前土壤污染研究中存在的问题,提出了一种模糊识别土壤重金属元素污染评价的方法。并对瑞典学者(Hakan-son)提出的潜在生态危害指数法进行了改进,用以评价重金属元素潜在生态风险。采用建立的方法对山东省东部地区土壤重金属元素潜在生态风险进行了评价,结果表明:本区土壤重金属元素污染程度为Hg>Cd>Cu>Pb>Zn>Cr>As;而重金属元素潜在生态风险大小则依次为Hg、Cd、As、Pb、Cu、Cr、Zn。总体来看,山东省东部地区存在一定程度的重金属元素污染,其潜在生态风险为强和很强的土壤占13.75%,这种综合危害特征主要受Hg和Cd元素制约,主要分布在莱州—招远—烟台和牟平—乳山金矿集中区以及人口密集的城镇地带,且已对农作物安全产生影响。认为地质背景和人类活动(采金污染、工业生产、城市人口密集生活等)的共同作用,是造成局部环境中潜在生态风险较高的主要原因。     

川西九龙地区锂铍矿区土壤重金属分布特征及生态风险评价

川西九龙地区是近年来中国关键矿产资源勘查的热点地区之一,区内锂铍等稀有金属矿产资源优势突出,有望逐步发展成为国家级大型资源基地。作为长江上游生态保护屏障,该区生态环境脆弱,面对矿业开发的巨大机遇,在当前"环保优先"的现实情况下,急需摸清该区环境家底,支撑国家能源战略发展。本文用ICP-MS方法检测了该区352件土壤样品中7种重金属元素(Cd、As、Pb、Cr、Cu、Ni、Zn)的含量,运用地累积指数法、污染负荷指数法、潜在生态风险指数法和健康风险评价模型,结合GIS空间分析,综合研究了该区土壤中重金属的空间分布特征和生态风险。结果表明:(1)研究区土壤7种重金属元素浓度的平均值均没有超过国家农用土壤污染风险筛选值。As和Pb平均含量低于四川省土壤背景值,Cd、Cr、Cu、Ni和Zn含量高于背景值,分别是背景值的2.44、1.04、1.15、1.28和1.17倍。(2)Cd、Pb、Cr、Cu、Ni和Zn六种重金属元素浓度的空间分布特征明显受到区内黑云母花岗岩的影响,Pb的高浓度中心以及Cr、Cu、Ni和Zn的低浓度中心与岩体的空间位置对应关系明显。(3)地累积指数法评价结果显示,研究区土壤区域整体上不存在重金属异常累积;污染负荷指数法评价结果显示污染负荷指数均小于1,不存在重金属的污染;除Cd存在轻微的潜在生态风险外,其余6种元素均不存在潜在生态风险。(4)健康风险评价模型分析结果显示,空间上,Cd元素的单元素潜在生态风险指数空间分布规律与岩体存在一定联系,无生态风险区域与黑云母花岗岩岩体位置对应。土壤中的重金属可以通过手口、呼吸和皮肤直接接触三种途径进入人体,其中手口途径是产生健康风险的最主要途径。在全部重金属元素产生的健康风险中,除Cr的手口途径会产生可以接受的正常的自然致癌风险外,其余元素均不存在致癌性和非致癌性。研究表明,当前研究区土壤不存在重金属污染,潜在危害程度较低,且不存在非致癌和致癌性风险。但基于土壤中重金属存在一定的累积效应,在今后矿业开发过程中要密切关注土壤重金属浓度的变化,防止重金属污染带来的风险。     

基于多种方法的土壤重金属污染风险评价对比——以江汉平原典型场区为例

以江汉平原典型场区周边农田土壤为研究对象,分析了土壤重金属元素Cd、Pb、As、Hg的总量和赋存形态特征,选用修正单项污染指数法、潜在生态风险指数法、风险评估编码法(RAC)和次生相与原生相比值法(RSP)四种评价方法开展了土壤重金属的污染风险评价,并对评价结果进行了对比讨论。分析结果表明:（1）基于总量的两种方法对比,潜在生态风险指数法优于修正单项污染指数法。（2）基于形态的两种方法对比,RAC法的评价结果比RSP法更为合理。（3）基于总量和形态方法对比,潜在生态风险指数法和RAC法各有其优缺点,潜在生态风险指数法能直观反映重金属在土壤中的富集信息和环境危害性,而RAC法则可以利用形态来阐明重金属在土壤环境中的行为特性和生态活性。因此,在进行土壤重金属污染风险评价时,综合考虑重金属种类、累积程度、生物毒性和生物可利用性等参数指标,才能更加科学准确地评估重金属在土壤中的环境风险。综合上述评价结果,江汉平原典型场区周边农田土壤重金属元素Pb、As污染程度较低,对周边环境无影响;重金属元素Hg累积程度不高,但由于其具有较高的生物毒性,对周边环境存在潜在威胁;重金属元素Cd是研究区最主要的污染因子,对周边环境影响大,亟需采取相应措施减轻Cd带来的风险。     

中国西南典型地质背景区土壤重金属分布及生态风险特征

中国西南有22.3%的耕地重金属含量超标,区内广泛分布的峨眉山玄武岩和碳酸盐岩被认为是土壤中重金属的主要母质来源。目前,中国西南地区,尤其是峨眉山玄武岩分布区土壤重金属生态风险的研究程度仍有待提升,不同地质背景区(成土母岩)土壤中重金属含量、空间分布与生态风险缺乏对比。本文选择四川省典型地质背景区采集土壤样品,采用原子荧光光谱法、电感耦合等离子体质谱/发射光谱等方法测定重金属元素(As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn)含量和pH数据,结合地累积指数法和潜在生态风险指数法,研究了重金属元素的含量、空间分布特征和土壤重金属生态风险。结果表明:(1)玄武岩区土壤中Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Zn的含量高于碳酸盐岩区,也高于四川和全国背景值。各元素含量分别为四川背景值的3.25、1.08、5.08、1.72、1.55、1.63倍和全国背景值的2.60、1.40、6.87、1.47、1.87、1.91倍;(2)As、Cr、Pb的高含量区域与碳酸盐岩分布区对应,Cd、Cu、Hg、Ni、Zn的高含量区域与峨眉山玄武岩的空间分布对应;(3)地累积指数表明玄武岩分布区土壤中Cd、Cu、Ni、Zn污染程度高于碳酸盐岩区;(4)研究区内生态危害程度较高的元素为Cd、Cu和Hg;其在玄武岩分布区"强生态危害"及以上的比例比碳酸盐岩区分别高出22.4%、1.15%和26.0%。本研究揭示:(1)研究区内土壤中重金属元素的含量、分布及生态风险与地质背景密切相关;(2)产生这一规律的原因在于母岩中元素含量的差异、成土过程中元素的地球化学行为及元素次生富集等因素综合作用的结果;(3)研究区土壤酸碱度偏低(pH平均值为5.5),需预防土壤进一步酸化引起的重金属活化风险。     

上海崇明岛表层土壤重金属元素分布特征与环境地球化学基线值研究

对上海崇明岛地区表层土壤中重金属元素的分布特征进行了研究,结果表明崇明岛表层土壤未受人为污染。运用标准化方法计算了崇明岛地区表层土壤中重金属元素镉、铬、铜、铅、锌、砷的环境地球化学基线值,建立了元素镉、铬、铜、铅、锌、砷的环境地球化学基线模型,确定其环境地球化学基线值分别为0.19、71.97、31.32、24.79、86.43、8.34μg/g。与上海市土壤背景值进行了对比检验,结果显示,标准化方法能有效计算土壤中元素的环境地球化学基线,获得的基线符合其定义和实际意义,为区域经济发展规划和环境评价提供了实用的基础地球化学信息。     

滦河流域沉积物中重金属分布特征及风险评价

沉积物作为重金属污染物的源和汇,对水环境有着至关重要的影响.为了全面了解滦河沉积物中重金属污染现状,采用电感耦合等离子体质谱法对滦河干支流沉积物中重金属含量进行了测定,分析了其空间分布,并采用潜在生态危害指数法对滦河沉积物进行了评价.结果表明:滦河沉积物中Cr、Ni、Cu、Zn、Cd 和Pb的平均含量分别为60.40、26.15、48.07、76.42、0.30、25.55 mg/kg,其中Cu和Cd含量高于中国水系沉积物背景值.滦河干流的重金属含量空间分布自上游往下游呈逐渐增加趋势.潜在生态危害指数评价结果表明:不同重金属污染对滦河流域生态风险构成的危害由强至弱依次为:Cd＞Cu ＞Pb＞Cr＞ Zn,其中Cu、Pb、Cr和Zn为低生态危害等级,Cd以中等生态危害等级为主.总体上,滦河沉积物重金属处于中等生态危害等级,干流大黑汀水库和支流瀑河宽域处于强生态危害等级.     

潮白河流域土壤重金属生态风险评价方法研究

为了研究潮白河流域某段土壤重金属环境质量现状及潜在生态风险评价,系统采集了42件土壤样品,对其7种重金属(Cu、Pb、Zn、Cr、Ni、Cd和As)进行了测试分析,利用《土壤环境质量标准》评价土壤重金属污染现状,并参考北京市土壤重金属背景值,采用环境质量指数与环境潜在生态危害指数、内梅罗综合指数法相结合的方法,探讨土壤中7种重金属的累积污染现状及潜在生态风险。研究表明,土壤样品中Cu、Zn、Cr含量超标分别为97.62%、100%、100%;Cu、Zn、Cr含量重度污染等级以上的分别占2.38%、2.38%、4.76%;潜在生态危害指数法评价表明,Cu、Zn、Cr含量处于轻微生态危害等级分别占97.62%、100%、100%,Cu含量2.38%处于强生态危害等级。内梅罗综合指数法评判表明,所有样点均已污染,其中达到轻度污染、中度污染、重度污染的样点分别占28.57%、42.86%、28.57%;而潜在生态危害指数法评价显示土壤样品点中97.62%处于轻微生态风险等级,根据悲观原则可以判断该段流域重金属污染均处于轻度污染以上。     

北京市密云区农业土壤重金属元素地球化学特征及生态风险评价

在北京市密云区西南部农业区系统地采集了1 065件表层土壤样品,对其中Ni、V、Cr、As、Cd、Pb、Zn、Hg 8种重金属元素的含量开展了测试分析。采用多元统计分析法及空间分析法,阐明了这些重金属元素的地球平均化学分布特征,并探讨了其可能的主要来源。结果表明,8种重金属元素主要分为3类：第一类为Ni、V、Cr、As,其含量低于北京地区背景值,其分布主要受成土母质等自然因素的影响;第二类为Cd、Pb、Zn,其平均含量高于背景值,且居民区含量最高。除继承成土母质外,此类元素的分布特征受人为活动影响较大,其中Cd受人为活动影响的程度明显高于Pb和Zn;第三类为Hg,推断大气沉降为影响Hg分布的主要因素。主要采用Hakanson法评价了土壤中重金属的生态风险,结果表明该地区潜在生态危害指数较低。     

山东淄博城市和近郊土壤元素地球化学特征及生态风险研究

以淄博城市土壤为研究对象,应用统计学方法对土壤地球化学特征进行研究,采用单因子指数和尼梅罗综合指数法对土壤环境质量进行评价,同时采用Hakanson提出的潜在生态危害指数法对土壤重金属的潜在生态危害进行评价,并对其产生的生态环境效应进行研究。结果表明:Hg、Cd、S、Pb、Se、Org C等元素或指标在表层土壤中的含量明显大于深层,二者间相关性较差,且表层土壤存在明显碱化特征,受到不同程度人为活动影响;单因子评价Cd、Cu、Hg、Ni、Zn都出现污染,其中Cd污染面积最大,达到5.11%,综合污染评价土壤环境质量整体良好,污染土壤占9.84%,其形成可能与工业生产和人类活动有关;潜在生态危害程度最强的重金属是Hg、Cd,局部地段已经达到强、极强潜在生态危害水平,综合重金属潜在生态危害水平整体表现为中等,其轻微、中等、强、很强生态危害的比例分别为29.32%、55.02%、12.85%、2.81%,从空间分布上来看,强、很强潜在生态危害区分布与各类工业空间布局相吻合,种植的蔬菜中Cd、Pb、Zn、Hg等重金属有不同程度超标现象,需加强对土壤及农产品进行协同监测与评价,防止土壤重金属污染加重影响人体健康。     

Geo-environmental study of heavy metals of the agricultural highway soils,NW Jordan

This study investigated the status and distribution patterns of selected heavy metals in roadside soils along Irbid-North Shooneh Highway, Jordan. This highway has experienced a growing number of vehicles that are likely to influence the levels of heavy metals in the surrounding agricultural lands. The average concentrations of Cr, Co, Cd, Cu, Pb, Zn, and Ni were 16.0, 36.0, 11.0, 4.0, 79.0, 122.0, and 60.0 mg/kg, respectively. Cd, Pb, and Co showed average levels that are higher than the average world soil background values. Elevated levels of heavy metals were measured in surface soil layer which decreased with depth, and with distance from the roadway. The contamination factor (CF), pollution load index (PLI), single ecological risk (Ei), potential ecological risk index (PERI), and geo-accumulation index (Igeo) generally indicated that the roadside soils are contaminated with Cd, Pb, and Ni. Heavy metals in soils are of geogenic and anthropogenic origins. Weathering of parent rocks in Wadi Al-Arab catchment is the primary natural source, whereas agrochemicals, vehicle exhausts, degradation of surface wear and paint of vehicles, vehicle wear debris of tire, and brake lining are the main anthropogenic sources of heavy metals.     

江西德兴铜矿大坞河土壤重金属累积特征与成因

江西德兴铜矿是中国超大型斑岩铜矿,随着矿业活动的增加,德兴铜矿区重金属污染问题日益严重。查明德兴铜矿土壤重金属累积作用及原因,可为政府机构、矿山开展环境整冶提供科学依据。在大坞河上游、中游、下游选定3个剖面,采集50件土壤样品,得出其基于地球化学基线的累积特征。整体来讲,Cu、Mo累积作用最为显著,Cr、As累积作用明显,同时发现一级、二级阶地上累积显著,并从矿石组合、地化背景、河流阶地、元素形态、矿山生产等角度开展累积作用的原因分析。     

云南省宣威市农耕区土壤重金属元素分布影响因素及生态风险评价

为探究云南省碳酸盐岩风化区重金属污染特征及分布影响因素,选取云南省宣威市农垦区为研究对象,利用1:5万土地质量地球化学调查成果,通过分析表层土壤重金属元素累积特征及分布规律,并结合土壤理化性质及地形因素等数据,研究驱动农垦区土壤重金属元素富集的影响因素,并利用富集指数法(EF)和潜在生态风险评价(RI)进行污染评价.结...     

雄安新区白洋淀表层沉积物重金属地球化学特征及生态风险评价

【研究目的】白洋淀为雄安新区核心生态功能区,为支撑白洋淀湿地生态修复与保护,系统开展了全淀区表层沉积物环境质量调查。【研究方法】在白洋淀湿地采集表层沉积物样品484组,查明了白洋淀表层沉积物重金属地球化学特征,并采用地累积指数法、潜在生态风险指数法等多种方法开展了重金属生态风险评价。【研究结果】白洋淀表层沉积物重金属含量普遍偏高于河北省表层土壤重金属含量背景值,府河入淀口及白沟引河入淀口为重金属元素主要富集区,入淀河流输入为白洋淀重金属主要来源;环境地球化学综合评价结果为清洁无污染等级分布面积144.54 km²,占表层沉积物分布总面积的96.68%;各重金属污染程度由重到轻排序为Cd＞Cu＞Hg＞Pb＞Zn＞Ni＞Cr＞As,Cd元素污染程度等级以中度和偏中度为主,Cu元素以轻度和清洁为主,其他元素以清洁无污染为主;重金属潜在生态风险以轻度和中度为主,河流入淀口所在淀区重金属潜在生态风险高于其他淀区,潜在生态风险由高到低排序为南刘庄＞烧车淀＞小白洋淀＞王家寨＞藻苲淀＞捞王淀＞池鱼淀＞泛鱼淀。【结论】白洋淀表层沉积物环境质量总体较好,南刘庄等局部淀区存在重金属污染潜在生态风险,以Cd元素污染最为突出。创新点：采用地累积指数法、潜在生态风险指数法等多种方法,系统评价白洋淀湿地表层沉积物重金属污染程度和生态风险;重金属地球化学特征分析与主成分分析法相结合,揭示表层沉积物重金属污染主要来源为河流输入。