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镀锌厂周围农田土壤重金属空间分布研究和生态风险评价

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1 文献综述

1.1土壤重金属的来源

1.2土壤重金属污染评价

1.3土壤重金属污染的空间分析

2 材料与方法

2.1 研究目的及意义

2.2 研究区域概况

2.3 研究内容与方法

2.4 技术路线

3 土壤重金属空间分布特征

3.1土壤重金属统计特征值结果与分析

3.2土壤重金属元素空间变异

3.3 土壤理化性质与重金属之间的相关性分析

3.4 本章小结

4 土壤重金属污染程度评价

4.1 土壤环境质量标准

4.2土壤重金属污染评价

4.3 污染原因分析

4.4 本章小结

5 土壤重金属生态风险评价

5.1 概述

5.2重金属毒性系数和风险分级标准

5.3土壤重金属生态风险评价

5.4 改善措施和发展建议

5.5 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2问题及展望

参考文献

个人简介

致谢

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摘要

人类生产活动中，废气、废水和固体废弃物等污染物的排放是不可避免的。但是如果不经过处理就排放至生态环境中，会造成严重的环境危害。其中，这些污染物所含有的重金属元素就是造成土壤重金属污染的主要来源之一。经过长期的积累，重金属在土壤中的含量逐渐增多，并超出土壤的承受能力，造成污染。为了探明土壤质量的好坏，保护人类身体健康，对杭州市郊区某镀锌厂周围农田土壤中的重金属的含量及空间分布状况进行研究，探明该区域内土壤重金属的污染程度，并对其存在大的潜在生态风险进行了评估。经过实地调查，合理布设采样点。通过实验测定了各土壤样品的理化性质及重金属含量。以实验以及计算评价结果为依据，在以对可能造成重金属污染的来源分析的基础上，提出了重金属污染治理的建议。主要结论如下：　　实验主要测定了Zn、Cd、Cu、Pb、Mn和Ni六种重金属在研究区土壤中的含量，其含量变化范围分别为114.17~7190.0 mg·kg-1、0.95~49.48 mg·kg-1、25~1355.83 mg·kg-1、3.67~251.83 mg·kg-1、142.78~1248.0 mg·kg-1和11.89~744.33 mg·kg-1；含量的平均值分别为533.83 mg·kg-1、0.95 mg·kg-1、91.89 mg·kg-1、27.29 mg·kg-1、491.44mg·kg-1和58.93mg·kg-1。与浙江省土壤背景值相比较可以发现，重金属Cd、Cu、Pb和Zn的含量有所偏高，Mn和Ni的含量相对较少。　　对各土壤重金属元素之间的相关性进行分析，结果显示：土壤中的 Zn与 Pb、Cu、Cd、Ni的相关系数分别为0.740、0.770、0.791、0.808，呈现出极显著性正相关关系。相关性越强的重金属元素，其污染程度在空间中的分布状况具有越大的相似性，例如Zn和Ni，虽然其含量大小有所差异，但两者的污染程度在研究区域内的分布有很多相同的地方。因此，可以推测，Zn和Ni的来源可能也存在着相似性。　　利用半变异函数计算各重金属元素的最佳拟合模型，结果如下：Cd、Zn、Cu和Ni四种重金属元素的最佳拟合模型为球状模型，Pb和Mn为指数模型。Zn、Pb、Cu和Ni的 C0/(C+C0)分别为59.58%，31.15%和32.13%，表明这三种重金属为中等的空间相关性，除了结构因素以外，人为因素也是造成该区域重金属空间分布差异的原因。Cd、Mn、Ni的块金值与基台值之比分别为10.97%、6.29%和11.86%，表现出强烈的空间相关性。而元素之间存在强烈相关性的原因主要是由于内在因素的作用。因此，推测Cd、Mn、Ni三种重金属元素与其他几种元素的影响因素有所不同，主要是受土壤本身结构的影响。　　采用克里格插值法，对未采样的区域插值，直观地展现土壤重金属元素在研究区域中的空间变化规律。从图中可以看出，重金属Zn、Ni和Cu有着相似的空间分布规律，在镀锌厂附近及其以北地区浓度较高。在研究区域的中部、西南部以及北部地区，重金属Cd的含量普遍相对其他地区来说含量偏高。在中部和东北部区域，重金属Pb的浓度较高。相对于以上几种重金属来说，Mn元素在整个区域中的浓度值最小，而且含量相对较高的地区距离镀锌厂的位置也比较远。　　利用污染指数法进行各重金属单项污染指数以及综合污染指数的计算，借助GIS软件，对各指数进行克里格空间插值，结果发现，重金属Zn、Cu和Cd在区域中的污染程度最为严重，污染面积最广，其中Cd污染在整个区域中都达到了重度污染程度。重金属Zn除了西部边缘少部分区域处于尚清洁水平以外，其余部分都呈现出不同程度的污染状态，尤其是在镀锌厂以北地区，污染程度最为严重。相比之下，重金属Cu的污染程度较低，但多数地区也已经受到了轻度和中毒水平的污染。Pb的分布主要高值点位于研究区中间部分，但尚未达到污染水平；Ni污染主要集中在中部以及北部边缘地带，除镀锌厂周边区域污染较为严重外，区域中的大部分面积都处于轻度污染或清洁状态；Mn在全区的范围内未造成土壤污染，均处于清洁或尚清洁程度。　　运用GIS平台，结合利用潜在生态风险指数法计算所得出的结果，绘制区域生态风险指数空间分布图，对其进行分析后发现，整个研究区域均处于中等生态危害程度（含）以上。在研究区域的西南部及中部地区，生态风险最高。另外，北部边缘也有小面积的区域生态风险较高。相比之下，东部地区生态风险较低。在对污染水平以及生态风险评价的基础上，对造成研究区域重金属污染的来源进行了初步地分析，并提出了土壤重金属污染治理的几点建议。

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