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我国中南部某省土壤化学成分及影响探究

发布时间:2019-07-11
  摘 要
  
  土地是人类赖以生存的基础,土地质量直接影响地区的生态环境,农作物生长,以及人群健康情况都与土地质量息息相关。本论文通过地球化学调查,以土壤为研究对象,以《1:50000 土地质量地球化学调查规范》为依据,利用 mapgis软件按元素种类作图,对与人体身体健康相关的有害元素、有益元素及对环境产生影响的元素进行了分析研究,为研究地方病及生态环境协调发展提供重要依据。取得以下几个方面的研究成果:
  
  (1)明确了研究区土地的基本情况和土壤元素分布及其特点研究区位于南方某省,长江中下游平原南岸湘北洞庭湖区域,居雪峰山的东端及其余脉带。采集土壤表层样品(1~20cm)。进行了多元素的测试分析,综合分析结果表明,土壤基本处于二级质量水平,As、Cd 元素出现个别三级质量点,其中,Cd 元素还有超三级质量点。

我国中南部某省土壤化学成分及影响探究
  
  (2)完成了研究区生态风险评价本论文采用单因子污染指数法、内梅罗指数法综合评价了研究区土壤,结果表明,研究区土壤分别受到 Pb、Cd、Hg、As 不同程度污染,其中 Cd 的潜在风险等级较高,生态风险为轻度污染。风险评价得出的结论,可以为预防地方病提供重要依据。利用 USEPA(美国环保局风险评价指南)土壤中化学物质消化摄入量,土壤中化学物质皮肤接触摄入量计算方法评价研究区生态风险,计算表明,研究区 As、Pb 对于儿童致癌风险高于成人,Cd 的皮肤接触量偏高,引起地方病的风险偏高。
  
  关键词: 研究区;重金属; 地球化学图;土地质量; 风险评价。
  
  Abstract
  
  Land is the basis for human survival, and the quality of land directly affects the ecological environment of the region. The growth of crops and the health of the population are closely related to the quality of the land. This paper took soil as the research object through the geochemical survey and made a map with MAPGIS software according to the type of element based on the "1:50000 land quality geochemical survey standards". The harmful elements, associated with the health of the human body and the beneficial elements of the environmental impact of the elements were analysised, and provided the important basis for the study of local disease and ecological environment coordinated development. The research mainly includes the following aspects:
  
  (1) The basic situation of the land and the distribution of soil elements in the study area were clear. The study area is located in the southern province, the region of the East Dongting Lake of the Yangtze River plain south bank, located at the eastern end of Xuefeng Mountain and its remaining vein belt. Soil surface samples (1-20cm) were collected. Multi element test and analysis were carried out. The results of comprehensive analysis showed that the soil was in the two level of quality, and the As and Cd elements appeared three individual quality points. Among them, the Cd element has super three quality points.
  
  (2) Ecological risk assessment in the study area were accomplished. In this paper, the single-factor pollution index method and Nemero index method were used to comprehensively evaluate the soil in the study area. The results showed that the soil in the study area was polluted by Pb, Cd, Hg and As, respectively, and the potential risk level of Cd was higher. The risk level is mild pollution. The conclusions drawn from the risk assessment can provide an important basis for the prevention of endemic diseases. Using USEPA (US Environmental Protection Agency Risk Assessment Guide) to digest intake of chemical substances in the soil, and calculate the ecological risk of the study area by measuring the skin contact intake of chemical substances in the soil. The calculations show that the risk of cancer in children in the study area is higher than that of adults in the study area. Additionally, the higher skin contact with Cd, the higher in the risk of endemic disease is.
  
  Key word: Study area; heavy metals; geochemical map; land quality; risk assessment。
  
  第 1 章 引言
 
  
  1.1 选题背景。

  
  土壤是农作物的载体,但由于城市化进程的加快及人类活动的影响,全球范围内约有近 2000 万平方公里的土壤发生退化或受到污染,土地质量的好坏直接关乎农作物的生长,而土地是人类赖以生存的基础,土地质量直接影响地区的生态环境,农作物生长,人群健康情况,土壤中的元素分布情况,重金属的过量或不足都是人们关心的问题,环境污染问题,已引起人们的广泛关注。
  
  中南某省全省面积 21.8 万平方公里,属于中亚热带季风气候区,多山丘的内陆环境,水热资源丰富,季节变化明显,地表主要发育有红壤,黄壤,紫色土和石灰土。农业生产以水稻为主[1]。
  
  研究区位于长江中下游平原南岸湘北洞庭湖区域,地处中南某省北部,居雪峰山的东端及其余脉带。山地占 39%,丘陵占 10.05%,岗地占 6.7%,平原占32.4%,水面占 11.1%。农作物丰富,有水稻,油菜,棉花等[2]。土地质量较好,但随着当地矿产资源的过度开发,耕地质量逐年变差,土壤重金属含量濒临警戒线,曾一度出现的“镉米”事件给人类敲响警钟,因此对土壤中元素分布及评价分析十分重要。
  
  我国对于土壤的评价规范有很多,例如《土地质量地球化学规范》DZ/T0295-2016,《多目标环境地质调查评价规范》DD2008-03 等等,在 1995年环保部发布的《土壤环境质量标准》中规定了重金属元素的临界值, 2018 年环保部更新了这个标准即《土壤环境标准 农用地土壤污染风险管控标准》,其中对农用地土壤中重金属的风险管控值进行了更新。近年来,对研究区土壤的研究都依据的是 1995 年的老标准,未根据新的标准进行比对,本论文在重金属评价中将采用新的风险管控值,对研究区土壤进行新的评价,结合单因子污染指数法、内梅罗指数法重点对重金属的含量水平、污染分布状况进行评价,为生态环境治理奠定基础。
  
  本论文以土壤为研究对象,以《1:5 万土地质量地球化学调查规范》为依据,利用 mapgis 软件按元素种类作图,对与人体相关的有害元素及有益元素及对环境产生影响的元素进行分析,为研究地方病及生态环境协调发展提供依据。
  
  研究作业面积 50km2,采集了土壤表层 1~20cm 的样品,进行了多种元素的测试分析,综合多项分析结果,对研究区的土地进行评价,为地方发展提供服务。
  
  1.2 国内外研究现状。
  
  随着环境问题的暴露,人们对于生态风险的关心日渐突出,环境问题是一个全球性的保护问题,需要全人类共同解决,1998 年美国环保局发布了《生态风险评价指导方针》定义了生态风险的评价框架图。其评价过程一般为:问题的提出、问题的分析和风险表征三个阶段。在美国环保局,生态风险评价是用来指导多种类型的管理工作,包括对危险废物的堆放场所,工业化学品,农药的规定,或流域管理规定或有多个非化学和化学压力引起的其它生态效应的管理规定。
  
  上世纪 90 年代起我国学者在参考了美国国家生态风险评价的基础上,对生态风险评价框架进行了一些补充和完善,借助遥感和地理信息系统,完成了国内一些区域的生态风险评价。邓飞[3]等在《区域风险评价研究进展》一文中对生态风险评价的由来、发展、步骤、依据公式等做了表述。在 2015 年《全国土地质量调查报告》中,截止 2014 年底,中国地质调查局共计完成土地调查面积 22.6亿亩,其中耕地面积占 61.3%,占全国耕地总面积的 7/10,其中,符合环境无污染土地占调查面积的 87.7%,调查中发现,北方土壤碱化趋势明显,南方土壤酸化趋势明显,南方耕地地区重金属轻微污染的情况有所增加。研究区位于中南某省洞庭湖流域,卢宏伟[4]
  
  等对洞庭湖流域区域进行过生态风险评价,指出南洞庭湖流域的生态风险较高,在历年的土地调查中重金属元素一直作为重点监测,但都依据的是 1995 年环保部发布的风险管控值。本论文结合土地调查工作充分分析研究区土壤状况,土壤重金属的来源及成因,依据新标准圈出异常点,异常面,分析其对地方病产生的影响且研究区作为全国重点的粮食生产基地,其土地质量显得尤为重要。
  
  1.3 主要研究内容。
  
  ① 大量收集研究区历年来的土地质量调查相关资料、数据、报告并加以分析、总结。
  
  ② 土地质量地球化学调查。此次地球化学调查的作业面积为 50 km2,以《1:5万土地质量地球化学调查规范》为依据,采集样品,进行测试分析, 为建立评价提供评价依据。
  
  ③ 生态风险评价。在土地质量地球化学调查的基础上,对呈区域性分布的有益有害元素进行分布特征、成因来源的研究,从整体上对研究区的土地质量及生态风险进行评价。
  
  ④ 规划建议。在土地质量及生态风险评价的基础上,为环境规划提供科学依据,提出保护和治理方案,为地方发展提供合理化建议。
  
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  第 2 章 研究区的自然概况

  
  2.1 地理概况
  2.1.1 地形分布
  2.1.2 气象概况
  2.1.3 水文概况
  2.1.4 土壤概况
  2.2 地质构造
  
  第 3 章 实验部分
  
  3.1 实验方法

  3.1.1 样品采集
  3.1.2 样品加工及分析方法
  3.1.3 分析方法质量控制
  
  第 4 章 结果与讨论
  
  4.1 实验数据处理与分析

  4.1.1 造岩元素
  4.1.2 铁族元素
  4.1.3 钨钼族元素
  4.1.4 亲铜成矿元素
  4.1.5 分散元素
  4.1.6 矿化剂
  
  4.2 研究区异常元素分布特征及来源分析
  4.2.1 Pb 元素的分布特征及来源分析
  4.2.2 Cd 元素的分布特征及来源分析
  4.2.3 As 元素的分布特征及来源分析
  4.2.4 Hg 元素的分布特征及来源分析
  
  4.3 小结
  
  4.4 研究区生态风险评价

  4.4.1 研究区农作物生态风险评价
  4.4.2 研究区地方病生态风险评价
  4.4.3 评价结果

  第 5 章 结论

  土地质量调查与生态风险评价是一项十分必要的工作。对土壤环境的质量监控,分析土壤元素现状、变化特征,并提出相应的控制措施,是奠定确保农田环境的基础,对地方经济建设有一定的贡献。本文通过对研究区土地质量调查发现:

  (1)研究区土壤养分元素有机质、N 元素、P 元素、K 元素 含量丰富,土壤 pH在 4.4~7.59 之间,在弱酸性及弱碱性范围内,满足作物生长需求。(2)重金属方面,全研究区土壤重金属 Pb、As、Hg、Cr、Cu、Ni 的平均含量均未超过农田土壤风险管控值,As、Cd 元素出现个别三级质量点。重金属 Cd 的平均值略超风险管控值,单因子污染指数大于 1,研究区整体内梅罗指数大于 0.84,Ⅱ级污染,污染等级虽为尚清洁级但已达到警戒水平,污染来源推断主要来源于人为农业活动,肥料的过度使用,灌溉水源的污染,流域三废排放及公路两侧大气沉降带来的重金属积累,导致富集。

  在未来的土壤监测工作中,要重点关注土壤修复及重金属污染对于当地居民健康方面的影响;土壤修复方面,土壤修复一般有 3 种途径,物理修复,化学修复,生物修复[56]。物理化学修复都会多少产生一些副作用,而生物修复更适合研究区,例如选择适合的超富集植物吸附特定重金属,并将其转移到植物身上,达到改善的目的。

  土壤中元素与地方病方面。重点监测 Cd 元素超三级质量点周边情况,监控有关骨痛病骨折骨骼变形相关监测数据,查明污染源,根据实际情况对污染区进行修复,改善生态环境,预防生态风险影响到人类健康。

  参考文献

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