浙北環(huán)太湖平原不同尺度土壤重金屬污染評價與管理信息系統(tǒng)構(gòu)建.pdf

1、城市化進程的加快和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的迅猛發(fā)展，極大地促進了我國經(jīng)濟社會的快速發(fā)展；另一方面，大量工業(yè)“三廢”、城市生活垃圾和污泥等污染物的排放與不恰當?shù)奶幹?，使重金屬在土壤中不斷積累、產(chǎn)生污染，含重金屬農(nóng)藥和化肥的過量施用，也加重了土壤重金屬的污染負荷，導(dǎo)致我國土壤環(huán)境的重金屬污染日趨嚴重，因重金屬污染造成的農(nóng)產(chǎn)品安全問題和巨大的經(jīng)濟損失，引起了國內(nèi)外的極大關(guān)注。浙北環(huán)太湖平原位于浙江北部、太湖南岸，素來享有“魚米之鄉(xiāng)”的美譽，是我國著名的農(nóng)

2、業(yè)生產(chǎn)基地。近年來，因重金屬污染影響農(nóng)產(chǎn)品的安全性而蒙受重大經(jīng)濟損失的事件時有發(fā)生。因此，開展浙北環(huán)太湖平原土壤重金屬空間變異特征、污染狀況、污染風險評價及防治對策措施研究，對該區(qū)域乃至浙江全省農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展、確保農(nóng)產(chǎn)品安全、提高人民的健康水平等都具有重要的意義。 基于上述原因，本研究主要以浙北環(huán)太湖平原耕地土壤為對象，在野外調(diào)查取樣和室內(nèi)分析的基礎(chǔ)上，應(yīng)用地統(tǒng)計學(xué)和GIS技術(shù)相結(jié)合的方法，選擇1∶250000浙北環(huán)太湖平原

3、(大尺度)、1∶50000長興縣(中尺度)、1∶10000雉城鎮(zhèn)(小尺度)三個尺度，研究了6種土壤重金屬(As、Cd、Cr、Cu、Hg和Pb)的空間變異特征，對重金屬污染現(xiàn)狀及其風險進行了評價，分析了浙北環(huán)太湖平原耕地土壤重金屬污染的可能原因，探討了相應(yīng)的控制對策與措施，同時對小尺度上的采樣策略作了研究，并在上述研究的基礎(chǔ)上研制和開發(fā)了基于WebGIS的土壤環(huán)境質(zhì)量管理信息系統(tǒng)，以期為保護耕地資源、保障食品安全和人體健康、以及區(qū)域、縣市

4、、鄉(xiāng)鎮(zhèn)三種尺度上耕地土壤污染的管理政策及對策措施的制定提供科學(xué)依據(jù)。研究取得了以下主要結(jié)果和結(jié)論： (1)土壤重金屬在三個尺度上都呈現(xiàn)較大的空間變異特征，存在明顯的地域差異，且受人為因素影響明顯。具體結(jié)果為：在大尺度的浙北環(huán)太湖平原，土壤Hg、Cd、As和Cu等4種元素的變異較大，變異系數(shù)在25.19％～58.81％之間，其中Hg和Cd的變異系數(shù)高達58.81％和33.34％，Pb和Cr的變異系數(shù)分別為17.33％和17.43

5、％；中尺度的長興縣以重金屬Hg、Cd和As等3種元素的變異最為突出，其變異系數(shù)分別為54.85％、36.32％和29.60％，Cu、Pb和Cr的空間變異相對較小，變異系數(shù)在21.24％～22.85％之間；小尺度雉城鎮(zhèn)土壤重金屬Hg、As和Cd等3種元素的變異系數(shù)較大，達到54.02％、31.21％和26.08％，其中Hg的變異系數(shù)高達54.02％，Cr、Pb和Cu的變異系數(shù)相對較小，在18.07％～22.31％之間。 (2)以

6、國家《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》(GB15618-1995)二級標準為閾值，大、中、小三個尺度上土壤重金屬的單因子評價結(jié)果表明：在大尺度上土壤Pb和Cr的含量低于標準值，沒有顯現(xiàn)污染特征；土壤As也基本保持在清潔狀態(tài)；而土壤Cu和Cd存在輕度污染，超標率分別為1.23％和2.72％；土壤Hg污染最為嚴重，超標率高達10.87％。在中尺度上，土壤Cu、Pb和Cr的含量低于標準值，沒有顯現(xiàn)污染特征；土壤As也基本清潔；土壤Cd和Hg則存在不同程度的

7、污染，其中Cd的超標率為4.06％、Hg的超標率達6.17％。在小尺度上，土壤Hg污染較嚴重，超標率為9.80％，其它重金屬沒有顯現(xiàn)污染特征。上述結(jié)果證實了浙北環(huán)太湖平原土壤已受到不同程度的重金屬污染，以Hg污染最為突出，這可能會成為影響該區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展的主要限制因子。 (3)土壤重金屬污染的風險評價和成因分析表明，大尺度的浙北環(huán)太湖平原土壤環(huán)境受到了不同程度的重金屬Hg、Cd和Cu污染，且高風險區(qū)域的分布與城鎮(zhèn)和工礦企業(yè)的

8、分布具有很好的相關(guān)性，因而認為可能與近年來隨著城鄉(xiāng)工礦企業(yè)的發(fā)展和城市化水平的提高，工業(yè)“三廢”、生活垃圾等排放量不斷增加有關(guān)，農(nóng)藥、化肥等農(nóng)用化學(xué)物質(zhì)以及含Cu畜禽糞便的大量施用也可能與土壤重金屬污染相關(guān)。中尺度長興縣土壤Hg和Cd污染的風險區(qū)域分布與長興縣城鎮(zhèn)、工礦企業(yè)和鐵路交通的分布具有較好的一致性，而且與整個長興縣作為“煤煙型”大氣污染城市密不可分，大氣污染物的沉降積累可能是長興土壤重金屬污染的主要原因。土壤Hg污染是小尺度雉城

9、鎮(zhèn)土壤環(huán)境質(zhì)量的主要限制因子，熱電廠、水泥和耐火材料等企業(yè)排放的大氣污染物的沉降積累導(dǎo)致的二次污染可能是該鎮(zhèn)土壤Hg污染的主要原因。為此，針對三種尺度提出了開展土壤重金屬污染源頭控制和污染土壤風險區(qū)綜合整治的對策措施：就大尺度而言，應(yīng)從宏觀管理的角度，建立和完善土壤污染防止、控制和治理的有關(guān)法規(guī)和政策措施；在中尺度上，應(yīng)從宏觀管理和微觀治理相結(jié)合的角度，提高對工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理和污染防控的宏觀決策能力，同時開展高效治理措施的研究與示范推廣；

10、在小尺度上，則應(yīng)從微觀污染治理和具體措施的實踐應(yīng)用的角度，通過作物布局調(diào)整及物理、化學(xué)、生物等綜合措施開展污染預(yù)防和治理。 (4)1∶10000小尺度上開展的采樣策略研究表明，在采樣點減少到原始采樣點(153個)的60％時，其預(yù)測結(jié)果與100％采用原始采樣點的結(jié)果基本一致，且精度較高。因此認為，在小尺度上將土壤重金屬采樣密度減少到60％時是比較合理的采樣方案，既能保持所有土壤重金屬的預(yù)測精度，又能節(jié)省采樣和分析測試的成本。

11、 (5)土壤重金屬的變異沒有呈現(xiàn)出明顯的尺度規(guī)律性，其主要原因是人為活動影響較大；另一方面，研究區(qū)域內(nèi)土壤重金屬總體呈現(xiàn)中等的空間相關(guān)性，因此應(yīng)用地統(tǒng)計方法進行不同尺度下土壤重金屬的空間預(yù)測是適宜的。土壤重金屬的空間分布圖明顯揭示了它們的空間分布趨勢，且在三個不同尺度上能較好地套合。在大尺度上，可以定性了解土壤重金屬的污染情況，能直接服務(wù)于科學(xué)的工農(nóng)業(yè)管理及宏觀政策的制訂；在中尺度上，可以較為詳細地了解污染分布狀況，分析污染可能的

12、原因，對縣市級管理部門進行工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理和污染防控宏觀決策具有指導(dǎo)意義；在小尺度上，則可以深入了解具體的污染程度及其分布狀況，分析污染產(chǎn)生的原因，從而選用合理的污染防治措施。 (6)建立了浙北環(huán)太湖平原、長興縣和雉城鎮(zhèn)三種不同尺度下的土壤重金屬的屬性和空間數(shù)據(jù)庫，在此基礎(chǔ)上研發(fā)了基于WebGIS的浙北環(huán)太湖平原土壤環(huán)境質(zhì)量管理系統(tǒng)，能夠?qū)θN尺度下土壤重金屬污染的現(xiàn)狀進行分析，并對其潛在的發(fā)展趨勢進行預(yù)測，同時實現(xiàn)了土壤重金屬