土壤-植物的重金屬污染特征及鉛同位素示蹤研究——以成都經(jīng)濟(jì)區(qū)典型城市為例.pdf

1、土壤是生態(tài)環(huán)境的重要組成部分，是人類社會(huì)的生存基礎(chǔ)。土壤一植物系統(tǒng)是生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)能量循環(huán)的樞紐，是有機(jī)與無機(jī)聯(lián)系的橋梁，由于污水排放、灌溉、大氣沉降、采礦冶煉、農(nóng)藥化肥的大量施用等原因，造成了該系統(tǒng)的污染，尤其是重金屬污染狀況日趨嚴(yán)重。重金屬在土壤一植物系統(tǒng)中的遷移直接影響到植物的生長發(fā)育，進(jìn)而影響植物的質(zhì)量和產(chǎn)量。 查明污染源，治理污染已經(jīng)成為一個(gè)迫在眉睫的問題。目前污染源的判別方法主要有三種：統(tǒng)計(jì)學(xué)方法、計(jì)算機(jī)成圖法和同位素

2、示蹤法，其中前兩種方法主要是對(duì)土壤和植物中重金屬元素全量及各化學(xué)形態(tài)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析和質(zhì)量評(píng)價(jià)，不能對(duì)土壤一植物重金屬多源體系進(jìn)行有效地辨析。而鉛同位素在示蹤多源污染方面有著不可比擬的優(yōu)勢(shì)，不同鉛源具有不同的鉛同位素組成，與重金屬遷移過程中物理化學(xué)條件的變化沒有關(guān)聯(lián)，而且鉛同位素豐度高，同位素比值穩(wěn)定，易于測(cè)定，受后期地質(zhì)地球化學(xué)作用影響小，特別是在研究Pb及其它親硫元素(Hg，Ag，T1，Sb，zn及Cu等)的重金屬污染源方面，鉛同位素

3、示蹤正逐步成為一種強(qiáng)有力的技術(shù)手段。利用鉛同位素的“指紋”特征，只要測(cè)定出研究對(duì)象和各種可能源區(qū)的鉛同位素組成，即可準(zhǔn)確判定出污染源，達(dá)到有效治理之目的。但研究迄今仍停留在土壤、大氣、水體的重金屬污染等方面，對(duì)植物的重金屬源的示蹤研究相對(duì)較少，國內(nèi)外少見報(bào)道。其難點(diǎn)在于，植物中的含鉛量極低，在實(shí)驗(yàn)技術(shù)和實(shí)驗(yàn)條件上，必須作更多的探索研究，因而應(yīng)用中受限。 基于以上研究目的，本文以成都經(jīng)濟(jì)區(qū)三類典型城市(成都、德陽、蒲江和彭山)為代

4、表，主要研究內(nèi)容如下： 1．運(yùn)用元素地球化學(xué)理論研究了成都經(jīng)濟(jì)區(qū)各類型城市的土壤、植物的重金屬污染概況，進(jìn)行了土壤和植物重金屬污染評(píng)價(jià)； 2．利用鉛同位素的“指紋”特征對(duì)土壤、植物(根、莖、葉)及鄰近區(qū)域的近地表大氣塵進(jìn)行示蹤，揭示了污染物的來源及部分研究對(duì)象的相對(duì)貢獻(xiàn)率。 主要成果如下： 1.成都農(nóng)田植物根系土壤中Hg、Zn和Cd，德陽農(nóng)田植物根系土壤Hg、Cr和Cd，蒲江和彭山農(nóng)田植物根系土壤中Cr

5、和Cd均超過國家二級(jí)土壤標(biāo)準(zhǔn)，已經(jīng)對(duì)植物和環(huán)境造成了危害；成都市土壤以城南和城東受污染最為嚴(yán)重，德陽土壤以城北、城西污染較為嚴(yán)重。 2.分別用地質(zhì)累積指數(shù)法、潛在生態(tài)危害法、尼梅羅綜合指數(shù)法對(duì)各地區(qū)的土壤質(zhì)量進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)。地質(zhì)累積指數(shù)和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的結(jié)果表明成都地區(qū)土壤As、Pb、zn，德陽地區(qū)土壤Hg、Cu、Cd，蒲江和彭山地區(qū)土壤Cr污染嚴(yán)重；多種重金屬的生態(tài)系統(tǒng)的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(RI)變化序列：德陽>成都>蒲江彭山

6、：依據(jù)成都土壤背景值進(jìn)行農(nóng)業(yè)土壤綜合評(píng)價(jià)，結(jié)果表明成都綜合污染系數(shù)大于3，土壤受到了嚴(yán)重的污染；德陽綜合污染指數(shù)介于2和3之間，土壤受到了中度污染；蒲江和彭山綜合污染指數(shù)介于1和2之間，土壤污染程度為輕污染。 3.根據(jù)食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)成都市蔬菜中重金屬的統(tǒng)計(jì)分析表明，成都市蔬菜中Pb、Cr、Hg的超標(biāo)率分別為32.7﹪，14.5﹪，12.7﹪，而As、Cd、Cu、zn未超標(biāo)；富集系數(shù)研究表明，Cd、Zn、Cu在蔬菜中富集系數(shù)較高

7、，可視作高富集元素；Hg除在萵筍葉中富集系數(shù)較高外，在其它蔬菜中富集系數(shù)較低；Pb、Cr、As在各類蔬菜中富集系數(shù)較低，可看作低富集元素。從蔬菜吸收重金屬與土壤全量水平的關(guān)聯(lián)規(guī)律看，除Pb發(fā)現(xiàn)在萵筍葉及土壤相關(guān)性較高外，其它多種重金屬元素植物與土壤含量之間無顯著相關(guān)性，即使達(dá)到顯著水平的元素，其回歸系數(shù)絕對(duì)值也非常低，說明存在土壤性質(zhì)等其它諸多因素的深刻影響。 4.利用鉛同位素“指紋”特征對(duì)成都的環(huán)境鉛污染進(jìn)行示蹤，結(jié)果表明成都

8、環(huán)境鉛污染主要來自燃煤和汽車尾氣，燃煤鉛高于汽車尾氣(燃油)，端元組分鉛同位素組成的差別完全可以示蹤和鑒別成都市環(huán)境鉛的污染來源。 5.成都地區(qū)土壤的鉛污染類型屬燃煤——燃油混合型，土壤鉛同位素組成落在燃油和燃煤鉛的范圍內(nèi)，交通流量大的區(qū)域的土壤受汽車尾氣污染嚴(yán)重，鉛的污染來源主要為燃油；靠近熱電廠的燃煤灰塵源區(qū)或是遠(yuǎn)離公路的農(nóng)村，燃煤飛塵是土壤的主要污染來源；另外處于工廠集中地段，土壤中的鉛表現(xiàn)為多鉛源混合的特征。 6

9、.植物地下部分(根莖)和植物地上部分(葉子)的同位素比值相差很大，根莖鉛同位素比值高，葉子鉛同位素比值低。根莖和葉子的鉛同位素組成都落在燃油鉛和燃煤鉛端元混合作用的范圍內(nèi)。根莖同位素比值反應(yīng)了土壤鉛源的特征(燃油鉛和燃煤鉛混合特征，但更偏向于燃煤鉛)，葉子偏向于燃油鉛，與當(dāng)?shù)氐慕乇泶髿鈮m密切相關(guān)。植物中鉛同位素的這種分布規(guī)律，在幾種植物中得到了驗(yàn)證。 本文的創(chuàng)新點(diǎn)在于：首次在成都經(jīng)濟(jì)區(qū)，運(yùn)用同位素示蹤原理，有效地揭示出部分植物