基于随机模糊理论的土壤重金属潜在生态风险评价及溯源分析

鉴于常用确定性土壤环境污染评价法难以真实、全面地表征实地污染信息,借助随机-模糊耦合理论及多元统计分析技术,建立了基于随机模糊的土壤潜在生态风险评价及溯源分析的决策支持体系.实例研究表明:实例地区土壤中Cd和Ni隶属于极强生态污染和强生态污染的概率分别为100%和26%,应作为优先控制污染因子;40000次模拟下随机模糊评价法得出的实例区域各重金属潜在生态危害系数值的绝对误差基本均小于对应单纯蒙特卡罗模拟方法评价结果的绝对误差,故随机模糊评价法更适用于常见的样本少、样本精度低等情况,可集成更多土壤环境信息;随机模糊评价法可直接通过实数间计算得到结果隶属于各生态风险等级的可信度,在计算效率(1.5 h)上超过单纯的模糊评价方法(3.5 h);基于对模型不确定性的考虑,提出了基于Monte Carlo抽样下的随机模糊模拟(MC-TFN)和Latin Hypercube抽样下的随机模糊模拟(LH-TFN)的联合模拟法,使评价过程更加稳健可靠.多元尺度分析技术下的溯源结论更有助于在评价结果基础上有的放矢地进行相关环境治理与修复决策.     

矿区农用复垦地土壤重金属污染评价

利用改性灰色聚类分析方法对矿区土壤重金属的污染进行综合评价,结果表明矿区土壤普遍存在重金属的污染,农作物也已受到污染,矿区土壤由于重金属的污染不能用于生产粮食作物的农田。     

基于地球化学基线的土壤重金属污染风险评价

在实地采样分析的基础上,采用标准化方法确定浑河冲洪积平原表层土壤中Cu、Pb、Zn、Ni、Cr、As、Cd这七种重金属的地球化学基线,分别以土壤环境背景值和地球化学基线为参比值,结合müller地积累指数法和Hkanson潜在生态风险指数法对污染现状和潜在生态风险进行评价。结果表明:其中Pb和As污染较为严重,七种重金属均具有不同程度的潜在生态风险,Cd是具有相对较高潜在生态风险的污染因子,45%采样点土壤多种重金属的潜在生态风险达到中等。     

典型城市化区域土壤重金属污染的空间特征与风险评价

随着我国城市化的快速发展,土壤环境面临着较高的生态环境风险.本文以我国南方某典型城市化区域土壤环境作为研究对象,共采集表层(0～20 cm)土壤样品106份,亚表层(20～40 cm) 96份并测定其重金属含量,然后采用内梅罗综合污染指数法和潜在生态危害法评价其生态风险程度,最后通过空间插值探讨其生态风险空间分布.结果表明,表层土壤Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Pb和Hg的含量范围分别为2. 87～84. 64、1. 40～56. 00、2. 75～125. 05、15. 05～201. 39、1. 46～89. 92、0. 001～0. 92、15. 29～160. 07和0. 006～0. 52 mg·kg~(-1);亚表层土壤的含量范围为3. 56～75. 14、1. 65～71. 58、3. 28～290. 04、17. 99～296. 94、3. 07～65. 67、0. 02～1. 00、11. 10～97. 59和0. 01～0. 41 mg·kg~(-1).依据农用地土壤污染风险管控标准,表层土壤中Cd、Cu、Pb、As和Zn的超标率分别为71. 70%、40. 57%、4. 72%、3. 77%和0. 94%,亚表层土壤中Cd、Cu、As、Zn、Pb和Ni的超标率分别为72. 92%、39. 58%、6. 25%、3. 13%、3. 13%和1. 04%,可见区域主要重金属污染因子为Cd和Cu,土壤重金属空间分布特征显示超标区域集中在区域北部.基于两种评价结果可以看出,北部地区污染程度和生态风险较高,其中Cd为风险指数偏高的主要驱动因子,风险评价空间分布特征与Cd的含量空间分布特征类似,说明区域土壤Cd污染应该引起重点关注.     

基于正态模糊数的区域土壤重金属污染综合评价

针对土壤重金属污染评价的不确定性,采用模糊数对其进行描述.在土壤重金属含量满足正态或对数正态分布检验基础上,构建了基于正态模糊数的区域土壤重金属污染综合评价方法.以江苏省T市为例进行评价方法实证分析,结果表明:除As出现轻度污染外,其他重金属含量均处于清洁水平,其中Hg、Cu、Zn处于局部轻度污染状态,各重金属富集污染程度排序为:As ＞Cu＞ Hg＞ Zn＞ Ni＞ Cr＞ Cd＞ Pb,研究区土壤重金属污染综合评价为清洁水平,As、Hg、Cu 、Zn应该作为相关部门污染控制的重点对象.与传统的三角模糊数方法的评价结果相比,该方法能更为精确的描述不同重金属含量的隶属度大小,评价结果所包含的信息更为全面、准确.     

金华市耕地土壤重金属来源解析及健康风险空间分异

不合理的人类活动可能会导致重金属元素在耕地土壤中富集,最终威胁到土壤环境质量、农产品安全及人类健康.以金华市耕地土壤重金属为研究对象,采集了209个表层土壤样品,测定了As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn的含量,并采用随机森林模型探讨了金华市耕地土壤重金属的来源.同时,结合人体健康风险评估模型、地统计分析和地理探测器对金华市耕地土壤重金属的健康风险及空间分异进行了评估.结果表明：①金华市耕地土壤中Cd、Cu、Hg、Pb和Zn元素的平均含量超过了浙江省土壤背景值,存在一定程度的积累;②随机森林模型分析表明,As、Cr和Ni主要为自然来源,Hg主要为大气沉降源,Pb和Zn主要为交通来源污染,Cu为农业和工业的共同污染;③健康风险结果显示,金华市耕地土壤重金属污染对儿童总的致癌风险已超过安全阈值,高值区主要出现在金华市的中西部和北部区域;④地理探测器结果显示,金华市相关管理部门有必要对耕地土壤的As、Pb、Cd 、Cr和Cu元素实施分区管控,以降低其健康风险水平.     

香河县农田土壤重金属污染生态与健康风险评价

为系统研究河北省香河县农用地土壤重金属污染状况,网格法采集了288个点位的表层（0~20 cm）土壤样品,分析土壤样品中Cd、Cr、Hg、Ni、Pb、As、Cu和Zn这8种土壤重金属的分布特征,并采用单因子指数、内梅罗综合污染指数、地累积指数、潜在生态风险指数和人体健康风险指数评估其污染状况、生态风险和健康风险.结果表明：①香河县土壤重金属含量均低于筛选值,但存在较强的空间变异;富集因子分析表明有20.74%的Hg和0.33%的Cd呈显著污染,68.56%的Hg和20.40%的Cd呈中污染,其余重金属处于无~弱污染水平.②内梅罗综合污染指数超标率为8.68%,主要以点状分布在香河县西部与中部.③地累积指数评价表明土壤Cd、Pb和Zn污染相对严重,Hg污染最严重,达到中度污染及以上的点位占比为46.50%.④潜在生态风险指数表明土壤以中等和强潜在生态风险为主,占比分别为46.15%和37.46%,有1.34%点位达到极强潜在生态风险等级,达到中等及以上潜在风险程度的重金属为Cd和Hg.⑤土壤重金属健康风险较低,经任何暴露途径产生的非致癌风险大体均可以接受.相对而言,土壤Cr、As和Pb是各乡镇非致癌风险最大的3个贡献因子,土壤As是各乡镇主要的致癌风险因子.土壤重金属对儿童引起的健康风险高于成人,食物摄取为主要暴露途径.建议香河县针对各乡镇产业布局和土壤重金属含量、生态和健康风险差异,采取对应措施加强防控.     

基于模糊专家系统的垃圾焚烧底灰重金属污染风险评价

垃圾焚烧处理技术可以实现城市生活垃圾减量化,但底灰中重金属的存在与迁移转化会形成持续的潜在风险。针对重金属Cu、Cr、Pb和Cr对环境的潜在风险进行分析,将模糊专家系统引入潜在生态风险指数法中。首先将重金属的富集系数作为输入,然后应用知识库和推理机制来实现重金属对环境危害快速、不确定信息的准确推理,最后对城市生活垃圾焚烧底灰中重金属对环境的潜在风险进行评价。实验结果验证,该方法能够更快速、准确地做出适当的决定,为底灰的安全处置和再利用提供理论基础。     

湘江流域土壤重金属污染及其生态环境风险评价

采用美国TCLP(toxicity characteristic leaching procedure)提取重金属和内梅罗综合污染指数评价方法对湖南省湘江流域土壤重金属生态环境风险进行评价.沿湘江流域采集72个土壤样品,测定土壤中的6种主要重金属的总量、TCLP提取的有效态含量及土壤样品的污染级别.结果表明,湘江流域土壤As、Cd、Cu、Zn、Ni和Pb总含量分别在4.25～549.67、0.13～76.84、11.49～281.69、7.75～7 234.81、5.50～56.65和8.60～2 084.81 mg.kg-1范围之间,TCLP提取态含量分别在0.02～10.97、0.06～28.41、0.04～72.29、0.59～1 152.32、0.07～10.65和0.17～1 165.58 mg.kg-1范围内.TCLP提取的土壤Cd、Cu、Zn、Ni、Pb有效态含量分别与其总含量之间存在着显著的相关关系.72个土壤样品中属安全水平、警戒水平、轻污染水平、中污染水平和重污染水平所占的比率分别为60.52%、11.33%、5.65%、4.22%和18.38%,说明湘江流域土壤重金属污染存在着比较严重的生态环境风险.     

三峡库区稻田土壤重金属污染特征及风险评价

以三峡库区(重庆段)12个区县稻田土壤为研究对象,分析了土壤Cd、 Hg、 Pb、 As、 Cr、 Cu、 Zn和Ni含量,采用不同方法评估稻田土壤重金属的污染程度、潜在生态风险和人体健康风险.结果表明,三峡库区稻田土壤8种重金属除Cr外,其它7种重金属平均值均超过三峡库区土壤背景值,且分别有12.32%、 4.35%和2.54%的土壤样品Cd、 Cu和Ni含量超过相关标准的筛选值.8种重金属变异系数为29.08%～56.43%,属于中等及以上强度变异水平,受人为活动影响较大.8种重金属在土壤中均存在污染现象,且有16.30%、 6.52%和2.90%的土壤Cd、 Hg和Pb存在重度污染.同时,土壤Cd和Hg的潜在生态风险较高,整体为中度危害.12个区县中,巫溪县和巫山县污染程度较高,内梅罗综合污染评价为中等污染水平,且综合潜在生态风险也达到中度生态危害水平.健康风险评价结果表明,手口摄入是人体非致癌风险和致癌风险的主要暴露途径.土壤重金属对成人没有非致癌风险(HI<1),但有12.68%的点位对儿童具有非致癌风险(HI>1).土壤重金属对儿童具有致癌风险(TCR=5.75...     

浙江蔬菜基地土壤重金属污染及潜在生态风险

在浙江省现代农业园区(示范区、精品园)中随机选择了36个"菜篮子"种植基地,以这些基地表层土壤(0～20 cm)为调查对象,分析了土壤中重金属Cd、Pb、Hg、Cu、As、Zn和Cr的含量。调查结果表明,除个别点位外,7种重金属含量算术平均值均低于《食用农产品产地环境质量评价标准》(HJ/T 332-2006)中土壤重金属评价指标限值,但均超过浙江省土壤背景值。平均单项积累指数除Cd外,其余重金属均小于1,但各别点位还是存在重金属积累指数超标现象,表明基地重金属含量受人类活动影响。潜在生态风险评价表明,36个基地土壤重金属潜在生态风险指数(RI)为26.4～123.3,均处于轻微生态危害水平,但个别基地的Cd、Hg生态因子均处于中等危害水平。     

河南省焦作市中小学土壤重金属污染状况及健康风险评价

以焦作市部分城乡结合部学校、市区学校以及农村学校为研究对象,测定其土壤重金属含量,并进行富集因子分析以及健康风险评价。结果表明:焦作市采样点学校土壤中Zn、Cr、Ni、Cu的平均含量分别为142、65、31、22 mg/kg,均高于河南省土壤背景值;土壤重金属污染程度呈现出城乡结合部学校城市学校农村学校。重金属富集因子分析表明除城乡结合部学校中希望实验学校Zn呈现出显著富集之外,其他学校土壤重金属整体污染比较轻微。焦作市学校土壤重金属对儿童的非致癌健康总风险(HI)排序为CrNiCuZn,但是均小于1,不存在非致癌健康风险;Cr的总致癌风险大于10~(-4),存在致癌风险,Ni的总致癌风险在10~(-6)~10~(-4)之间,其致癌风险在可接受范围。从不同途径看,致癌风险和非致癌风险均是表现为手口摄入皮肤摄入呼吸摄入;从不同的学校类型来看,致癌风险和非致癌风险均表现为城乡结合部学校城市学校农村学校。总体而言,焦作市部分学校的儿童存在一定的健康风险,应予以重视。     

太浦河流域土壤重金属污染状况分析及风险评价

为了解太浦河流域土壤重金属的含量及风险,采集太浦河流域土壤,对土壤中(Pb、Cd、Zn、Cr、As、Ni、Al、Sb)重金属含量、空间分布、土壤酶活性进行分析,并利用地累积指数法和潜在生态危害指数法分别研究了重金属风险。结果表明:该流域内存在严重的Sb、Cd污染,尤其以大型印染厂集中区为突出。地累积指数评价表明:重金属污染程度表现为Sb>Cd,其余6种(Pb、Zn、Cr、As、Ni、Al)并未产生污染;潜在生态危害指数表明在流域内重金属潜在生态危害指数由高到低依次为Sb>Cd>Zn=Cr=Ni=Pb=As。过氧化氢酶活性相较于脲酶、蔗糖酶活性对Sb、Cd的反应更为敏感,低浓度受到抑制,高浓度受到促进作用。本研究为该流域的土壤重金属污染修复提供前提基础。     

雄安新区土壤重金属污染特征及健康风险

为了解雄安新区表层土壤重金属污染特征及潜在生态风险状况,系统采集和分析测试区内土壤样品600件,采用富集因子、地累积指数、综合污染指数、潜在生态危害指数和健康风险评估模型,对土壤重金属污染程度、潜在生态风险和健康风险进行评估.结果表明,各项重金属富集因子(EF)均值小于2,从高至低顺序为Hg>Cd>Cu>Pb>Ni>Z...     

北京市再生水灌溉对土壤、农作物的重金属污染风险

如何准确、客观表征再生水长期灌溉的重金属污染风险是人们关注的主要问题之一。研究通过调查不同水源灌溉条件下土壤、小麦重金属含量,结合不同输入途径对再生水灌区土壤重金属的贡献,评估再生水灌溉对土壤、农作物的重金属污染风险。结果表明,污灌区、再生水灌区土壤均呈现不同程度的重金属累积,但不同灌区小麦籽粒的重金属含量之间没有差异。北京市再生水重金属浓度远远低于农田灌溉水质标准,再生水灌渠中采集的水样重金属浓度与地下水重金属浓度之间的差异并不显著。通过再生水灌溉途径带入的重金属与地下水灌溉相当,低于大气沉降和有机肥施用等输入途径带入的重金属。当前再生水灌溉导致土壤重金属污染的风险较小,并不会导致农作物重金属超标。再生水灌区土壤重金属污染并不一定是由于再生水灌溉导致,更大程度是早期的污水灌溉或有机肥施用造成的。     

大港工业区土壤重金属污染及生态风险评价

在前期调研与野外调查的基础上,在天津大港工业区周边采集128个表层土壤样品,测试和分析了其中10种重金属(As、Cd、Cr、Co、Cu、Pb、Ni、V、Zn和Hg)的含量,分别利用地累积指数法和地统计方法研究了重金属的污染程度和空间分布特征,并对土壤重金属的潜在生态风险进行了评价,最后对重金属的来源进行了分析.结果表明,该研究区As、Cd和Co超过天津背景值的比例最大,分别为100%、97.66%和96.88%;各种重金属的含量与2004年相比有一定程度的升高,以Cd和As的污染情况最严重,其余重金属多为中度及以下污染水平.不同用地类型中重金属的生态风险存在较大差异,西南部农业用地或与工业用地周边区域表层土壤存在较高的生态风险,综合生态危害指数最大可达1 437.37.相关性分析和主成分分析的结果表明,交通运输和农业生产可能是该研究区重金属的主要污染源,周边的工业活动对区域内重金属的累积可能也有一定影响.     

基于改进灰色聚类法的矿区土壤重金属污染评价

在传统灰色聚类法的基础上,以白化函数为突破口进行模型优化改进,并将其应用于马鞍山重点矿区土壤重金属污染评价中。结果表明:通过e型指数函数优化的白化函数评价范围更广,不遗漏任何重要信息;纳入生物毒性因子的双因子权重赋值法可挖掘出潜在的污染因子,使其评价应用更为合理;改进灰色聚类法较传统灰聚类法等更能综合地反映多种重金属联合作用下对土壤环境质量的影响,使其评价结果更为客观。     

三七及种植土壤重金属污染特征与风险评价

以主产地云南省文山州三七及其种植土壤为研究对象,测定土壤和三七地上和地下部重金属镉(Cd)、砷(As)、铅(Pb)含量,揭示三七对重金属的吸收转运特征,通过分析重金属日摄入量(ADI)和靶标危害商数(THQ),评估三七中Cd、As、Pb的食品安全风险和人体健康风险.结果表明:种植土壤Cd、As含量为0.07～4.1和13.9～310mg/kg,超标率为63.2%和79%,Pb未超标;综合污染指数P>3,均值3.52,表明达重度污染等级;Cd、As单因子污染指数P_Cd/As>1的土壤样品占比为63.2%和84.2%,表明土壤Cd、As达轻度污染等级.三七地上和地下部Cd、As、Pb含量分别为0.05～0.69、0.07～0.73,0.25～1.06、0.09～1.73和0.12～1.13、0.07～0.66mg/kg dw,Cd超标率为26.3%～36.8%,As、Pb无超标,表明三七易吸收Cd且存在超标现象,需重点关注.三七Cd含量与土壤Cd含量呈极显著正相关(p<0.01),As、Pb表现为负相关,生物浓缩因子BCF_Cd=...     

荆马河区域土壤重金属污染的研究

荆马河区域是徐州市北郊一个化工、冶金、制革等行业厂家密集的区域,是徐州市的主要污灌区之一和污染严重的典型区域。为了搞清区内徐州市郊区朱庄乡、下淀乡二万八千余亩耕地土壤中重金属污染的状况,我们在近50KM~2区域范围内进行了土壤重金属污染的调查研究,外围涉及铜山县部分地区,面积达250KM~2。通过优化布点,采集有代表性的样品,并取得土壤中各重金属含量的大量基础工作,采用多项式趋势面程序分析法,应用 IBM 微机作出了 Cu、Pb、Zn、Cd、Cr、As、IIg、Ni、Co、Mn 等十种重金属元素在区内土壤中含量的趋势面图和等值