基于PMF模型的土壤重金属源解析中变量敏感性研究

为探究应用受体模型对土壤污染物进行源解析,输入变量对模型运行及其结果的影响,以乐安河中上游地区土壤重金属调查数据作为典型受体模型（PMF模型）的输入数据集,并在PMF模型基础方案运行结果的基础上,采用局部敏感性分析法来探讨输入变量变化对模型诊断及源识别结果的影响.结果表明：6因子数情景是研究区土壤重金属源解析PMF模型最佳运行结果;土壤中Cu、Mo、Na₂O、As、Mn和Cd等参数属于敏感变量,这些变量均为每个因子中的主要载荷元素,即每个源的特征污染物;不同变量的敏感性有较大差异,Cu、Mo的总敏感性最大,分别为12.1,8.2,大于其他输入变量的敏感性.因此,在应用PMF模型进行源解析时,特征污染物是敏感性较强的变量,其数据质量的优劣是影响源解析结果可靠性的重要因素.     

Development of a model to simulate soil heavy metals lateral migration quantity based on SWAT in Huanjiang watershed, China

Lateral transportation of soil heavy metals in rainfall events could significantly increase the scope of pollution. Therefore, it is necessary to develop a model with high accuracy to simulate the migration quantity of heavy metals. A model for heavy metal migration simulation was developed based on the SWAT(Soil and Water Assessment Tool) model. This model took into consideration the influence of soil p H value, soil particle size, runoff volume, sediment amount,concentration of water-soluble heavy metals dissolved in runoff and insoluble absorbed to the soil particles. This model was reasonable in Huanjiang watershed, Guangxi Zhuang Autonomous Region, south China, covering an area of 273 km~2. The optimal drainage area threshold was determined by analyzing the effects of watershed subdivision on the simulation results to ensure the simulation accuracy. The main conclusions of this paper were:(1) watershed subdivision could affect simulation migration quantity of heavy metals;(2) the quantity of heavy metals transported by sediment accounted for 97%–99% of the total migration quantity in the study watershed. Therefore, sediment played the most important role in heavy metal migration;(3) the optimal drainage area threshold percentage to ensure high simulation accuracy was determined to be 2.01% of the total watershed;(4) with the optimal threshold percentage, this model could simulate the migration quantity of As, Pb and Cd accurately at the total watershed and subwatershed level. The results of this paper were useful for identifying the key regions with heavy metal migration.     

典型平原地区生活垃圾焚烧厂周边土壤重金属赋存形态分布特征及生物有效性评价

为考察并掌握典型平原地区生活垃圾焚烧厂周边土壤中重金属Cd、Cr、Cu、Pb、Ni和Zn的污染现状,以上海市某生活垃圾焚烧厂为例,研究其周边土壤中重金属赋存形态分布特征及生物有效性,采用Tessier连续提取法结合电感耦合等离子体发射光谱检测分析表层土壤中目标重金属总量及形态分布,并利用风险评估编码法（RAC）评价其生态风险水平.结果表明:研究区域土壤中Pb和Zn主要以Fe-Mn氧化物结合态和残渣态为主（>80%）;Cr、Cu和Ni则以残渣态为主（>60%）;Cd虽以残渣态为主（>50%）,但与其他重金属相比,其碳酸盐结合态占比相对较高.生物有效性分析结果显示,Cr、Cu和Ni以惰性态为主,生物有效性低,而潜在可利用态Cd、Pb和Zn占比较高,存在较高的释放风险.土壤中各重金属潜在生态风险水平由高到低依次为Cd > Zn > Pb > Cu > Ni > Cr,其中,Cu、Pb和Zn处于低风险水平,Cr和Ni处于无风险水平,而Cd处于中等风险水平.研究显示,该垃圾焚烧厂周边土壤中重金属已存在不同程度的污染累积,其中,潜在可利用态Cd的占比较高,已达中等风险水平,应引起重视.      

湘西北黑色泥灰岩风化剖面重金属富集的地球化学机制

通过对湘西北地区黑色泥灰岩风化剖面（DM剖面）中Cr、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb、Th、U 8种重金属元素地球化学特征的研究,并与区域上发育于黑色页岩的2条风化剖面的对比分析,初步揭示了黑色泥灰岩风化剖面中重金属富集的地球化学机制。结果表明：（1）与黑色页岩相比,黑色泥灰岩风化成土过程中重金属元素普遍呈现出低背景、高富集的地球化学特征。（2）黑色泥灰岩风化剖面的形成,是在基岩中碳酸盐快速溶蚀的基础上（基岩的酸溶相含量为78.57%）,由酸不溶相进一步演化的结果。在此过程中,对于无明显外源输入的元素Cr、Ni、Cu、Zn、Pb、Th、U,一方面,赋存在酸溶相的部分随碳酸盐的淋失而亏损甚至强烈亏损（其中Th相对惰性）;另一方面,残余在酸不溶相的部分因基岩中大量碳酸盐的淋失而显著富集,且随风化剖面的演化未显示出进一步的亏损。因此,这些元素在风化剖面中的富集是绝对（强烈）亏损和显著相对富集的综合结果。对于Cd,存在明显的外源输入,可能主要以水溶态形式带入并大量淀积在剖面下部。（3）在黑色泥灰岩风化剖面,有机质（OM）不是重金属元素的主要赋存介质,其对重金属元素地球化学行为的影响有限。（4）黑色泥灰岩发育的土壤中,Cu和Cd的平均含量分别为54.58 mg/kg和0.58 mg/kg,高于农用地土壤污染风险筛选值,特别是Cd,对土壤生态环境可能形成不利影响,应引起关注。     

华中地区冬季灰霾天气下PM2.5中重金属污染特征及健康风险评价:以湖北黄冈为例

为探究华中地区灰霾天PM_2.5中重金属元素的污染特征及其潜在健康风险,于2018年1月13~24日对华中区域观测点——黄冈站点加密采集PM_2.5样品.采用电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）对PM_2.5中Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Sn和Pb进行分析,通过富集因子法对其污染特征进行探讨,并采用美国环保署推荐的暴露模型对其潜在风险进行评估.结果表明,观测期间PM_2.5中Zn质量浓度最高,致癌物质As、Cd质量浓度均高于我国环境空气质量标准（GB 3095-2012）的二级标准限值,70%的元素质量浓度在灰霾中期占比最大.富集因子分析显示,Cd、Sn、Co、Pb和Zn富集程度最高,特别是在灰霾中期,这些物质主要来源于交通和燃煤.人体健康风险评价结果显示,手口摄食是引起非致癌风险的主要途径,儿童的暴露量和非致癌风险均明显高于成人.Pb对儿童存在非致癌风险,PM_2.5中重金属对成人不具有非致癌风险且致癌重金属不具有致癌风险.     

铜仁土壤-水稻重金属积累效应与安全种植区划

铜仁市有色金属矿业活动频繁,为了解贵州省铜仁地区土壤-水稻重金属积累与迁移转化状况,开展水稻安全种植区划,共采集水田土壤和相应稻米样品230组,并测试重金属和土壤理化性质等.通过单因子指数法对稻米样品进行评价,并结合土壤环境质量和食品污染物限量提出安全种植区划方法.结果表明:①水田土壤pH在4.4～7.9之间,ω(As)、ω(Cd)、ω(Cu)、ω(Hg)、ω(Ni)和ω(Zn)平均值分别为 12.94、0.343、30.53、3.869、30.32和 110.0 mg-kg-1,其中 As、Cd、Hg 和 Zn与环境质量农用地土壤污染风险管控标准中的筛选值相比,超标11.7％、10.9％、53.0％和3.04％.②稻米中ω(As)、ω(Cd)、ω(Cu)、ω(Hg)、ω(Ni)和 a(Zn)的表征值为0.056、0.017、1.445、0.010、0.215和 17.59 mg·kg-1;与国家食品安全标准(GB 2762-2017)相比,稻米样品中As、Cd和Hg含量超标达15.7％、3.04％和19.1％.其As超标点位主要集中分布于松桃县,Hg主要分布于碧江和万山区.③稻米富集系数大小顺序为:Zn＞Cd＞Cu＞Hg＞As=Ni,稻米对于Zn的吸收富集能力最强.④研究区大部分区域均属于优先保护类,安全利用类集中分布在铜仁东部,严格管控类零星分布于碧江区、万山区和江口县等地.结果表明,铜仁市部分地区土壤存在重金属污染,同时水稻的安全种植也存在一定风险.     

浙江省蔬菜生产系统重金属污染生态健康风险

为了解浙江省蔬菜生产系统重金属污染情况和居民的膳食健康风险,选择浙江省典型的蔬菜生产基地作为研究区域,采集了102对蔬菜和土壤样本,分析了浙江省蔬菜生产系统重金属Cd、 Cu、 Pb、 Cr、 As、 Ni和Hg的分布和富集特征,并采用内梅罗综合污染指数、潜在生态风险指数和膳食暴露评估模型系统评价了蔬菜生产系统生态健康风险.结果表明,研究区土壤Cd超标严重,超标率为97.2%,土壤以中轻度污染风险为主,Cd污染风险最大,其次是Pb、 Cu和As.蔬菜中仅有少量豆类和瓜果类蔬菜Cd超标,超标率分别为12.5%和8.7%.不同种类蔬菜的重金属富集能力差异明显,总体表现为：叶菜>豆类>瓜果类>根茎类.浙江省居民食用本地蔬菜的非致癌风险和致癌风险都在可接受范围,儿童比成人更容易面临风险(P<0.01),Cd和Pb对健康风险的贡献率最高.浙江省蔬菜生产系统生产的蔬菜整体处于安全水平,但需要加强对Cd和Pb的污染源管控.     

地质高背景区土壤-玉米重金属综合质量评价

为了研究地质高背景区土壤及农产品的污染程度及原因,为农产品安全生产及土壤重金属风险管控提供依据,在重庆市巫山县抱龙镇耕地区采集了土壤-玉米协同样品36套,分析了土壤-玉米中重金属(Cd、 Hg、 Pb、 As和Cr)含量及土壤pH,利用内梅罗综合污染指数法(P_N)和综合质量影响指数(IICQ)对土壤-玉米中重金属的污染程度进行了评价,并分析了土壤重金属来源及玉米重金属超标的影响因素.结果表明,研究区土壤重金属含量的平均值高于全国及重庆土壤背景值,土壤重金属富集效应明显.Cd是土壤-玉米超标的主要因子,土壤和玉米Cd的总体超标率分别为91.67%和30.55%.内梅罗综合污染指数评价结果显示,土壤以重度污染为主,占比63.89%,玉米轻度污染、中度污染和重度污染的占比分别为5.56%、 11.11%和11.11%.土壤-玉米综合质量影响指数以中度和重度污染为主,分别占比44.44%和47.22%.从重金属污染空间分布来看,玉米与土壤污染区域不一致.土壤重金属污染主要受到二叠系和三叠系地层的影响,与黑色岩系和灰岩区次生富集作用有关.玉米Cd含量主要受到土壤pH的影响,...     

基于PMF-PCA/APCS与PERI的菏泽油用牡丹种植区表层土壤重金属潜在来源识别及生态风险评估

研究特色农产品产区土壤重金属来源及其潜在风险,对科学管理、安全利用土壤和作物资源具有重要意义.以菏泽油用牡丹种植区为研究对象,采集并测定了254件表层土壤样品As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn等8种重金属的含量.采用多元统计法分析了重金属的含量特征及相关性,利用地累积指数（I_geo）、正定矩阵因子分解法（PMF）和主成分分析/绝对主成分分数法（PCA/APCS）相结合的手段解析了表层土壤中重金属的来源,借助潜在生态风险指数（PERI）对该8种重金属的生态风险进行了评估.结果表明,土壤中除Cd元素的平均值高于菏泽市背景值1.44倍之外,其余7种重金属的平均含量均与菏泽市土壤元素背景值基本一致;经相关分析和聚类分析,土壤中Pb、Hg和Cd元素受后期人为活动的干扰影响较大;研究区8种重金属的来源为自然源、农业化肥源、工业燃煤源和生活交通源,贡献率分别为81.31%、15.45%、2.74%和0.50%;研究区84.25%的点位处于轻微生态风险,而中度风险和强风险点位占比分别为14.96%和0.79%,其中Cd和Hg是研究区生态风险主导元素.     

湘东北典型河源区土壤重金属分布特征、来源解析及潜在生态风险评价

水源地土壤环境质量状况关乎其流域内居民生命健康安全,是生态环境保护研究中的热点科学问题.选择湘东北典型河源区,采集表层土壤样品共87件,通过GIS技术和潜在生态风险指数法研究了土壤重金属（Cd、Pb、Cr、Hg和As）的空间分布特征和潜在生态风险,并采用多元统计分析和正定矩阵因子分解（PMF）模型解释了其可能来源和贡献率.结果表明：①湘东北典型河源区土壤呈酸性,土壤重金属ω（Cd）、ω（Pb）、ω（Cr）、ω（Hg）和ω（As）平均值分别为0.20、41.07、130.51、0.29和11.63mg ·kg^-1,对标背景值,除As外均有富集;②土壤重金属综合潜在生态风险为中等风险等级,其中Cr、Pb和As为轻微风险等级,Cd和Hg均为强风险等级;③土壤Cd和Pb具有同源性,主要来源于农业活动,Cr和As受生活垃圾排放和自然母质的双重影响,Hg主要来源于化石燃烧及交通运输;④生活垃圾排放源、自然母质源、化石燃烧及交通运输源和农业活动源对湘东北典型河源区土壤重金属的贡献率分别为21.36%、35.92%、19.30%和23.42%,人为源贡献率大于自然源.研究结果对湘东北典型河源区的污染防治、生态修复和美丽乡村建设具有参考价值.