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南方典型矿冶区周边土壤重金属污染风险及影响机制

文献类型:学位论文

作者霍彦慧
答辩日期2021-06
文献子类硕士
授予单位中国科学院大学;中国科学院生态环境研究中心
授予地点北京
导师陈卫平 ; 王美娥
关键词土壤重金属,微生物群落功能,农产品安全,风险评估,矿冶区 soil Heavy Metal, Microbial Community Function, Agricultural Product Security, Risk Assessment, Mining Smelter
学位名称理学硕士
学位专业生态学
其他题名Pollution Risks and the Influencing Mechanisms of Heavy Metals in Soils around a Typical Mining Smelter in South China
英文摘要

      矿冶区及周边土壤环境问题突出,重金属复合污染现象普遍存在,对人类健 康、生态系统与农产品安全均构成潜在风险。因此,明确矿冶区及周边区域土壤 污染的主要风险并解析其影响因素,对推动污染场地周边区域的生态可持续发展 具有重要意义。本研究以南方某典型矿冶区周边不同土地利用类型的土壤为研究 对象,通过野外调查与实验室分析相结合的手段,识别研究区域内主要污染元素 及污染特征,探究土壤微生物群落功能对重金属复合污染的胁迫响应,以及农业 用地农产品重金属富集特征,采用相对风险指数法对研究区域内重金属复合污染 微生物生态风险及农产品安全风险进行了评估,并揭示其影响机制。主要研究结 果如下:

       (1)矿冶区周边土壤以粉壤土为主,土壤整体呈酸性,存在 Cd、Cu、Pb 和 Zn 多种重金属复合污染,且重金属累积程度较高,几何均值分别为 6.79、377、 306 和 191 mg·kg-1,主要来源于矿冶活动。通过对比研究区天然林地、草地、农 业用地的土壤理化性质及重金属含量,结果表明,不同土地利用类型的土壤质地 及重金属元素 Cu 和 Pb 的浓度差异不显著(P>0.05),但受农业活动的影响,农 业用地土壤中 Cd、Zn 含量显著高于天然林地(P<0.05)。

      (2)野外复杂情景下,微生物群落生态功能是环境因子与重金属污染元素 之间交互作用的结果。其中土壤有机质含量是影响土壤微生物群落功能的主要因 素,一定程度上掩盖了重金属等污染物对土壤微生物群落的胁迫。降低土壤理化 性质的干扰后,土壤微生物群落功能对重金属污染胁迫响应更为明显。主成分分 析结果表明,微生物群落功能指标的主成分 1 方差贡献率高达 58.0%,主要受到 0.01 molL -1CaCl2 提取的土壤中重金属铜和铅含量的影响(P<0.01)。不同土地利 用下,土壤微生物群落功能指标差异性不显著,但仅从大小趋势而言,农业用地 土壤微生物的硝化潜势、代谢商和微生物商大于林草地。

      (3)研究区农业用地土壤 Cd 污染严重,均超过风险管控值,所有位点处于 严格管控类别,且农产品尤其是叶菜类农产品重金属富集能力较强,Pb 和 Cd 超 标现象较为严重,超标率分别达 78%和 41%,具有较高的农产品安全风险。农产品中重金属含量与土壤重金属含量之间相关性显著(P<0.01),主成分分析结果 表明,农产品 Cd、Cu、Zn 和 Pb 主要来源于土壤重金属,部分 Pb 含量来源于大 气沉降;农产品重金属富集特征除受农产品种类影响外,还受到土壤 pH 值、CEC 含量和 SOM 含量的影响(P<0.05)。

      (4)基于土壤微生物群落功能,通过胁迫-效应关系分析筛选评估终点,采 用相对风险指数法,在生态系统层面对土壤生态风险进行定量评估, 有 23.1%、 19.2%、23.1%、15.4%和 19.2%的点位分别处于极高生态风险、高生态风险、中 等生态风险、低生态风险和无生态风险;不同土地利用方式下的生态系统风险指 数由低到高依次为:天然林地<农业用地<草地;其中位于场区下风向,且距离场 区较近的区域,受矿冶活动影响较大,生态风险较高;距场区较远,植被覆盖度 较高,受矿冶等人为活动的影响较小区域,生态风险较低。基于农业用地安全风 险、农产品超标现象及日均饮食重金属摄入量对农产品安全风险进行定性评估, 当地农业用地安全风险需要引起重视,须规避农作物种植,采取相应的管控措施。

页码77
源URL[https://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/47004]  
专题生态环境研究中心_土壤环境科学实验室
推荐引用方式
GB/T 7714
霍彦慧. 南方典型矿冶区周边土壤重金属污染风险及影响机制[D]. 北京. 中国科学院大学;中国科学院生态环境研究中心. 2021.

入库方式: OAI收割

来源:生态环境研究中心

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