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基于“证据-权重法”的场地土壤重金属污染生态风险评估——以某废弃电镀厂场地为例

文献类型:学位论文

作者马喆
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
关键词污染场地,重金属,生态风险评估,风险指数,证据-权重法 contaminated Sites, Heavy Metals, Ecological Risk Assessment, Risk Index, Weight-of-evidence
学位名称工程硕士
学位专业环境工程
其他题名Ecological risk assessment of heavy metals contaminated soils using “Weight-of-Evidence” approach——A case study of an electroplating plant site
英文摘要

      近年来,随着我国产业结构转型升级,市区重污染企业关闭或搬迁,遗留大 量污染场地,场地内污染物通过迁移扩散进入土壤和地下水,不仅威胁人体健康, 还会影响土壤生态系统健康,导致土壤生态系统退化。因此,有必要对这类场地 进行生态风险评估,为后期治理和修复提供科学依据。本研究以江苏某废弃电镀 场地为研究对象,通过现场调查采样分析,结合场地周边环境特征,识别主要生 态风险,分析场地土壤重金属污染特征;以场地原位土壤为供试土壤,采用微宇 宙培养试验,研究蚯蚓体内重金属的累积、生物标志物和土壤微生物群落功能对 土壤重金属污染胁迫的响应及影响因子;基于“证据-权重法”生态风险评估框 架,采用相对风险指数法评价场地土壤的化学风险、生物累积风险、生态毒理学 风险和生态系统风险;综合以上四条证据链,对场地土壤重金属污染生态风险进 行综合表征,提出风险管理措施和建议,为后期污染场地修复治理提供科学依据。 研究结果如下:

      (1)基于土壤理化性质分析,江苏某废弃电镀厂土壤 pH 范围在 6.4-8.5,土 壤整体呈中性偏碱,土壤阳离子交换量较低,最大值为 11.6 cmol·kg-1。基于土壤 背景值、建设用地筛选值和场外参照点进行污染物识别,场地土壤中存在镉(Cd)、 铬(Cr)、铜(Cu)、镍(Ni)、铅(Pb)和锌(Zn)多种重金属复合污染,其中 Cd、Cr、Cu 和 Zn 累积程度较高,均值为 5.34、197、107 和 2850mg·kg-1,土壤 中重金属的累积程度与企业原生产工艺有关。

      (2)蚯蚓对重金属的累积与土壤中重金属含量有关,土壤中重金属含量越 高,蚯蚓体内对重金属累积量越高,而随着暴露时间的延长,蚯蚓对 Cd 的生物 累积增加,而对其他 5 种重金属元素生物累积逐渐减少,这与蚯蚓对必要元素和 非必要元素的不同代谢反应有关;蚯蚓对不同重金属的富集能力有明显差异,对 6 种重金属的富集系数表现为 Cd>Cu>Zn>Ni>Pb>Cr,其中,只有 Cd 的富 集系数大于 1,这主要与重金属在土壤中的化学形态有关,Cd 在土壤中主要以可 交换态和碳酸盐结合态为主,在土壤中具有较强的生物有效性,而其余 5 种元素 多以有机结合态和残渣态为主,生物有效性较低;此外,暴露 28 天后的蚯蚓重 金属生物累积与土壤重金属含量的相关分析结果表明,多种重金属复合污染下, 土壤 Zn 对 Cu 和 Pb 的生物有效性,以及土壤 Pb 对 Cd、Cr 和 Zn 的生物有效性 都能产生影响。

       (3)对场地不同污染程度的土壤样品蚯蚓微宇宙培养实验结果发现,生物 标志物还原型谷胱甘肽(GSH)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT) 活性及金属硫蛋白(MT)、丙二醛(MDA)、总蛋白含量在不同污染程度的土壤 样品之间表现出极显著差异(p<0.01),并且随着培养时间的延长,总体上蚯蚓 体内 SOD 和 CAT 活性、MDA 和 MT 含量增加,GSH 活性降低;与土壤重金属 含量的相关分析结果表明,随着培养时间的延长,不同生物标记物与土壤重金属 之间的相关性发生了改变,其中土壤 Cd 和 Pb 是影响蚯蚓生物标志物响应的主 要重金属。

      (4)生物暴露和生物标记物响应的相关分析结果表明,暴露 14 天后,GSH 活性和 MDA 含量与 Cd、Pb 的生物累积相关,这与生物机体在有毒重金属 Pb 和 Cd 胁迫下启动抗氧化防御系统有关;而 MT 含量与 Cr 和 Cu 的生物累积量显著 相关(p<0.05),这是由于 MT 与 Cu 和 Zn 等金属元素具有较强的结合能力,并 且低剂量 Cr 对蚯蚓体内 MT 含量有一定的诱导作用;此外,随着培养时间的延 长,蚯蚓的生理生化功能出现了 Hormesis 效应,GSH、CAT、MDA 和 MT 等生 物标志物与重金属生物累积呈现出无显著相关性。

      (5)场地不同样点之间的微生物功能指标土壤呼吸(BR)、土壤潜在消化速 率(PNR)、微生物量碳(MBC)的差异较大,MBC 在 19-153 mg·kg-1 之间,BR 在 0.122-3.25 μgCO2-C·g -1- ·h-1 之间,PNR 值在 0.197-8.67μgN·g-1 ·h-1 之间;而场 地内样点的诱导呼吸(SIR)基本一致,在 1.11-1.88μgCO2-C·g -1 ·h-1 之间,与理化 性质的相关分析结果表明,PNR 和 SIR 与 SOC 含量具有显著正相关性(p<0.05), PNR 还与 pH 值呈显著负相关(p<0.05);与土壤重金属的相关分析结果发现, 只有 BR 和诱导呼吸熵(qSIR)与土壤重金属污染程度有显著相关性。

      (6)基于“证据-权重法”生态风险评估框架,除生态系统风险以外,江苏某 电镀场地土壤的化学风险、生物累积风险和生态毒理学风险均有样点达到严重和 极严重的水平;综合生态风险评价结果表明,场地内 11 个样点中 5 个样点只适 合工业用地或者无特殊环保要求的住宅用地,另有 4 个样点适合作为农业、住宅和工业用地,2 个样点适合作为自然覆被、农业用地、住宅用地和工业用地。

页码81
源URL[https://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/47045]  
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
马喆. 基于“证据-权重法”的场地土壤重金属污染生态风险评估——以某废弃电镀厂场地为例[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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