西安市不同功能区土壤重金属与多环芳烃污染研究

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本研究以西安市不同功能区土壤中9种重金属元素(Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Zn、As、Pb、V)和16种优先控制多环芳烃(PAHs)为主要研究对象,并对55个土壤样品中的重金属与PAHs的污染水平、组分特征、来源、生态与健康风险等方面进行研究。利用X-Ray荧光光谱仪对土壤中重金属元素的含量进行测定;利用高效液相色谱仪测定土壤中PAHs的含量。主要研究结论如下:(1)西安市土壤中9种重金属元素含量均高于陕西省土壤背景值,土壤受到重金属污染。西安市土壤∑PAHs、∑COMB和∑7CPAHs含量分别为0.310~288.237 mg·kg-1、0.084~234.765 mg·kg-1 和 0.051~146.821 mg·kg-1,低环和高环 PAHs 含量分别为0.110~32.463 mg·kg-1和 0.092~255.775 mg·kg-1,BaP的含量为ND~25.984 mg·kg-1。不同功能区∑PAHs含量为:居民区(31.191 mg·kg-1)>工业区(5.523 mg·kg-1)>交通区(1.565 mg·kg-1)>文教区(1.432 mg·kg-1)>公园(0.638 mg·kg-1)。(2)西安市表层土壤中Mn、Cr、Ni、As和V这5种元素受人类活动影响较小,几乎呈现无污染,Co、Cu、Zn和Pb元素呈现出一定的污染。综合污染指数和污染负荷指数结果表明西安市土壤均受到了重金属污染。西安市各功能区土壤PAHs达到严重污染和中度污染的样品数分别为54.55%和23.64%,污染较重应引起重视。其中,工业区、文教区、交通区和居民区土壤PAHs污染以3~5环芳烃为主,而公园土壤PAHs污染以2~3环的低环芳烃为主。(3)PCA法提取了两个特征值大于1的因子,累积解释总方差为74.498%。Cr、Co、Ni、Cu、Zn和Pb在因子—上载荷较大,解释了总方差的44.705%,被看作交通活动、居民日常活动和工业“三废”排放等人为排放来源。Mn、As、V在第二个因子上载荷较大,解释了总方差的28.794%,被看作自然来源的特征元素。比值法结果表明西安市不同功能区土壤PAHs主要来源于石油、煤等化石燃料燃烧的混合源,不是单一源为主导。个别样点来源复杂多样,为石油泄漏与燃烧以及不完全燃烧的混合源。(4)西安市土壤中,Cr、Mn、V和Zn元素均存在轻微的潜在生态危害;Co、Cu、As存在轻微程度和中等程度的潜在生态危害;Ni和Pb存在轻微、中度和较高等程度不同的潜在生态危害。9种重金属的综合潜在生态危害指数均值为53.35,说明西安市土壤整体存在中等程度的潜在生态危害。PAHs总量在公园、文教区和交通区的生态风险小于10%,在工业区和居民区均有超过ERL值,居民区个别样点超过了 ERM值。个别单体PAH超过ERL值未超过ERM值,对生态有偶尔的危害性。(5)西安市土壤中,重金属的致癌风险和非致癌风险“敏感用地”均大于“非敏感用地”。Cr、Co、Ni和As的致癌风险为:As>Cr>Co>Ni。9种重金属元素的总致癌风险和非致癌风险大小为:公园>文教区>居民区>工业区>交通区。其中手-口摄入为敏感用地Cr的最主要暴露途径,呼吸吸入为非敏感用地Cr的最主要暴露途径;元素Mn和Co的最主要暴露途径为呼吸吸入;元素Ni、Cu、Zn、As、Pb和V最主要的暴露途径为手-口摄入途径。土壤PAHs对儿童的致癌风险高于成人,不同功能区土壤PAHs的致癌风险呈现出居民区>工业区>文教区>交通区>公园的规律。3种暴露途径中皮肤接触为最主要暴露途径,其次是误食途径,而吸入暴露途径占比最小不足0.01%,可忽略不计。皮肤接触暴露途径对儿童的风险大于成人,而误食和呼吸吸入土壤PAHs这2种暴露途径对成人的风险性要大于儿童。(6)相关性分析结果表明TOC与pH不是影响西安市土壤PAHs残留的因素。但pH与土壤中代表自然源的重金属元素存在正相关关系;TOC与代表自然源的重金属元素呈现负相关关系,与代表人为源的重金属元素存在正相关关系。而土壤中PAHs的含量与代表人为源的重金属元素存在显著相关性,表明PAHs与这些重金属元素存在相似的来源及环境地球化学行为。
摘要第3-5页
Abstract第5-7页
第1章 绪论第11-27页
    1.1 选题背景与意义第11-12页
    1.2 土壤中重金属简介第12-14页
        1.2.1 重金属性质第12-13页
        1.2.2 重金属来源第13页
        1.2.3 重金属在土壤中的迁移转化机制第13-14页
        1.2.4 重金属危害第14页
    1.3 多环芳烃简介第14-18页
        1.3.1 多环芳烃性质第14-16页
        1.3.2 多环芳烃来源第16页
        1.3.3 多环芳烃迁移转化第16-17页
        1.3.4 多环芳烃危害第17-18页
    1.4 国内外研究现状第18-25页
        1.4.1 城市土壤与污染第18页
        1.4.2 城市土壤重金属污染研究现状第18-21页
        1.4.3 城市土壤多环芳烃污染研究现状第21-24页
        1.4.4 西安市土壤重金属与多环芳烃污染研究第24-25页
    1.5 研究内容与目标第25-27页
        1.5.1 研究内容第25-26页
        1.5.2 研究目标第26-27页
第2章 研究区概况第27-31页
    2.1 自然环境概况第27-28页
        2.1.1 地理位置第27页
        2.1.2 气候特征第27页
        2.1.3 地形地貌第27-28页
        2.1.4 河流水系第28页
        2.1.5 土壤类型第28页
        2.1.6 植物资源第28页
    2.2 社会经济状况第28-30页
        2.2.1 人口分布与人口密度第28-29页
        2.2.2 国民经济第29页
        2.2.3 工业布局第29-30页
    2.3 研究区环境状况第30-31页
第3章 材料与方法第31-47页
    3.1 样品的采集与预处理第31-32页
        3.1.1 土壤样品的采集第31-32页
        3.1.2 土壤样品预处理第32页
    3.2 实验试剂与仪器第32-34页
        3.2.1 主要实验试剂第32-33页
        3.2.2 主要实验仪器第33-34页
    3.3 样品分析与检测方法第34-35页
        3.3.1 土壤pH与TOC的测定第34页
        3.3.2 土壤中重金属全量的测定第34-35页
        3.3.3 土壤中多环芳烃的测定第35页
    3.4 质量控制与保证第35-37页
        3.4.1 重金属质量控制与保证第35-36页
        3.4.2 多环芳烃质量控制与保证第36-37页
    3.5 评价与分析方法第37-47页
        3.5.1 重金属污染评价与分析方法第37-44页
        3.5.2 多环芳烃评价与分析方法第44-47页
第4章 结果与分析第47-81页
    4.1 西安市不同功能区土壤重金属污染分析第47-62页
        4.1.1 土壤重金属含量第47-50页
        4.1.2 土壤重金属污染水平第50-53页
        4.1.3 土壤重金属生态风险评价第53-56页
        4.1.4 土壤重金属来源解析第56-58页
        4.1.5 土壤重金属健康风险评价第58-62页
    4.2 西安市不同功能区土壤多环芳烃污染分析第62-77页
        4.2.1 土壤多环芳烃含量水平第62-67页
        4.2.2 土壤中多环芳烃组成特征第67-69页
        4.2.3 土壤中多环芳烃来源解析第69-73页
        4.2.4 土壤中多环芳烃生态风险评价第73-74页
        4.2.5 土壤中多环芳烃健康风险评价第74-77页
    4.3 pH、TOC与多环芳烃含量的相关性第77-78页
        4.3.1 pH与多环芳烃含量的关系第77页
        4.3.2 土壤TOC与多环芳烃含量的关系第77-78页
    4.4 pH、TOC与重金属含量的相关性第78-80页
        4.4.1 pH与重金属含量的关系第78-79页
        4.4.2 TOC与重金属含量的关系第79-80页
    4.5 土壤重金属与多环芳烃污染的相关性分析第80-81页
第5章 结论与展望第81-85页
    5.1 主要结论第81-83页
    5.2 不足与展望第83-85页
参考文献第85-95页
致谢第95-97页
攻读硕士期间科研成果第97页
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