题名 | 澳门特别行政区土壤污染物累积特征与自然消减能力 |
作者 | 张媛
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答辩日期 | 2020-06
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文献子类 | 硕士
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授予单位 | 中国科学院生态环境研究中心
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授予地点 | 北京
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导师 | 王美娥
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关键词 | 城市土壤
重金属
Pahs
累积特征
污染背景
土壤自然消减能力
urban Soil, Heavy Metals, Pahs, Accumulation Characteristics, Pollution Background, Natural Attenuation Capacity
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学位名称 | 理学硕士
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其他题名 | Accumulation of Contaminants and the Natural Attenuation Capacity of Urban Soil in Macao Special Administrative Region
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学位专业 | 生态学
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英文摘要 | 城市土壤是城市生态系统的重要组成部分,与人类生活质量息息相关。随着城市化的迅猛发展,城市土壤受到人类活动的强烈影响,大量污染物排放进入到土壤中造成土壤污染。本研究以我国人口密度最高的城市,澳门特别行政区为研究对象,通过空间布点和实地采样,系统分析了土壤中9 种重金属(Co、Ni、Cu、Cd、Cr、Pb、Zn、As、Hg)和16 种优先控制PAHs 的累积特征;采用相对累积频率曲线法估算了澳门特别行政区土壤重金属和PAHs 的污染背景;基于土壤理化性质,采用熵权法与改进的EPX 模型对城市土壤自然消减能力进行了定量评估;最后,将城市土壤污染背景分析纳入城市土壤自然消减能力的空间格局特征及其影响因素的分析中,以期为城市环境管理提供数据支持。主要研究结果与结论如下:
(1)澳门特别行政区土壤的容重介于0.780-1.65 g·cm-3 之间,平均值为1.34 g·cm-3,大部分样点处于适合植物生长的土壤容重范围内;土壤以黏土为主,砂壤土和砂土比例较小;土壤的pH 值在4.25-8.34 之间,即,从强酸性到碱性,平均pH 值为6.72;整体来看,土壤阳离子交换量偏低,土壤保肥能力较弱;土壤有机质含量介于1.51-52.3 g·kg-1 之间,80%以上的样点有机质含量大于15g·kg-1,属于高肥力土壤;土壤电导率值介于21.5-271 mS·m-1 之间,平均值为73.3 mS·m-1,大部分样点电导率值处在适合植物生长的范围内;土壤理化性质特征在不同功能区的比较结果表明,公园与交通区绿化带土壤容重较大;交通区的黏粒和粉粒含量较高;海岸带大多为砂壤土和砂土,并且碱性和电导率较高,有机质都较低,属于低肥力和薄砂地;公园土壤大部分呈酸性,但是大部分属于高肥力土壤。
(2)土壤中主要的重金属污染物为Cu、Cd、Pb、Zn 和Hg。采用主成分分析法分析重金属来源结果表明,土壤金属元素来源主要分为两类:Ni、Cr、As、K、Co、Mg、Mn、Ca 和Fe 主要来自于成土母质,Cu、Cd、Pb、Zn 和Hg 来源于交通、居民废弃物等人为活动。此外,Cd 元素的累积同时受到成土母质和人类活动的影响;通过空间分析结果表明,澳门半岛内土壤Cu、Pb、Zn 和Hg 浓度总体上高于离岛土壤,重金属元素Co、Ni、Cd、Cr 和As 在澳门半岛和离岛土壤中的分布较为均匀;不同功能区土壤中,除了Co、Pb、Cr 和Hg 元素以外,其余5 种重金属在商住区土壤中的浓度总体上都显著高于其他功能区土壤(p<0.05),这是由于商住区土壤受到人为干扰较大所导致的。
(3)不同的城市化因子对土壤中重金属的累积具有一定的影响。Pb 和Zn元素的累积与建造年数显著相关(p<0.05),Zn、Cu、Cd 和Hg 等元素都与道路密度呈显著相关关系(p<0.05);对Pb、Zn 元素进行累积历史回溯分析结果表明,Pb 和Zn 的背景值分别为20.1 mg·kg-1 和30.3 mg·kg-1,Pb 的输入通量的变化速率Ki 大于Zn,这与早期含铅汽油的大量使用有关;对Zn 与建造年数和道路密度进行多元线性回归得到Zn 的背景值为31.6 mg·kg-1,与历史回溯估算的背景值相接近,表明交通排放是引起土壤Zn 随着时间累积的重要因素。
(4)土壤16 种PAHs(Σ16PAHs)的浓度范围为71.0-1356 μg·kg-1,平均值为393 μg·kg-1,PAHs 整体呈轻度污染;利用特征比值结果表明,澳门特别行政区土壤PAHs 主要来源于燃烧源,包括煤炭燃烧和化石燃料燃烧;空间分布格局分析结果发现,Σ16PAHs 呈现出澳门半岛浓度分布高于离岛地区的趋势,LMW PAHs 在澳门半岛和离岛地区的空间分布较为均一,而HMW PAHs 在澳
门半岛的浓度分布明显高于离岛地区;不同功能区Σ16PAHs 浓度大小的顺序为商住区>公园>海岸带>交通区>保护区,商业区以高环PAHs(HMW PAHs)为主,保护区以低环PAHs(LMW PAHs)为主。
(5)土壤PAHs 浓度受到城市化因子的影响。Nap 浓度与建造年数和道路密度呈现显著性相关关系(p<0.05),通过累积历史回溯估算得到的Nap 背景值为0.910 μg·kg-1;而通过Nap 与建造年数和道路密度的多元线性回归而估算出的Nap 的自然土壤背景值为5.00 μg·kg-1,远高于通过累积历史回溯所估算的结果。由此说明,交通因素对Nap 在土壤中累积的贡献率大于时间因素。
(6)采用相对累积频率曲线法,估算得到了澳门特别行政区土壤9 种重金属和16 种PAHs 的污染背景。通过与广东省土壤背景值的比较表明,澳门特别行政区土壤Hg 污染背景的各项统计量均低于广东省土壤背景值,Cd、Pb 和Zn元素污染背景超出广东省土壤背景值的倍数较高;通过澳门特别行政区土壤PAHs 污染背景与广州市公园PAHs 本底值的比较表明,除了Ace、Flu 和Fla外,其余PAHs 单体的污染背景均高于广州市公园土壤PAHs 的本底浓度,HMWPAHs 的污染背景超出广州市公园PAHs 本底浓度的倍数较高;分析高污染背景样点数量以及高污染背景样点从属的功能区的结果发现,重金属高污染背景的样点数量在不同功能区中无明显差异,成土母质的自然来源仍然是决定澳门城市土壤中重金属元素分布特征的主要因素。而在商住区和交通区土壤中,PAHs 高污染背景样点明显多于其他功能区,HMW PAHs 污染背景值较高,这可能受到人为干扰的影响。
(7)澳门特别行政区土壤自然消减能力介于0.213-0.769 之间。各项土壤物理化学性质在自然消减能力的评价体系中均发挥一定的作用,其中阳离子交换量和土壤容重占据较大的权重;空间分布格局分析结果表明,澳门半岛的土壤自然消减能力高于离岛区域,离岛区域的土壤自然消减能力较为均一;不同功能区土壤自然消减能力由大到小依次为:商住区>交通区>公园>保护区>
海岸带,这是由于商住区、交通区和公园土壤受到人为活动的外来输入,导致有机质含量增加,土壤碱性增强,这些均为能够增强土壤自然消减能力的因素。
(8)处于污染背景范围内的样点土壤中重金属和PAHs 浓度与土壤自然消减能力之间的Pearson 相关分析结果表明,重金属污染背景与土壤自然消减能力无显著的相关关系(p>0.05),这是由于重金属污染背景主要由成土母质等自然因素影响,而自然消减能力受人为影响较大;受到人类活动影响较大的8种PAHs 浓度(Nap、Acy、BaA、Chry、BbF、BaP、InP、BghiP)与土壤自然消减能力呈显著正相关关系(p<0.05),这是由于土壤有机质是影响PAHs 的吸附与土壤自然消减能力的关键因子。因此,在城市环境管理过程中,通过改良土壤理化性质等措施能有效改善城市土壤环境质量,提高土壤自然消减能力,有助于维持稳定的污染背景,减少污染产生。 |
页码 | 109
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内容类型 | 学位论文
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源URL | [http://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/43705] |
专题 | 生态环境研究中心_土壤环境科学实验室
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推荐引用方式 GB/T 7714 |
张媛. 澳门特别行政区土壤污染物累积特征与自然消减能力[D]. 北京. 中国科学院生态环境研究中心. 2020.
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