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闽三角城市群土壤重金属源解析及风险评价

3、环境科学 > 专题9：城市化与土壤安全

本文以闽三角城市群为研究区域，设计并采集了456个表层土壤样品，系统地研究了研究区域土壤中As、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn 共6种重金属元素含量的累积特征和空间分布特征，并对污染物进行源解析；基于累积特征对6种重金属元素进行污染评价、生态风险评价以及健康风险评价；在源解析的基础上，建立模型模拟预测2030年闽三角城市群6种重金属含量的积累特征和空间分布特征，并在重金属污染物含量预测的基础上进行了生态风险和健康风险预测。主要研究结果如下：
1. 闽三角城市群土壤As、Pb、Zn的平均浓度高于福建省背景值，而Cr、Cu、Ni则低于背景值。对比三个城市的土壤重金属含量，发现厦门市土壤Cr、Ni富集程度较高，泉州市土壤Cu、Zn富集程度较高，漳州市土壤As、Ni、Pb富集程度较高。土地利用方式会影响土壤重金属的累积，工业用地和交通用地更易累积较高浓度的重金属。
2. 闽三角城市群土壤Cr、Cu、Ni和Zn多富集于较发达地区，而As和Pb则在欠发达地区富集。污染源分析结果显示，工业和交通活动可能是土壤中Cr、Cu、Ni、Zn的共同来源，大气沉降可能是土壤As和Pb含量的主要影响因素。农业活动可能是土壤中Zn含量的另一个来源。发达地区易受工业、交通、生活活动等方面的影响。较不发达地区大部分土地利用方式为农田和森林，主要受大气沉降和农业活动的污染。
3. 漳州市土壤重金属含量的影响因素分析结果显示，与环境因素相比，土壤性质（pH、OM、CEC）对土壤重金属含量的影响更为显著。此外，大气沉降、工业活动、生活活动、交通活动等人为因素也会影响重金属的累积。本文对比了不同协变量的协同克里格插值精度，结果发现PCA分析中获得的主成分因子值更作为协变量用于协同克里格插值时，其插值精度显著高于pH、OM、CEC等传统的协变量。
4. 闽三角城市群土壤重金属污染评价结果显示，绝大部分的土壤样品污染物含量低于风险筛选值，未有样品污染物含量超过风险管制值。生态风险评价结果显示，土壤重金属生态风险整体较低，林地、工业用地和交通用地的土壤重金属生态风险高于其他土地利用方式。健康风险评价结果显示，土壤重金属对成人非致癌风险和致癌风险均较低，然而其对儿童非致癌风险和致癌风险相对较高，部分超过阈值，其中As和Cr分别对总非致癌风险和总致癌风险贡献最大。
5. 对比分析闽三角城市群与27个我国主要城市土壤重金属的污染水平，结果显示，闽三角城市群土壤重金属的平均浓度在全国范围内处于中等偏低水平。生态风险评价结果显示，闽三角城市群土壤Cr、Cu、Ni、Pb和Zn的生态风险普遍较低，仅As的生态风险高于部分城市。健康风险评价结果显示，闽三角城市群土壤重金属的非致癌风险和致癌风险均低于大部分城市，然而，As和Cr对儿童存在着较高的致癌风险。
6. 闽三角城市群土壤重金属含量模拟预测结果表明，2030年闽三角城市群土壤重金属的污染趋势与目前情况基本相同。2030年闽三角城市群土壤重金属生态风险、成人和儿童的非致癌风险均较低，仅厦门市土壤Cr对于成人和儿童存在着一定程度的致癌风险。研究根据模拟预测结果，针对工业、交通、土地利用、协同管理机制等方面提出了相应调控措施，为风险管理者提供科学有效的风险管理策略和理论依据。