汾河太原城区段河岸带土壤重金属分布特征及环境污染评价

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河岸带是水陆生态系统过渡带,是河流天然的保护屏障和健康河流生态系统的重要组成和评价标志,对减少面源污染输入、维持生物多样性和保护河流生态系统稳定等方面具有十分重要的作用。同时,河岸带易受人类活动和河流水体季节性涨落的影响,造成河岸带土壤重金属污染,污染土壤又会随地表径流进入河流,成为河流沉积物的主要物质源。因此,本文以太原城区段汾河西岸河岸带土壤为研究对象,分析重金属镉(Cd)、铬(Cr)、铅(Pb)、铜(Cu)、锌(Zn)、汞(Hg)的含量状况、分布特征和影响因子,用相关性分析、主成分分析和聚类分析研究不同土层重金属污染来源,并用单因子污染指数法、地累积指数法、内梅罗综合污染指数法、污染负荷指数法、土壤综合质量影响指数和潜在生态风险指数法分析研究区重金属污染程度。本研究的主要结果如下:(1)太原城区段汾河西岸河岸带土壤6种重金属元素均呈中等强度及以上变异,除Cr和Cu以外,Cd、Pb、Zn和Hg的平均值均高于山西省土壤背景值,分别为背景值的1.76、1.19、1.01和2.17倍,仅Cd和Hg的点位超标率超过80%。(2)土壤重金属的分布特征:(1)沿河流方向,6种重金属含量降低,其高值区均在汾河公园二期北延段,高值在C样带(汾河公园二期北延段的北中环桥和胜利桥之间)。(2)垂直河流方向,随着采样点与道路(滨河西路)距离的增加,6种重金属含量均先增大后减小。6种重金属均在距离道路20~30m范围内出现最大值。道路对Zn和Hg的主要作用范围分别在0~60m和0~30m,对Cr和Cu的作用不明显,对Cd和Pb的作用范围超过90m。(3)竖向上,6种重金属均随土层深度的增加而减小。(4)不同植被模式下的土壤重金属含量没有显著差异,除Hg在乔木林中的含量最小以外,其余5种重金属均在乔灌草中含量最小。(3)表层土壤重金属来源可分为三类:(1)Zn、Pb和Cd具有同源性,主要受交通运输、农业生产活动和矿业活动等人为源的影响。(2)Hg和Cu的污染源主要受人类活动的影响,人为源主要为工业生产活动,并且Cu的污染来源较为复杂,在一定程度上也受交通运输和农业活动的影响。(3)Cr除受成土母质影响外,还受工业生产活动的影响。中层土壤中各重金属的污染源主要为成土母质和表层土壤重金属向下迁移。(4)地累积指数评价结果表明,表层土壤重金属仅Hg和Cd表现为轻度污染,其他4种重金属均为无污染;中层土壤重金属仅Cd表现为轻度污染,其他5种重金属均为无污染。污染负荷指数评价结果表明,研究区土壤重金属污染程度均为轻度,处于中度及以上污染水平的样点各层均占4.44%,均为C样带上的C2和C3样点。潜在生态风险指数评价结果表明,表层土壤重金属处于中等强度生态风险,中层土壤处于轻微生态风险。(5)不同区域土壤重金属污染评价得出汾河公园二期北延段污染程度最大,其次是一期段和三期段,最后是二期南延段。不同植被模式下土壤重金属综合污染程度排序为草地>灌木林>乔木林>乔灌草,其中乔灌草模式为无污染。优先治理区(汾河公园二期北延段)和重点治理区(汾河公园一期段)的治理建议是从土壤出发,用客土方法在表层土壤中添加干净的土壤混匀来降低重金属污染;重点治理区(汾河公园三期段)的治理建议是从植物出发,增加或更换植物时有意识的构建乔灌草模式,并选择该区域常见又有富集作用的植物,尤其是对重金属Hg和Cd富集作用较强的。
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