土壤Cd含量風險管理論文范文

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1材料與方法

1.1土樣采集為檢測珠三角土壤元素變化，2001年建立了珠三角核心區的生態地球化學監控網絡，共布設了98個監控點，以土壤為監控介質，以約160km2/點為監控點密度，土壤樣點分布見圖1。2007年對“監控網絡”同點位表層土壤樣品進行了采集。2001年和2007年，在監控點上分別采集了0~20cm的表層土壤樣品。每個土壤樣點均由4個副樣混合組成，樣品在常溫下（20~24℃）風干，除去石子或其它雜物；土壤混合樣過2mm的聚乙烯篩，然后在瑪瑙研缽中研磨，過0.149mm篩[26]。為消除不同年份間的分析系統誤差，2007年采集的“監控網絡”表層土壤樣品與2001年副樣進行同批次分析。全部樣品預處理后，在中國地質科學院廊坊物化探研究所進行分析測試。用電感耦合等離子體質譜儀(ICP-MS)測定了土壤重金屬cd的全量。分析過程中進行分析質量監控，分別插入8%的GSS-1、GSS-2、GSS-3和GSS-8等國家一級標準物質和5%的密碼重復樣，監控樣的分析數據顯示樣品分析質量符合《生態地球化學評價樣品分析技術要求（試行）》的要求[27]。

1.2土壤重金屬累積速率估算模型工業化程度越高，城市化發展速度越快，對土壤污染的“貢獻”就越大，每年對土壤中污染物的疊加，不是等量的，對土壤的污染也不是等速的，而是加速的。因此，可認為土壤的污染過程可歸納為兩個階段：一是加速階段，二是勻速階段[29]。有研究表明：10a尺度土壤表層重金屬元素積累符合線性關系[30~32]。根據研究區的工業化、城市化進程，產業結構以及人均GDP與環境的關系，2000年以后研究區土壤的污染過程進入勻速階段[32]。因此，2000年以后土壤重金屬的含量符合下式。

1.3土壤重金屬時空分布預測模型1）時空模式。對不同時間下變量Z疊加累積速率，預測不同時間下變量Z的空間分布。先將時間ti下位置xj的變量Z，疊加累積速率。2）空時模式。先對變量Z進行空間分布預測，再將各點位的變量Z疊加累積速率，預測變量Z在不同時間下的空間分布。

2結果與討論

2.1土壤Cd和pH特征2001年和2007年土壤pH和Cd的描述性統計結果、兩期數據的均值多重比較分別見表1、2。從表1可知，2001年和2007年土壤pH的平均值分別為5.65和6.02，屬于微酸性土壤。兩者均值多重比較結果表明（表2），pH的均值變化達到顯著水平。從表2可知，土壤pH通過Levene檢驗，顯著性為0.099，均值比較選用方差相等條件下的t檢驗，pH的檢驗結果拒絕H。假設，即從2001年至2007年研究區土壤pH發生了顯著變化。總體上土壤pH有所升高，這與該區土地利用方式包含較多的建筑用地、居民用地、道路用地等，受石灰性填充物的影響較大有關。6a間土壤Cd的平均累積量不變（表1），但是兩者均值多重比較結果表明（表2），Cd的均值變化達到顯著水平。從表2可知，Cd沒有通過Lev-ene檢驗，均值比較選用方差不相等條件下的t檢驗，檢驗結果拒絕H。假設，即從2001年至2007年該研究區土壤Cd發生了顯著變化。2001年和2007年兩期次土壤Cd平均含量（0.28mg/kg）是廣東土壤背景值（0.06mg/kg）的5倍；與《土壤環境質量標準》（二級標準）相比較，2001年、2007年兩期次土壤Cd平均含量與其相當，但是其最大值分別是《土壤環境質量標準》[33]（二級標準）的6倍和3.5倍，表明兩期次土壤Cd含量在土壤中富集程度高，且有部分地區Cd含量超過了危害生態安全的閾值。變異系數在某種程度上定量刻畫了數據的離散程度和變異性。在本研究中，2007年Cd的變異系數較2001年有降低，但變異水平仍屬于強變異，暗示了土壤Cd主要來源于人為成因。以“土壤Cd”和“珠三角”為關鍵詞，對CNKI數據庫進行文獻檢索，得出2007年以來珠三角各類土壤中Cd含量（表3）。從表3可知，隨著時間的推移，珠三角土壤Cd含量有累積趨勢，佛山比較突出。

2.2土壤Cd累積速率估算采用土壤重金屬累積速率估算模型對研究區各地市土壤Cd進行累積速率估算（表4）。從表4可知，區域性土壤重金屬Cd的年均累積速率KC2007-C2001為0.016mg/kg，對比研究區2007年與2012年珠三角工業企業周邊蔬菜土壤Cd含量，土壤Cd的年均增長率KC2012-C2007為0.014mg/kg，為成都經濟區土壤Cd累積速率的2.7倍[40],這可能與當地經濟發展程度有一定聯系。其中，東莞、廣州、江門、深圳、中山和珠海土壤中Cd的年累積速率KC2007-C2001分別為0.003、0.004、0.003、0.075、0.017和0.053mg/kg，而佛山、惠州和肇慶土壤Cd的累積速率為負值。假設土壤Cd的本底含量值為2007年土壤Cd最小值，即0.02mg/kg，則36a后土壤Cd含量可達到國家土壤環境質量二級標準，61a后則達到國家土壤環境質量三級標準；若土壤Cd的本底含量值為2007年土壤Cd含量的平均值，即0.28mg/kg，則10a后土壤Cd含量可達到國家土壤環境質量二級標準，45a后則可達到國家土壤環境質量三級土壤標準。

2.3土壤Cd時空分布預測采用“時空模式”和“空時模式”對土壤Cd進行空間預測（圖2、3）。從圖2、圖3可知，2020年土壤Cd的高值空間分布模式主要呈斑塊狀分布，形成包括佛山-江門-中山在內的連綿區，土壤Cd的低值主要分布在研究區的西南和東北部分。“時空模式”的土壤Cd空間預測（圖2），可能是由于各點位疊加的累積速率是各市的平均累積速率，且采用克里金插值進行空間預測時，會產生“平滑效應”，即產生過高或過低估值，該效應在大量的文獻中有相關的報道[41~44]。“空時模式”的空間預測（圖3），圖上有空白點或區，即其值為0。這是由于各點的累積速率不是平均累積速率，而是經過空間預測后，各點位本身的累積速率，導致土壤Cd相對累積量增加或減少的點在未來累積趨勢中，其累積趨勢相應地增加或減少。對比“時空模式”和“空時模式”空間預測結果，在時間序列資料較少的情形下，“時空模式”的預測結果較穩健。

2.4風險管理珠三角土壤Cd污染具有區域性、多源性和復合性。當前及今后中短期，研究區土壤Cd污染依然十分嚴重，有污染或重度污染的面積占相當比例（圖2、3），土壤Cd污染引起的環境問題直接威脅著區域土壤生態、環境安全。因此，應加強土壤Cd環境風險管理，建議以防為主,預防、控制和修復相結合的原則,預防土壤污染,從Cd污染的源頭進行控制，防止土壤污染擴散,修復受污染土壤。1）無污染區域——預防策略。從圖2、3可知，廣州東北部增城和惠州部分地區無土壤Cd污染。該區域土壤Cd污染預防需要建立以法律法規、評價標準、管理政策和公眾參與等4個部分為支撐的體系。實行“清潔生產”、“全程控制”、“源頭削減”等預防政策，建立和完善環境監管政策與稅收政策,建立土壤環境質量例行和動態監控體系及其信息網絡共享平臺等。2）有污染區域——控制策略。從圖2、3可知，廣州市、珠海市、東莞部分區域是土壤Cd有污染區域。該區域應通過物理、化學和生物學技術途徑,降低土壤Cd污染物濃度,從源頭進行控制，防止污染擴散或暴露,是一種有效的土壤污染控制策略。通過發展物化控制技術、生物學控制技術，利用功能性植物、微生物資源控制土壤污染，阻斷重金屬從土壤向地下和地表水體的遷移,削減暴露風險。同時，引導生活和工作于該區域的人們采取有效防御措施盡量減少對土壤污染物的暴露和對產于此區域的糧食和蔬菜的食用;鼓勵農民在此區域種植非食用的經濟作物，防止污染物通過食物鏈進入人體。3）重污染區域——修復策略。從圖2、3可知，南海、番禺、佛山、江門、中山以及東莞部分與廣州接壤的區域為土壤Cd重污染區域。該區域受污染的土壤,當其環境、生態和健康風險達到不可接受水平時,需要修復。土壤修復技術發展策略包括綠色與環境友好的生物修復、聯合修復、原位修復、基于環境功能修復材料的修復、基于設備化的快速場地修復、土壤修復決策支持系統及修復后評估等技術,為解決農業土壤污染、工業搬遷場地土壤污染、礦區及周邊土壤污染及土壤含水層污染等問題提供技術支撐。建立土壤修復技術規范、評價標準和管理政策,以推動土壤環境修復技術的市場化和產業化發展。此外，對居住于此區域的人群采取環境移民；禁止當地居民播種糧食作物。

3結論

1）珠三角城鎮密集區土壤Cd平均含量Cˉ2001和Cˉ2007均為0.28mg/kg，為廣東省土壤背景值的5倍；2001年Cd的變異系數為0.83，2007年Cd的變異系數為0.72，兩者變異水平屬于強變異，暗示了土壤Cd主要來源于人為成因。通過對CNKI數據庫進行文獻檢索，珠三角蔬菜地土壤Cd含量有逐年累積的趨勢。2）2001年和2007年土壤pH的平均值分別為5.65和6.02，屬于微酸性土壤。兩者均值多重比較結果表明，pH的均值變化達到顯著水平。總體上土壤pH有所升高，這與該區土地利用方式包含較多的建筑用地、居民用地、道路用地等，受石灰性填充物的影響較大有關。3）基于兩期次的土壤重金屬累積速率估算模型，土壤Cd的累積速率KC2007-C2001與KC2012-C2007分別為0.016、0.014mg/kg，年均累積速率相當。采用“時空模式”和“空時模式”預測珠三角城鎮密集區土壤Cd含量，2020年土壤Cd的高值空間分布模式主要呈斑塊狀分布，形成包括佛山-江門-中山在內的連綿區，土壤Cd的低值主要分布在研究區的西南和東北部分。在時間序列資料較少的情形下，“時空模式”的預測結果較穩健。4）珠三角土壤Cd污染具有區域性、多源性和復合性。土壤Cd環境風險管理應以防為主,預防、控制和修復相結合的原則,預防土壤污染,從Cd污染源頭控制，防止土壤污染擴散,修復受污染土壤。對無污染區域，采取預防策略；對有污染區域，采取控制策略；對重污染區域，采取修復策略。

作者：李勇余天虹趙志忠周永章竇磊何翔單位：海南師范大學地理與旅游學院中山大學地球科學與地質工程學院廣東省地質調查院