玛河流域城市土壤重金属污染状况及风险评价-马媛媛.docx
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1、石河子大学 硕 士 学 位 论 文 玛河流域城市土壤重金属污染状况及风险评价 学 位 申 请 人 _ 马嫒媛 指 导 教 师 王卫副教授 申请学位门类级别 _ 工学硕士 学科、专业名称 _ 应用化学 研 究 方 向 _ 环境分析 所 在 学 院 化学化工学院 中国 新疆 石河子 2016年 6月 密 级: 单位代码 : 10759 石河子大学 硕 士 学 位 论 文 玛河流域城市土壤重金属污染状况及风险评价 学 位 申 请 人 _ 马嫒嫒 指 导 教 师 王卫副教授 申请学位门类级别 _ 工学硕士 学科、专业名称 _ 应用化学 研 究 方 向 _ 环境分析 所 在 学 院 化学化工学院 中国
2、新疆 石河子 2016年 6月 Heavy Metal PoHution Characteristics in the Manasi River Basins A Dissertation Submitted to Shihezi University In Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Master of Engineering By Ma Yuan-yuan (Applied Chemistry) Dissertation Supervisor: Prof. Wang Wei June, 2016 石 河
3、子大 学学位 论文独创性声 明及使 0授 权声明 学位论文独创性声明 本人所呈交的学位论文是在我导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知,除 文中已经注明引用的内容外,本论文不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究 做出重要贡献的个人和集体,均已在文中作了明确的说明并表示谢意。 研究生签名: 时 间 : 年 6 月 曰 使用授权声明 本人完全了解石河子大学有关保留、使用学位论文的规定,学校有权保留学位论文并向国家主 管部门或指定机构送交论文的电子版和纸质版。有权将学位论文在学校图书馆保存并允许被查阅。 有权自行或许可他人将学位论文编入有关数据库提供检索服务。有权将学位
4、论文的标题和摘要汇编 出版。保密的学位论文在解密后适用本规定。 研究生签名: 时间:年 曰 导师签名: j义 时间: 1/ 丨 t年 “日 摘要 城市中工业活动不断加剧重金属在陆地环境中的累积,而这些重金属可以通过吸入灰尘、皮肤 接触等方式直接进入人体,也可通过摄入污染环境中的动植物而间接进入人体。重金属污染对土壤 环境质量造成的严重影响,己成为我国农产品安全和农业健康可持续发展所面临的重要问题。 目的:本研究通过对玛纳斯河流域(以下简称玛河流域 ) 城市及农田表层土壤中 As, Cd, Cr, Cu, MNiPZn等 8种重金属含量进行了取样和检测,分析研究区域土壤各类重金属的空间分布特 征
5、,并对土壤重金属环境质量及潜在生态风险进行评价,旨在为研究区城 市工业布局规划和环境质 量监测及治理提供基础数据及科学依据。 以玛纳斯县、石河子市、沙湾县东部地区为研究区,采用网格法采集城市及农田土壤样品 129 个,采用微波消解 -等离子体原子发射光谱法 ( ICP)测定土壤 As, Cd, Cr, Cu, Mn, Ni, Pb, Zn共 8种 重金属元素含量。应用地统计学方法分析研究区农田土壤重金属的空间分布特征,采用单因子污染 指数法、内梅罗综合污染指数法分析评价了土壤重金属环境质量和潜在生态风险,采用层次聚类分 析探讨土壤重金属的空间分异特征,米用自组织映射神经网络 ( Self Or
6、ganization Map, SOM)对 8 种重金属空间分异性进行分析,在此基础上进行监测点位的评价及优化调整。得到结果如下: (1) 玛河流域城市及农田表层土壤重金属 As、 Cd、 Cr、 Cu、 Mn、 Ni、 Pb和 Zn的均值分别为 4.342, 0.115, 96.882, 44.710, 750.235, 24.058, 8.427, 97.007 mg.kg-1, 均低于国家土壤二级标准值,但 Cd, Cr, Cu, Zn的平均值超过了新疆土壤背景值,其中 Cd和 Zn的积累比较严重。 8种重金属含量的 变 异系数的范围在 16%164%,属于中等变异,其中 As、 Cd的
7、离散系数大于 1,说明这两种金属离 子区域分异性较大。 (2) As与 Cd、 Cu、 Pb、 有机质含量之间具有极显著相关性,同源性较强; Cr与 As、 Cd显示 出负相关,表现出明显的异源特征;土壤 pH与金属有相关性,但没有呈显著相关关系,但与土壤 有机质呈负相关,说明土壤有机质含量随着 pH的増高而降低。 (3) 玛河流域城市及农田表层土壤中 8种重金属含量累积程度较高的区域主要分布在石河子市城 区、工业区,玛纳斯县西北部及沙湾县东部地区。 As最高值出现在石河子市北工业区, Cd、 Cu、 Mn、 Zn最高值出现在石河子市周边团场; Cr和 Pb最高值出现在石河子市区, Ni最高值
8、出现在玛 纳斯。 (4) 玛河流域城市及农田表层土壤中 8种重金属单因子污染指数大小顺序为 PCrPCuPZnPMn PCdPNiPpbPAS, As、 Pb、 Cd处于清洁状态, Cr处于轻度污染与中度污染之间; Cu、 Mn、 Ni、 Zn属于轻度污染;内梅罗综合污染指数评价结果显示 81%的地区处于轻污染, 11%的地区中度污染, 8%的地区重污染。 (5) 多元层次聚类分析结果直观地区分了重污染区和安全区,污染程度大小依次为工业区 城区 农田 山地,自组织映射神经网络结果显示石河子市北工业区的样点污染特征最为明显,根据空 间分异性代表性的强弱及空间分布的均匀性,建议删减 43个采样点作
9、为优化结果。 (6) 棉花与玉米植株中 8种金属的累积趋势比较明显,除玉米籽外, Cr、 Cu、 Mn、 Zn在两种植 物的各部分中都有较高的含量,但对金属的转运系数和累积能力上,玉米和棉花表现出一些差异性, 棉花植株对金属表现出很大的富集潜力,尤其对 Pb的富集能力强,玉米除对 Mn表现出强的富集 能 力之外,对其余 7种金属的富集能力都较弱。 关键词:土壤重金属;空间分布;环境质量;潜在生态风险;玛纳斯河流域 Abstract Urban industrial activities in the growing accumulation of heavy metals in terrest
10、rial environments, and these heavy metals via dust inhalation, skin contact, etc. directly into the human body, but also through ingestion of contaminated animals and plants in the environment indirectly enter the human body. Seriously affecting heavy metal contamination on soil quality caused has b
11、ecome an important issue of security and agriculture healthy and sustainable development of agricultural products face. Object: This study of Manas River Basin cities and farmland topsoil As, Cd, Cr, Cu, Mn, Ni, Pb, Zn and other eight kinds of heavy metal content in the investigation, analysis of so
12、il heavy metals study area the spatial distribution of heavy metals in soil and environmental quality and potential ecological risk assessment is intended to provide basic data and scientific basis for soil quality construction and sustainable agricultural development in the study area. In Manas, Sh
13、ihezi City, Shawan eastern region of the study area, using a grid soil samples were collected from cities and farmland 129 by microwave digestion - Plasma - Atomic Emission Spectrometry (ICP) measurement of soil As, Cd, cr, Cu, Mn, Ni, Pb, Zn total of eight kinds of heavy metals content. Application
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