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重金屬污染的特征范文第1篇

關(guān)鍵詞重金屬;水體;存在形態(tài);遷移規(guī)律;污染特征

中圖分類(lèi)號(hào) x520.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼a文章編號(hào) 1007-5739(2010)01-0269-01

1重金屬在水體中的存在形態(tài)

1.1存在形態(tài)的類(lèi)型

要分析污染物在水體中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律,首先就要了解污染物在水體中以何種形式存在以及各存在形態(tài)之間的關(guān)系,對(duì)重金屬污染物的研究也不例外。湯鴻霄提出“所謂形態(tài),實(shí)際上包括價(jià)態(tài)、化合態(tài)、結(jié)合態(tài)和結(jié)構(gòu)態(tài)4個(gè)方面,有可能表現(xiàn)出來(lái)不同的生物毒性和環(huán)境行為”,這里所分析的存在形態(tài)主要指重金屬在水體中的結(jié)合態(tài)。水體中重金屬存在形態(tài)可分為溶解態(tài)和顆粒態(tài),即用0.45μm濾膜過(guò)濾水樣,濾水中的為溶解態(tài)(溶解于水中),原水樣中未過(guò)濾的為顆粒態(tài)(包括存在于懸移質(zhì)中的懸移態(tài)及存在于表層沉積物中的沉積態(tài))。用tessier等 [1]提出的逐級(jí)化學(xué)提取法又可將顆粒態(tài)重金屬繼續(xù)劃分為以下5種存在形態(tài):一是可交換態(tài),指吸附在懸浮沉積物中的黏土、礦物、有機(jī)質(zhì)或鐵錳氫氧物等表面上的重金屬;二是碳酸鹽結(jié)合態(tài),指結(jié)合在碳酸鹽沉淀上的重金屬;三是鐵錳水合氧化物結(jié)合態(tài),指水體中重金屬與水合氧化鐵、氧化錳生成結(jié)合的部分;四是有機(jī)硫化物和硫化物結(jié)合態(tài),指顆粒物中的重金屬以不同形式進(jìn)入或包括在有機(jī)顆粒上,同有機(jī)質(zhì)發(fā)生螯合或生成硫化物;五是殘?jiān)鼞B(tài),指重金屬存在于石英、黏土、礦物等結(jié)晶礦物晶格中的部分。

1.2遷移性質(zhì)

不同存在形態(tài)的重金屬在水體中的遷移性質(zhì)不同。溶解態(tài)重金屬對(duì)人類(lèi)和水生生態(tài)系統(tǒng)的影響最直接,是人們判斷水體中重金屬污染程度的常用依據(jù)之一。顆粒態(tài)重金屬組成復(fù)雜,其形態(tài)性質(zhì)各不相同。可交換態(tài)是最不穩(wěn)定的,只要環(huán)境條件變化,極易溶解于水或被其他極性較強(qiáng)的離子交換,是影響水質(zhì)的重要組成部分;碳酸鹽結(jié)合態(tài)在環(huán)境變化,特別是ph值變化時(shí)最易重新釋放進(jìn)入水體;鐵錳水合氧化物結(jié)合態(tài)在環(huán)境變化時(shí)也會(huì)部分釋放;有機(jī)硫化物和硫化物結(jié)合態(tài)不易被生物吸收,利用較穩(wěn)定;殘?jiān)鼞B(tài)最穩(wěn)定,在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)不會(huì)釋放到水體中。

2遷移規(guī)律研究方法

不同存在形態(tài)的重金屬,從所結(jié)合的載體上分離下來(lái)的化學(xué)條件和難易程度也不同,即穩(wěn)定性存在差異,因此其對(duì)水體造成的污染程度也不相同。不同的重金屬污染物在水體中存在形態(tài)的分布規(guī)律存在差異,可以通過(guò)研究它們之間的分布差異以及相互轉(zhuǎn)化過(guò)程,研究重金屬遷移轉(zhuǎn)化過(guò)程,并作為判斷其對(duì)水體危害的依據(jù)。分析沉積物重金屬污染問(wèn)題時(shí),僅認(rèn)識(shí)到重金屬的總量是不夠的,還需要分析其中的各組分含量和分布規(guī)律,進(jìn)而討論沉積物中重金屬污染物的污染性質(zhì)、轉(zhuǎn)化機(jī)理以及對(duì)水體的潛在污染等問(wèn)題[2,3]。在研究整個(gè)水體中重金屬污染問(wèn)題,也常使用該方法分析重金屬水相和固相相互遷移的主要形式[4,5],據(jù)此得出重金屬不同形態(tài)在水體中的遷移的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換以及最終歸宿等。

這種以分析化學(xué)為基礎(chǔ)研究重金屬遷移轉(zhuǎn)換規(guī)律的方法,其優(yōu)點(diǎn)在于能夠直觀地通過(guò)實(shí)測(cè)結(jié)果分析污染情況,不足之處是各種分析方法在技術(shù)上還存有明顯的缺陷。目前還沒(méi)有一種方便、有效的重金屬形態(tài)分析方法,因此尋求靈敏性高、選擇性強(qiáng)的分析方法對(duì)各種形態(tài)進(jìn)行分離研究還有待進(jìn)一步探索。

3水體中重金屬污染特征

3.1重金屬污染的作用機(jī)理

重金屬污染物為非降解性有毒污染物,進(jìn)入水體后不僅不能被微生物降解,而且某些重金屬在微生物的作用下可轉(zhuǎn)化為金屬有機(jī)化合物,產(chǎn)生更大的毒性,細(xì)菌在甲基汞形成中的作用就是比較典型的例子[6]。重金屬元素主要是通過(guò)阻礙生物大分子的重要生理功能,取代大分子中的必需元素以改變其活性部位的組成來(lái)影響生物體的正常發(fā)育和新陳代謝。重金屬進(jìn)入水體后會(huì)對(duì)整個(gè)水生生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生影響,即生態(tài)效應(yīng),水生動(dòng)植物體內(nèi)積累到一定程度時(shí),就會(huì)出現(xiàn)受害癥狀,影響到正常生長(zhǎng),并且也直接或間接地危害到人體健康。

3.2重金屬沉積物污染

重金屬在水體中遷移的最終歸宿是沉降到沉積物中,并有少部分被水生生物吸收蓄積,因此評(píng)價(jià)水體中重金屬污染問(wèn)題時(shí)除分析水相重金屬污染物狀況外,還需研究沉積物的污染狀況。采用從沉積學(xué)角度提出的評(píng)價(jià)分析方法,最常用的如地積累指數(shù)法[7]、潛在生態(tài)危害指數(shù)法[8]以及臉譜圖法[9]等。沉積物是地球表面層儲(chǔ)存污染物的重要場(chǎng)所,一旦沉積物環(huán)境遭到嚴(yán)重的破壞,必然導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境的惡化。因此,重金屬污染問(wèn)題的研究對(duì)于沉積物很有意義,同時(shí)結(jié)合沉積學(xué)內(nèi)容有助于該問(wèn)題研究的全面性。

3.3不同價(jià)態(tài)的重金屬毒性

由于重金屬元素大多屬于過(guò)渡性元素,因此價(jià)態(tài)存在形式也多變,易通過(guò)氧化還原反應(yīng)在各種價(jià)態(tài)之間轉(zhuǎn)化。當(dāng)水環(huán)境條件變化時(shí),各種價(jià)態(tài)之間相互轉(zhuǎn)化,產(chǎn)生的毒性效

應(yīng)也就不同。例如,鉻在水體中主要以三價(jià)鉻和六價(jià)鉻的化合物為主,六價(jià)鉻的毒性大,三價(jià)鉻次之。三價(jià)鉻大多數(shù)被底泥吸附轉(zhuǎn)為固相,少量溶于水,遷移能力弱;六價(jià)鉻多以溶解態(tài)存在,遷移能力強(qiáng),兩者通過(guò)氧化還原反應(yīng)相互轉(zhuǎn)換。汞是重金屬中很讓人擔(dān)心的一類(lèi),無(wú)機(jī)汞鹽通常有一價(jià)和二價(jià)2種存在形式,同時(shí)還可以形成有機(jī)汞化合物。有些汞化合物基本上是無(wú)毒的,可以用作藥物;而另一些化合物特別是有機(jī)汞,如甲基汞和二甲基汞等,毒性極強(qiáng)。

整理

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重金屬污染的特征范文第2篇

關(guān)鍵詞：城市土壤；重金屬污染；植物修復(fù)技術(shù)；大生物量非超富集植物；綜合評(píng)估篩選法

中圖分類(lèi)號(hào)：X53 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2014.03.011

城市土壤因受人類(lèi)活動(dòng)強(qiáng)烈影響而區(qū)別于自然土壤，主要指厚度大于50 cm的非農(nóng)用土壤，通常出現(xiàn)在城市和城郊區(qū)域[1-3]。城市化過(guò)程中的工業(yè)發(fā)展、城建工程的實(shí)施和居民日常生活等人類(lèi)活動(dòng)排放的污染物，以各種形式直接或間接地進(jìn)入城市土壤，改變了城市土壤的理化屬性，造成了城市土壤的重金屬污染[4]。城市土壤重金屬既可通過(guò)直接接觸密集的城市人群而危害人體健康，又可通過(guò)對(duì)大氣、水體的影響而影響城市生態(tài)環(huán)境，進(jìn)而影響生命安全[5-6]。城市土壤既可以為城市綠色植物的生長(zhǎng)提供養(yǎng)分，是其必不可少的生長(zhǎng)介質(zhì)，又可以為土壤微生物提供棲息地，是其能量的重要來(lái)源之一，所以城市土壤是城市生態(tài)系統(tǒng)尤為重要的組成部分，與城市生態(tài)環(huán)境息息相關(guān)[5]。因此，城市土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域。

1 城市土壤重金屬污染現(xiàn)狀

原成土母質(zhì)和人為活動(dòng)是城市土壤重金屬的來(lái)源，其中工業(yè)生產(chǎn)、機(jī)動(dòng)車(chē)輛尾氣排放、生活垃圾堆棄等人為活動(dòng)是造成城市土壤重金屬污染的主要因素。一方面，人為活動(dòng)產(chǎn)生的重金屬以氣溶膠的形式進(jìn)入大氣，經(jīng)過(guò)干濕沉降間接進(jìn)入土壤；另一方面，附著于廢棄物中，直接排入城市土壤，造成重金屬污染，甚至污染地下水。并且城市土壤重金屬污染具有一定的空間分布特征，總體表現(xiàn)為城區(qū)內(nèi)部土壤重金屬含量明顯高于郊區(qū)，并且交通干線兩側(cè)、人類(lèi)活動(dòng)密集區(qū)、老工業(yè)區(qū)重金屬污染較為嚴(yán)重，而受人為活動(dòng)影響較小的風(fēng)景區(qū)、公園等功能區(qū)土壤重金屬污染則屬于中低度污染和輕微生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。

城市土壤Pb、Zn、Cu、Cd等重金屬多介質(zhì)復(fù)合污染給人體健康帶來(lái)了極大的風(fēng)險(xiǎn)。食物鏈傳遞研究表明，重金屬已經(jīng)不同程度地污染了我國(guó)的城市郊區(qū)菜地土壤[7-9]，重金屬含量已超標(biāo)的蔬菜大量向城市供應(yīng)。除此之外，以揚(yáng)塵為載體進(jìn)入大氣的城市土壤重金屬，最終可通過(guò)人體的新陳代謝作用而進(jìn)入體內(nèi)并逐漸積累，從而直接威脅到人體健康。研究表明，北方沙塵暴天氣發(fā)生時(shí)，大氣環(huán)境中土壤重金屬元素濃度迅速增加，Pb、Zn、Cu、Cd的濃度比平常高出3～12倍[10-11]。據(jù)相關(guān)研究部門(mén)統(tǒng)計(jì)，上海市大約有1/3的大氣顆粒物來(lái)自于土壤揚(yáng)塵[7]。此外，城市土壤重金屬元素的積累對(duì)植物、動(dòng)物、微生物的生理生態(tài)等方面也產(chǎn)生一定的毒害，導(dǎo)致城市土壤的退化。

2 土壤重金屬污染修復(fù)研究現(xiàn)狀

近年來(lái)，科研工作者不斷探索重金屬污染土壤的修復(fù)技術(shù)，使物理、化學(xué)和生物等修復(fù)技術(shù)得到了較快的發(fā)展。由表1可知，盡管這些物理、化學(xué)修復(fù)手段對(duì)治理重金屬污染土壤具有非常重要的實(shí)踐意義，但仍具有投資大、修復(fù)效率低、對(duì)周?chē)h(huán)境干擾性大、易導(dǎo)致次生污染等諸多缺點(diǎn)。相比較而言，盡管植物修復(fù)技術(shù)有著種質(zhì)資源較少、修復(fù)效果待改善和植物生長(zhǎng)條件等局限性，但其仍具有技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上的雙重優(yōu)勢(shì)，不僅能夠利用綠色植物的新陳代謝活動(dòng)來(lái)修復(fù)土壤環(huán)境中的重金屬污染，而且具有一定的觀賞價(jià)值，有助于園林城市的建設(shè)。

廣義的植物修復(fù)技術(shù)是在多學(xué)科交叉點(diǎn)上發(fā)展起來(lái)的新技術(shù)，建立在植物對(duì)某種或某些化學(xué)元素的耐性和積累性基礎(chǔ)之上，利用植物及其根際共存微生物體系的吸收、揮發(fā)、降解和轉(zhuǎn)化作用來(lái)清除環(huán)境中的污染物的一門(mén)環(huán)境污染治理技術(shù)[12]。通常所說(shuō)的植物修復(fù)技術(shù)是指選擇具有吸收富集土壤中污染元素能力的植物，并將該植物種植于特定重金屬污染的土壤上，隨著該植物收獲和植物組織器官的妥善處理，便可移除土體中的該種污染重金屬，最終達(dá)到污染治理與生態(tài)修復(fù)污染土壤的目的[13]。這種技術(shù)因?yàn)槠湓谕寥牢廴局卫矸矫娴木薮髴?yīng)用潛力，吸引了各國(guó)相關(guān)領(lǐng)域的科學(xué)家進(jìn)行相關(guān)研究，并取得了一定的進(jìn)展。

2.1 超富集植物修復(fù)技術(shù)

現(xiàn)今已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的超富集植物約500多種，主要分布在氣候溫和的歐洲、美國(guó)、新西蘭及澳大利亞的污染區(qū)，但利用植物修復(fù)污染土壤則是近幾十年的工作。目前，關(guān)于超富集植物對(duì)重金屬耐性和積累性機(jī)理、修復(fù)性能改進(jìn)及應(yīng)用技術(shù)等方面的研究已經(jīng)在全世界范圍內(nèi)展開(kāi)，并且也取得了一定的進(jìn)展。此外，植物修復(fù)技術(shù)商業(yè)化因其工程性的試驗(yàn)研究以及實(shí)地應(yīng)用效果，在未來(lái)具有巨大的商業(yè)前景。

2.2 超富集植物修復(fù)的局限性

超富集植物在修復(fù)土壤重金屬污染方面表現(xiàn)出顯著的生態(tài)效益、社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。盡管利用植物修復(fù)技術(shù)修復(fù)重金屬污染土壤具有廉價(jià)、有效、使土壤免受擾動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，但是在實(shí)際應(yīng)用中，超富集植物由于其固有的特點(diǎn)，大大限制了在植物修復(fù)技術(shù)中的應(yīng)用。第一，大部分超富集植物生物量低下，嚴(yán)重制約了修復(fù)效率，且植株矮小，不便于機(jī)械化作業(yè)；第二，超富集植物引種易受到地域性限制，因其多為野生植物種質(zhì)資源，區(qū)域性分布較強(qiáng)，難以適應(yīng)新的生物氣候條件；第三，超富集植物往往只適用于某種特定的重金屬元素，具有較強(qiáng)的專(zhuān)一性，對(duì)土壤中其他含量較高的重金屬則表現(xiàn)出中毒癥狀，從而在重金屬?gòu)?fù)合污染土壤修復(fù)中的應(yīng)用受到了限制；最后，超富集植物根、葉、果實(shí)等器官機(jī)械折斷、凋謝或腐爛等途徑使重金屬重返土壤，易造成二次污染，間接降低了修復(fù)效率。

2.3 大生物量非超富集植物與超富集植物修復(fù)技術(shù)

Ebbs等[16]認(rèn)為超富集植物以外的其他大生物量非超富集植物也具有修復(fù)重金屬污染土壤的可能性，并提出農(nóng)作物地上部可觀的生物量能夠補(bǔ)償?shù)厣喜枯^低的重金屬含量的觀點(diǎn)。周振民等[17]指出了大生物量非超富集植物修復(fù)技術(shù)是一項(xiàng)非常有發(fā)展?jié)摿Φ闹参镄迯?fù)技術(shù)。因此植物修復(fù)技術(shù)走向工程實(shí)踐的主要任務(wù)是篩選與開(kāi)發(fā)大生物量、富集重金屬能力強(qiáng)且具有觀賞性的復(fù)合型修復(fù)植物。

3 土壤重金屬污染大生物量植物修復(fù)技術(shù)研究進(jìn)展

現(xiàn)有超富集植物種質(zhì)資源貧乏，并且其具有自身的局限性，修復(fù)效果也有待于進(jìn)一步加強(qiáng)，故植物修復(fù)技術(shù)還不成熟。另外，評(píng)價(jià)植物修復(fù)重金屬污染的標(biāo)準(zhǔn)是重金屬遷移總量，然而已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的超富集植物因其生物量小、生長(zhǎng)緩慢而使重金屬遷移總量相對(duì)較低，自然種群中存在著對(duì)重金屬具有一定耐性的大生物量植物，雖然其單位質(zhì)量的重金屬含量尚不滿(mǎn)足超富集植物的定義，但此時(shí)其所積累的重金屬絕對(duì)量反而比超積累植物的絕對(duì)量大。因此大生物量非超富集植物對(duì)城市土壤重金屬的修復(fù)作用更大。

3.1 大生物量修復(fù)植物的優(yōu)勢(shì)

以大生物量植物種質(zhì)資源作為篩選修復(fù)植物對(duì)象是有依據(jù)的，一方面，大生物量修復(fù)植物具備普通植物的功能特點(diǎn)；另一方面，大生物量修復(fù)植物還有普通植物不具備的諸多優(yōu)點(diǎn)。主要表現(xiàn)為：

（1）高生物量植物種質(zhì)資源豐富，有著巨大的潛力，可為篩選提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)；

（2）在進(jìn)行城市土壤修復(fù)、調(diào)控大氣環(huán)境的同時(shí)，能夠美化環(huán)境，一舉兩得；

（3）具備觀賞性的大生物量修復(fù)植物，不會(huì)進(jìn)行食物鏈的傳遞積累，減少了對(duì)人體的危害；

（4）大生物量植物對(duì)人類(lèi)健康也有著一定的作用，如油松、核桃、桑樹(shù)等對(duì)桿菌和球菌的殺菌力均極強(qiáng)，花卉芳香油可抗菌，提高人體免疫力，可作為保健食品或調(diào)控大氣環(huán)境；

（5）在長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐中，品種選育、植物栽培以及病蟲(chóng)害防治等經(jīng)驗(yàn)日益豐富。因此，篩選大生物量植物修復(fù)城市土壤重金屬污染是可行的。

3.2 大生物量植物的耐性與積累性研究

4 大生物量修復(fù)植物的判斷標(biāo)準(zhǔn)與篩選

由周振民等[17]對(duì)重金屬污染土壤大生物量修復(fù)植物進(jìn)行的綜合研究可知，其篩選對(duì)象主要為部分農(nóng)作物、雜草、樹(shù)木和花卉。修復(fù)城市土壤的大生物量植物應(yīng)具有一定的生態(tài)功能和觀賞價(jià)值，按觀賞部位可分為觀花的、觀葉的、觀芽的、觀莖的、觀果的五類(lèi)；從低等到高等植物，從水生到陸生；有草本也有木本，有灌木、喬木和藤木，種類(lèi)繁多。因此篩選既具有觀賞性又具有生態(tài)修復(fù)功能的大生物量修復(fù)植物就尤為重要了。

為了便于采取定性與定量相結(jié)合的綜合評(píng)估分析法篩選出具備此能力的大生物量修復(fù)植物，這就要求植物符合一定的判定標(biāo)準(zhǔn)。耐性特征、積累特征、觀賞性和生態(tài)調(diào)控功能是主要的評(píng)定指標(biāo)，其中耐性特征和積累特征是最基本的判斷標(biāo)準(zhǔn)。耐性植物應(yīng)該能夠在較高重金屬污染濃度的土壤上完成生命周期，并且污染處理的植物地上部生物量與對(duì)照植物的地上部生物量相比沒(méi)有明顯的下降，這才說(shuō)明該植物對(duì)重金屬污染的土壤具有一定的耐性。積累特征以轉(zhuǎn)移系數(shù)和富集系數(shù)綜合表示，李庚飛等[25]研究表明，在利用大生物量非超富集植物進(jìn)行重金屬污染修復(fù)時(shí)，若植物對(duì)某重金屬元素的轉(zhuǎn)移系數(shù)和地上部分富集系數(shù)均大于0.1，說(shuō)明植物對(duì)該金屬元素具有富集的潛力。此外，植物觀賞性和固碳釋氧、吸收有毒有害氣體等生態(tài)調(diào)控功能等指標(biāo)的納入，對(duì)采用綜合評(píng)估篩選法進(jìn)行復(fù)合型修復(fù)植物的篩選更有意義。

大生物量植物種類(lèi)繁多，盲目地篩選是不科學(xué)的。因此首先應(yīng)該搜集資料，調(diào)查各種植物的特點(diǎn)及其本身生長(zhǎng)習(xí)性，從中初選出最有可能成為修復(fù)植物的種質(zhì)資源進(jìn)行研究，之后再進(jìn)一步確認(rèn)。例如，可從受污染嚴(yán)重的區(qū)域采集仍然能夠正常生長(zhǎng)的物種進(jìn)行試驗(yàn)，或從生長(zhǎng)不易受環(huán)境影響的物種著手。初選大生物量修復(fù)植物在一定程度上可由植物的根、莖、葉初步判斷[26]。生物量與株高成正比，而生物量越大，修復(fù)效率也相應(yīng)增大，因此株高是修復(fù)植物的重要選擇依據(jù)。為使篩選出的修復(fù)植物具有更好的實(shí)踐性，也應(yīng)盡量地人為模擬與特定重金屬污染城市土壤條件相一致的環(huán)境條件，利用盆栽試驗(yàn)篩選出大生物量復(fù)合型修復(fù)植物。

5 結(jié) 語(yǔ)

我國(guó)對(duì)植物修復(fù)重金屬污染土壤的研究起步較晚，篩選工作做得不多，大量有潛力的修復(fù)植物還有待發(fā)現(xiàn)，尤其是以大生物量修復(fù)植物為篩選對(duì)象將成為一個(gè)突破口。總的來(lái)說(shuō)，用大生物量修復(fù)植物修復(fù)污染土壤的潛力巨大。在城市污染土壤修復(fù)中，大面積地應(yīng)用與其他手段相結(jié)合的大生物量修復(fù)植物，既可以美化環(huán)境，又能帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。因此進(jìn)一步提高大生物量修復(fù)植物的修復(fù)效率，應(yīng)從生態(tài)位的理論出發(fā)，開(kāi)展植物品種的篩選與培育、復(fù)合修復(fù)技術(shù)應(yīng)用、修復(fù)效果驗(yàn)證試驗(yàn)等方面的研究，以適應(yīng)城市需要，并將植物修復(fù)、觀賞植物苗木生產(chǎn)、園林景觀建設(shè)與生物質(zhì)能利用有機(jī)結(jié)合，形成環(huán)境污染修復(fù)產(chǎn)業(yè)，走循環(huán)利用綠色發(fā)展之路。

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重金屬污染的特征范文第3篇

關(guān)鍵詞：農(nóng)田土壤；重金屬污染；修復(fù)技術(shù)；環(huán)境保護(hù)

中圖分類(lèi)號(hào)：S153 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20170432024

1 我國(guó)農(nóng)田重金屬污染現(xiàn)狀

1.1 重金屬普遍超標(biāo)

農(nóng)田重金屬污染主要是指Pb、Cu、Hg、Zn、Cr、Cd等重金屬元素在農(nóng)田土壤中的含量超過(guò)土壤背景值，根據(jù)農(nóng)田部、環(huán)保部等部門(mén)近年來(lái)報(bào)告數(shù)據(jù)顯示，全國(guó)有300多個(gè)重點(diǎn)污染區(qū)重金屬超標(biāo)，占農(nóng)田污染的80%，抽取數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)農(nóng)田平均重金屬超標(biāo)率在2010年前就已經(jīng)高達(dá)12%，在一些大城市，例如北京、上海、深圳等地，各類(lèi)重金屬元素在農(nóng)田土壤中的含量尤其高，城市發(fā)展對(duì)于農(nóng)田重金屬污染影響極為嚴(yán)重，目前我國(guó)農(nóng)田重金屬污染形勢(shì)嚴(yán)峻，污染情況已經(jīng)得到重視，各類(lèi)措施也在緊急籌備和實(shí)施之中。我國(guó)農(nóng)田重金屬污染現(xiàn)狀具有范圍大，種類(lèi)多，相對(duì)集中，分布不均，普遍嚴(yán)重的特點(diǎn)。雖然污染依然嚴(yán)重，但隨著環(huán)保力度的增強(qiáng)和范圍的擴(kuò)大，污染情況正在逐步改善。

1.2 污染主要來(lái)源

農(nóng)田重金屬污染修復(fù)，關(guān)鍵在防、治二字，要做到對(duì)重金屬污染的防治，需要了解農(nóng)田中重金屬的來(lái)源，污染來(lái)源主要有4類(lèi)，分別是：污水、大氣、農(nóng)業(yè)廢棄物以及固體垃圾。空氣污染是我國(guó)環(huán)境保護(hù)的一大難題給農(nóng)田也帶來(lái)了極大的影響，空氣中夾雜著來(lái)自工業(yè)、交通、礦山等的污染物中，不乏各類(lèi)重金屬物質(zhì)，在大氣沉降過(guò)程中，重金屬便進(jìn)入了農(nóng)田土壤之中。大量數(shù)據(jù)實(shí)例表明，在工業(yè)區(qū)、道路旁，土壤中含重金屬量較其他地區(qū)明顯高出數(shù)倍，環(huán)保部研究青藏鐵路沿線兩側(cè)、北京等城市道路旁農(nóng)田土質(zhì)以及種植物，發(fā)現(xiàn)不僅土壤重金屬含量高，植物中也含有較高的重金屬元素。含重金屬的污水一旦進(jìn)入農(nóng)田并沉淀，就容易造成農(nóng)田重金屬含量的增加，農(nóng)業(yè)材料，如農(nóng)藥、農(nóng)肥等，在大面積、長(zhǎng)期使用之下，重金屬會(huì)慢慢滲入土壤之中，而一些固體堆積物更是含有大量重金屬，在堆積中容易滲入地下。

2 農(nóng)田重金屬污染修復(fù)技術(shù)

2.1 物理、化學(xué)修復(fù)技術(shù)

物理修復(fù)技術(shù)主要有換土、深耕翻土、填土以及加熱法，前3種方法原理一致，皆是使淺層土壤以舊換新，這些方法工程量大，效果穩(wěn)定，修復(fù)徹底，但是不僅換土需要大量工程，集中處理土壤的耗損也非常大，因此并不適合大規(guī)模應(yīng)用。加熱法是利用加熱使揮發(fā)性重金屬?gòu)耐寥乐袚]發(fā)析出，雖然有一定作用，但是容易導(dǎo)致一些元素酸化或者相互反應(yīng)，產(chǎn)生更為嚴(yán)重的后果，且析出氣體的收集也很棘手。化學(xué)修復(fù)方法也是如此，無(wú)論是電動(dòng)修復(fù)還是淋洗修復(fù)，都容易導(dǎo)致嚴(yán)重的污染，電動(dòng)修復(fù)是通過(guò)土壤兩側(cè)通電以電場(chǎng)作用將重金屬帶到電極，在兩極集中收集并進(jìn)行處理，淋洗是將水或者其他制劑放入土壤之中進(jìn)行沖洗，制劑的選擇和二次污染的防治成為淋洗的重點(diǎn)，物理、化學(xué)方法雖然效果好，但是成本高且對(duì)環(huán)境極可能造成二次污染，因此實(shí)踐中應(yīng)用甚少，相關(guān)部門(mén)正在加緊研究改善重金屬污染治理之中。

2.2 生物修復(fù)技術(shù)

生物修復(fù)技術(shù)成本較低，有利于規(guī)模化操作，并且生物法的優(yōu)勢(shì)在于其環(huán)境有益性，不僅能夠有效處理農(nóng)田土壤重金屬污染，更重要的是，生物修復(fù)有助于修復(fù)自然界的正常循環(huán)，有利于全面改善環(huán)境，目前的環(huán)境保護(hù)實(shí)踐對(duì)于生物方法也極為推崇。生物修復(fù)法主要是利用植物和微生物、動(dòng)物進(jìn)行土壤修復(fù)，利用植物根系固定重金屬，減少擴(kuò)散，植物還能夠從土壤中吸收重金屬，儲(chǔ)存在植物體內(nèi)，我國(guó)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)大量對(duì)重金屬具有吸收能力的植物，在實(shí)踐中也有一定研究和應(yīng)用，植物修復(fù)是較為推崇的方法，綠色植物的大量種植能夠固定土壤、防風(fēng)固沙、凈化空氣，大量種植能夠吸收重金屬的植物，則一舉數(shù)得，值得注意的是，植物吸收重金屬存于體內(nèi)，勢(shì)必導(dǎo)致重金屬含量過(guò)高，這些植物一定不能作為食品銷(xiāo)售。微生物、動(dòng)物與植物修復(fù)法類(lèi)似，生物修復(fù)技術(shù)容易破壞生態(tài)平衡，尤其是微生物、動(dòng)物修復(fù)，因此也需要進(jìn)一步研究，目前而言，選取植物進(jìn)行大規(guī)模種植修復(fù)土壤似乎是于環(huán)境保護(hù)最有益處的方法。

3 結(jié)語(yǔ)

環(huán)境于人類(lèi)而言重如生命，l展中的破壞已經(jīng)造成，如何修復(fù)才是關(guān)鍵，農(nóng)田土壤重金屬污染，重在防治，切斷污染源的同時(shí)改良污染土壤方為可行之路。

參考文獻(xiàn)

重金屬污染的特征范文第4篇

關(guān)鍵詞：襄汾潰壩區(qū);土壤;農(nóng)作物;重金屬污染;生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)

中圖分類(lèi)號(hào)：X825 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2014）20-4821-05

DOI：10.14088/ki.issn0439-8114.2014.20.013

Pollution Characteristics and Risk Assessment of Heavy Metals in Soil and Crops in Dam-breaking Areas of Xiangfen

YAN Jiao， ZHANG Yong-qing， SONG Zhi-ping， HE Xiao-qin， LI Yu-peng

（College of Urban and Environmental Science， Shanxi Normal University， Linfen 041004， Shanxi， China）

Abstract： The contents of eight heavy metals（Cu、Zn、Cr、Cd、Pb、Ni、As、Hg） in soil and crops in dam-breaking areas of Xiangfen were analyzed. Tailing contained Cu and Zn was found. The contents of Cu and Zn in soil of the covered areas were higher than those in soil of the non-covered areas. The levels of other six elements in soil of the covered areas were lower than those in soil of the non-covered areas. The contents of Cu and Zn in crops of the covered areas were lower than those in crops of the non-covered areas. The levels of other six elements in crops of the covered areas were higher than those in crops of the non-covered areas. The correlation analysis showed that Cu and Zn in the coverage areas were from tailing. The other six heavy metals were homologous or associated in the coverage areas and non-covered areas. The single pollution index， Nemerow's synthetical pollution index and the potential ecological risk index showed that soil in the coverage areas was polluted slightly by heavy metals. Enrichment coefficients showed that the uptake capacity of the other six heavy metals by wheat was higher in the coverage areas than that in non-covered areas with the exception of Cu and Zn.

Key words： dam-breaking areas of Xiangfen; soil; crop; heavy metal pollution; ecological risk

重金屬毒害是礦區(qū)普遍存在且最為嚴(yán)重的問(wèn)題之一[1，2]。由于尾礦渣含有多種重金屬，這些重金屬隨尾礦渣進(jìn)入土壤環(huán)境發(fā)生積累、遷移，不僅對(duì)區(qū)域生態(tài)安全構(gòu)成潛在危害，可能影響動(dòng)植物的生長(zhǎng)發(fā)育，甚至通過(guò)食物鏈進(jìn)入人體，危害人體健康，導(dǎo)致一些慢性病、畸形、癌癥等的發(fā)生[3]。礦山尾砂庫(kù)垮壩導(dǎo)致的污染物遷移和擴(kuò)散，不僅威脅人體健康和生命安全，而且會(huì)導(dǎo)致大面積的土地污染，使下游土地的重金屬含量升高，土壤酸化，有機(jī)質(zhì)含量降低和土壤板結(jié)[4]。例如，西班牙南部的Aznalcollar硫鐵礦尾砂壩坍塌導(dǎo)致Agrio和Guadiamar流域55 km2范圍內(nèi)的土壤受到重金屬污染，土壤Pb、Zn、As、Cd和Cu的含量分別增加到1 786、1 449、589、5.9、420 mg/kg[4]，受污染土壤的pH最低可以下降到2[5， 6];1985年，湖南郴州市竹園礦區(qū)尾砂壩坍塌，致使尾砂沖入東河兩岸農(nóng)田，即使農(nóng)田中的尾砂已被清理，該地區(qū)農(nóng)田土壤的As和Cd含量仍然高達(dá)709、7.6 mg/kg[7，8]。

目前，關(guān)于礦業(yè)的開(kāi)采活動(dòng)對(duì)礦區(qū)周?chē)h(huán)境的影響有很多研究。曲蛟等[9]對(duì)鉬礦尾礦周?chē)卟说氐耐寥赖姆治霰砻鳎亟饘俸繌拇蟮叫〉捻樞驗(yàn)闅堄鄳B(tài)、有機(jī)結(jié)合態(tài)、氧化結(jié)合態(tài)和酸可提取態(tài)，由于尾礦石中可能釋放重金屬，當(dāng)?shù)氐闹亟饘傥廴竞車(chē)?yán)重，預(yù)警類(lèi)型為重警;李祥平等[10]對(duì)粵西黃鐵礦區(qū)的土壤做了詳細(xì)的研究，證實(shí)鐵礦開(kāi)采和尾渣堆放給礦區(qū)環(huán)境帶來(lái)嚴(yán)重的危害，土壤重金屬含量已超過(guò)中國(guó)土壤背景值的30余倍，Cd、Zn等已達(dá)到中度甚至重度污染，且污染物已滲透到土壤深層;王素娟等[11]對(duì)廣西德保幾個(gè)礦區(qū)尾礦的研究發(fā)現(xiàn)，土壤中Cd和Pb含量都超出了廣西土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的背景值，且Cd含量隨pH的升高顯著增加，Pb含量隨pH的升高而減少。而礦山尾砂壩坍塌是一種較常見(jiàn)的事故，但對(duì)其導(dǎo)致下游土壤污染問(wèn)題的研究至今仍較少。2008年9月8日，襄汾縣云合村塔兒山的尾礦壩坍塌，尾砂沖入下游地區(qū)的居民區(qū)和農(nóng)田，不僅造成了巨大的人員傷害和經(jīng)濟(jì)損失，而且造成下游農(nóng)田土壤被大量的尾砂所覆蓋，可能導(dǎo)致土壤和農(nóng)作物的重金屬污染。正確評(píng)價(jià)該區(qū)土壤的污染狀況及潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。為此，本研究采用單項(xiàng)污染指數(shù)法、內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法對(duì)研究區(qū)內(nèi)土壤及農(nóng)作物重金屬污染狀況和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，以期為土壤污染控制和污染農(nóng)田修復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

潰壩區(qū)位于山西省臨汾市襄汾縣云合村塔兒山，E 111°3′，N 35°53′，海拔679～769 m，屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年均氣溫11.5 ℃，1月年均氣溫4.5 ℃，7月年均氣溫26 ℃，年均降水量454 mm，年均日照數(shù)2 522 h，無(wú)霜期185 d。塔兒山富含磁鐵礦，潰壩發(fā)生后，進(jìn)行了緊急治理，利用大型機(jī)械開(kāi)挖泥石流，對(duì)土壤物理性狀造成了較嚴(yán)重的破壞，在原有土壤上覆蓋了大量尾砂。

1.2 樣品采集與檢測(cè)

在潰壩物覆蓋區(qū)，沿潰壩物流向，采用S型取樣法，取0～20 cm的耕層土壤，5個(gè)點(diǎn)混成一個(gè)土樣，同時(shí)在同一塊農(nóng)田的未覆蓋區(qū)采集對(duì)照樣品，覆蓋區(qū)和未覆蓋區(qū)各18個(gè)土樣，裝袋、編號(hào)、扎口，帶回實(shí)驗(yàn)室。把土樣置于室內(nèi)自然風(fēng)干，剔除大石塊、植物根系等雜質(zhì)，磨細(xì)后過(guò)孔徑為0.15 mm的尼龍篩，裝袋密封用于測(cè)定土壤重金屬含量。在秋季，研究區(qū)主要的農(nóng)作物是小麥，在土壤點(diǎn)位上采集相應(yīng)的麥苗樣品，帶回實(shí)驗(yàn)室，用自來(lái)水沖洗干凈，再用純水洗3遍，風(fēng)干，80 ℃烘干至恒重，用研缽研碎，裝袋。

取備用土壤0.1 g放入聚四氟乙烯坩堝，加入5 mL HNO3和1 mL HF，HNO3和HF試劑均為優(yōu)級(jí)純，加蓋，放在電熱板上消解，得到樣品消解液，用火焰原子吸收法檢測(cè)消解液中銅（Cu）、鋅（Zn）、鉻（Cr）和鎳（Ni）等重金屬的含量， 用石墨爐原子吸收法檢測(cè)消解液中鎘（Cd）和鉛（Pb）的含量，用雙道原子熒光光度計(jì)檢測(cè)消解液中砷（As）和汞（Hg）的含量。測(cè)定過(guò)程中用10%的平行樣品和加標(biāo)回收樣進(jìn)行質(zhì)量控制，以保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度和精度。植物樣品中的重金屬檢測(cè)方法同上。

1.3 土壤重金屬污染評(píng)價(jià)方法及標(biāo)準(zhǔn)

1.3.1 單項(xiàng)污染指數(shù)法

Pi=Ci/Si

式中：Pi為樣品中某污染物的單項(xiàng)污染指數(shù);Ci為樣品中某污染物的實(shí)測(cè)濃度;Si為某污染物的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

1.3.2 內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法

Pn=■

式中：Pi=Ci/Si，Pn是內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)，Pi是樣品中某污染物的單項(xiàng)污染指數(shù)，MaxPi是樣品污染物中污染物指數(shù)最大值。

依據(jù)單因子污染指數(shù)法和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法將土壤重金屬污染劃分為5個(gè)等級(jí)，見(jiàn)表1。

1.3.3 潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法 該方法是瑞典學(xué)者 Hakanson根據(jù)重金屬的性質(zhì)及環(huán)境行為特點(diǎn)，從沉積學(xué)角度提出的一種對(duì)沉積物或土壤中重金屬污染進(jìn)行評(píng)價(jià)的方法[12]。它將重金屬的含量、生態(tài)效應(yīng)、環(huán)境效應(yīng)與毒理學(xué)聯(lián)系在一起，采用具有可比的等價(jià)屬性指數(shù)分級(jí)法進(jìn)行評(píng)價(jià)，可以定量地評(píng)價(jià)單一元素的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，也可以評(píng)價(jià)多個(gè)元素的總體風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)[13]。公式如下：

C■■=C■■/C■■;E■■=T■■×C■■;

RI=■E■■=■T■■×C■■=■T■■×C■■

式中：C■■為某一重金屬的污染參數(shù);C■■為土壤中重金屬的實(shí)測(cè)含量;C■■為計(jì)算所需的參比值;E■■為潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù);T■■為某一重金屬的毒性系數(shù)。參比值的選擇，各地學(xué)者差異較大，大都以全球沉積物重金屬的平均背景值為參比值[14]，或以當(dāng)?shù)赝寥辣尘爸禐閰⒈萚15]，或以背景采樣點(diǎn)值為參比[16]，為了更真實(shí)反映評(píng)價(jià)區(qū)域的重金屬污染狀況，本研究以未覆蓋區(qū)土壤中重金屬含量為參比值。不同重金屬元素毒性水平不同，生物對(duì)重金屬污染的敏感程度也不盡相同，用重金屬元素毒性系數(shù)反映該特點(diǎn)[17]。根據(jù)“元素豐度原則”和“元素稀釋度”，Hakanson認(rèn)為某一重金屬的潛在毒性與其豐度成反比，或者說(shuō)與其稀少度成正比[17]，因此他指定的標(biāo)準(zhǔn)化重金屬毒性系數(shù)為Zn（1）

1.3.4 富集系數(shù) 富集系數(shù)是植物中重金屬的含量與土壤中重金屬含量的比值，表示植物對(duì)重金屬的富集能力[1]。富集系數(shù)越大，其富集能力就越強(qiáng)。

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

重金屬含量用EXCEL 2003計(jì)算，重金屬含量的最大值、最小值、平均值、變異系數(shù)、正態(tài)分布檢驗(yàn)等描述性統(tǒng)計(jì)分析采用SPSS 19.0計(jì)算。

2 結(jié)果與分析

2.1 潰壩區(qū)下游土壤重金屬分析

2.1.1 土壤重金屬含量 潰壩區(qū)下游土壤重金屬含量見(jiàn)表3。覆蓋區(qū)和未覆蓋區(qū)8種重金屬的平均值和最大值均沒(méi)有超過(guò)國(guó)家土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，兩區(qū)域的Zn、Cr、Ni和As等4種重金屬的平均濃度沒(méi)有超過(guò)山西省土壤元素背景值，其他4種元素的平均濃度均超過(guò)山西省土壤元素背景值。覆蓋區(qū)和未覆蓋區(qū)相比，覆蓋區(qū)Cu和Zn的平均濃度高于未覆蓋區(qū)，其他6種元素的平均濃度均低于未覆蓋區(qū)。這可能是因?yàn)槲驳V砂中含有Cu和Zn覆蓋在農(nóng)田上，雖然經(jīng)過(guò)清理，但還有殘留，導(dǎo)致覆蓋區(qū)的土壤中Cu和Zn的含量偏高;而Cr、Cd、Pb、Ni、As和Hg的情況正好相反，尾礦砂中可能沒(méi)有這些元素，或者含量極少，進(jìn)入土壤后反而降低了土壤中Cr、Cd、Pb、Ni、As和Hg的濃度，造成未覆蓋區(qū)土壤中的含量偏高。

變異系數(shù)（CV）是衡量研究區(qū)各樣品間的變異程度，CV大則說(shuō)明土壤受外界干擾顯著，空間分異明顯，也說(shuō)明土壤的污染是以復(fù)合污染的形式存在[19]。CV≤10%為弱變異，10%100%為強(qiáng)變異。覆蓋區(qū)和未覆蓋區(qū)8種重金屬的變異都為中等變異，說(shuō)明研究區(qū)內(nèi)重金屬的來(lái)源不相同，并不全部來(lái)自潰壩物。覆蓋區(qū)內(nèi)Hg的變異系數(shù)最高，說(shuō)明不同采樣點(diǎn)Hg的分布差異性很大，覆蓋區(qū)內(nèi)各重金屬的變異系數(shù)從高到低依次為Hg、Pb、Cr、Ni、Cd、Zn、Cu、As。未覆蓋區(qū)內(nèi)也是Hg的變異系數(shù)最高，各重金屬的變異系數(shù)從高到低依次為Hg、Pb、Cu、Cr、Cd、Ni、As、Zn。

研究土壤中重金屬含量的相關(guān)性可以推測(cè)其來(lái)源是否相同。覆蓋區(qū)和未覆蓋區(qū)土壤重金屬的相關(guān)系數(shù)分別見(jiàn)表4和表5。覆蓋區(qū)內(nèi)，Cu和Zn呈顯著正相關(guān)，與其他6種元素（Cr、Cd、Pb、Ni、As和Hg）呈負(fù)相關(guān)，說(shuō)明Cu和Zn來(lái)源相同，與其他6種重金屬元素是異源關(guān)系;Ni與Cr顯著相關(guān);Cd與Pb、As、Hg顯著相關(guān)，Pb與As、Hg顯著相關(guān)，As與Hg顯著相關(guān)，說(shuō)明Cd、Pb、As和Hg為同一來(lái)源或者伴生關(guān)系。未覆蓋區(qū)內(nèi)，Ni和Cr、Pb、Hg，Cd和As、Hg，Pb和As、Hg，As和Hg，都呈顯著正相關(guān);而Cu和Zn相關(guān)性不顯著，這與覆蓋區(qū)完全不同。在覆蓋區(qū)和未覆蓋區(qū)內(nèi)，Cr、Cd、Pb、Ni、As和Hg之間都具有很高的相關(guān)性，這些重金屬可能是伴生關(guān)系或者來(lái)自同一污染源。

2.1.2 土壤重金屬污染狀況 以未覆蓋區(qū)為背景值，計(jì)算出覆蓋區(qū)土壤重金屬單項(xiàng)污染指數(shù)和綜合污染指數(shù)（表6）。Cr和Ni的污染指數(shù)在安全域內(nèi)，Cd、As和Hg的污染指數(shù)在警戒線上，Cu、Zn和Pb的污染指數(shù)處于輕度污染級(jí)別。8種重金屬的污染程度從高到低的依次為Pb>Cu>Zn>Cd>As=Hg>Ni>Cr。覆蓋區(qū)的綜合污染指數(shù)為1.3，處于輕度污染級(jí)別，這與Cu、Zn、Pb單項(xiàng)污染指數(shù)偏高有關(guān)。

2.1.3 土壤重金屬生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià) 以未覆蓋區(qū)為背景值，覆蓋區(qū)土壤單個(gè)重金屬的潛在生態(tài)危害指數(shù)（E■■）和多種重金屬潛在生態(tài)危害指數(shù)（RI）見(jiàn)表7。8種重金屬的潛在生態(tài)危害指數(shù)都處于輕微級(jí)別，它們的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)趨勢(shì)為E■■（Hg）>E■■（Cd）>E■■（Pb）>E■■（Cu）=E■■（As）>E■■（Ni）>E■■（Zn）>E■■（Cr）。多種重金屬潛在生態(tài)危害指數(shù)RI也處于輕微級(jí)別。從重金屬污染指數(shù)和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)二者結(jié)合來(lái)看，潰壩物覆蓋區(qū)土壤重金屬污染比較輕微。

2.2 潰壩區(qū)麥苗體內(nèi)重金屬分析

2.2.1 麥苗體內(nèi)重金屬含量 為了進(jìn)一步探索土壤對(duì)植物重金屬污染的影響，采集了覆蓋區(qū)與未覆蓋區(qū)的麥苗，并對(duì)其重金屬含量進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)表8。覆蓋區(qū)和未覆蓋區(qū)的麥苗重金屬含量差異較大，同種植物中不同重金屬含量差異明顯。與未覆蓋區(qū)相比，覆蓋區(qū)麥苗體內(nèi)的Cr、Cd、Pb、Ni、As、Hg含量相對(duì)較高，Cu和Zn的含量相對(duì)較低，這與土壤中重金屬含量規(guī)律相反，很可能與當(dāng)?shù)氐蔫F礦開(kāi)采活動(dòng)有很大的關(guān)系。

2.2.2 麥苗體內(nèi)重金屬富集系數(shù) 覆蓋區(qū)和未覆蓋區(qū)的麥苗體內(nèi)重金屬富集系數(shù)見(jiàn)表9。從表9可以看出，相同植物對(duì)不同重金屬的吸收能力存在差異。除Cu和Zn外，覆蓋區(qū)麥苗對(duì)其他6種重金屬的吸收能力高于未覆蓋區(qū)。覆蓋區(qū)的麥苗吸收重金屬的能力依次為Cr>Cd>Hg>Zn>Ni>Pb>As>Cu;未覆蓋區(qū)的麥苗吸收重金屬的能力依次為Zn>Hg>Cr>Cu=Cd>Pb>Ni>As。覆蓋區(qū)和未覆蓋區(qū)的麥苗吸收重金屬的能力不同可能與土壤中重金屬含量、形態(tài)等有關(guān)。

3 小結(jié)

由于尾礦砂中含有Cu和Zn，造成覆蓋區(qū)土壤中Cu和Zn的含量高于未覆蓋區(qū)，其他6種元素的含量均低于未覆蓋區(qū)。覆蓋區(qū)和未覆蓋區(qū)8種重金屬的變異都為中等變異，各金屬元素在土壤中的含量還是比較穩(wěn)定的。

通過(guò)相關(guān)分析可以推斷出覆蓋區(qū)內(nèi)Cu和Zn來(lái)源于尾礦砂，其他6種重金屬在覆蓋區(qū)與未覆蓋區(qū)都具有同源或者伴生關(guān)系。

以未覆蓋區(qū)為背景值，從重金屬污染指數(shù)和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)二者結(jié)合來(lái)看，潰壩物覆蓋區(qū)土壤重金屬污染比較輕微。

覆蓋區(qū)和未覆蓋區(qū)對(duì)比，麥苗體內(nèi)重金屬含量規(guī)律與土壤中重金屬含量規(guī)律相反，這很可能與當(dāng)?shù)氐牟傻V活動(dòng)有關(guān)。覆蓋區(qū)和未覆蓋區(qū)的麥苗吸收重金屬的能力不相同可能與土壤重金屬含量、形態(tài)有關(guān)系。

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重金屬污染的特征范文第5篇

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關(guān)鍵詞：時(shí)間序列模型；河流重金屬污染；預(yù)測(cè)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP391.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

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Forecast Study on Forecasting Pollutant Concentration of Heavymetal Contaminants in Streams

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LIU Tanqiu1，SHEN Xinping2，WANG Hanhua1

（1.School of Management and Economics，Changsha University of Science & Technology， Changsha410114， China； 

2. Dongting Lake Water Resources Administration Bureau of Hunan Province， Changsha410007， China）

Abstract：Traditional stream waterquality models are hardly able to describe stochastic behavior of heavymetal contaminants in water， due to stream environment influenced by various uncertainties. Therefore， a classic time series model， namely autoregressive integrated moving average （ARIMA） model， is used to predict pollutant concentration of heavymetal contaminants in streams. An empirical analysis evaluates the forecasting performance of two ARIMA models with different statistical distribution errors using a dynamic forecast approach. The results indicate that the two ARIMA models both perform very well， especially the one with student t distribution.

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Key words： the time series model， heavy—metal contaminants in streams， forecasting

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1引言

隨著近年來(lái)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展以及各種生產(chǎn)活動(dòng)的擴(kuò)大，各類(lèi)水環(huán)境中重金屬污染日趨嚴(yán)重，河流作為飲用水的重要來(lái)源，其重金屬污染問(wèn)題尤為引人矚目。由于大多數(shù)重金屬污染物在水環(huán)境中不易被微生物所降解，卻能被水生生物累積富集，并且重金屬在水體中的吸附、解吸、絡(luò)合、沉降、絮凝等化學(xué)過(guò)程及物理過(guò)程非常復(fù)雜，且其含量和濃度隨著水體的物理情況和化學(xué)條件的變化而變化，因此建立一個(gè)完整的河流重金屬水質(zhì)模型非常困難。

傳統(tǒng)水質(zhì)模型的建立通常是根據(jù)水流流速、污染物的彌散系數(shù)、污染物的降解系數(shù)與污染物濃度的關(guān)系，構(gòu)造一個(gè)河段的水質(zhì)模型，然后通過(guò)對(duì)該河段的長(zhǎng)期監(jiān)控、實(shí)驗(yàn)獲得長(zhǎng)期數(shù)據(jù)來(lái)確定模型相關(guān)參數(shù)。然而，水環(huán)境是一個(gè)充滿(mǎn)不確定性的復(fù)雜巨系統(tǒng)，傳統(tǒng)水質(zhì)模型很難體現(xiàn)重金屬污染物在河流中遷移的隨機(jī)性。因此，包含隨機(jī)項(xiàng)的一種時(shí)間序列模型——自回歸整合移動(dòng)平均（AutoRegressive Integrated MovingAverage， ARIMA）模型獲得了研究者們的關(guān)注，并被用于研究水質(zhì)變量的變化規(guī)律[1—4]。由Box and Jenkins（1970）開(kāi)發(fā)的ARIMA模型作為最典型的時(shí)間序列預(yù)測(cè)技術(shù)，已廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域的時(shí)序預(yù)測(cè)研究，水質(zhì)管理領(lǐng)域亦不例外。水質(zhì)變量時(shí)序觀測(cè)值往往表現(xiàn)出很強(qiáng)的序列相關(guān)性能夠被ARIMA模型很好地描述[5]。雖然因水文過(guò)程復(fù)雜且變量之間存在非線性關(guān)系和時(shí)變動(dòng)態(tài)性的特征，近年來(lái)一些研究者更偏好使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行水質(zhì)預(yù)測(cè)，但是也有研究者通過(guò)比較研究發(fā)現(xiàn)，在對(duì)污水過(guò)程變量進(jìn)行向前多步預(yù)測(cè)時(shí)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型并不總是有更好的預(yù)測(cè)精度[4]。此外，相對(duì)于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，ARIMA模型有明確的數(shù)學(xué)函數(shù)關(guān)系表達(dá)式，能夠獲得水質(zhì)變量與時(shí)間相關(guān)變化的信息。因此，這里我們嘗試將ARIMA模型應(yīng)用于河流重金屬污染濃度的預(yù)測(cè)，事實(shí)上迄今為止很少有研究者將該模型應(yīng)用于河流重金屬污染管理研究，雖然河流重金屬污染濃度無(wú)疑是一種重要的水質(zhì)變量。利用河流中重金屬污染監(jiān)測(cè)獲得的數(shù)據(jù)確定相應(yīng)ARIMA模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)污染水體的模擬分析和實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)，行政主管部門(mén)制定事故應(yīng)變決策提供科學(xué)依據(jù)。2ARIMA建模方法和技術(shù)

對(duì)河流中的某種重金屬污染物濃度變化過(guò)程{yt}建立一個(gè)ARIMA（p， d， q）模型，被表示為：