土壤Cd含量風(fēng)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(qū)的生態(tài)地球化學(xué)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，共布設(shè)了98個監(jiān)控點，以土壤為監(jiān)控介質(zhì)，以約160km2/點為監(jiān)控點密度，土壤樣點分布見圖1。2007年對“監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)”同點位表層土壤樣品進(jìn)行了采集。2001年和2007年，在監(jiān)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(fēng)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(tǒng)誤差，2007年采集的“監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)”表層土壤樣品與2001年副樣進(jìn)行同批次分析。全部樣品預(yù)處理后，在中國地質(zhì)科學(xué)院廊坊物化探研究所進(jìn)行分析測試。用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS)測定了土壤重金屬cd的全量。分析過程中進(jìn)行分析質(zhì)量監(jiān)控，分別插入8%的GSS-1、GSS-2、GSS-3和GSS-8等國家一級標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)和5%的密碼重復(fù)樣，監(jiān)控樣的分析數(shù)據(jù)顯示樣品分析質(zhì)量符合《生態(tài)地球化學(xué)評價樣品分析技術(shù)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(yè)化程度越高，城市化發(fā)展速度越快，對土壤污染的“貢獻(xiàn)”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(rèn)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(guān)系[30~32]。根據(jù)研究區(qū)的工業(yè)化、城市化進(jìn)程，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)以及人均GDP與環(huán)境的關(guān)系，2000年以后研究區(qū)土壤的污染過程進(jìn)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(yù)測模型1）時空模式。對不同時間下變量Z疊加累積速率，預(yù)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(jìn)行空間分布預(yù)測，再將各點位的變量Z疊加累積速率，預(yù)測變量Z在不同時間下的空間分布。

2結(jié)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(tǒng)計結(jié)果、兩期數(shù)據(jù)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(jié)果表明（表2），pH的均值變化達(dá)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(jié)果拒絕H。假設(shè)，即從2001年至2007年研究區(qū)土壤pH發(fā)生了顯著變化。總體上土壤pH有所升高，這與該區(qū)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(guān)。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(jié)果表明（表2），Cd的均值變化達(dá)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(jié)果拒絕H。假設(shè)，即從2001年至2007年該研究區(qū)土壤Cd發(fā)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(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（二級標(biāo)準(zhǔn)）相比較，2001年、2007年兩期次土壤Cd平均含量與其相當(dāng)，但是其最大值分別是《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》[33]（二級標(biāo)準(zhǔn)）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(qū)Cd含量超過了危害生態(tài)安全的閾值。變異系數(shù)在某種程度上定量刻畫了數(shù)據(jù)的離散程度和變異性。在本研究中，2007年Cd的變異系數(shù)較2001年有降低，但變異水平仍屬于強(qiáng)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(guān)鍵詞，對CNKI數(shù)據(jù)庫進(jìn)行文獻(xiàn)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(qū)各地市土壤Cd進(jìn)行累積速率估算（表4）。從表4可知，區(qū)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(qū)2007年與2012年珠三角工業(yè)企業(yè)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(jīng)濟(jì)區(qū)土壤Cd累積速率的2.7倍[40],這可能與當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展程度有一定聯(lián)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(fù)值。假設(shè)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(dá)到國家土壤環(huán)境質(zhì)量二級標(biāo)準(zhǔn)，61a后則達(dá)到國家土壤環(huán)境質(zhì)量三級標(biāo)準(zhǔn)；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(dá)到國家土壤環(huán)境質(zhì)量二級標(biāo)準(zhǔn)，45a后則可達(dá)到國家土壤環(huán)境質(zhì)量三級土壤標(biāo)準(zhǔn)。

2.3土壤Cd時空分布預(yù)測采用“時空模式”和“空時模式”對土壤Cd進(jìn)行空間預(yù)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(nèi)的連綿區(qū)，土壤Cd的低值主要分布在研究區(qū)的西南和東北部分。“時空模式”的土壤Cd空間預(yù)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(jìn)行空間預(yù)測時，會產(chǎn)生“平滑效應(yīng)”，即產(chǎn)生過高或過低估值，該效應(yīng)在大量的文獻(xiàn)中有相關(guān)的報道[41~44]。“空時模式”的空間預(yù)測（圖3），圖上有空白點或區(qū)，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(jīng)過空間預(yù)測后，各點位本身的累積速率，導(dǎo)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(yīng)地增加或減少。對比“時空模式”和“空時模式”空間預(yù)測結(jié)果，在時間序列資料較少的情形下，“時空模式”的預(yù)測結(jié)果較穩(wěn)健。

2.4風(fēng)險管理珠三角土壤Cd污染具有區(qū)域性、多源性和復(fù)合性。當(dāng)前及今后中短期，研究區(qū)土壤Cd污染依然十分嚴(yán)重，有污染或重度污染的面積占相當(dāng)比例（圖2、3），土壤Cd污染引起的環(huán)境問題直接威脅著區(qū)域土壤生態(tài)、環(huán)境安全。因此，應(yīng)加強(qiáng)土壤Cd環(huán)境風(fēng)險管理，建議以防為主,預(yù)防、控制和修復(fù)相結(jié)合的原則,預(yù)防土壤污染,從Cd污染的源頭進(jìn)行控制，防止土壤污染擴(kuò)散,修復(fù)受污染土壤。1）無污染區(qū)域——預(yù)防策略。從圖2、3可知，廣州東北部增城和惠州部分地區(qū)無土壤Cd污染。該區(qū)域土壤Cd污染預(yù)防需要建立以法律法規(guī)、評價標(biāo)準(zhǔn)、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(chǎn)”、“全程控制”、“源頭削減”等預(yù)防政策，建立和完善環(huán)境監(jiān)管政策與稅收政策,建立土壤環(huán)境質(zhì)量例行和動態(tài)監(jiān)控體系及其信息網(wǎng)絡(luò)共享平臺等。2）有污染區(qū)域——控制策略。從圖2、3可知，廣州市、珠海市、東莞部分區(qū)域是土壤Cd有污染區(qū)域。該區(qū)域應(yīng)通過物理、化學(xué)和生物學(xué)技術(shù)途徑,降低土壤Cd污染物濃度,從源頭進(jìn)行控制，防止污染擴(kuò)散或暴露,是一種有效的土壤污染控制策略。通過發(fā)展物化控制技術(shù)、生物學(xué)控制技術(shù)，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(fēng)險。同時，引導(dǎo)生活和工作于該區(qū)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(chǎn)于此區(qū)域的糧食和蔬菜的食用;鼓勵農(nóng)民在此區(qū)域種植非食用的經(jīng)濟(jì)作物，防止污染物通過食物鏈進(jìn)入人體。3）重污染區(qū)域——修復(fù)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(qū)域為土壤Cd重污染區(qū)域。該區(qū)域受污染的土壤,當(dāng)其環(huán)境、生態(tài)和健康風(fēng)險達(dá)到不可接受水平時,需要修復(fù)。土壤修復(fù)技術(shù)發(fā)展策略包括綠色與環(huán)境友好的生物修復(fù)、聯(lián)合修復(fù)、原位修復(fù)、基于環(huán)境功能修復(fù)材料的修復(fù)、基于設(shè)備化的快速場地修復(fù)、土壤修復(fù)決策支持系統(tǒng)及修復(fù)后評估等技術(shù),為解決農(nóng)業(yè)土壤污染、工業(yè)搬遷場地土壤污染、礦區(qū)及周邊土壤污染及土壤含水層污染等問題提供技術(shù)支撐。建立土壤修復(fù)技術(shù)規(guī)范、評價標(biāo)準(zhǔn)和管理政策,以推動土壤環(huán)境修復(fù)技術(shù)的市場化和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。此外，對居住于此區(qū)域的人群采取環(huán)境移民；禁止當(dāng)?shù)鼐用癫シN糧食作物。

3結(jié)論

1）珠三角城鎮(zhèn)密集區(qū)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(shù)為0.83，2007年Cd的變異系數(shù)為0.72，兩者變異水平屬于強(qiáng)變異，暗示了土壤Cd主要來源于人為成因。通過對CNKI數(shù)據(jù)庫進(jìn)行文獻(xiàn)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(jié)果表明，pH的均值變化達(dá)到顯著水平。總體上土壤pH有所升高，這與該區(qū)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(guān)。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(dāng)。采用“時空模式”和“空時模式”預(yù)測珠三角城鎮(zhèn)密集區(qū)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(nèi)的連綿區(qū)，土壤Cd的低值主要分布在研究區(qū)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(yù)測結(jié)果較穩(wěn)健。4）珠三角土壤Cd污染具有區(qū)域性、多源性和復(fù)合性。土壤Cd環(huán)境風(fēng)險管理應(yīng)以防為主,預(yù)防、控制和修復(fù)相結(jié)合的原則,預(yù)防土壤污染,從Cd污染源頭控制，防止土壤污染擴(kuò)散,修復(fù)受污染土壤。對無污染區(qū)域，采取預(yù)防策略；對有污染區(qū)域，采取控制策略；對重污染區(qū)域，采取修復(fù)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(xué)地理與旅游學(xué)院中山大學(xué)地球科學(xué)與地質(zhì)工程學(xué)院廣東省地質(zhì)調(diào)查院