土壤重金属污染时空模拟与环境风险预警研究

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摘要:开展土壤重金属污染综合防治的前提是了解土壤重金属污染的时空分布特征。我国目前识别土壤重金属污染空间分布特征的方式主要依赖于以土壤实地采样的重金属浓度为基础的空间插值分析。但受采样条件、研究成本等因素的影响,实际采样过程往往存在样点布设稀疏、位置欠佳等问题,常造成土壤重金属浓度空间插值估算精度低,无法准确界定污染场地的污染边界。不仅如此,如何结合国家土壤重金属污染修复的资金能力和技术手段的可行性,在分析土壤重金属浓度时间维度变化特征的基础上,合理筛选土壤重金属污染的修复空间同样是困扰土壤重金属污染综合防治的一个重要问题。本研究对此以南方XX市的土壤污染状况调查数据及其相关资料为基础,首先借助地统计方法分析了研究区土壤重金属浓度空间变异特征,建立协同克里格空间插值模型实现了区内土壤重金属浓度空间维度的预测;然后以此为基础,采用情景预测法对研究区土壤重金属浓度时间维度变化特征进行了预测;最后基于时空模拟预测结果,从土壤环境质量和人体健康风险两个角度对研究区土壤环境安全状况进行了状态预警。结果表明:(1)从地理特征因素角度分析,排污企业的空间分布对研究区内As、 Cd、Hg、Zn四种土壤重金属污染物浓度的空间分布影响最大,其次是交通和建设用地,水系影响最小。(2)在稀疏采样条件下,耦合重金属污染物浓度关键影响因素建立的协同克里格空间插值模型可以较好地揭示研究区土壤重金属浓度的空间变异特征,实现土壤重金属污染浓度高空间分辨率制图。(3)基于历史资料和专家先验知识建立的情景预测模型可以基本反映土壤重金属污染随时间发展变化的趋势,对于合理制定研究区土壤重金属污染防控措施具有参考价值。(4)内梅罗综合指数和污染负荷指数两种方法评估的土壤环境质量安全结果差异明显,后者与基于人体健康风险评价模型的结果稳合度相对更高,理论上可更加合理地表征土壤污染对人体造成的环境风险。(5)研究区土壤As、Cd两种重金属污染物的致癌风险对人体健康危害较大,近一半区域超过人体可接收致癌风险标准的10倍以上,应制定相应防控措施。
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