城乡结合带土壤重金属时空变异特征与源解析——以南京市柘塘镇为例

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城乡结合带不仅是城市生态、环境、气候的保护屏障,还是城市食物的主要供给区和城市废弃物的主要接纳处理区。随着我国城市化、工业化进程的逐步推进和经济的迅速发展,城乡结合带土壤面将临着不断加剧的重金属污染问题。因此,亟需开展城乡结合带的土壤重金属污染调查研究。  本文面向南京市城乡结合带,以柘塘镇为例,基于表层土壤的早期调查数据和相关资料,开展了野外调查并采集表层样109个,室内分析了As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn等8种重金属的含量。结合GIS技术、相关含量标准,本文进行了如下研究:  通过反距离权重插值法和栅格计算法研究了土壤重金属的含量特征、时空变化特征;通过单因子污染指数、内梅罗污染指数和潜在生态危害指数评价了土壤重金属的污染特征;通过环境容量估算模型、单因子环境容量指数和容量综合指教研究了土壤重金属的环境容量状况;通过动态容量的理论对未来2022、2032和2042年三个时间点的含量和容量特征分别进行了预测;结合研究区土地利用类型,通过相关性分析、主成分分析和空间定量分析方法研究了土壤重金属的可能来源。  研究结果表明:柘塘镇8种重金属元素的平均含量分别为14.0、0.20、77.6、44.7、0.17、33.9、36.2和103.7 mg·kg-1,存在着普遍的积累现象,空间分布以低于绿色标准为主,维持背景含量的区域较少,可以基本保证食用农产品无重金属污染问题。柘塘镇内梅罗综合污染指数处于警戒等级,潜在生态风险指数处于轻微生态风险水平。与2002年相比,柘塘镇绝大部分面积出现了8种重金属不同程度的富集,增长率分别为56.91%、61.06%、6.07%、60.15%、38.69%、19.94%、23.92%和56.17%。在人类活动较为密集的地区富集程度较大,其中Cd、Cr、Cu、Ni和Zn的富集区主要集中在城镇和工厂驻地;Hg和Pb的富集区多集中在交通干道,As元素的富集区主要集中在村镇区域。  柘塘镇8种重金属元素的现存容量分别为36.13、0.223、387.81、12.03、0.301、13.66、481.05和216.59 kg·hm-2,环境容量指数分别为0.83、0.90、0.90、0.30、0.74、0.48、0.95和0.78,其中As、Cd、Cr、Hg、Pb和Zn处于中容量水平,Cu处于警戒水平,Ni处于低容量水平。容量综合指数为0.74,处于中容量水平,土壤总体受到了轻微污染。各元素在2022、2032和2042年,含量不断上升,容量不断减少。相对于2012年,含量增长幅度和容量减少幅度逐渐变小。随着含量的进一步上升,环境容量的进一步减少,将有更大面积区域出现重度污染,成为超载区。  柘塘镇Cr、Cu、Ni和部分Zn可能来源于工业生产,Hg和部分Pb、Zn的可能来自于交通运输以及禄口机场的运营。Cd和部分Zn可能来自于城市扩张和秦淮河渔业发展。As可能来自于畜禽养殖、生活污水排放和污泥施用。  南京城乡结合带正面临土壤重金属不断富集的问题,应摸清来源,尽早防治。
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