本研究采集杭州和洛阳城市不同功能区表土样品，测定了七种金属元素含量及其化学形态，并应用GIS软件结合地统计方法研究了重金属元素的空间分异规律；研究了城市空间扩展、工业化和交通对土壤重金属污染的影响；对重金属污染城市土壤应用化学形态(Tissier连续提取法)分级法、化学提取剂(EDTA、HCL)、英国环境局淋溶试验法(UKEA)、美国测试和材料协会淋溶试验法(ASTM)、美国环保局毒性特性淋溶程序(TCLP)和模拟胃液等方法对重金属的环境生态风险进行了评价，并对模拟酸雨对重金属溶解行为的影响进行了分析；测定了杭州市区树叶灰尘的重金属含量和磁性以及它们在模拟酸雨浸泡下重金属的溶出行为；对杭州和洛阳城市表土进行了系统的环境磁学参数测定，试图建立磁性参数和重金属含量之间的关系，并将磁性参数作为重金属含量的代用指标；用磁分离技术从环境物质(粉煤灰、汽车尾气颗粒和城市表土)中提取其中的磁性颗粒分析了污染土壤中磁性物质对重金属的富集作用，用扫描电镜和能谱分析仪研究了污染物质中磁性颗粒的微观结构和化学元素组成，试图阐明磁性参数指示重金属污染的机理。研究结果表明： (1)杭州城市表土重金属Pb、Zn、Cu、Cd、Cr、Mn和Fe的平均含量分别为88.17、206.87、51.95、1.20、42.96、701.35mg kg<'-1>和31.01g kg<'-1>。洛阳城市表土重金属Pb、Zn、Cu、Cd、Cr、Mn和Fe的平均含量分别为：78.48、228.55、90.71、1.51、70.20、538.53mg kg<'-1>和34.43g kg<'-1>。两个城市不同功能区土壤重金属平均含量的顺序为：工业区>道路>居民商业区>公园广场，地积累评价指数表明，城市土壤受到了重金属不同程度的污染，其中Pb、Zn、Cu和Cd的污染严重，而元素Cr的污染不明显。 用GIS软件(ArcGIS8.3和ArcView3.2)结合地统计学方法绘制了城市土壤重金属含量的空间分布图，表明城市不同区域土壤的重金属含量差异巨大，可能的污染源附近重金属含量的分布异常，工业区土壤重金属含量较高，其次为商业区，交通繁忙的十字路口、主要公交站点附近土壤中重金属含量较高。土壤重金属含量与城市的工业分布、交通流量和人口密度密切相关。该图可以较好地反映重金属在不同城市功能区的分布与变异。 (2)城市化、工业化和交通对土壤的重金属污染研究表明，在杭州城区-郊区生态样带土壤中的重金属含量随着城市的扩展，Pb、Zn、Cu和Cd含量从城区向郊区降低，而Fe、Mn元素则变化较小，表明了城市化过程中重金属污染物的积累；洛阳工业区附近土壤的土壤重金属含量表明了相同的分布规律；高速公路两侧土壤的重余属含量测定表明以汽车尾气为主要污染源的重金属分布，以距交通线10m左右的土壤最高。重金属含量的剖面分布表明，0～20cm土层中金属元素含量较高，随着土层重金属含量逐渐下降。 (3)用Tessier五级连续提取方法把城市土壤重金属的化学形态分为五种，即：交换态，碳酸盐结合态，铁锰氧化物结合态，有机结合态，残留态。结果表明，重金属的形态以铁锰氧化物结合态和残留态为主，五种形态重金属占全量比例的次序依次为：残留态>铁锰氧化物结合态>有机结合态>碳酸盐结合态>交换态。重金属Pb、Zn和Cd的交换态和碳酸盐结合态所占比例较大，表明这几种重金属有潜在的环境生态风险。洛阳城市表土重金属有效态(非残留态)所占比例高于当地自然土壤。 应用五种浸提方法(UKEA、ASTM、TCLP、EDTA、0.1mol/L HCl)提取重金属结果表明，重金属浸提量的顺序为：HCI>EDTA>TCLP>ASTM>UKEA，其中UKEA和ASTM法提取的重金属含量较低，有些仅为0.1～0.2％；TCLP和EDTA两种方法的提取率在20～40％之间，相当于Tessier方法中交换态，碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态提取率之和。 (4)应用模拟胃液浸提的重金属作为生物可给性重金属量，结果表明模拟胃液浸提的重金属Pb、Zn、Cu、Cd和Cr平均比例分别为2.84、2.28、18.89、13.26和25.09％，以Cr、Cu和Cd浸提率较高，表明它们潜在的生态风险性较大。道路沿线土壤中Pb、Zn、Cu和Cr的溶出量最高，而Cd的溶出量以居民、商业区土壤最高。 模拟酸雨浸提城市土壤的实验结果表明，模拟酸雨pH值为3.0时的重金属溶出量最大，随模拟酸雨pH值增加，重金属溶出量减小。道路沿线土壤中Pb、Zn、Cu和Cr的溶出量最大。Cd在pH为3.0时溶出比例最大，平均为27.38％，表明在酸雨的作用下，重金属的潜在生态风险增大。 (5)对杭州城市树叶灰尘的重金属元素含量、模拟酸雨重金属溶出量和磁化率进行了测定，树叶灰尘的Pb、Zn、Cu、Cd、Cr、Mn和Fe平均含量分别为：150.86、535.90、63.68、2.62、73.30、526.75mgkg<'-1>和45.64g kg<'-1>。杭州钢铁厂、热电厂附近树叶上灰尘中重金属含量显著高于其他区域。树叶灰尘中重金属Pb、Zn、Cu、Cr之间有极显著的相关性，表明可能其主要来源相同。模拟酸雨浸提城市灰尘重金属Pb、Zn、Cu、Cd和Cr的实验结果表明，随模拟酸雨pH的增加，灰尘中重金属的溶出量明显逐步降低，模拟酸雨pH值超过3.5时，重金属除Zn外溶出量降低趋缓。从城市不同区域灰尘中重金属的溶出来看，工业区(热电厂、杭钢)灰尘重金属的溶出较多，其次为交通干道。城市灰尘中重金属含量与磁性参数的相关性分析表明，磁性参数与重金属Pb、Zn、Cu和Cr等的含量达到极显著相关，表明磁测技术可作为监测树叶灰尘重金属污染的新手段。 (6)城市表土的磁性参数测定结果表明，城市土壤呈现明显的磁性增强现象，磁性矿物浓度指标(x，ARM，IRM<,20mT>和SIRM)工业区>交通沿线>居民商业>公园和绿地，表明城市土壤的磁性增强是由于工业活动、汽车尾气和大气颗粒沉降的引起的；磁性矿物的粒度特征以假单畴(PSD)和多畴颗粒(MD)为主，区别于自然成土过程中形成的超顺磁性颗粒，矿物磁测和XRD表明城市土壤的主要磁性载体是磁铁矿和赤铁矿。工业区和道路附近表土中磁性浓度参数(X，ARM，IRM<,20mT>和SIRM)与重金属(Pb、Zn、Cu和Cd)含量存在显著的线性正相关，城市土壤的磁化率空间分布图与重金属含量分布有高度的一致性，表明城市土壤的磁性指标可作为重金属含量的代用指标，指示土壤重金属污染状况；应用磁分离技术，分离土壤中的磁性组分，经磁性组分和剩余物质的重金属含量分析，重金属主要集中于磁性组分中；磁性颗粒的扫描电镜(SEM)观察表明，磁性颗粒来自于化石燃料燃烧的污染物质，磁性颗粒的能谱分析(EDX)证明其主要组分是Fe，以及少量重金属Pb、Zn、Cu和Cd等，表明重金属和磁性颗粒的共存性，初步解释了磁性指标指示重金属污染的机理。结果表明，磁测技术可以作为一种简便、快速和非破坏性的工具用于监测和评价土壤重金属污染状况。
- 作 者：
- 白世强
- 学科专业：
- 农业资源利用
- 授予学位：
- 博士
- 学位授予单位：
- 浙江大学
- 导师姓名：
- 卢升高
- 学位年度：
- 2007
- 研究方向：
- 语 种：
- chi
- 基金项目：
