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农业土壤重金属污染来源解析技术研究

作　者: 吴呈显
导　师: 杨肖娥; 刘春法
学　校: 浙江大学
专　业: 农业推广
关键词: 农业土壤重金属源解析多元统计空间分析同位素比值综合评价
分类号: X53
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

近年来,世界各地重金属污染对人类健康与生命安全的危害备受瞩目。随着“镉米”事件等农产品重金属超标问题频频爆发,以及人们对农产品健康安全的日益重视,对农业土壤重金属污染问题的研究和解决更加变得刻不容缓。调查土壤重金属污染物的来源,是从源头上控制并解决土壤重金属污染问题最有效的途径之一,对实施重金属污染治理亦具有举足轻重的意义。然而,过去的大部分工作多局限于区域重金属污染程度、破坏生态环境和人类健康机理、重金属污染修复手段等方面,对重金属污染源的解析方法研究甚少。目前,在环境调查工作中尚缺乏高效的方法来寻找农业土壤中重金属污染的具体来源,现有技术存在较大的局限和误差。因此,利用同位素比值测定技术与空间分析、多元统计分析等多种技术相结合,发展污染源准确鉴定方法,创新重金属污染源解析的技术,对制定土壤重金属污染有效控制策略十分必要。本文选择了一个既有农业发展区域、又有工业生产活动的典型区域进行农业土壤重金属污染来源解析方法的研究。通过对选择区域进行较为全面和详尽的调查走访、样品采集、数据检测,采用多元统计分析、空间分析、重金属同位素比值分析三大分析方法对样品数据信息进行筛选、剖析和研究,并结合当地调查的实际情况给出区域农业土壤重金属污染来源的综合分析结论。主要研究结果如下：1.研究区域内主要以连片形式的农业区块为主,但也存在庭院菜园式农业用地。在调查区域中,电镀厂、汽车配件厂、彩印厂、印刷厂、齿轮厂、灯具厂、服装厂等大型企业以及数量众多的铸造熔炼小作坊林立,工业生产活动密集频繁。当地主要农作物有大白菜、西兰花、水稻、西瓜、甘蔗等,大部分作物样品中存在重金属超标或接近超标的现象。农业土壤中Pb和Cr的区域整体污染水平较低,Hg和Cd的土壤污染相对更加严重。调查区域内采集的潜在重金属污染来源样品主要有化肥、有机肥、工业废弃物、道路扬尘、灌溉水等,其中Pb浓度较高的包括工业固体废弃物和道路扬尘样品,Hg浓度较高的包括有机肥、固体废弃物和公路扬尘样品,Cd浓度较高的包括部分种类化肥和公路扬尘样品,Cr浓度较高的包括有机肥和道路扬尘样品。2.总结多元统计分析、空间分析、重金属同位素比值分析三种方法对农业土壤重金属污染来源解析的情况,获得研究区域内土壤Pb、Hg、Cd、Cr污染来源的最终结论：土壤Pb污染主要来源于道路扬尘和固体废弃物。区域内分布范围较广且浓度居中的Pb污染主要可能由道路扬尘引起,分布范围较小而浓度较高的Pb污染则主要可能由固体废弃物引起；土壤Hg污染主要来源于有机肥、道路扬尘和固体废弃物。远离道路和工厂的农田区域内浓度较高的Hg污染主要可能由有机肥的施用引起,分布在道路周围、范围较广且浓度居中的Hg污染主要可能来自道路扬尘,工业区域附近分布范围小而浓度较高的Hg污染主要可能来自工业固体废弃物；土壤Cd污染主要来源于固体废弃物,但也可能存在未知污染源没有纳入到研究当中；土壤Cr污染主要来源于有机肥和道路扬尘。远离道路和工厂的农田区域内浓度较高的Cr污染主要可能来自有机肥,道路周围、范围较广且浓度居中的Cr污染主要可能来自道路扬尘,此外,根据实际调查的情况,当地电镀厂污水也是周围土壤Cr污染的主要可能来源。3.通过对多元统计分析、空间分析、重金属同位素比值分析三种方法原理和使用过程的了解并结合调查的实际情况,对方法中的整体流程或具体细节进行了优化改进。其中,在比较不同多元统计方法间原理和特点的前提下,最终选取主成分分析和聚类分析用于研究；空间分析过程中重点对插值法进行对比选择,根据不同插值法处理数据的实际效果最终选择反距离加权插值法对空间分析过程进行补充完善；同位素比值方法通过选择适合的重金属同位素比值测试技术,从而提高仪器测试结果的准确度和精密度。此外,还运用源贡献率数值分析模型对农业土壤重金属污染来源进行半定量化的分析。

全文目录

致谢  7-11
中文摘要  11-13
ABSTRACT  13-16
第一章绪论  16-23
  1.1 研究背景  16-17
  1.2 国内外研究现状分析  17-21
    1.2.1 同位素比值法在土壤重金属污染源解析中的应用  17-19
      1.2.1.1 同位素比值法在土壤Pb污染源解析中的应用  17-18
      1.2.1.2 同位素比值法在土壤Hg污染源解析中的应用  18-19
      1.2.1.3 同位素比值法在土壤Cd污染源解析中的应用  19
    1.2.2 多元统计分析方法在土壤重金属污染源解析中的应用  19-20
    1.2.3 空间分析方法在土壤重金属污染源解析中的应用  20-21
  1.3 研究目的、研究内容与技术路线  21-23
    1.3.1 研究目的  21
    1.3.2 研究内容  21-22
    1.3.3 技术路线  22-23
第二章农业土壤重金属污染源调查过程  23-37
  2.1 引言  23
  2.2 区域概况  23
  2.3 实地调查的准备工作  23-26
    2.3.1 实地调查所需工具  23-24
    2.3.2 采样区块划分  24-26
  2.4 样点分布与样品采集  26
  2.5 样品处理  26-27
    2.5.1 使用仪器及试剂  26-27
    2.5.2 样品前处理  27
  2.6 样品重金属含量测定  27-28
  2.7 样品重金属同位素比值测定  28-36
    2.7.1 重金属同位素比值分析注意事项  28-30
      2.7.1.1 重金属同位素质量歧视效应干扰  28-29
      2.7.1.2 重金属同量异位素干扰  29
      2.7.1.3 记忆效应干扰  29-30
    2.7.2 重金属同位素比值测定过程  30-36
      2.7.2.1 重金属Pb同位素比值测定方法  30-31
      2.7.2.2 重金属Hg同位素比值测定方法  31-34
      2.7.2.3 重金属Cd同位素比值测定方法  34-36
  2.8 小结  36-37
第三章农业土壤重金属污染源调查结果与分析  37-69
  3.1 引言  37
  3.2 研究区域重金属污染情况  37-41
    3.2.1 农田土壤重金属含量情况  37-39
    3.2.2 农田作物重金属含量情况  39-40
    3.2.3 潜在污染物重金属含量情况  40-41
    3.2.4 结论  41
  3.3 农业土壤重金属污染源重金属同位素比值分析  41-47
    3.3.1 重金属同位素比值分析优势  42
    3.3.2 重金属同位素比值数据处理过程  42-43
    3.3.3 重金属同位素比值分析结果  43-47
    3.3.4 结论  47
  3.4 农业土壤重金属污染源多元统计分析  47-58
    3.4.1 主成分分析  47-52
      3.4.1.1 分析原理  47-48
      3.4.1.2 分析过程  48
      3.4.1.3 分析结果  48-52
    3.4.2 聚类分析  52-58
      3.4.2.1 分析原理  52
      3.4.2.2 分析过程  52-53
      3.4.2.3 分析结果  53-58
    3.4.3 结论  58
  3.5 农业土壤重金属污染源空间分析  58-68
    3.5.1 空间分析原理  58-61
      3.5.1.1 空间分析概念与涉及学科  58-59
      3.5.1.2 空间分析数据处理原理与形式  59-60
      3.5.1.3 空间分析插值法分类与选择  60-61
    3.5.2 空间分析过程  61-63
    3.5.3 空间分析结果  63-67
    3.5.4 结论  67-68
  3.6 小结  68-69
第四章综合讨论和结论、创新点和研究展望  69-73
  4.1 综合讨论和结论  69-71
  4.2 创新点  71-72
  4.3 研究展望  72-73
参考文献  73-80

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