城市土壤典型重金属环境容量评估方法与影响机制

Urban soil is an important barrier of urban ecological system. It is of great significance to assess soil environmental capacity on heavy meals for sustainably management of urban soils. Soil environmental capacity is closely related to its purification function and ecological effects of pollutants. How to integrate them into the evaluation system as well as improve the existing theories and methods of soil environmental capacity is a critical scientific problem. In this project, we select urban soil as the study object. The main influencing factors of natural attenuation ecological processes and predicted no-effect concentration of soil (PNECsoil) are recognized separately. Coupled with natural attenuation capacity index as well as PNECsoil estimation method, the quantitative evaluation model of environmental capacity on heavy metals of urban soil is constructed. Beijing-Tianjin-Hebei urban agglomeration is taken as a case to investigate the biogeochemical mechanism on environmental capacity of urban soil, establish the grade evaluation method, identify of sensitive areas, and reveal the driving factors and influence mechanism of urbanization on soil environmental capacity, in order to provide statistical and theoretical evidence for regional soil management.

城市土壤是城市重要的生态屏障，开展土壤重金属环境容量评估研究对于城市土壤可持续管理具有重要的意义。土壤环境容量与其净化能力和污染物的生态效应密切相关，如何将二者纳入土壤环境容量的评价体系之中，完善现有的土壤环境容量理论和方法，是亟须解决的一个重要科学问题。本项目拟以城市绿地土壤重金属Cd和Pb作为研究对象，研究城市土壤重金属自然消减过程与土壤重金属预测无效应浓度（PNECsoil）的影响因素，构建耦合土壤自然消减指数评估模型和PNECsoil估算模型的城市土壤重金属环境容量定量评估方法，以京津冀城市群为例，研究城市土壤重金属环境容量的生物地球化学影响机制，建立环境容量的分级评价方法，识别环境容量敏感区域，揭示城市化对土壤环境容量的驱动因素与影响机制，为区域土壤管理提供基础数据和理论依据。

城市土壤是城市重要的生态屏障，开展土壤重金属环境容量评估研究对于城市土壤可持续管理具有重要的意义。土壤环境容量与其净化能力和污染物的生态效应密切相关，如何将二者纳入土壤环境容量的评价体系之中，完善现有的土壤环境容量理论和方法，是亟须解决的一个重要科学问题。本项目以城市绿地土壤重金属Cd、Pb和PAHs作为研究对象，构建了耦合土壤自然消减指数评估模型和PNECsoil估算模型的城市土壤重金属环境容量定量评估方法，以京津冀城市群为例，研究城市土壤重金属典型污染物土壤PNEC，评估土壤环境容量，揭示城市化对土壤环境容量的驱动因素与影响机制，研究城市化过程对城市群内不同城市土壤污染物累积的影响。研究表明，京津冀城市群中，邢台土壤Cd的PNEC最高为0.669mg/kg，北京最低为0.484mg/kg；沧州土壤Pb的PNEC最高为103806mg/kg，北京最低为95.9mg/kg。不同城市土壤性质差异导致PNEC具有较高的变异性。研究区土壤环境容量整体高于0，其中，邢台Cd环境容量最高，为1.20kg/hm2；秦皇岛最低为0.724kg/hm2，沧州的Pb环境容量最高为233529kg/hm2，北京最低为166kg/hm2。城市土壤环境容量与城市化过程显著相关，但是在达到PNEC的阈值之前，高城市化与工业化的城市中土壤仍然具有较高的环境容量。此外，不同发展模式的城市土壤多环芳烃的来源均为工业排放、车辆排放和生物源，但不同来源贡献比例与浓度具有较大差别，不同城市土壤多环芳烃的累积都与工业化过程最为相关，如果单位面积工业总产值分别低于5.00×106和20.5×106元/km2，∑16PAHs浓度不达到当前累积浓度的10%和50%的概率将超过90%。本项目为区域土壤管理提供基础数据和理论依据。