基于不确定性分析的区域土壤重金属污染源解析及分层风险评估研究

Heavy metal pollution in soils limits development of land use and makes a potential risk to regional ecological environment and human health. Heavy metal pollution in soil is an important environmental problem that should be urgently solved in eco-civilization construction. “Source-transport-risk” of heavy metals in regional soil from various land uses was studied, by comprehensive use of in suit sampling, environmental geographic information technology, spatial analysis and numerical simulation methods. Firstly, we are planning to analyze accumulation and spatial pattern of soil heavy metals from various land uses and try to figure out the spatial variation of soil heavy metal pollution. Secondly, source apportionment model will be constructed to mainly discuss the influence of hot spot on the result uncertainty. Finally, we will develop an improved hierarchical risk assessment method which is based on multi-parameter exposure scenario and mainly to explore risk assessment uncertainty. The result of this proposal would provide scientific basis for source control, hierarchical risk management and abatement of heavy metal pollution in soil.

土壤重金属污染限制土地利用，威胁区域生态环境和人体健康安全，是我国生态文明建设过程中亟待解决的重要环境污染问题。探明区域土壤重金属污染来源及风险是土壤重金属源头控制及高效治理的关键步骤。围绕区域尺度下不同土地利用类型的土壤重金属“源-空间传输-风险效应”的研究主线，综合利用原位采样、环境地理信息技术、空间分析、数值模拟等交叉研究方法，首先，分析区域尺度下不同地类的土壤重金属污染累积特征和空间格局，阐明不同地类土壤重金属污染的空间格局；其次，建立区域尺度下的土壤重金属污染源解析模型，着重探讨污染热点对源解析结果的不确定性影响；最后，构建基于多参数暴露风险情景的分层次环境健康风险评价体系，重点考察评估结果的不确定性。通过本项目的开展，以期为土壤污染的源头控制、分层风险管控及高效治理提供科学依据。

土壤作为人类赖以生存和发展的物质基础，是保障国家粮食安全和人民群众健康的重要基础。随着近年来城市化和工业化的快速发展，污染问题日益凸显，重金属等土壤污染限制了土地的高效利用，受到国内外学者的广泛关注。定量源解析是有效探明区域土壤重金属污染的来源，高效控制和治理区域土壤污染的重要方法。本研究以浙江省温州市某区域内的农用地土壤为研究对象，围绕“污染源-空间传输-风险效应”的研究主线，开展了对区域土壤重金属污染的定量源解析和风险评估研究，并分析了源解析和风险评估过程中存在的不确定性。主要研究结果如下：研究区域内主要重金属污染元素为Cd和Pb，其平均浓度分别为0.63和106.3mg/kg，其中分别有88.6%和60%的点位超过风险筛选值的标准。此外，重金属Cd的形态以活性较高的交换态为主，表明其具有较高的风险。PMF定量源解析模型提取到的区域内3个潜在污染源能较好的模拟研究区内的重金属污染浓度情况，结合相关性分析和主成分分析，推断分别为工业污染源，农业污染源和自然源。重金属浓度中存在的污染热点值可能是PMF模型不确定性的主要来源。建立的NIRI综合风险指标结果表明，研究区内的重金属污染主要处于中等-较强的风险等级，与蒙托卡罗的模拟结果基本保持一致。但由于NIRI指标受到多种金元素的调控，其模拟的频率分布和实际计算的结果有差异，因此，重金属浓度分布是导致风险不确定性的主要来源。此外还通过未来污染排放情景构建，开展了NIRI风险预测，乐观情景下风险水平明显下降，相反，默认情景下风险水平显著上升。研究结果进一步完善了土壤重金属污染的溯源和风险评价体系，为土壤污染防治和风险管控提供一定技术支撑。