长江中下游地区土壤重金属异常带的成因及生态效应

近年来，土壤环境调查已揭示出我国部分区域土壤中存在某些重金属含量异常高，分布面积相对较大的异常带，可称为土壤重金属异常带。它的发现已引起政府和公众的警觉和担忧，但目前对这些异常带的成因和生态危害还没有明确的结论。研究这些异常带的成因和生态效应，具有重要的土壤地球化学理论意义，对异常带土壤生态危险性评价也有重要参考价值。本项目以长江中下游沿江地区镉异常带和太湖流域汞异常带为研究对象，通过生态系统多介质高密集采样、重金属形态分析、元素组合特征分析、矿物组成分析、空间分析以及同位素示踪等多种地球化学研究手段，系统研究土壤重金属异常带的形成条件、时空演变过程、来源和生态效应，解析自然污染和人为污染的相对贡献及其对环境的影响。其目的是丰富和发展现代土壤地球化学的研究内容和方法，为重金属异常带内污染物的生态效应评价、风险预测预警和污染整治提供重要基础资料。

近年来，随着我国经济的快速发展，城镇化和工业化过程加快，农业高强度利用趋势明显，重金属得以通过各种途径进入土壤。我们国家之前的土壤地球化学调查已经揭示出部分区域土壤中存在某些重金属含量异常高，分布面积相对较大的异常区域，可称为土壤重金属异常带。它的发现已引起政府和公众的警觉和担忧，但目前对这些异常带的成因、生态效应及对人体的健康风险还没有明确的结论。因此，研究这些异常带的成因和生态效应，具有重要的土壤环境地球化学理论意义，同时对土壤重金属异常的风险评估与环境管理也具有重要的参考价值。. 本项目通过对长江中下游太湖流域苏州地区和南京沿江流域土壤Hg和Cd异常区为研究对象，通过分析重金属在土壤、沉积物、作物、大气降尘、肥料中的富集特征，研究不同尺度条件下（县域、流域、镇级、田间）重金属的时空演变规律，从“面”尺度对重金属的区域污染特征进行空间分析，再结合“点”尺度的污染过程研究，初步明确了土壤重金属异常与地质背景、工农业生产以及人为活动的关系。通过研究大气干湿沉降、农业施肥等因素对土壤重金属的年输入通量，明确了不同人为因素对土壤重金属累积的影响，结合多元统计分析、元素富集系数和人为活动系数分析、正定矩阵因子分析（PMF模型）以及Cd、Pb稳定同位素示踪手段，建立了土壤重金属的定量源解析方法，明确了土壤重金属异常区重金属的主要来源及其相对贡献。利用土壤-作物系统中重金属含量间的定量关系，建立了重金属异常带土壤中重金属的作物迁移风险阈值，结合人体健康风险评估模型及蒙特卡罗模拟，明确了不同蔬菜重金属的人体摄入风险及不同暴露参数对重金属摄入风险的贡献率。上述研究成果丰富和发展了区域土壤重金属的源解析方法以及重金属的生态效应和健康风险评价方法。研究成果可为长江中下游经济快速发展地区土壤重金属异常的生态效应评价、风险预警、重金属污染防治与环境管理提供管理和决策依据。