城市土壤中重金属污染源解析-多元同位素示踪研究

随着城市化和工业化进程的不断深入，由人类活动所造成的城市土壤重金属污染日趋严重，对众多生命健康和安全造成威胁。查明城市土壤中重金属污染来源，并从源头上加以防治，对实施污染治理、改善城市土壤环境质量具有重要意义。项目选择经济较发达、城市化进程较快的泉州市城市土壤作为研究对象，分析不同功能区土壤（尤其是垂直剖面土壤）及端元物质中重金属元素含量、赋存形态以及总量及形态中Pb、Sr 、Zn、Cd同位素组成特征，确定泉州市土壤重金属元素和Pb、Sr、Zn、Cd同位素自然背景值，利用Pb、Sr、Zn、Cd多元同位素结合示踪技术，结合样品中相关元素的地球化学特征和同位素自然背景值，揭示土壤中重金属污染物的主要来源及城市各功能区土壤中重金属积累和垂直迁移规律，利用上述同位素的二元（人为来源和自然来源）混合模型定量地判别各污染源对城市土壤中重金属元素分布的贡献，为城市土壤重金属污染防治提供科学依据。

项目选择经济较发达的泉州市/厦门市土壤作为研究对象，分析不同功能区土壤及潜在污染源中重金属元素含量、赋存形态及总量和形态中Pb、Sr同位素组成特征，确定土壤重金属元素和Pb、Sr同位素自然背景值，利用Pb-Sr同位素示踪技术，结合重金属元素的地球化学特征和同位素自然背景值，揭示城市土壤重金属污染物的主要来源及其垂直迁移规律，利用铅同位素三元混合模型定量计算各潜在污染源对城市土壤重金属分布的贡献，为城市土壤重金属污染防治提供科学依据。主要成果(1)泉州市表层土壤中重金属污染具有较高的环境风险；Mn、Cu和Zn的可提取态比例大于60%，显示出较高的活动性，易被释放到环境形成二次污染.(2)重金属元素的赋存形态在垂直剖面土壤中的分布规律可以区分元素的自然源和人为源。大多数金属元素的可提取态在0~30cm土壤中分布较多，此层土壤易受到人类活动的影响.(3)分析了土壤及主要端元样品的铅同位素组成特征。各端元组分铅同位素组成差别较大，可以有效示踪和鉴别土壤铅的污染来源。泉州市区土壤总铅同位素和酸可溶相铅同位素组成变化较大，土壤中铅来源较复杂，主要受汽车尾气、燃煤尘及城市污泥排放的影响.(4)农业区P105水稻田垂直剖面土壤的206Pb/207Pb随着深度的增加呈波动下降，该剖面受农业活动影响使铅下渗到深层土壤中。农业区旱地P106垂直剖面土壤中206Pb/207Pb随深度的增加而增加，表层土壤达到最低值(1.1605)，在60-80cm达到最高(1.2005)，表明人为铅影响深度为60 cm.(5)厦门市交通区垂直剖面土壤中206Pb/207Pb随深度的增加而增加，表层土壤206Pb/207Pb最低(1.160)，与燃油汽车尘(1.161~1.167)相似，表层土壤铅主要来源于汽车尾气。100 cm以下土壤206Pb/207Pb值趋于稳定(1.180~1.181)。通过Pb同位素混合模型计算出厦门交通区表层土壤和垂直剖面土壤中人为来源铅贡献率为43.22%和39.81%.(6)对厦门市旱地垂直剖面土壤的酸可溶相铅同位素组成与潜在污染源的铅同位素组成进行对比分析，厦门市旱地土壤中铅主要来源于土壤母质和城市污泥。利用铅同位素二元混合模型计算出两剖面土壤母质层的平均贡献率分别为54.36%和42.88%，污泥的平均贡献率分别为45.64%和57.12%.