区域土壤重金属污染演变过程与空间变异模型模拟

区域尺度下污染物的时空变异是环境科学研究中的热点和前沿问题。本项目拟以北京市六环内区域为研究区，研究区域土壤重金属的固-液分配系数、植物吸收系数和土壤淋溶的变化规律及其关键影响因子，揭示影响区域土壤重金属污染的内在机制；基于物质平衡原理构建土壤重金属污染过程单元模型，动态模拟土壤重金属长期累积和迁移规律；结合蒙特卡罗模拟和参数敏感性分析，甄别影响土壤重金属累积的敏感参数，揭示区域土壤重金属污染的不确定性；利用Arc GIS技术平台开发区域土壤重金属污染过程空间模型，揭示区域土壤重金属污染时空演变规律；基于区域历史数据进行模型反演与拟合，结合野外调研、实验室模拟和模型模拟，阐明研究区域土壤重金属污染演变趋势、影响因素和不确定性，甄别敏感区域，为区域土壤重金属污染管理提供科学依据和技术支撑。

本项目以北京市为案例对区域土壤重金属污染格局及其影响因素进行了系统性分析，基于土壤重金属污染过程中的质量平衡理论，开发了区域土壤重金属累积风险预测模型，为评估城市化过程对土壤重金属污染的长期效应提供方法。主要研究结果如下：（1）北京市重金属浓度呈现城市-城郊-农村梯度降低的趋势，土壤有机质、绿地建成时间、土地利用格局、城市景观格局以及风速风向都在一定程度上影响土壤重金属的累积。(2)建立区域土壤重金属回溯模型，得到了北京市过去30年和未来70年重金属的累积趋势，北京市土壤中Cd和Zn的平均浓度将会在未来70年内分别增加3.3和2.8倍。（3）建立了区域土壤重金属累积过程单元随机模型，评估了不同发展情景下土壤重金属的累积风险以及累积概率，对影响重金属累积的关键过程和参数进行了排序。（4）开发了区域土壤重金属累积过程空间模型，可用于模拟重金属时空变化趋势。研究证明土壤重金属累积过程模型有进行推广并广泛使用的潜力，可以为区域土壤环境保护规划和土壤修复方案的制定提供有力支撑。