长春市城市重金属污染的生态地球化学特征及其来源解析

论文摘要

人类活动将大量重金属污染质带入到城市环境中,造成这些污染质在环境中累积,并通过大气、水体、土壤或食物链直接或间接地威胁人类健康。针对地处东北平原腹地的典型燃煤型重工业城市长春市存在的重金属污染生态地球化学问题,本文对主城区及其城乡结合部的大气干湿沉降、近地表灰尘(1.5m)和表层土壤(0―20cm)进行了同步的野外调查、样品采集和分析测试。借助于大量实测数据和综合分析方法的应用,查清了大气干湿沉降、城市近地表灰尘及表层土壤中重金属含量水平,并应用基于地统计学的空间变异理论对其空间变异特征进行了分析,揭示了其空间分布规律。分析了大气干湿沉降中重金属含量的季节变化规律,并定量计算了重金属大气干湿沉降通量,同时进一步分析了其对城市表层土壤中重金属累积的影响。应用单因子污染指数法、尼梅罗综合污染指数法及地质累积指数法从不同角度对城市近地表灰尘及表层土壤重金属污染程度进行了评价,并引入改进的BP人工神经网络模型和潜在生态危害指数法分别对其环境质量和潜在生态危害程度进行了评价,从而摸清了其污染程度和环境质量状况。开展了城市近地表灰尘的粒径分布特征及其矿物成分研究。采用连续提取法揭示了城市表层土壤中重金属的化学形态分布规律及其影响因素。采用重金属累积模型对城市表层土壤重金属污染趋势进行了预测预警。在以上工作的基础上,利用因子分析法和Pb同位素示踪技术对长春市城市近地表灰尘及表层土壤中重金属来源进行了解析。此外,本文还利用均值方差法确定了长春市城市近地表灰尘的环境背景值,并参照国家土壤环境质量标准和国内外文献,尝试性地制定了城市近地表灰尘环境质量等级,这一研究成果为城市环境质量评价提供了科学依据。

论文目录

• 内容提要
• 1 绪论
• 1.1 选题背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 生态地球化学与城市生态地球化学
• 1.2.2 城市生态地球化学评价
• 1.2.3 城市大气干湿沉降重金属污染研究现状
• 1.2.4 城市灰尘重金属污染研究现状
• 1.2.5 城市土壤重金属污染研究现状
• 1.2.6 城市土壤、大气干湿沉降及城市灰尘研究技术方法进展
• 1.2.7 存在的问题及发展趋势
• 1.3 研究内容、方法与技术路线
• 1.3.1 研究目标
• 1.3.2 研究内容
• 1.3.3 研究方法与技术路线
• 1.4 论文完成工作量
• 2 样品采集与分析方法
• 2.1 研究区概况
• 2.1.1 自然地理
• 2.1.2 社会经济
• 2.1.3 研究区以往工作程度评述
• 2.2 样品采集和测试分析
• 2.2.1 样品采集
• 2.2.2 样品分析测试
• 2.3 数学分析方法
• 2.3.1 数理统计分析方法
• 2.3.2 空间变异分析理论与方法
• 2.3.3 城市近地表灰尘及表层土壤重金属污染程度评价方法
• 2.3.4 基于改进BPANN模型的环境质量评价基本理论与方法
• 2.3.5 潜在生态危害评价方法
• 2.3.6 重金属来源解析方法
• 2.3.7 应用软件
• 3 长春市大气干湿沉降重金属污染的生态地球化学特征
• 3.1 大气降水的生态地球化学特征
• 3.1.1 大气降水pH值变化特征
• 3.1.2 大气降水中重金属含量特征
• 3.2 重金属大气湿沉降通量
• 3.3 大气干湿沉降的生态地球化学特征
• 3.3.1 大气干湿沉降中重金属含量的统计学特征
• 3.3.2 重金属大气干湿沉降通量
• 3.3.3 长春市重金属大气干湿沉降年沉降总量
• 3.4 小结
• 4 长春市城市近地表灰尘重金属污染的生态地球化学特征
• 4.1 城市近地表灰尘的粒径分布和矿物组成特征
• 4.1.1 城市近地表灰尘粒径分布特征
• 4.1.2 城市近地表灰尘矿物组成特征
• 4.2 城市近地表灰尘重金属含量
• 4.2.1 城市近地表灰尘中重金属含量的统计学特征
• 4.2.2 各行政区城市近地表灰尘中重金属含量对比
• 4.2.3 不同地区城市灰尘中重金属含量对比
• 4.3 城市近地表灰尘中不同重金属元素间的相关性分析
• 4.4 城市近地表灰尘重金属含量的空间变异特征
• 4.4.1 城市近地表灰尘重金属含量的空间结构特征
• 4.4.2 城市近地表灰尘重金属元素空间分布特征
• 4.5 城市近地表灰尘重金属环境背景值
• 4.6 城市近地表灰尘中重金属污染程度评价
• 4.6.1 评价因子选择
• 4.6.2 城市近地表灰尘重金属环境质量标准的制定
• 4.6.3 评价方法
• 4.6.4 评价结果及讨论
• 4.7 城市近地表灰尘综合环境质量评价
• 4.7.1 基于改进BPANN模型的城市近地表灰尘环境质量评价模型设计
• 4.7.2 基于BPANN的环境质量评价模型的计算机实现
• 4.7.3 评价模型的拟合度及仿真度检验
• 4.7.4 城市近地表灰尘环境质量评价结果及讨论
• 4.8 城市近地表灰尘重金属潜在生态危害评价
• 4.9 小结
• 5 长春市城市表层土壤重金属污染的生态地球化学特征及其预测预警
• 5.1 城市表层土壤中重金属含量
• 5.1.1 城市表层土壤中重金属元素及其它元素含量统计学特征
• 5.1.2 各行政区表层土壤中重金属含量对比
• 5.1.3 城区与城乡结合部表层土壤中重金属含量对比
• 5.1.4 不同地区城市土壤中重金属含量对比
• 5.2 城市表层土壤重金属元素间的相关性
• 5.3 城市表层土壤重金属含量与土壤pH值间的相关性
• 5.4 城市表层土壤重金属含量的空间变异特征
• 5.4.1 城市表层土壤重金属含量的空间结构特征
• 5.4.2 城市表层土壤重金属含量的空间分布特征
• 5.5 城市表层土壤重金属化学形态特征
• 5.5.1 城市表层土壤重金属的化学形态分布特征
• 5.5.2 城区与城乡结合部城市表层土壤重金属化学形态差异
• 5.5.3 城市表层土壤中重金属各化学形态与全量间的相关关系
• 5.5.4 城市表层土壤重金属化学形态与土壤pH值及Fe、Mn含量间的相关关系
• 5.6 城市表层土壤重金属污染程度及环境质量评价
• 5.6.1 评价指标的选择
• 5.6.2 土壤环境质量评价标准
• 5.6.3 城市表层土壤重金属污染程度评价
• 5.6.4 基于改进BPANN模型的城市表层土壤环境质量评价
• 5.7 城市表层土壤重金属潜在生态危害评价
• 5.8 城市表层土壤重金属污染趋势预测预警
• 5.8.1 预测预警方法
• 5.8.2 预测预警结果
• 5.9 重金属大气干湿沉降对表层土壤重金属累积的影响分析
• 5.10 小结
• 6 长春市城市近地表灰尘及表层土壤中重金属污染来源解析
• 6.1 基于因子分析法的重金属污染来源解析
• 6.2 基于稳定Pb同位素技术的长春市表层土壤Pb污染源示踪
• 6.2.1 城市表层土壤中Pb同位素组成特征
• 6.2.2 不同污染端元物质Pb同位素组成特征
• 6.2.3 城市表层土壤Pb污染来源示踪
• 6.3 小结
• 7 结论及建议
• 7.1 主要结论
• 7.2 论文创新点
• 7.3 建议
• 参考文献
• 致谢
• 攻读博士期间（待）发表的学术论文及其它成果
• 摘要
• Abstract
• 附图