上海金山区和崇明区表层土壤分析毕业论文.doc
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1、目 录摘要7ABSTRACT8第一章 绪论91城市土壤91.2土壤中的重金属101.2.1土壤重金属污染的定义101.2.2城市土壤重金属的来源111.2.3重金属的危害121.3环境磁学141.3.1环境磁学的定义141.3.2磁化率141.3.3环境磁学的应用151.4研究目的与意义161.5研究内容17第二章 材料与方法192.1样品的采集和预处理192.1.1采样情况192.1.2 样品的预处理222.1样品磁化率测定222.2.1实验仪器用具222.2.2磁化率测定222.3土壤样品消解222.3.1消解预处理222.3.2消解实验器具及药品222.3.3消解步骤232.4重金属元素
2、含量测定232.5邻菲罗啉测铁242.5.1仪器与药品242.5.2实验步骤24第三章 结果与讨论253.1上海市郊区表土重金属含量253.2郊区表土重金属污染评价303.3重金属含量与磁化率的相关性31第四章 结论与展望404.1结论404.2展望40致谢41参考文献42附录44英文文献原文44英文文献翻译58摘要在上海金山区和崇明区区不同路段(交通道路,工业区,农业区)采集表土(0-5cm)样品,测试磁化率和各种重金属污染元素(Fe,Cu,Zn,Pb,Cd,Cr,Mn)的含量。上海金山区与崇明区土壤重金属污染情况存在一定差异,采用单因子指数指示法表明明两区均为Cd重度污染区域,金山区表土可
3、区分为农业区、工业区和马路绿地,Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Mn的含量平均值分别为:45.79 mg/kg、245.98 mg/kg、8.88 mg/kg、2.63 mg/kg、61.04 mg/kg、0.6g/kg;37.85 mg/kg、274.59 mg/kg、10.94 mg/kg、3.30 mg/kg、79.96 mg/kg、0.75g/kg;40.34 mg/kg、108.14 mg/kg、8.03 mg/kg、2.80 mg/kg、63.56 mg/kg、0.71g/kg崇明区表土可区分为农业区和马路绿地,Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Mn的平均含量分别为:33.16 mg/k
4、g、98.09 mg/kg、5.84 mg/kg、1.64 mg/kg、54.44 mg/kg、0.64 g/kg;34.44 mg/kg、119.79 mg/kg、4.97 mg/kg、1.65 mg/kg、47.82 mg/kg、0.62 g/kg.采用内梅罗指数法分析结果表明金山区和崇明区均为土壤重度污染区。工业区重金属污染最强,其次是交通要道,农业区较弱。进一步研究表明,土壤磁化率()与Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Mn各金属之间都存在极显著地正相关性,反映了城市表土重金属污染与土壤磁化率()的关系,从而说明用磁学方法检测土壤的污染时可行的。 关键词:郊区土壤 重金属 磁化率ABSTR
5、ACTTopsoil(0-5cm) samples in different areas, including highway,industrial region and agricultural region,in Jinshan District and Chongming District were collected. Magnetic susceptibility and heavy metal contents in the samples were determined.Some difference of heavy metal contents in the soils of
6、 Jinshan District and Chongming District is found. According to the methods of the Single-factor Index, the two district are both severely contaminated area of Cd. Jinshan topsoils can be divided for agriculture, industry, and roadside ,Heavy metals Cu, Zn, Pb, Cd, Cr and Mn content of average respe
7、ctively are 45.79 mg/kg、245.98 mg/kg、8.88 mg/kg、2.63 mg/kg、61.04 mg/kg、0.6g/kg;37.85 mg/kg、274.59 mg/kg、10.94 mg/kg、3.30 mg/kg、79.96 mg/kg、0.75g/kg;40.34 mg/kg、108.14 mg/kg、8.03 mg/kg、2.80 mg/kg、63.56 mg/kg、0.71g/kg.Chongming topsoils can be divided for agriculture and roadside, Heavy metals Cu, Zn,
8、 Pb, Cd, Cr and Mn content of average respectively are 33.16 mg/kg、98.09 mg/kg、5.84 mg/kg、1.64 mg/kg、54.44 mg/kg、0.64 g/kg;34.44 mg/kg、119.79 mg/kg、4.97 mg/kg、1.65 mg/kg、47.82 mg/kg、0.62 g/kg.According to the Nemero Index, both Jinshan and Chongming district are severe pollution of soil. The severes
9、t heavy metal pollution is industrial region, the second is the heavy traffic highway, agricultural region is weak.Further study indicated that there are significant positive correlations between and heavy metal Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Mn. This suggests that the urban soils pollution is closely related to th
10、e accumulation of magnetic grians and it is quite feasible to monitor urban soils pollution by magnetic techniques.Keywords: Suburban Soil; Heavy metal; Magnetic susceptibility第一章 绪论1.1城市土壤城市土壤是指由于人为的、非农业作用形成的,并且由于土地的混合、填埋或污染而形成的厚度大于或者等于50cm的城区或郊区土壤1。土壤,是由一层层厚度各异的矿物质成分所组成大自然主体。土壤和母质层的区别表现在于形态、物理特性、化
11、学特性以及矿物学特性等方面2,3。由于地壳 、水蒸气、 大气和生物圈的相互作用,土层有别于母质层。它是矿物和有机物的混合组成部分,存在着固体,气体和液体状态。疏松的土壤微粒组合起来,形成充满间隙的土壤的形式4。这些孔隙中含有溶解溶液(液体)和空气(气体)。因此,土壤通常被视为有种个状态 。城市土壤并不是一个分类上的术语,他是指出现在市区或者郊区,受多种人为活动的强烈影响,原有继承特性得到强烈改变的土壤总称,分布在公园、道路、体育场、城市河道、城郊、垃圾填埋场、废弃工厂周围或者简单的成为建筑、街道、铁路等城市设施的基础而处于隐藏状态5-8。城市的发展变化、土地利用方式的改变,使得城市土壤在实践与
12、空间上产生较大的变化;城市在其发展过程中土地利用的改变、道路的变迁、河道的填埋都会改变土壤的发育史。最终使得土壤产生时间和空间上的变化。土壤层次排列混乱,许多土层之间没有发生化学上的联系,腐殖质层被剥离或者被埋藏,其他层破碎且没有统一的出现规律;城市的建设和发展,导致城市土壤由于经常地挖掘、搬运、堆积、混合和大量废弃物的填充,导致土壤层次的排列混乱9。土壤层次含有丰富的外源物,由于人类活动的多样性和广泛性,城市土壤中会有各种各样的外源物10,如玻璃、铁钉、碎石、砖块、尼龙与陶瓷等难降解物质。土壤PH值向碱性方向演变、有机质含量增加,同时表现出明显的突然特征11-14;由于人为因素的影响,如化学
13、物质的使用、农药的喷洒、工业废弃物的堆放均会导致。土壤生物活动受到严重的干扰15;城市建设、道路的铺设、建筑的建造会破坏原有土壤的生态系统,改变了原来土壤的元素循环与转化过程及生物活动。土壤污染导致严重的直接经济损失农作物的污染、减产。对于各种土壤污染造成的经济损失,目前尚缺乏系统的调查资料。仅以土壤重金属污染为例,全国每年就因重金属污染而减产粮食 1000 多万吨,另外被重金属污染的粮食每年也多达 1200 万吨,合计经济损失至少 200 亿元。我国大多数城市近郊土壤都受到了不同程度的污染,有许多地方粮食、蔬菜、水果等食物中镉、铬、砷、铅等重金属含量超标和接近临界值。土壤污染除影响食物的卫生
14、品质外,也明显地影响到农作物的其他品质。有些地区污灌已经使得蔬菜的味道变差,易烂,甚至出现难闻的异味;农产品的储藏品质和加工品质也不能满足深加工的要求。由于城市功能区的不同,城市土壤的分布也呈现区域性,大多数城市地表均被建筑物、广场、道路、水泥所覆盖,而只有周边绿化,绿地可能有土壤直接裸露在表面,只有在城市绿地,郊区农田等才会有斑块状分布的土壤,但是彼此被分割,无化学、物理和微生物的传递16-21。随着我国城市化和工业化的快速发展,城市土壤和人类的关系显得越来越重要,城市土壤污染问题正在影响着城市生态环境和人类的健康与安全。1.2土壤中的重金属1.2.1土壤重金属污染的定义土壤污染有以下特点:
15、(1)土壤污染具有隐蔽性和滞后性。大气污染、水污染和废弃物污染等问题一般都比较直观,通过感官就能发现。而土壤污染则不同,它往往要通过对土壤样品进行分析化验和农作物的残留检测,甚至通过研究对人畜健康状况的影响才能确定。因此,土壤污染从产生污染到出现问题通常会滞后较长的时间。如日本的“痛痛病”经过了1020年之后才被人们所认识。(2)土壤污染的累积性。污染物质在大气和水体中,一般都比在土壤中更容易迁移。这使得污染物质在土壤中并不象在大气和水体中那样容易扩散和稀释,因此容易在土壤中不断积累而超标,同时也使土壤污染具有很强的地域性。(3)土壤污染具有不可逆转性。重金属对土壤的污染基本上是一个不可逆转的
16、过程,许多有机化学物质的污染也需要较长的时间才能降解。譬如:被某些重金属污染的土壤可能要100200年时间才能够恢复。 土壤污染很难治理。如果大气和水体受到污染,切断污染源之后通过稀释作用和自净化作用也有可能使污染问题不断逆转22-26,但是积累在污染土壤中的难降解污染物则很难靠稀释作用和自净化作用来消除。 土壤污染一旦发生,仅仅依靠切断污染源的方法则往往很难恢复,有时要靠换土、淋洗土壤等方法才能解决问题,其他治理技术可能见效较慢。因此,治理污染土壤通常成本较高、治理周期较长。鉴于土壤污染难于治理,而土壤污染问题的产生又具有明显的隐蔽性和滞后性等特点,因此土壤污染问题一般都不太容易受到重视。重
17、金属指比重大于水4或者5的金属,约有45种,如铜、铅、铁、钴、镍、钒、铌、钛、锰、镉、汞、钨、金、银等。尽管猛铜锌等金属是生命活动所需要的微量元素,但是大部分重金属,如汞、铅、镉等并非生命活动所必须的,而且所有重金属超过一定浓度都会对人体有毒。土壤重金属污染是指由于人类活动,由重金属或其他化合物进入土壤系统造成的土壤环境污染。主要由采矿、废气排放、污水灌溉和使用重金属制品等认为因素所致。一单重金属在土壤中的累积量明显高于土壤环境背景值,就会只是土壤环境质量明显下降和生态恶化。其中毒害较大的元素Hg、Pb、Cd、Cr和类金属元素As。以各种化学转该货化学形态存在的重金属,在进入环境或生态系统后就
18、会存留、积累和迁移,造成危害。如随废水排放的重金属,及时浓度小,也可在土壤、微生物、植物中累积,一但进入生物体表,就会在食物链富集,而最终对人类健康造成危害。1.2.2城市土壤重金属的来源 重金属一般以天然浓度广泛存在于自然界中,但由于人类对重金属的开采、冶炼、加工及商业制造活动日益增多,造成不少重金属如铅、汞、镉、钴等进入大气、水、土壤中,引起严重的环境污染。以各种化学状态或化学形态存在的重金属,在进入环境或生态系统后就会存留、积累和迁移,造成危害27。如随废水排出的重金属,即使浓度小,也可在藻类和底泥中积累,被鱼和贝的体表吸附,产生食物链浓缩,从而造成公害。如日本的水俣病,就是因为烧碱制造
19、工业排放的废水中含有汞,在经生物作用变成有机汞后造成的;又如痛痛病,是由炼锌工业和镉电镀工业所排放的镉所致。汽车尾气排放的铅经大气扩散等过程进入环境中,造成目前地表铅的浓度已有显著提高,致使近代人体内铅的吸收量比原始人增加了约100倍,损害了人体健康。工业活动是导致重金属污染源的主要因素之一,通过工业生产而产生的废气、废水、废渣,将重金属带到周围的环境,工业废气和粉尘的沉降及废水的流动和灌溉均会将重金属沉积到土壤中去,尤其是工厂,工业园区周边,及周边道路两侧28。工业废弃物的堆放和填埋都都会使其中的重金属元素由于流水、沉积、微生物活动、降解等作用进度土壤中,导致其周边土壤中重金属含量的增加。工
20、业生产不仅会导致周边地区的重金属污染,而且由于排放粉尘飞灰等含有重金属元素,随风飘散到更远的地区,从而使其污染面扩大。另外,城市道路周边,汽车尾气的排放中也含有大量重金属,燃料泄露及轮胎磨损等,而道路上的灰尘容易吸附上重金属元素,最终飘落到周边的土壤中,由此导致重金属含量明显增加29。居民区的重金属来源是由于污水,生活垃圾中产生的,类似一些废旧的电子产品的随意丢弃,就会在周围累积重金属污染。农业用的各种药品,化肥、除虫剂等也会含有一定量的重金属元素,使用后在农田的土壤里就会慢慢累积,植物吸收后,最终危害人类健康。1.2.3重金属的危害一些重金属的危害如下:铅:容易引起贫血,损害神经系统,幼儿受
21、到影响严重,影响智力发展。镉:长期摄入后会产生骨痛病,造成残疾。镍:摄入过多可使人中毒,头发变白。镍的水溶化合物有致敏性和致癌性。铜:大量摄入铜后,口内有金属味,产生腹痛、恶心呕吐或腹泻,严重时候可能是胃粘膜溃疡、肝坏死、肾损害,甚至发生低血压,导致休克。锌:锌的含量超标,引起的锌中毒,会破坏肠胃功能,还会导致贫血。同时体内胆固醇混乱,引起高血压、冠心病等。锌过量还会使人体抗癌能力降低,易产生肿瘤。近年,关于重金属污染事件屡见不鲜,从湖南儿童血铅超标事件,陕西凤翔数百儿童铅超标到重金属污染“菜篮子”等等,近日南方周末又有报道说,饮水机内也存在重金属污染,可见重金属污染已影响到我们的生活环境。我
22、们常见的塑料门窗也同样存在重金属铅的污染。塑料门窗属于PVC异型材,PVC异型材用热稳定剂体系主要有铅盐、有机锡、钙锌及其复合稳定剂30。因铅盐稳定剂的稳定效果好,成为了目前我国塑料门窗生产中使用最多的稳定剂,但因铅的毒性,虽然并不直接与人体接触,仍对环境和人体健康造成威胁。北美地区不准硬聚氯乙烯门窗使用铅稳定剂。加拿大卫生部1996-48文件,美国消费者产品安全委员会第96-150文件和第4426号文件对此均有明确规定。但铅盐稳定剂的污染问题在我国目前尚未得到重视。 专家分析指出:目前我国塑料生产企业的工艺、设备、技术研发较落后,是造成污染严重的主要原因,而管理不善、地方保护及人们环保意识淡
23、薄,加剧了污染,强化治理迫在眉睫。生产企业应放眼未来,倡导环保,使用环保型助剂才能使PVC行业健康长远发展。可见重金属危害是相当严重的,必须重视环境中重金属污染的累积。1.2.4土壤重金属污染评价环境质量指数(EQI)是依据某种环境标准,用于描述污染物的的排放评价、污染源的治理评价、环境污染程度评价等方面。它是一个无量纲数,表示污染物在环境中的实际浓度超过评价标准程度的多少倍。评价方法:单因子指数评价法和内梅罗指数综合评价法。(1) 单因子指数评价法:计算公式:Pi=Ci/Si 式中:Pi为第i种污染物的污染指数;Ci为第i中污染物的实测值;Si为第i种污染物的评价标准值。(2) 内梅罗指数综
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