重金属元素来源量化及与地表过程关系研究取得新成果

2011-4-26 16:33 来源: 中国科学院
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汉江上游取样点及重金属污染聚类图

  最近,国际环境科学领域权威期刊Journal of Hazardous Materials (2009年影响因子4.144)在线发表了中国科学院武汉植物园在微量元素重金属元素来源量化及其与地表覆盖变化的关系的最新研究成果(doi:10.1016/j.jhazmat.2011.03.026)。

  重金属元素因其有毒性、持久性及生物累积等特征而广受关注。以前的研究表明,人类活动正改变着水源地的汉江流域的微量元素及重金属元素格局,并对人类及水生生物的健康造成了一定威胁(见Journal of Hazardous Materials. 181, 1051-1058及176, 579-588),因此量化微量元素的来源及其与地表过程变化的关系对水源地水质保护尤为关键。

  武汉植物园系统生态学科组李思悦副研究员结合野外取样调查、实验室微观分析及宏观GIS技术,综合运用多元统计模型(FA-MLR)及地球化学原理,探讨了重金属元素与土地利用/覆被变化之间的关系及其来源分配。研究表明,土地利用组成和水文节律共同影响着河流水体的重金属元素分布,且在春季,土地利用/覆盖组成可以较好的预测重金属元素浓度;相对于河岸带土地利用,流域尺度土地利用组成可以更好地解释河流生态系统中的微量元素及重金属元素。人类活动的重要标志——城镇化在流域尺度上可以很好的预测重金属,而在河岸带尺度上,代表自然标志的植被覆盖组成则与重金属的相关性较强,不同尺度上的农业活动与重金属的浓度相关性较弱。

  以绝对主成分得分系数为基础的多元线性回归模型表明,流域重金属元素的主要来源包括:矿业活动、化石燃料(煤)燃烧、机动车及油漆工业、地壳及富锑矿物及机动车刹车装置。其中矿业、机动车排放及油漆化工贡献了63%的砷(As)和铅(Pb),86%的硒(Se)及74%的钒(V),而76%的Sb来源于地质、矿物及机动车刹车装置。地壳中含量丰富的铝(Al)和硅(Si),自然来源(土壤)贡献了它们的70%。

  该研究对水源地水质保障提供了重要的科学依据,同时为多元统计模型在水体污染物来源量化方面提供了重要的研究个案。与以往研究相比,此研究整合了不同尺度景观格局及水文节律,并将整体上的统计量化及个体流域的定性化相结合,在方法和研究思路上有重要突破。

  该研究是李思悦博士在中国科学院“百人计划”张全发研究员指导下完成的,这是继2010年以来在中线工程水源地重金属研究方面的又一重要进展。