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大气环境污染是当今科学界和社会比较关心的热点问题,大气降尘通过重力落在土壤上、植物上,然后通过淋溶过程输入到土壤中,增加了土壤重金属污染。植物的根系会从土壤中吸收重金属元素及茎叶吸收降尘中的重金属而受到污染,影响到植物的生长。因而本研究以正在进行大规模露天煤炭开采和工业活动的准东地区为靶区,从大气降尘为切入点,分析大气降尘、土壤、植物中的重金属含量、来源,污染程度,并找出大气降尘的重金属对土壤、植物的生态效应,以期为区域生态环境修复提供科学依据。得出了以下结论:(1)通过大气降尘5-12月间通量的分析时间变化趋势相一致,空间上高值出现在工业区附近和西侧的荒漠区,低值在研究区东北和东南部。研究区大气降尘重金属Hg、Pb、As、Cr、Cu、Zn变异强,受人为活动影响大。大气降尘重金属中Hg、As、Pb元素相关性高,Cr、Cu、Zn元素相关性高。大气降尘重金属的第一主成分因子为Cu、Cr和Zn元素,第二主成分因子为Hg、As、Pb元素。(2)大气降尘中Hg元素空间分布特征与As元素的空间分布特征较相似,工业区附近为高浓度区、较高浓度区分布区域,西部荒漠地区为低浓度区分布区域。Pb的高浓度区分布工业区及附近,较高浓度值分布在主要交通道路附近,低浓度区分布分散而面积不大。Cr和Cu的空间分布特征较相似,高浓度区、较高浓度区分布在工业区及附近,低浓度区分布在研究区远离工业活动的西部荒漠及研究东南区域。Zn的高浓度区分布工业区附近,同时较高浓度值分布在主要交通道路附近,低浓度区分布在研究区西部荒漠带和五彩湾煤电化工带北部及研究区东南部。(3)大气降尘重金属污染从单因子指数法来看:轻污染元素为As和Pb,中污染元素为Hg和Cu,重污染元素为Cr和Zn。从综合污染指数法来看:中污染程度为区域大气降尘的6重金属综合污染状况。从内梅罗综合污染指数法来看:中污染元素为Pb,重污染元素为Hg、As、Cr、Cu、Zn。从地累指数法评来看:无污染元素Hg、As,轻-中度污染元素为Pb,中度污染元素为Cr、Cu,极强度污染元素为Zn。从潜在生态危害法来看:轻微潜在生态危害元素为Pb、As、Cr、Cu;较高潜在生态危害元素为Hg和zn,中等潜在生态危险为区域大气降尘重金属潜在生态危害状况。(4)3层土壤hg元素为强变异,其他5种元素为中等变异。3层土壤中hg与cr,cu与zn相关性高。土壤重金属第一主成分因子为cu、cr和zn元素,第二主成分因子为hg、as、pb元素。(5)3层土壤hg、pb、as、cr元素的分布特征不同,但总体来讲高浓度区及较高浓度区分布在工业区之间及附近区域,低值区分布研究区煤田开采和工业活动、交通不便利的荒漠地区。cu和zn的空间分布特征较相似,高浓度区出现在五彩湾煤电化工带内及附近西部区域、及将军庙煤化工产业区附近西北区域,较高浓度区分布在高浓度区周边,低浓度区分布在研究区远离工业活动的西部荒漠,及研究东南区域。(6)土壤重金属污染从单因子指数法来看:0~10、10~20、20~30cm土壤中的重金属,清洁元素为hg、cu和zn,轻污染元素为pb和cr,中污染元素为as。从综合污染指数评价来看:轻污染程度为0~10、10~20、20~30cm土壤6种重金属综合污染状况,呈现土壤深度增加重金属污染程度降低的特征,贡献较大的元素为hg、cr、as,贡献小的元素pb、cu、zn。从内梅罗综合污染指数法来看:在0~10、10~20、20~30cm土壤中,重污染元素为hg、as,中污染元素均为pb,轻污染元素均为cu。从地积累指数评价来看:0~10、10~20、20~30cm土壤中,轻-中度污染元素为as和cr,无污染元素为hg、pb、cu、zn。从潜在生态危害指数法来看:在0~10、10~20、20~30cm土壤中,轻微潜在生态危害元素为hg、pb、as、cr、cu、zn为轻微潜在生态危害,轻微潜在生态危险为区域土壤重金属潜在生态危害状况。(7)采样不同植物中重金属元素的为变异系数不同,总的来讲hg元素变异系数为强变异,其他元素为中等变异。不同植物中重金属元素的相关性也有差异,不同部位的重金属的相关性也有差异。琵琶柴地上部分重金属的pc1因子是cr、as、hg和cu,pc2的因子是zn,琵琶柴地下部分重金属的pc1的因子是cu、as、cr、zn,pc2的因子是hg。梭梭地上部分重金属的pc1的因子zn、as和cu,pc2的因子是hg、cr,梭梭地下部分重金属的pc1的因子是zn、cr、cu、as,pc2的因子是hg。蛇麻黄地上部分重金属的pc1的因子是hg、zn、as,pc2的因子cr、cu,蛇麻黄地下部分重金属的pc1的因子是as、cu和zn,pc2的因子是hg、cr。假木贼地上部分重金属的pc1的因子是as和cu,pc2的因子是zn和hg,假木贼地下部分重金属的pc1的因子是cr、hg、zn、as,pc2的因子是cu。植物重金属hg元素高浓度区出现在将军煤化工产业区附近、大井煤田煤化工附近和五彩湾露天矿区附近,as的高浓度区分布在将军庙煤化工产业区和大井煤田煤化工间区域与五彩湾煤电化工带东北和西南间区域,cr的高浓度区出现在五彩湾煤电化工带与火烧山高载能产业区间的区域,cu的高浓度区出现在研究区西部公路附近,zn的高浓度区分布在五彩湾煤电化工带与火烧山高载能产业区西南区域和将军煤化工产业区和大井煤田煤化工产业园之间的西南区域。单因子指数评价来看:采样的植物hg元素高于as、cr、cu、zn,hg元素主要为轻污染,其他4种元素为清洁。从综合污染指数评价来看:5种植物综合污染程度为清洁,hg元素对综合污染指数的贡献较大,而as、cr、cu、zn对综合污染指数的贡献小。从内梅罗综合污染指数评价来看:采样的植物hg元素高于as、cr、cu、zn,hg元素为轻污染、中污染和重污染,as、cr、cu、zn主要为安全。从地积累指数评价来看:5种植物的hg、as、cr、cu、zn元素为无污染。从生态危害指数评价来看:采样植物的单个潜在危害指数hg元素高于其他4种元素,5种植物对于潜在生态危害指数均小于150,为轻微潜在生态危险。(8)通过降尘对土壤重金属的输入3层土壤重金属都是增加的,其中zn和cr元素增加明显,其次是cu、as、pb元素,hg元素增加均值最小。随着年份的增加,3层土壤6重金属元素含量均呈增长趋势,其中zn元素含量增加最多,在50年后增加了738.29~1013.47mg/kg,cr元素含量增加了16.72~17.70mg/kg,,hg元素含量虽然增加的值小,但增长幅度却较高,而hg元素的毒害性高,会造成区域重金属污染严重,危害区域生态安全。琵琶柴、梭梭对zn、hg、cr、as、cu元素有较强运移能力。蛇麻黄对hg、as元素有着较强的运移能力,对cr、cu、zn元素的运移能力较弱。假木贼对hg、as有着很强的运移能力,对cr元素有着较强的运移能力,对cu、zn重金属元素也有一定运移能力。琵琶柴、梭梭对于Hg元素的富集有着较强的能力,对于As、Cr、Cu、Zn元素的富集有着较弱的能力。蛇麻黄对于Hg与Cu元素的富集有着较强的能力,对于As、Cr、Zn元素的富集有着较弱的能力。假木贼对于Hg元素的富集有很强的能力,假木贼对于As、Cr、Cu、Zn元素的富集有较弱能力。4种植物对Hg元素的富集能力依次排序是:琵琶柴>蛇麻黄>梭梭>琵琶柴。琵琶柴、梭梭根部对Zn、Hg、Cr、As、Cu元素滞留能力弱。蛇麻黄根部对Hg、As元素的滞留能力弱,对Cr、Cu、Zn元素滞留能力较强。假木贼根部对Hg、As、Cr元素滞留能力很弱,对Cu、Zn元素有一定滞留能力。总体来讲4中植物对Hg、As、Cr元素的根系滞留能力弱,对Cu、Zn元素有一定的根系滞留能力。(9)遥感估算的植物生物量在5~8月份整体上呈增长趋势,在9月份植物生物量开始下降。从空间上来看,植物生物量高值出现在研究区西南区域的农田,而在北部卡拉麦里保护区植物生物量较高,在荒漠区和戈壁植物生物量低。研究区植物生物量的空间分布受降尘中Cu、Cr、Zn潜在生态危害影响较大,降尘3种重金属元素的潜在生态危害对植物生物量影响的程度排序为:Cu>Cr>Zn,植物生物量受控降尘中Hg、Pb、As潜在生态危害因子小;研究区植物生物量的空间分布受土壤中Pb元素的潜在生态危害较大,其他5种重金属元素的潜在生态危害对植物生物量影响小;研究区植物生物量的空间分布受植物中Cu、Hg、Cr、Zn、As元素的潜在生态危害因子小。研究区降尘、土壤、植物中重金属对植物生物量的空间分布的影响,总体排序是降尘>土壤>植物。