基于投入产出的中国省际农业水-土-碳足迹流动分析

水-土-碳多要素耦合研究是近年来资源环境领域的热点之一。开展农业水-土-碳足迹流动分析有助于揭示农业生产和贸易带来的跨区域环境影响,对不同区域资源可持续管理和协同减排具有重要意义。以中国30个省级行政区为研究对象,基于投入产出方法科学识别不同省区农业水、土、碳足迹的空间格局、流动特征及关联状况。主要结论如下:(1)省域尺度农业水、土、碳足迹具有较大的空间差异,这归因于自然条件、社会经济、产业结构、耕作方式及种植结构等的区域差异;(2)农业水、土、碳足迹流动主要从西部和北部流向东部和东南部地区,这与农产品市场供需关系密切相关,表明东部和东南部地区农产品消费导致了西部和北部地区资源的虚拟占用和隐含碳排放;(3)农业水、土、碳足迹及其强度之间存在一定程度的关联关系,经济发展状况、地区产业结构、自然条件状况等因素均会影响某一要素或几种要素的消耗强度,进而影响其关联作用;农业水、土、碳足迹流动表现出明显的关联性特征,空间关联网络存在不均衡性,关联渠道有待丰富;(4)建议未来加强农业技术革新,提高机械化、智能化生产水平;通过土地规模化经营实现水土资源的节约集约利用;开展基于水-土-碳跨区域影响的横向农业生态补偿,实现中国省际协同减排和资源优化。

基于APCS-MLR模型的开封市公交站周边灰尘重金属源解析及健康风险评估

为揭示城市交通系统对城市生态环境质量的影响,选择受交通影响扰动较强的环境指示物——公交站地表灰尘作为研究对象,利用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)和电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-ASE)分别测定灰尘中8种重金属(V、Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Cd和Pb)含量,应用地累积指数和污染负荷指数法分析灰尘重金属的污染程度和空间分布特征,通过定性(相关性分析、主成分分析)和定量[绝对因子得分-多元线性回归模型(APCS-MLR)]相结合的方法开展公交站附近地表灰尘重金属来源探讨,应用克里格空间插值法明晰重金属不同来源的空间分布特征,利用美国环境保护署提出的健康风险评价模型来评价人体健康风险.结果表明,开封市公交站地表灰尘重金属ω(V)、ω(Cr)、ω(Co)、ω(Ni)、ω(Cu)、ω(Zn)、ω(Cd)和ω(Pb)平均值依次为:68.36、59.73、5.81、19.34、40.10、208.32、1.01和49.46 mg·kg^(-1),灰尘中重金属(Cd、Zn、Pb、Cu、Cr)含量平均值均高于开封市周边灰尘背景值,分别是背景值的3.37、2.70、2.01、1.95和1.28倍;8种重金属的地累积指数顺序为:Cd>Zn>Pb>Cu>Cr>V>Ni>Co,其中Cd、Zn、Cu和Pb属于轻度污染水平,其他元素为无污染;源解析结果显示,Cr、Co和Ni为自然源元素,Cu、Zn、Pb和Cd为交通源元素,V则来源于工业-自然混合源.APCS-MLR结果表明,4种来源的平均贡献率依次为自然源为34.17%,交通源为29.84%,工业-自然混合源为14.64%,未知源为21.35%,其中交通源贡献率空间分布规律与交通量及公交线路密集度分布趋势一致.由健康风险评价可知,儿童的总致癌风险指数和总非致癌风险指数均高于成人,Cr为主要的非致癌因子,Cd为主要的致癌因子,自然源和交通源分别对非致癌风险和致癌风险的贡献率最高.

基于APCS-MLR和PMF模型解析黄河下游文化公园土壤重金属污染特征及来源分析

选取黄河下游典型人类扰动区———黄河文化公园为研究区域,系统采集表层土壤样品,测定土壤中7种(Cr、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb和As)重金属含量,利用地累积指数研究公园土壤重金属污染特征,应用克里格空间插值法、绝对因子分析-多元线性回归模型(APCS-MLR)和正定矩阵因子分解(PMF)模型解析黄河文化公园土壤重金属的来源.结果表明,研究区表层土壤重金属(Cd、Zn、Cu、Pb和As)含量平均值高于黄河下游潮土区土壤元素背景值,分别是背景值的4.62、1.78、1.41、1.08和1.03倍.除Zn外,其他元素含量均低于黄河流域沿线不同区域土壤相应元素值.7种元素地累积指数递减趋势为:Cd>Zn>Cu>Ni>Pb>As=Cr,元素Cd属于偏中污染,在表层土壤中积累明显.空间分布特征及源解析结果显示,Cr、Ni和Cu为自然源因子,主要受成土母质影响;Cd和Pb为交通源,Zn和As属于受少量人类活动和自然叠加影响的混合源.APCS-MLR的分析结果显示:自然源贡献率为46.67%,交通源贡献率为24.11%,混合源贡献率为16.12%,其他源贡献率为13.10%;PMF模型解析结果表明:自然源贡献率为35.50%,交通源贡献率为35.48%,混合源贡献率为29.02%.该研究对黄河沿线生态旅游开发及环境风险管控提供支撑.

黄河下游悬河段饮用水源地土壤重金属污染、来源及健康风险

选择黄河下游典型悬河段饮用水源地(黑池和柳池)土壤为研究对象,运用地累积指数与污染负荷指数分析7种(Cr、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb和As)重金属污染特征,运用相关性分析和主成分分析等定性和绝对因子得分-多元线性回归(APCS-MLR)定量相结合的方法开展源解析,利用美国环保署(USEPA)推荐的健康风险评价模型分析土壤重金属对人体健康影响,并结合APCS-MLR模型分析污染源对健康风险的贡献率.结果表明,水源地周边土壤重金属ω(Cr)、ω(Ni)、ω(Cu)、ω(Zn)、ω(Cd)、ω(Pb)和ω(As)的均值依次为60.27、30.00、35.14、77.75、0.38、21.74和9.70 mg·kg^(-1),除As外,元素Cr、Ni、Cu、Zn、Cd和Pb含量均高于黄河下游潮土区土壤元素背景值,而柳池周围土壤Cu和Zn含量明显高于黑池,其他重金属含量差别较小;地累积指数与单因子指数均显示黑池和柳池存在重金属轻度污染,Cd是主要的污染因子,污染负荷指数模型显示研究区无污染和轻度污染样点数分别占总样点数的5%和95%,表明研究区整体处于轻度污染水平;源解析表明Cr、Ni、Cu和As主要受成土母质影响;APCS-MLR模型解析结果表明,研究区土壤污染物主要来自自然源、交通源、农业源和未知源,其来源贡献率依次为42.95%、23.39%、16.95%和16.71%;健康风险评价模型结果显示,重金属对成人和儿童无非致癌风险,存在人体可耐受的致癌风险,儿童的非致癌风险和致癌风险均高于成人.As为主要非致癌因子,Ni为主要致癌因子.无论是成人或儿童,4种污染源的非致癌和致癌风险贡献率均为:自然源>未知源>交通源>农业源,其中自然源对非致癌和致癌风险贡献率最大.因此研究黄河下游悬河段水源地周边土壤污染特征、来源及对人体健康影响,对于水源地保护具有重要意义,同时为黄河沿线生态环境高质量发展提供理论支撑.