（矿产普查与勘探专业论文）长株潭城市区域土壤生态地球化学评价.pdf

l 、 i - - i j _ 一- - 一 强r ，i-l；一 分类号一 u d c 。 密级- 一- j 8 二i 曼- s s 2g t 编号 幸初大訾 c e n t ra i 。s o u t hu n m r s i t y 硕士学位论文 些竖垡鲎叠俭 学科专业壁芒釜查曼塑拯 研究生姓名堂垒芏 导师姓名及 专业技术职务越鉴垫丝撞盛昱 0 r ：。：。 原创性声明 l i i ii iiii ii i ii ll u liii y 1813 4 4 3 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢 的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不 包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我 共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。 作者弥逖 吼过年月兰p 关于学位论文使用授权说明 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校 有权保留学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位 论文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论 文；学校可根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文。 期：钟匕月兰珀 中南人学硕i ：学位论文 摘要 摘要 随着我国工农业生产的发展和人口的急剧增长，人们向周围环境 排放的有毒有害物质越来越多，从而导致了严重的生态环境恶化问 题。近年来，环境保护问题已引起人们高度关注。湖南省洞庭湖区生 态地球化学调查是由国土资源部中国地质调查局与湖南省人民政府 合作开展的基础性、战略性、应用性的地质调查项目。 由于城市生态地球化学评价尚属于正在发展中的研究方向，缺乏 系统规范的工作方法，因此本次工作的方法以地球化学、环境科学、 生态学的工作方法为借鉴对象。利用地球化学方法了解元素在土壤中 的分布规律，把握土壤中元素的分布、迁移及其影响因素及综合效应； 利用生态学方法了解元素对生物的影响作用。 通过数据分析和评价，可以看出，长株潭地区土壤中重金属污染 状况严重。湘江流域是主要污染区；株洲工业区p b 超标严重；水稻 土中a s 、c d 、h g 、z n 不同程度超标；菜土中的c d 超出国家标准；居 民区和公众休闲区土壤h g 含量超标。 重金属异常的主要来源是工矿生产所排放的“三废”，农药化肥 的大量施用也对其有一定的贡献率。 人类活动、土壤理化性质和土壤p h 值是影响土壤中重金属迁移 转化和富集的主要原因。 关键词长株潭地区，土壤，重金属，生态地球化学 中南人学硕i ：学位论文 a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fi n d u s t r ya n da g r i c u l t u r ea n dt h er a p i d i n c r e a s eo fp o p u l a t i o ni no u rc o u n t r y , t h ep o i s o n o u ss u b s t a n c e sw h i c h p e o p l ep u ti n t oe n v i r o n m e n ta r eb e c o m i n gm o r ea n dm o r ea n dt h u st h e s u b s t a n c e sd og r e a th a r mt oe c o s y s t e ms u r r o u n d i n g s i n c er e c e n ty e a r s ， p e o p l eh a v ea l r e a d yc a r e dt h ee n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o np r o b l e m t h e i t e mo f d o n g t i n gl a k ea r e ae c o s y s t e mg e o c h e m i s t r ys u r v e yi nh u n a n i s p r a c t i c e dc o o p e r a t e l yb yt h ec h i n e s eg e o l o g ys u r v e yb u r e a ua n dt h e p e o p l e sg o v e m m e n to fh u n a np r o v i n c e ，w h i c h i saf o u n d a t i o n a l ， s t r a t e g i c ，a n dg e o l o g i c a la p p l i c a t i o ns u r v e y o n e b e c a u s eo ft h ec i t yr e g i o n a l e c o s y s t e mg e o c h e m i s t r ya s s e s s m e n t b e l o n g i n gt oad e v e l o p i n gr e s e a r c ho r i e n t a t i o n ，t h e r el a c ks y s t e m i ca n d s t a n d a r dw o r k m e t h o d s ，s o w ef o l l o wt h em e t h o d so ft h e g e o c h e m i s t r y , e n v i r o n m e n t a ls c i e n c e ，a n de c o l o g y m a k i n g u s eo ft h e g e o c h e m i s t r ym e t h o d t h ea u t h o ru n d e r s t a n d st h ed i s t r i b u t e dr u l eo f c h e m i c a le l e m e n t si nt h es o i l ，a n dh o l d sh o wd ot h ec h e m i c a le l e m e n t s m i g r a t i o n ，a n dm a s t e r st h e i ri n f l u e n c e d f a c t o r sa n dt h e i rs y n t h e s i z e d e f f e c t ；m a k i n g u s eo ft h e e c o l o g ym e t h o dt h ec h e m i c a l e l e m e n t s f u n c t i o n st ot h el i v i n gc r e a t u r ei su n d e r s t o o d t h er e s u l t sb ya n a l y s i sa n de v a l u a t i o no ft h ed a t as h o wt h a t p o l l u t i o nc o n d i t i o no ft h eh e a v ym e t a li nc h a n g s h a z h u z h o u x i a n g t a n d i s t r i c ts o i la r e s e r i o u s t h ex i a n g i i a n gr i v e r s v a l l e yi s t h em a i n p o l l u t e da r e a ；i nt h ei n d u s t r i a la r e at h ep l u m b u ms u r p a s s e st h en a t i o n a l s t a n d a r d s e r i o u s l y ；i n t h ep a d d ys o i lt h ea r s e n i c ，t h ec a d m i u m ，t h e h y d r a r g y r u ma n dt h ez i n ca l ls u r p a s st h en a t i o n a ls t a n d a r di nd if f e r e n t d e g r e e ；i nt h ev e g e t a b l es o i lt h ec a d m i u ms u r p a s s e st h en a t i o n a ls t a n d a r d ； i nt h er e s i d e n t s a r e aa n dt h ep u b l i c sr e c r e a t i o n a la r e as o i lt h e h y d r a r g y r u m a l s os u r p a s s e st h en a t i o n a ls t a n d a r d t h em a i ns o u r c e so ft h ea b n o r m a l i t yo fh e a v ym e t a la r et h r e e d i s c a r d e ds u b s t a n c e sf r o mt h ef a c t o r i e sa n dt h em i n i n g ，t h eg r e a tu s e n e s s o f p e s t i c i d e s a n df e r t i l i z e r si sa n o t h e r f a c t o r , w h i c h h a sc e r t a i n c o n t r i b u t i o nt ot h ea b n o r m a l i t y u 中南大学硕士学位论文 a b s t r a c t m a n k i n d sa c t i v i t y , t h es o i l sp h y s i c a la n dc h e m i c a l s o i l s p h v a l u ea r et h em a i nr e a s o n sw h i c h p r o p e r t ya n dt h e i n f l u e n c et h e m i g r a t i o n ，c o n v e r s i o na n de n r i c h m e n to fh e a v ym e t a li nt h es o i l k e yw o r d sc h a n g s h a z h u z h o u - x i a n g t a nd i s t r i c t ，s o i l ，h e a v y m e t a l ，e c o s y s t e mg e o c h e m i s t r y i i i 中南人学硕l ：学位论文目录 目录 摘要i a b s t r a c t i i 目录i 第一章绪论1 1 1 选题依据和意义1 1 2 论文研究的主要内容l 1 2 1 长株潭地区地球化学异常源追踪1 1 2 2 研究区有害及相关元素在土壤的迁移规律及途经研究2 1 2 3 研究区生态地球化学评价2 1 3 工作方法2 1 3 1 生态与地球化学方法。2 1 3 2 环境监测方法2 1 3 3 综合分析方法2 1 4 区域生态地球化学评价国内外研究现状3 1 4 1 术语和定义3 1 4 2 国内外研究现状3 1 5 主要实物工作量和认识8 1 5 1 实物：f 作量8 1 5 2 取得的儿点认识9 第二章评价区地球化学概况1 0 2 1 评价区基本地理情况。1 0 2 2 评价区地质背景：。：1 2 2 2 1 地层。l2 2 2 2 岩浆岩l2 2 2 3 构造。l3 2 3 评价区面临的生态地球化学问题。1 3 2 3 1 重金属异常明显1 3 2 3 2 工业“三废”排放耸人1 3 2 3 3 面临严峻的生态环境保护局面1 5 2 4 评价区土壤类型、土地利刚状况1 5 2 4 1 十壤类型16 2 4 2 土地利用状况1 6 第三章样品采集及分析测试1 8 3 1 准备：【作18 3 1 1 资料准备1 8 中南大学硕士学位论文 目录 3 1 2 设备材料准备18 3 2 样品采集1 8 3 2 1 采样介质和区域划分一1 8 3 2 2 采样点布设及编号1 9 3 2 3 采样层位、深度2 0 3 2 4 采样方法2 1 3 2 5 定点与标绘21 3 2 6 野外记录与图件的整理2 l 3 3 野外样品加工及送样一2 2 3 4 质量检杏与野外验收2 4 3 5 样品分析测试2 5 第四章评价区土壤中元素的分布特征2 6 4 1 自然地质地球化学作用对元素分布的影响一2 6 4 2 十壤中主要元素分布特征一2 7 4 2 1 土壤中元素总体分布特征2 7 4 2 2 主要类型土壤元素分布特征2 9 4 2 3 主要功能区十壤元素分布特征3 4 第五章评价区土壤重金属富集状况及异常来源分析3 7 5 1 评价区土壤重金属富集状况3 7 5 1 1 评价标准和方法3 7 5 1 2 主要类型土壤重金属超标状况3 8 5 2 主要重金属异常来源分析。4 8 5 2 1 前人查明的重金属异常和自然背景4 8 5 2 2 十壤重金属异常的来源4 8 第六章土壤重金属的迁移规律及生态效应评价5 1 6 1 土壤重金属的迁移规律5 l 6 1 1 重金属迁移的主要影响因素和迁移方式5 l 6 1 2 人类活动对土壤重金属富集的影响5 2 6 1 3 土壤p h 值对土壤重金属富集的影响5 4 6 2 土壤中重金属对生态环境的影响。5 5 6 2 1 土壤中重金属对人体健康的影响5 5 6 2 2 十壤中重金属对植物的影响5 8 第七章结论与建议6 1 7 1 结论6 l 7 2 建议6 l 参考文献6 2 致谢6 7 攻读学位期间主要的研究成果6 8 中南人学硕i ：学位论文第一章绪论 1 1 选题依据和意义 第一章绪论 为期四年的湖南省洞庭湖区生态地球化学调查是为了贯彻落实温家宝总理 关于地质工作“要更加紧密地与国民经济建设与社会发展相结合，更加主动地为 国民经济和社会发展服务的指示精神，由国土资源部中国地质调查局与湖南省 人民政府合作开展的基础性、战略性、应用性的地质调查项目。2 0 0 2 年底，该 项目进入实际性运作阶段。“长株潭城市区域生态地球化学评价 是“湖南省洞 庭湖区生态地球化学调查”总项目中专题研究部分，受“湖南省洞庭湖区生态地 球化学调查项目部的委托，中南大学、湖南省环境监测中心站、湖南省地质研 究所联合负责“长株潭城市区域生态地球化学评价专题工作的开展。本人有幸 参加了该项目，在多目标区域地球化学调查基础上，综合分析长株潭样品数据， 运用地球化学、生态学、环境科学的基本原理和方法开展长株潭城市区域生态地 球化学研究，并撰写此论文。 进行长株潭区域生态地球化学评价，可使地质工作与湖南国民经济发展紧密 结合，为长株潭地区乃至全省的生态建设、农业结构调整、发展效益农业及土壤 资源利用、国土资源规划和基本建设、地方病防治、基础地质研究等领域提供科 学依据，对大力推进湖南“三化 ( 工业化、城市化、农业产业化) 进程，实现 农业大省向经济强省跨越有着重要的理论和现实意义。 1 2 论文研究的主要内容 1 2 1 长株潭地区地球化学异常源追踪 在更深入把握长株潭地区土壤中有害元素分布态势及规律的基础上，进行城 市生态地球化学异常区划，查明城市生态系统土壤中重金属污染物来源及成因， 并对不同污染源的生态地球化学特征进行研究。 中南人学硕i ：学位论文 第一章绪论 1 2 2 研究区有害及相关元素在土壤的迁移规律及途经研究 研究自然及人为作用过程中，重金属元素在土壤中区域迁移累积及循环，探 讨元素迁移方式、影响因素与作用机理。 。 1 2 3 研究区生态地球化学评价 掌握有害元素在长株潭地区土壤中的分布规律及影响因素的基础上，在地球 化学、生态学的基本理论指导下利用单因子指数法，开展研究区区域生态环境的 地球化学评价，主要涉及城市的区域性有害元素异常程度及生态效应评价。 1 3 工作方法 由于生态地球化学工作涉及地学、生态学、环境科学等多个学科领域，并由 于城市生态地球化学尚属于正在发展中的研究方向，缺乏系统规范的工作方法， 因此本次工作的方法将以地球化学、环境科学、生态学的工作方法为借鉴对象， 以中国地质调查局的区域地球化学评价指南( 2 0 0 4 ) 为基本工作原则，并根 据实际需要确定开展工作的具体工作方法：由点及面，对比分析、演化分析、综 合评价；选择代表性的典型区开展深入解剖，对比研究分析不同对象、地域、特 点所获结果，发现规律、分析机理，综合研究，分析结果以进行城市生态地球化 学评价。 1 3 1 生态与地球化学方法 利用地球化学方法了解元素在土壤中的分布规律；利用生态学方法了解元素 对生物的影响作用。 1 3 2 环境监测方法 环境监测方法是目前开展生态地球化学现状研究的有力支撑；长株潭城市对 大气、水体、重点污染源监测已有数十年的历史，积累了海量且与时间演化相关 的有害元素的分析数据，这些数据是开展生态地球化学预警的基础支撑数据，因 此环境监测方法是本次研究工作的主要方法之一。 1 3 3 综合分析方法 实现城市土壤生态地球化学评价的前提是把握土壤中元素的分布、迁移及其 2 中南人学硕l ：学位论文第一章绪论 影响因素及综合效应，并了解其时空演化规律，涉及岩石、土壤元素性质、元素 的迁移、相互作用和过程以及有效表达等多因素和复杂的相关关系，因此综合分 析方法的运用就显得尤为重要。 1 4 区域生态地球化学评价国内外研究现状 1 4 1 术语和定义 生态地球化学是地学与土壤学、农业、环境学和生态学等多学科交叉融合产 生的新学科，是地球化学领域新的发展方向。中国地质调查局地质调查技术标准 ( d d 2 0 0 5 - 0 2 ) 之区域生态地球化学评价技术要求( 试行) 中给出了生态地球化 学( e c o s y s t e mg e o c h e m i s t r y ) 、区域生态地球化学( r e g i o n a le c o s y s t e m g e o c h e m i s t r y ) 和区域生态地球化学评价( r e g i o n a le c o s y s t e mg e o c h e m i s t r y a s s e s s m e n t ) 的定义：生态地球化学是研究元素或化合物地球化学分布、分配特 征及在地球系统中( 岩石圈、土壤圈、水圈、大气圈和生物圈之间) 循环过程和 迁移转化条件、机理，并对其演化趋势进行预测的科学；区域生态地球化学是生 态地球化学的一个分支，它是在宏观尺度( 面积范围为n 1 0 6 k m 2 一n 1 0 2k m 2 ) 上 研究地球表层生态系统中化学元素及化合物的成因、来源、迁移转化、生态效应， 并对其区域发展趋势进行预警预测的科学；区域生态地球化学评价是针对流域或 区带( 面积范围为n 1 0 6k m 2 一n 1 0 2k m 2 ) 内元素和化合物分布特征，通过对元 素及化合物的来源示踪及迁移途径研究，评价它们对生态系统及各组成要素的影 响，预测其未来变化趋势。 1 4 2 国内外研究现状 生态地球化学和区域生态地球化学最早出现在1 9 8 8 年俄罗斯召开的第四届 “当代条件下地球化学勘查理论与实践 会议文集中n _ ，区域生态地球化学评 价则由奚小环口3 首次在“生态地球化学与生态地球化学评价 一文中提出。随 着多目标地球化学调查工作的不断深入，区域生态地球化学评价逐渐成为该项工 作的核心和重点。 国内生态地球化学学术用语是近2 年才提的n 1 ，但从2 0 世纪7 0 年代开始， 我国就有将地表层系统各层圈间元素迁移富集与生态效应作为整体考虑的研究 思路。如2 0 世纪6 0 7 0 年代，中国科学院联合各省市卫生防疫站开展了克山病、 大骨节病等地方病病因与环境关系的研究，发现克山病、大骨节病的病因主要系 中南人学硕上学位论文 第一章绪论 土壤、水、作物等生态系统中s e 、m o 的缺乏和有机物过量所致h ；1 9 9 0 1 9 9 5 年，国家科委组织实施的“区域地球化学在农业和生命科学上的应用研究 1 及 近年启动的“首都北京及周边地区大气、水、土环境污染机理与调控原理 等 “9 7 3 ”项目，均是生态地球化学研究思路的具体体现。 近年来，随着工农业生产的迅速发展和城市化进程的不断加快，世界各国在 发展经济的同时，都十分重视环境污染物来源、危害程度评价、变化趋势预警和 生态环境安全等问题的研究，特别是进行大尺度的区域生态地球化学研究已成为 国际上的热点，即便如此，但是目前该方面的研究还处于探索阶段。 生态地球化学作为地球化学的分支学科目前还正处于发展阶段，人们的注意 力主要集中在以下几方面m 1 ： 土壤、大气中有益、有害元素分布及对植物的影响分析；如对珠江三角洲 大气中重金属分布的分析，发现珠江三角洲大气中的c r ，c u ，p b ，z n 明显高于 其它地区，如北美大湖区，欧洲北海地区，而且夏季大气中重金属含量较冬季高 忉；在大气污染严重地区，植物中重金属有明显提高鹏1 。 从元素分布角度开展土壤( 环境质量) 评价：如利用单因子污染指数法和 综合污染指数法进行杭州市郊蔬菜地土壤重金属环境质量评价，发现采用不同的 标准就有完全不同的评价结果旧1 ；土壤中的元素可分为两类，一类为重金属元 素，一类为稀土元素，二者暗示土壤的污染可能存在人为因素0 1 。 水体有害组分的分析及评价，如人们已了解a s 在水中的主要存在形式。 生物对大气、水体有害元素胁迫作用的反应；如利用苔藓中重金属的含量 确定大气污染源1 。植物碳同位素组成也受到了环境条件的影响，大气污染环境 下的植物较清洁区有较高的61 3 c 值n 刭；农作物的不同部位对铅的吸收具有明显 的差异性，如根系对铅的吸收性最强，是秸秆、籽实的几十至上千倍，表明作物 根系为秸秆、籽实对铅的吸收提供了良好的屏障1 。 相关机理的分析与模型建立；如模拟不同环境条件下土壤中重金属释放 的实验表明，不同条件下的重金属释放有完全不同的特点和过程n 引；利用p b 同位 素确定了靠近交通中心土壤中受至a j p b 污染，而且p b 污染源于汽油的排放n 钔；利用 p b 同位素确定大气污染源n 铂；通过分析不同景观、地质体、矿物及工业区汞含量， 确定汞污染的自然及工业原因u 7 1 。 但已有的环境、地质、生态以及生态地球化学工作中往往都绕开城市，使 得在城市中开展地球化学工作缺乏成熟理论及实践的积累；其原因主要是城市 具有极强的人为改造作用特点，传统地球化学意义上的原始地球化学场以及自 然生态系统受到极大的人为干预和破坏，保留极不完整；另一方面城市的迅速 发展也使其原始地球化学场以及自然生态系统变化频繁，人们无法实现对工作 4 中南人学硕1 ：学位论文第一章绪论 对象特征的实时把握，这些因素极大地约束人们利用成熟的地球化学和生态理 论及方法开展工作，适应城市系统的生态地球化学理论、方法及研究积累还处 于非常匮乏阶段，这使开展城市生态地球化学调查、评价及预警分析研究面临 缺乏系统理论、可借鉴成果等方面的困难，尽管如此，由于以城市发展能带动 区域经济发展理念得到人们的普遍认同，而由之引起的城市生态系统的系列问 题也逐渐引起人们的关注，围绕城市的生态地球化学工作同样也开始为人们所 注意，并有了一定积累，目前在相关领域已取得的并可借鉴的前人成果工作主 要涉及： 不同功能区的土壤、大气尘、水体有害组分分布n 8 。船1 。 如人们已得出城市与郊区，城市公园及工业区土壤在元素分布特征上表现 出的明显差异的结论。 元素累积及影响因素分析 人们发现沉积物粒度对重金属吸附能力的影响明显，如c u 在粘土中的含量 是砂和粉砂中含量的2 6 倍和1 5 倍，粘土中z n 的含量是砂的1 9 倍，c r 、p b 在粘 土中的含量是它们在砂中含量的1 6 倍n 删1 ；水体悬浮颗粒对重金属有很强的吸 附力，如重金属在悬浮物中的分配系数大于底泥中的分配系数汹，。 城市环境监测、城市土壤对健康指标的示踪汹，。 城市植物、微生物对城市环境状态的响应。 利用同位素示踪技术了解有害物质的来源、现代沉积物沉积速率啪1 。 尽管如此，人们尚未开展过元素在城市不同圈层间迁移规律的系统研究， 对元素在城市不同圈层迁移的主要影响途径及机理也不清楚；也未系统从生态 地球化学角度开展城市适宜性评价与预警工作；因此开展城市生态地球化学工 作面临诸多困难，但目前我国政府加快城镇化建设及发展的指导思想、严格的 土地控制战略、城市生态地球化学环境恶化的现实以及建立与自然协调的城市 的愿望均使开展城市生态地球化学工作凸现迫切；因此改变学术思路，树立城 市现有地球化学场为以岩石一土壤一水一大气一生物化学场组成的立体地球化学场 观点，探讨城市现有岩石圈一土壤圈一水圈一大气圈一生物圈中元素或化合物的分 布迁移规律，有重要的科学及社会意义。 由于“长株潭 发展规划已进入国家的决策视野，并被列入国家“十五 规划，世界银行亦将长株潭三市整体纳入c d s ( 城市发展战略) 计划；长株潭一 体化的融城规划为城镇发展提供了一个极好机会，该规划以构筑现代化特大网 状城市群为目标，重点发展核心区，将星沙、望城和暮云纳入市区以扩大城市 范围；积极发展边缘区，以扩大对辐射区的影响，加快长株潭三市扩容提质。 同时加快湘江风光经济带建设，沿湘江及国道两侧，布局一批高科技园区、高 中南人学硕上学位论文 第一章绪论 级住宅小区、旅游休闲小区和小城镇，形成一个包括3 个特大城市、3 个中等城 市、3 个小城市、6 个县城和5 0 个中心城镇的特大城市聚集、互补效益的网状 城市群；目前长株潭地区城镇化j 下进入快速发展时期，如长沙实施了“拓城” 战略，近三年来，长沙市建成区新增面积达7 0 平方千米，2 0 0 3 年建成区面积达 1 8 6 平方千米。根据国务院新批准的长沙市城市总体规划，规划区面积扩大至 2 8 9 0 平方千米，至2 0 2 0 年规划城市人口规模3 1 0 万，城市建设用地3 1 0 平方千 米；面对宏伟的城市的发展规划、如何实践温家宝总理强调的科学发展观，防 止环境、人口、灾害等问题阻碍城市发展，实现城市与自然的协调发展是我们 面临的重大挑战。 由于人们未曾开展过系统的长株潭地区的生态地球化学调查，无法正确了 解区域生态地球化学现状，更无法实现以长株潭地区区域生态地球化学特征系 统评价为依据，实现城市建设发展规划的更科学的制定，加之人们在进行城市 规划时较多考虑经济发展的惯性思维，已有的规划已出现了一些与自然现状不 协调的缺陷，如湖南省政府2 0 0 3 年颁布的湖南省湘江长沙株洲湘潭段生态经 济带建设保护办法第十五条规定要在研究区内“推广无公害农产品和绿色食 品技术 ；湖南省政府湘政 2 0 0 3 2 1 号文颁布的湘江生态经济带开发建设总体 规划中4 9 条规定，将利用湘江水体进行农林灌溉，我们应清醒认识到湘江水 体的污染可导致土壤中有害元素的累积以及其长期的“化学定时炸弹 风险的 存在。长株潭地区的响水、王家坪无公害粮油、蔬菜基地就建立在土壤c d 异常 区( 图卜1 ) ；按照长株潭一体化规划，大多数住宅、文化区多依湘江c d 异常带 分布，显然这种城市功能布局不可能对已有c d 等重金属污染起到弱化效果，其 污染还会有加剧的趋势。 显然开展城市生态地球化学评价及预警，探讨城市地球化学场特点及演化规 律，为城镇化的建设与自然的协调发展提供生态地球化学依据显得尤为重要。 我国多目标区域地球化学调查于1 9 9 9 年开始启动，是中国地质调查局开展 的全国性地质调查工作。依据国土资源部农业地质调查规划，将用大约1 0 年时 间( 1 9 9 9 - - 2 0 1 0 年) ，完成全国2 6 0 1 0 4 k m 2 面积的多目标区域地球化学调查，具体 实施分3 个阶段旧1 ： 前期准备阶段( 1 9 9 9 - - 2 0 0 1 年) 。通过多目标区域地球化学试点调查，建立 技术方法体系、评价指标标准体系和评价理论体系。调查面积约6 1 0 k m 2 。 重点推广阶段( 2 0 0 2 - - 2 0 0 5 年) 。开展我国东、中部农业经济区多目标区 域地球化学调查与生态地球化学评价。调查面积约1 1 0 x1 0 4 k f f 。 全面实施阶段( 2 0 0 6 - - 2 0 1 0 年) 。全面部署和开展我国中、西部多目标区 域地球化学调查评价工作。调查面积约1 5 0 1 0 4 k m 2 。目前这项调查和评价工作 6 中南大学硕士学位论文第一章绪论 长株潭地区镉异常及麓莱基地分布图 i ll o o o ， 。 - 毒二 厂， f伊 i o jo峙、一i哺 ，。jk 一 叭 战围l火 一， 、7 1 fyp _ 、 、 潞拳i j - l i j i - k 岁黔斛 匹 夕 ， l q ? 睐二熬 叫9 、 d 哳p 万哆y ，k 】矿 | | | | | | 荭。藤 - 淋一揍 f - ，y 。3 ) 歹 一 - 厂 。 9 ， ，一 r 一 。 ? j - t ， - 哺r-lrll)。- - _- 中南大学硕士学位论文 第一章绪论 已经先后在浙江、四川、湖南、安徽、福建、江苏、吉林、山西、山东、江西、 内蒙古、辽宁、河南、河北、海南、湖北、广东、黑龙江及北京、上海、重庆等 2 1 个省( 区市) 展开，截至2 0 0 5 年底已经完成或接近完成调查的面积将近1 0 5 1 0 4 k m 2 。基本完成了重点推广阶段的计划。 2 0 世纪末，俄罗斯应用地球化学方法的发展进入性质全新的实质性阶段， 因而，在世界实践中首次创造出区域工作的新技术一多目标地球化学填图，它可 在一个周期内解决范围广泛的地质学、成矿预测学、生态地球化学和农业地球化 学的许多基础和应用性问题。多目标地球化学填图技术的研制是实行“俄罗斯地 球化学图 联邦专项计划的结果，该计划从构想上同联合国教科文组织 i g p c 2 5 9 3 6 0 项目“国际地球化学填图和全球地球化学规律 有看构想上的联系。 该计划的工作由国际委员会领导，俄罗斯在应用地球化学、生态地质学和金属成 矿学领域的知名专家也参加了该委员会。这样的机构有利于在短期内得出最优方 案，并在收集和评价信息的可靠性、制定野外工作和分析工作的统一技术、建立 标准统一的图例和制图方面制定统一的方法啪。 系统对待地球化学填图的科学基础是b m 维尔纳茨基的概念：实际上任何 自然作用和人类作用都引起岩石、土壤、地表水和地下水、大气、生物的化学变 化，即地球化学场性质( 化学元素的成分和浓度、化学元素间的相互比例、化学 元素间的相关特点) 的化学变化。同各异的自然作用及人类作用有关的物质流的 相互作用和转换，导致产生动态的综合性地球化学场，将被人类以各种方式触动 的整个地壳联系到统一的系统中。因而可以明白，地球化学研究的对象应当是自 然地质介质的一整套组元，即整个生态地质系统啪1 。 美国地调局在2 0 0 1 年启动墨西哥湾河口地区环境监测与评价项目，该项目 于2 0 0 1 年l o 月1 日启动，执行期为一年。项目的研究目的是，在认识地质框架 与生态、地球化学和水文作用过程的基础上，了解复杂的河口系统。本项目以坦 帕湾作为试点研究，为墨西哥湾河口地区的评价和监测制定一个综合科学研究战 略。因此，该项目的成功完全取决于来自一些主要联邦、州和地方机构的美国地 调局的多学科科学家研究成员的合作。 1 5 主要实物工作量和认识 1 5 1 实物工作量 本课题从2 0 0 4 年7 月起开始启动，至2 0 0 5 年1 2 月止，历时一年半的野外 8 中南人学硕i ：学位论文 第一章绪论 取样工作和室内加工、试验、分析测试基本完成，完成的主要工作量有： 本次评价工作共采取各种样品7 8 6 件，力n - r _ 7 8 6 件； 做酸雨模拟试验一次。 1 5 2 取得的几点认识 湘江流域是长株潭地区的主要污染区，其河漫滩和沉积柱中重金属a s 、 c d 、z n 、c r 超标严重； h g 在株洲工业区超出国家二级标准非常严重； 水稻土和菜土中c d 超出国家二级标准； 长株潭土壤中重金属的异常来源主要是污灌、工矿活动排放的三废和农 药化肥的大量使用； 人类活动和土壤p h 值对土壤重金属的迁移富集影响显著； 土壤中重金属可以通过食物链进入人体从而对人体产生毒害作用。 9 中南大学硕l ：学位论文第二章评价区地球化学概况 第二章评价区地球化学概况 2 1 评价区基本地理情况 长株潭地区位于东经“1 1 0 。5 3 至1 1 4 。1 57 、北纬2 6 。3 至2 8 。4 0 7 范围内，研究区主要包括长沙市区、株洲市区、湘潭市区约3 0 0 平方公里的3 个 人口密集区，另包括其周边发育c d ，a s 等异常区以及已划并为长株潭一体化规 划范围内的区域，合计2 1 0 0 平方公里哺1 ( 图2 - 1 ) 。 经国务院批准确的长株潭一体化的发展规划使研究区在湖南省的政治、经济 地位处于更为重要的战略性地位，并面临城市及经济发展的极好机遇；长沙是全 国省会城市中惟一生态市建设试点城市，表明研究区政府和人民有实现城市与人 类协调发展的强烈愿望；城市的发展将使研究区生态地球化学环境体系面临更为 重大的挑战，迫切需要对研究区的生态地球化学现状及发展趋势进行评估。 长沙是湖南省省会，湖南省政治、经济、科技、文化中心和交通枢纽，株洲、 湘潭均为湖南省的重要工业城市，研究区自然条件好，人口密度大，工农业生产 水平高于全省其它地区，人民生活水平及受教育程度相对较高，是湖南省经济发 展相对较快的一个区域。 湘潭、株洲、长沙由南向北依次沿湘江分布，山水相依，一江相连，两两相 距约4 5 公里，3 个主要地区处于相同的自然地理系统，均属湘江下游河谷及丘 陵带，具有相同的下垫面。 研究区为东亚季风湿润气候，气候温和，雨量充沛，光、热、水资源充足， 光、热、水基本同期，四季分明。年均气温1 6 1 7 ，雨量较丰，全年降水 量为1 2 0 0 - - - 1 4 5 0 毫米，无霜期年均2 7 5 天，日照时数年均1 6 8 0 小时；研究区处 于湘中丘陵与洞庭湖冲积平原过渡地带，地貌主要为山地、丘陵、岗地、平原等； 区内地形起伏不大，沉积作用较弱，土质多为弱酸性地带红壤和河流冲积土，肥 沃适耕。陆地植物多样性较明显；研究区水系发育，除湘江干流外，还有沩水、 捞刀河、浏阳河、涟水、涓水、渌江、靳水等众多支流。 ， l o 中南大学硕士学位论文 第二章评价区地球化学概况 长株潭地区行政区翊示意图 1 ：s o o fr - 毒太多“f v 、，j_ 一一i晴i |八、j _ ； j 入 + 、一，7 “ 一i p 托-一、 i w 、警方心 一 ， l i v ej| 专5 1 矿 - - - _ _ i i 厂一- k 一 矗 乏 蕾 i t 品lu r i i i _ 中南大学硕l j 学位论文 第二章评价区地球化学概况 2 2 评价区地质背景 2 2 1 地层 长沙、株洲、湘潭主要发育第四系、白垩系、中上元古界，泥盆系、石炭系、 二叠系地层，第三系在区内局部有分布，而侏罗系区内仅有零星分布，志留系在 区内缺失。区内分布最广的地层是中生界白垩系、中元古界板溪群，其次为新生 界第四系。局部地区有第三系沉积建造分布，各时代建造间为不整合接触；有一 定规模的岩浆岩分布；湘江流域发育三级阶地。 元古界：出露板溪群( p t 。j ，通塔湾组( q b 。芒) ；马底驿组( q b 。历) 地层， 岩性主要为一套以浅灰、浅灰绿色为主的浅变质细碎屑岩、泥质岩、板岩、凝灰 质细碎屑岩的复理石建造。 上古生界：主要分布于研究区西部地区，发育有三叠系( 大冶组t 。a 1 ) 、二 叠系( 大隆组p 2 西孤峰组p 2 歇小江边组p 。朋栖霞组p 。们) 、石炭系( 壶 天群c ：h ；梓门桥组c 。z ) 、泥盆系( 岳麓山组d 。棋梓桥组d 2 3 q 跳马涧组d ：t 易家湾组d 2 y j ) 地层，岩性主要为一套细碎屑岩、泥质岩、灰岩、局部含煤的复 理石建造，底部厚度较大，表现为由浅海相到陆相，由稳定到活动的沉积过程。 中生界：区内分布较广，其中以白垩系地层( 车江组k 。c ：罗镜滩组k 。以戴 家坪组k ：d j ) 为主；侏罗系地层( 千佛岩组j ：仂高家田组j 。) 零星分布岩性 主要为浅色泥岩、砂岩、细砂岩；白垩系地层岩性主要为厚层紫红色砂岩、砂砾 岩、局部含泥岩，发育山麓相、滨湖相、浅湖相、三角洲相等陆相沉积。 新生界：第三系地层( 茶山坳组e 。屯d 零星分布，岩性为杂色粉砂岩、泥岩； 区内广泛出露第四系地层，马王堆组( q p m w ) ，白沙井组( q p b ) ，新开铺组( q p x ) ， 洞井铺组( q p d ) ，岩性为砂砾层、粉砂、粘土层，为河湖相沉积建造，以河流相 为主，发育二元结构。 2 2 2 岩浆岩 工作区内岩浆岩较发育，主要分布于研究区东北部、东南部：岩浆岩以侵入 岩为主，次为喷出岩；侵入体的侵入时代以早白垩世、晚侏罗世、中三叠世为主， 其次为中侏罗世、志留纪和中寒武世：其同位素年龄为1 4 5