| 题名 | 三峡库区高镉地质背景区镉的表生富集特征与环境效应 |
| 作者 | 刘意章 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2014 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 肖唐付 |
| 关键词 | 镉 污染 自然地质源 迁移富集 健康效应 |
| 学位专业 | 环境科学 |
| 中文摘要 | 镉（Cadmium, Cd）是一种典型的有毒有害重金属元素，其在环境中的来源主要为人为源；但在高Cd地球化学背景区域，自然源占主导因素。因此，研究典型高镉地质背景区Cd的区域环境地球化学，对丰富和深化Cd的环境污染研究是很好的补充。本论文选择位于三峡库区的巫山县建坪地区为研究区，系统采集了研究区的环境和生物样品，对表生环境中Cd的分布特征、来源、富集和迁移特征、环境健康效应等进行了深入研究，取得了以下研究成果和认识： （1）研究区出露的岩石均富集Cd元素，为明显的高Cd地质背景区；碳质泥页岩（平均值2.0 mg/kg）、黏土岩（平均值29 mg/kg）和石煤（平均值25 mg/kg）富集最为显著；黑色岩系Cd的富集可能与沉积时大量生物质的带入和还原环境等因素有关，Cd等金属元素可能以硫化物的形式存在。岩石中Cd的风化淋滤迁移与金属硫化物的风化有较好耦合关系，其风化产酸过程加速了Cd的活化迁移。 （2）研究区水体中Cd的含量（0.05-0.36 μg/L）低于我国饮用水安全限值（5 μg/L），但Cd在水系沉积物中富集（4.23-9.18 mg/kg），这与Cd在水-沉积物系统的迁移特性和沉积物来源有关。长江沉积物中Cd含量（0.84-0.87 mg/kg）要明显高于其历史值和背景值。 （3）研究区土壤中Cd超常富集，远高于我国土壤相应背景值；且Cd分布特征与成土母岩具有很好的地球化学继承性。土壤中Cd的分布规律为表层耕作土（均值7.1 mg/kg）>深层土（均值2.6 mg/kg）>自然土（均值2.0 mg/kg），研究区土壤Cd的分布规律受母岩风化和重力流作用等多重影响。典型土壤剖面中Cd在表层相对富集，可能与其中较高的有机质含量和植物泵等因素有关。研究区土壤中Cd的富集可能与土壤中黏土矿物和铁氧化物的吸附作用，以及有机质的吸附/络合作用有关。土壤中Cd的来源主要为自然地质源，而煤矿开采等人类活动加剧了土壤中Cd的富集。表层耕作土的污染水平为中度污染，单项生态风险因子为“很强生态风险”级别；综合生态风险指数为“中等生态危害”级别，其中Cd为最主要的贡献源。 （4）受成土母质、元素来源等多重因素影响，土壤中Cd主要以残渣态（平均41%）、可交换态（平均21%）和可还原态（平均21%）存在；具有较高的生物有效性，可能与Cd的低分配系数有关。 （5）土壤中高Cd含量及其较高的生物有效性导致农作物中Cd的富集（平均0.68 mg/kg）；由于相对较高的生物富集系数，白菜（均值3.57 mg/kg）和甘蓝（均值1.12 mg/kg）中镉含量高于其他农作物，且远高于我国食品安全限值；食用大米中Cd含量（均值0.04 mg/kg）处于安全限值范围内。对蔬菜、粮食和饮用水进行摄入量和健康风险因子计算表明，Cd具有高的健康风险（HRI=4.62），其主要贡献源为本地农作物的摄入。 （6）研究区人群尿Cd含量（均值4.3 μg/L）远高于对照区（均值0.61 μg/L）和某些工业区人群；尿Cd含量无明显性别差异，但与年龄具有很好的线性关系。分析表明该区域Cd的主要暴露途径为本地农作物的摄入和富Cd煤的室内燃烧。 （7）研究区碳质泥页岩和石煤为F的主要地质载体，土壤中F的含量（均值1136 mg/kg）也远高于我国背景值（480 mg/kg），水体中F含量（0.18 mg/L）属于安全范围。岩石和土壤中Cd与F无明显相关性，但土壤总Cd与HCl提取态F具有很好的线性关系，岩石风化淋滤过程中F与Cd迁移规律有很好的相关性。虽然Cd和F的致病机理不同，但两者的主要暴露途径均为本地农作物的摄入；结合尿样分析结果，研究区地方病可能为一种新型的Cd-F慢性中毒地方病。 综上所述，本论文对研究区的系统研究表明，研究区为典型的高Cd地质背景区，岩石的风化淋滤等作用使得大量Cd元素进入土壤并富集，由于Cd的高生物有效性，导致在农作物中富集，并通过食物链摄入对人体健康产生了危害。研究区除地氟病外，还应关注居民的长期Cd暴露问题。 |
| 语种 | 中文 |
| 学科主题 | 环境地球化学 |
| 公开日期 | 2016-12-26 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.gyig.ac.cn:8080/handle/352002/5896]  |
| 专题 | 地球化学研究所_研究生_研究生_学位论文 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 刘意章. 三峡库区高镉地质背景区镉的表生富集特征与环境效应[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2014. |
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