青岛市典型流域农业面源重金属污染特征研究

Agricultural diffuse pollution is a predominant barrier restricting environmental protection nowadays. Previous researches on this tissue mainly focus on nitrogen, phosphorus and other nutrients, but pay little attention on heavy metals due to the lack of proper stimulation models at the watershed scale. Employing sediment geochemistry and Pb isotopic technique is a good method to investigate agricultural diffuse heavy metals pollution at watershed scale. This study will select the Dagu River watershed of Qingdao as the studied area. The Dagu River is the largest river flowing into Jiaozhou Bay of Qingdao, Shandong, China. Sediment cores will be collected and dated to calculate the heavy metals fluxes. On this basis, the main diffuse heavy metals, critical source areas and their affecting factors would be identified. The agricultural impact on diffuse heavy metal accumulation in the sediments would also be quantitatively assessed via Pb stable isotope fingerprint analysis process. This research would enrich the information of agricultural diffuse pollution in the Peninsulas of China. Methods used in this study also would be applied to other similar areas.

农业面源污染是当今水环境保护的主要障碍因子，相关研究多针对氮、磷营养物质，受模拟模型不适用的限制，对毒性强、难降解的重金属关注较少。从流域角度应用沉积物分析和Pb同位素技术，是有效揭示农业面源重金属污染特征的重要途径。本项目以我国山东省青岛市典型入海河-大沽河流域为案例研究区，通过采集代表性柱状沉积物样品，借助同位素技术，建立沉积年代序列，计算重金属的沉积通量，识别流域历史进程中主要面源重金属污染物、优先控制单元和影响因素；基于Pb稳定同位素指纹分析技术，量化主要农业源对面源重金属的相对贡献。本研究成果不仅可以丰富我国半岛地区农业面源污染的基础资料，而且所使用的主要技术和方法也可推广应用于其它类似地区。

农业面源污染是当今水环境保护的主要障碍因子，但从流域尺度对毒性强、难降解的重金属关注较少。从流域角度应用沉积物分析和Pb同位素技术，是有效揭示农业面源重金属污染特征的重要途径。本项目以我国山东省青岛市典型入海河-大沽河流域为案例研究区，通过采集代表性柱状沉积物样品，借助同位素技术，建立沉积年代序列，计算重金属的沉积通量，识别流域历史进程中主要面源重金属污染物、优先控制单元和影响因素；基于Pb稳定同位素指纹分析技术，量化主要农业源对面源重金属的相对贡献。结果表明，该流域年径流存在明显的年代和季节特征，总体有一定下降趋势，约80%集中在汛期，人类活动尤其是农业用水使该流域年径流量减少43.88%，促使该流域径流量呈现季节性特征；该流域沉积物质量累积速率呈现显著深度波动特征，说明研究流域早期流域水土流失逐年增加，但在近几年其得到了有效削减；柱状沉积物中 Cu、Pb、Zn、Cr、Cd、Hg和 As 等7种重金属虽未呈现显著变化，但表现出了先逐年缓慢增加、自 2006 年后逐年缓慢降低的趋势，1974 ~ 2017 年，重金属流域沉积通量整体上呈现先持续增加、后波动较小或缓慢降低的趋势，流域重金属含量可能存在较多的人为源输入；流域表层农田土壤中的重金属人为输入来源不同，农业活动对 As、Zn、Cd 和 Cr 影响最大，Cu 次之。基于富集因子法，Cu、Zn、As、Hg、Cr 和 Pb 等 6 种重金属含量中平均人为贡献率为 12.90% ~ 49.67%，均低于平均本底贡献率；Cd 的平均人为贡献率为 50.98%，略高于本底贡献率。基于PCA-MLR-APCS模型，大气沉降对 Pb 的实际贡献率为 44.5%；农用化学品施用对 As、Cd、Cr、Hg 和 Zn 等 5 种重金属的实际贡献率为 30.4%、35.3%、44.3%、37.3% 和 34.9%；有机肥施用对 Cu 的实际贡献率为 41.4%。基于构建的Pb同位素指纹数据库（208Pb/207Pb 和 206Pb/207Pb），人为输入的 Pb 的主要通过大气沉降的途径进入到沉积物中，其对流域沉积物中的平均贡献率为 44.9%。本研究成果不仅可以丰富我国半岛地区农业面源污染的基础资料，而且所使用的主要技术和方法也可推广应用于其它类似地区。