来源：环境人Environmentor（2024年8月28日）
图1 近50年来攀枝花地区人为活动引起土壤中铅和镉的累积历史及其对环境管理措施的响应示意图
成果简介
近日，成都山地所吴艳宏研究员和成都理工大学黄艺教授团队在环境领域著名学术期刊Journal of Hazardous Materials上发表了题为“Environmental protection measures mitigate Pb but not Cd accumulation in soils: Evidence from a 49-year soil chronosequence in an industrial and mining city in Southwest China”的论文。本文以中国攀枝花市马家田钒钛磁铁矿尾矿库近50年的植被恢复土壤序列为研究对象，通过分析不同年代覆土中铅和镉的浓度及其同位素比值，揭示了1971-2020年攀枝花市土壤中铅和镉污染的历史累积模式，量化了重金属潜在来源和环境管理措施的相对影响，明确了铅和镉累积模式的驱动因素。
引言
自人类世以来，高强度的人类活动使得土壤重金属污染日益加剧。铅和镉是土壤中需要重点控制的重金属元素。大量研究评估了土壤中Pb和Cd的污染状况和空间分布模式。然而，很少有研究关注历史时期土壤中铅和镉的动态积累过程及其关键驱动力，特别是在因人类活动高金属排放导致土壤遭受严重铅和镉污染的工矿业城市。此外，为解决土壤铅和镉污染，各级政府实施了多种环境管控措施。然而，这些环境管理措施在降低Pb和Cd污染水平方面的效应方面差异较大。由于人类活动强度更高和环境控制政策更严格，工业和矿业城市中环境管理措施对土壤中铅和镉积累的影响更具不确定性。因此，以人为活动为主导的土壤镉、铅累积对工矿城市环境管理措施的响应仍值得深入探讨，这对于预测未来人为措施引起的土壤污染变化和制定更有针对性的环境管理策略至关重要。
图文导读
要点一、土壤铅和镉污染的历史记录
土壤中铅和镉含量随覆土年限的增加而线性增加（p < 0.001；图2a、3a）。其中，铅含量在2008-2015年随覆土年限增加而增加（p < 0.05；图2b），1985-2008年保持相对稳定（图2c），1971-1985年呈现较高水平，但波动较大（图2d）。镉含量在2010-2015年随覆土年限增加而增加（p < 0.05；图3b），1985-2010年同样出现显著积累（p < 0.01，图3c），但积累速率（斜率）低于前一时期。随后，镉的含量在1971-1985年间在一高平均水平附近显著波动（图 3d）。
图2 1971-2015年(a)、2008-2015年(b)、1985-2008年(c)和1971-1985年(d)覆土中铅浓度变化
图3 1971-2015年(a)、2010-2015年(b)、1985-2010年(c)和1971-1985年(d)覆土中镉浓度变化
要点二、土壤铅和镉的主要来源及其贡献特征
基于历史研究、铅和镉的主要迁移路径及其浓度和同位素组成特征（图4），交通尾气和粉尘(交通运输)、冶炼粉尘和炉渣(冶炼)、粉煤灰(燃煤发电)和土壤母质(自然源)是土壤铅和镉的主要来源。其中，交通运输是土壤铅积累的主要来源（平均贡献：41.1%）。随着时间的推进，交通运输对铅的贡献率从覆土年限40年和47年的40.0-51.1%下降到21年和31年的36.2-37.0%（图5a），而粉煤灰对铅的贡献率则从8.8-13.5%上升至14.9-15.0%。粉煤灰是土壤中镉的主要人为来源（平均贡献：9.8%）。覆盖年限47年土壤中，冶炼和粉煤灰对镉的贡献要低于覆土40年的水平，而交通排放对镉的贡献更高（图5b）。在覆土年限21、31和40年的土壤中，随着时间的下降，冶炼粉尘和粉煤灰对镉的贡献率分别从8.0%降低至0.5%和从19.4%降低到1.7%，而汽车交通的贡献则轻微波动。与覆土21年相比，覆土9年冶炼和粉煤灰对镉的贡献显著增加，而交通对镉的贡献降低。
图4 (a)土壤和不同来源中铅( 208Pb/206Pb和206Pb/207Pb)(平均值±标准差)(a)和镉( 114Cd/110Cd) (b)的同位素比值特征
图5 铅和镉同位素示踪手段揭示不同来源对土壤铅(a)和镉(b)的贡献
要点三、近50年来土壤铅积累模式对人类活动和环境管理措施的响应
交通排放是历史时期土壤中铅累积的主要原因，但是1990-2010年间，环境管理措施，尤其是含铅汽油禁令，通过减少交通铅排放对土壤铅的贡献，显著缓解了铅的积累。然而，自2010年以来，由于发电强度的提高，其对铅积累的抑制作用被削弱。具体而言，1971-1985年土壤铅浓度相对较高主要因为城市建立和发展期间人类活动强度的迅速增加（图6）。其强烈的波动反映了城市建设初期凌乱的工业结构和粗糙的工业技术导致的不稳定的重金属排放。1985-2008年间土壤铅的稳定状态是环境保护措施(特别是禁止含铅汽油)的约束效应和工业活动强度增加引发的增加的城市铅排放之间平衡的结果。2010年后，土壤铅的显著积累很可能与工业活动（燃煤发电和冶炼活动）强度的急剧增加有关（图6）。
图6 攀枝花市1970-2020年尾矿产量、GDP、汽车保有量(1998-2020年)、常住人口和发电量的变化；各项指标单位如下:尾矿产量(107吨)、GDP(亿)、汽车保有量(千辆)、常住人口(万)、发电量(亿千瓦/小时)
要点四、近50年来土壤镉积累模式对人类活动和环境管理措施的响应
环境意义
本研究揭示了环境管理措施通过限制交通运输铅排放来减轻土壤铅的积累。然而，由于燃煤中镉含量高和发电强度增加，环境管理措施不能减轻土壤中镉的积累。研究指出了发展更有针对性的镉污染环境控制策略的紧迫性。同时，研究结果也强调了一些小而典型的工矿城市在经济和产业结构转型以及环境管理政策实施过程中所面临的困境。
本项目得到四川省重点科技计划项目（2018SZDZX0022）、中国科学院“西部青年学者”A类计划、中国科学院“青年创新促进会”人才计划（2023391）和地质灾害防治与地质环境保护工程国家重点实验室（SKLGP2021Z002）的资助，感谢攀枝花钢铁集团矿业有限公司提供的尾矿量的数据。
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