長江三角洲地區(qū)土壤重金屬時空分布及環(huán)境效應.pdf

1、土壤既是自然環(huán)境的構成要素,又是農業(yè)生產最重要的自然資源。近代高強度農業(yè)活動導致重金屬在土壤中富集,這對動植物及人體健康產生了影響,因此土壤重金屬污染問題日益引起人們的關注。張家港市地處長江三角洲沖積平原,經濟發(fā)展快速,近年來,隨著農業(yè)種植結構的調整,蔬菜產業(yè)已經成為農民增收的重要來源。但城市化、工業(yè)化和農業(yè)集約化的發(fā)展給蔬菜產地環(huán)境帶來了怎么樣的影響,特別是土壤中重金屬元素的積累狀況如何,蔬菜安全生產存在多大的環(huán)境風險和經濟風險,這些

2、問題都是當?shù)厥卟松a健康發(fā)展必須回答的問題。另一方面,土壤中重金屬含量的測定是土壤重金屬富集狀況調查的重要一環(huán),然而,目前的測定方法需要經過土壤研磨、消化、測定等步驟,分析周期長,耗時、耗財,并且在分析過程中,還對分析人員的身體健康和環(huán)境造成一定影響。因此,開發(fā)一種簡單、直接的土壤重金屬測定方法對提高土壤調查效率,節(jié)約調查成本,減少分析環(huán)境污染風險有十分重要的意義。
　　 本文以江蘇省張家港市為例,通過采集稻麥輪作地和蔬菜地的土

3、壤及蔬菜樣品,研究了該市不同種植年限蔬菜地土壤重金屬含量及其空間分布特征;根據目前蔬菜生產和土壤中重金屬含量隨時間的變化狀況,預測了重金屬的富集趨勢;探討了土壤-蔬菜系統(tǒng)重金屬的污染狀況、生態(tài)效應及經濟效應;此外,本文還用手持式X熒光光譜儀對蔬菜地土壤中重金屬含量進行了快速測定,將結果與傳統(tǒng)實驗室測定方法的分析結果進行了相關分析,并對該方法的準確度和精確度進行了評價。主要結果如下:不同種植年限蔬菜地土壤重金屬含量統(tǒng)計分析表明,土壤類型和

4、種植年限對重金屬元素含量有明顯的影響。與對照稻麥輪作方式的土壤(0年蔬菜種植)相比,張家港市蔬菜地土壤中重金屬As變化不明顯,Cd、Cr和Cu隨著種植年限的增加呈不斷積累的趨勢,尤其是在1-5年的設施蔬菜種植基地,變化最為劇烈;空間上,重金屬元素含量的分布也明顯反映出了土壤類型和蔬菜種植的影響,總體看,潮濕雛形土Cd、Cr、Cu元素含量要明顯高于水耕人為土,當在稻麥輪作地樣點插值圖上增加蔬菜地樣點重新制圖時,后者高含量的面積明顯增加,而

5、低值區(qū)范圍減少。其中Cd元素含量高于0.200mg·kg-1的面積從20404hm2增加到21163hm2;Cr含量在70.5～77.8mg·kg-1范圍內的面積由原來的788hm2增加到15640hm2;對Cu而言,在稻麥輪作地樣點基礎上,增加蔬菜地樣點后,超過土壤環(huán)境一級標準限值(Cu:35.0mg·kg-1)的面積從16845hm2增加到20484hm2,主要分布在西北部、東北部和中部偏北的部分地區(qū)。土壤肥力性質與重金屬元素含量的

6、主成分分析表明,張家港市蔬菜地中重金屬積累主要來源于蔬菜種植的施肥過程,特別是畜禽糞便或以畜禽糞便作為原料生產的有機肥的施用占土壤重金屬輸入量的絕大部分。從目前土壤環(huán)境狀況來看,蔬菜地土壤中重金屬As、Cd、Cr和Cu含量均未超過土壤環(huán)境質量的二級標準限值,但按目前趨勢發(fā)展下去,未來10年,將有2.4％面積的土壤Cu超過土壤環(huán)境二級標準限值,20年后,Cd亦出現(xiàn)超標現(xiàn)象(約0.7%面積)。
　　 運用污染經濟損失模型,初步估算了

7、重金屬污染損失率(重金屬對土壤的損害程度,%)和土壤進行蔬菜種植利用時的重金屬污染經濟損失量(萬元·年-1),結果表明,張家港市蔬菜地Cd、As、Pb、Cr、Cu和Zn的單項重金屬污染損失率在0.77%～1.68%之間,差異不大。綜合重金屬污染損失率為7.00%,污染等級整體為Ⅱ級,屬于尚清潔水平。但張家港市蔬菜種植面積較大,且蔬菜的收益較高,重金屬污染經濟損失量約為2783萬元·年-1。
　　 與蔬菜重金屬含量標準相比,張家港

8、市蔬菜中Cd、As、Cr、Cu和Zn五種重金屬都不存在超標現(xiàn)象。用富集系數(shù)評價蔬菜對重金屬的吸收能力,結果表明,不同蔬菜種類對重金屬的吸收能力有所不同,其中葉菜類吸收能力較強。而健康風險的研究結果表明,非葉菜類蔬菜重金屬攝入量的貢獻率低于葉菜類。蔬菜中重金屬含量與土壤中相應重金屬全量關系較復雜,只有Cr能達到顯著性正相關(r=0.436**,p＜0.01)。蔬菜中五種重金屬元素的含量與相應的富集系數(shù)達到了極顯著正相關的水平,但土壤中重金

9、屬含量與富集系數(shù)的相關性較差。
　　 分別用傳統(tǒng)實驗室方法(traditional lab analysis,TLA)和手持式X熒光光譜儀(fieldportable x-ray nuorescence spectrometery，PXRF)測定了蔬菜地土壤中重金屬的含量,并分析其相關性。其中,PXRF對土壤標準樣品的測定結果與其真實含量的相關性分析顯示,As、Pb、Cu和Zn四種元素的決定系數(shù)R2均在0.99之上,且回歸直線的