江蘇省重金屬污染風(fēng)險區(qū)作物產(chǎn)地環(huán)境適宜性評價與管理系統(tǒng)研究.pdf

1、近年來，農(nóng)產(chǎn)品安全事件的頻頻曝光，引起了社會各界對農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全的廣泛關(guān)注和極大憂慮。農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地是農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)的源頭，直接影響產(chǎn)出農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量和安全水平，確保產(chǎn)地環(huán)境安全是保障農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全的最基本和最首要環(huán)節(jié)。我國農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地分布廣闊，不同產(chǎn)地環(huán)境中污染物的來源多樣，污染物種類、擴散途徑、以及污染范圍差異較大。目前對我國省、市、縣等不同區(qū)域尺度產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量的空間格局缺乏深入了解，對產(chǎn)地環(huán)境中污染物的擴散遷移途徑、空間分布規(guī)律及其變化趨勢等

2、還缺乏系統(tǒng)、深入的研究。而且現(xiàn)行的產(chǎn)地評價標(biāo)準(zhǔn)僅在宏觀尺度上規(guī)定了土壤、灌溉水和大氣的等環(huán)境要素及農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量控制指標(biāo)及監(jiān)測范圍，卻在一定程度上忽略了產(chǎn)地環(huán)境污染的復(fù)雜性和多樣性。本研究以省域為尺度，以高速公路沿線、化工園區(qū)周邊、城鄉(xiāng)結(jié)合地帶和地質(zhì)異常區(qū)四類重金屬污染高風(fēng)險區(qū)為主要研究區(qū)，選擇滬寧和京滬高速、蘇中和蘇南地區(qū)三個石化園區(qū)和農(nóng)藥園區(qū)、南京和淮安城鄉(xiāng)結(jié)合地帶垃圾填埋場、以及灌云灌南地質(zhì)異常區(qū)農(nóng)田作為典型研究區(qū)，對這些區(qū)域農(nóng)田土壤

3、和作物中重金屬含量進行系統(tǒng)監(jiān)測。分析了四類重金屬污染風(fēng)險區(qū)農(nóng)田土壤和作物（水稻、小麥、葉菜）中重金屬污染特征，構(gòu)建了四類風(fēng)險區(qū)產(chǎn)地適宜性評價模型，并對江蘇省四類風(fēng)險區(qū)進行了產(chǎn)地適宜性評價。在此基礎(chǔ)上，研制了基于WebGIS的高風(fēng)險農(nóng)田產(chǎn)地適宜性信息管理系統(tǒng)，探討了重金屬污染風(fēng)險區(qū)農(nóng)田產(chǎn)地安全管理體系構(gòu)建的技術(shù)方法。以期能為全省及我國類似農(nóng)區(qū)重金屬污染高風(fēng)險區(qū)農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地安全管理提供理論依據(jù)和技術(shù)方法體系。主要研究結(jié)果如下:
　　(1

4、)高速公路沿線、化工園區(qū)周邊、城鄉(xiāng)結(jié)合地帶和地質(zhì)異常區(qū)農(nóng)田土壤重金屬污染特征存在較大差異。高速公路沿線兩側(cè)農(nóng)田土壤僅少數(shù)樣點Cd含量超過了國家土壤環(huán)境質(zhì)量二級標(biāo)準(zhǔn)，Pb、Cr和Zn含量均未超標(biāo)。不同路段Cd污染指數(shù)隨車流量的增加而顯著增加;公路旁Cd污染指數(shù)隨與公路距離增加而不斷下降。石化園區(qū)周邊農(nóng)田土壤Hg和Cd污染較重，超標(biāo)率分別為36.0％和88.7％;農(nóng)藥園區(qū)周邊則除了Cd、Hg超標(biāo)之外，Cu污染也較為嚴(yán)重，Cd、Hg和Cu超標(biāo)

5、率分別為91.7％、16.8％和15.1％。兩類園區(qū)周邊土壤中Cd污染范圍最大，其次是Pb。Hg、Cd和Cu的污染指數(shù)表現(xiàn)兩種趨勢:隨與園區(qū)距離增加而不斷降低，或者先在一定距離內(nèi)增加再逐漸降低。城鄉(xiāng)結(jié)合地帶垃圾填埋場周邊農(nóng)田土壤中僅Cd存在超標(biāo)，超標(biāo)率達到99.0％。Cd污染指數(shù)隨垃圾填埋場距離增加而逐漸降低。地質(zhì)異常區(qū)農(nóng)田土壤中，除了Hg之外，As、Pb、Cd和Cr四種重金屬含量均值都高于江蘇省土壤背景值，少量土壤樣品中As和Cd含量

6、超標(biāo)。
　　(2)滬寧和京滬高速沿線水稻和小麥籽粒部分樣品中Pb和Cd含量超出國家限量標(biāo)準(zhǔn)，超標(biāo)率在3.7％-27.5％之間。不同路段水稻籽粒中Pb和Cd污染指數(shù)以及小麥籽粒中Cd污染指數(shù)隨車流量增加而顯著增加。水稻和小麥籽粒中Pb和Cd污染指數(shù)隨與公路距離增加先增加再逐漸降低。石化園區(qū)周邊水稻和小麥籽粒主要是Pb和Cr含量存在超標(biāo)，超標(biāo)率在46％-100％之間。Pb污染程度和污染范圍均大于Cr。農(nóng)藥園區(qū)周邊部分水稻籽粒樣品中Hg

7、、Pb和Cr超標(biāo)，小麥籽粒樣品中除了這三種重金屬外，還存在Cd超標(biāo)的現(xiàn)象，這些重金屬的超標(biāo)率在1.9％-56.7％之間。農(nóng)藥園區(qū)周邊同樣是Pb污染最重，其次是Cr。兩類園區(qū)周邊水稻和小麥籽粒中Pb、Cr等重金屬污染指數(shù)均隨與農(nóng)藥園區(qū)距離增加先在一定距離內(nèi)增加再逐漸降低。城鄉(xiāng)結(jié)合地帶垃圾填埋場周邊蔬菜樣品中Pb和Cd存在超標(biāo)的現(xiàn)象，超標(biāo)率分別為40％和60％。Pb和Cd污染指數(shù)均表現(xiàn)出與垃圾填埋場距離增加而降低的趨勢。地質(zhì)異常區(qū)小麥籽粒重

8、金屬污染最為嚴(yán)重，存在As、Pb和Cd存在超標(biāo)，超標(biāo)率分別為11.5％，23.1％和50％。水稻籽粒僅少量樣品As含量超標(biāo)，蔬菜僅少量樣品Cd含量超標(biāo)，超標(biāo)率均低于10％。
　　(3)四類重金屬污染風(fēng)險區(qū)作物和土壤中重金屬污染指數(shù)的相關(guān)性分析顯示，滬寧和京滬高速沿線水稻和小麥中，僅沿線水稻籽粒Zn污染指數(shù)與土壤Zn污染指數(shù)呈顯著的正相關(guān)關(guān)系，其他水稻和小麥重金屬污染指數(shù)與相應(yīng)的土壤重金屬污染指數(shù)均沒有顯著的相關(guān)性。這表明，滬寧和京

9、滬高速沿線水稻和小麥中重金屬污染指數(shù)的高低并不是主要取決于土壤重金屬污染程度，還可能受到土壤理化性質(zhì)等其他因素的影響。在石化園區(qū)周邊，水稻和小麥籽粒中的Hg和Cd污染指數(shù)均與土壤污染指數(shù)顯著相關(guān);在農(nóng)藥園區(qū)周邊，水稻和小麥籽粒中Hg、Pb、Cd和Cr污染指數(shù)均與土壤中重金屬污染指數(shù)表現(xiàn)出顯著的相關(guān)性;且相關(guān)系數(shù)均較高。這表明，兩類化工園區(qū)周邊水稻和小麥籽粒中重金屬污染指數(shù)主要取決于土壤重金屬污染程度。城鄉(xiāng)結(jié)合地帶垃圾填埋場周邊蔬菜中Pb

10、和Cd污染指數(shù)與土壤中Pb和Cd污染指數(shù)相關(guān)性不顯著;蔬菜中Cr污染指數(shù)表現(xiàn)出顯著的隨土壤Cr指數(shù)線性增加的趨勢。在地質(zhì)異常區(qū)，水稻籽粒中As污染指數(shù)表現(xiàn)出隨土壤As污染指數(shù)增加而先增加再降低的趨勢，且相關(guān)性顯著;水稻籽粒中Pb和Cr污染指數(shù)與土壤Pb和Cr污染指數(shù)相關(guān)性不顯著。小麥籽粒中As、Pb和Cr污染指數(shù)與對應(yīng)的土壤重金屬污染指數(shù)均沒有顯著的相關(guān)性。蔬菜中僅Hg污染指數(shù)與與土壤Hg污染指數(shù)表現(xiàn)出顯著的線性關(guān)系。
　　(4)

11、在上述分析的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了四類風(fēng)險區(qū)農(nóng)田產(chǎn)地適宜性評價模型，并采用這些模型，以水稻、小麥和葉菜為對象，對全省四類風(fēng)險區(qū)農(nóng)田產(chǎn)地適宜性進行了綜合評價。評價結(jié)果顯示，化工園區(qū)周邊不適宜區(qū)農(nóng)田所占比例最高，不適宜區(qū)約占園區(qū)周邊總評價面積的13.6％，欠適宜區(qū)約占總評價面積的18.8％。其次是高速公路沿線，不適宜區(qū)約占沿線總評價面積的6.0％，欠適宜區(qū)約占總評價面積的41.0％。城鄉(xiāng)結(jié)合地帶不適宜區(qū)比例與高速公路沿線相近，不適宜區(qū)約占總評價面積

12、的5.2％，欠適宜區(qū)約占總評價面積的29.1％。地質(zhì)異常區(qū)內(nèi)產(chǎn)地沒有不適宜區(qū)，主要是欠適宜區(qū)和適宜區(qū)，欠適宜區(qū)約占總評價面積的13.2％。
　　(5)從產(chǎn)地環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建、產(chǎn)地監(jiān)測信息采集與組織、適宜性評價方法體系構(gòu)建以及農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地信息管理系統(tǒng)的設(shè)計四個方面分析了重金屬污染風(fēng)險區(qū)產(chǎn)地安全管理體系構(gòu)建的技術(shù)方法和策略。根據(jù)江蘇省當(dāng)前高速公路、化工園區(qū)、城鄉(xiāng)結(jié)合地帶和地質(zhì)異常區(qū)的空間分布格局以及這些重金屬污染風(fēng)險區(qū)周邊土地利用和作物

13、生產(chǎn)現(xiàn)狀，設(shè)計了全省這四類重金屬污染風(fēng)險區(qū)產(chǎn)地環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。針對產(chǎn)地監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集與組織，從重金屬污染風(fēng)險區(qū)的界定、數(shù)據(jù)采集內(nèi)容、數(shù)據(jù)采集時間和部門、數(shù)據(jù)規(guī)范四個方面分析了規(guī)范化采集要明確的主要的內(nèi)容。針對產(chǎn)地適宜性評價，從重金屬污染風(fēng)險區(qū)土壤、大氣和灌溉水環(huán)境要素重金屬污染物擴散分布模型和水稻、小麥等作物重金屬累積分布模型兩個方面分析了重金屬污染風(fēng)險區(qū)產(chǎn)地適宜性評價方法體系的構(gòu)建框架。同時還提出了一種基于WebGIS技術(shù)的農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地安

14、全信息管理系統(tǒng)設(shè)計方案。系統(tǒng)主要設(shè)計了地圖瀏覽、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、產(chǎn)地監(jiān)測信息管理和產(chǎn)地適宜性信息管理五類功能;系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)采用客戶層、中間業(yè)務(wù)處理層和服務(wù)器數(shù)據(jù)層三層體系結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計為索引表、屬性表和數(shù)據(jù)表三層結(jié)構(gòu)。并采用C＃和MapXtreme作為開發(fā)平臺對系統(tǒng)進行了初步實現(xiàn)，該系統(tǒng)可以將農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地安全管理中的地圖、監(jiān)測數(shù)據(jù)、文字檔案、圖片和視頻信息等不同類型空間信息和屬性信息有效結(jié)合起來，以便進行信息的查詢、統(tǒng)計和綜合