典型區(qū)域土壤-水稻系統(tǒng)重金屬污染空間變異規(guī)律及遷移轉(zhuǎn)化特征研究.pdf

1、近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，，工礦企業(yè)的“三廢”帶來的重金屬對周圍土壤-作物系統(tǒng)產(chǎn)生污染越來越嚴(yán)重。蘇南地區(qū)是我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展最快的地區(qū)之一，與此相關(guān)的環(huán)境問題得到國內(nèi)很多學(xué)者的高度關(guān)注。本論文選擇具有代表性的蘇南某廢棄冶煉廠附近農(nóng)田土壤重金屬污染區(qū)(面積12.1km2)為研究區(qū)，通過網(wǎng)格(約300-400米)采樣并在重點(diǎn)研究區(qū)加密的采樣方式，共采集了表層土壤樣品和對應(yīng)水稻籽粒樣品各113個，其中重點(diǎn)研究區(qū)深層土壤樣品(20-40 cm)32個

2、。在分析土壤pH，有機(jī)質(zhì)，部分重金屬有效態(tài)及其全量和水稻籽粒中重金屬含量等基礎(chǔ)上，借助GIS軟件和地統(tǒng)計學(xué)方法探討了研究區(qū)內(nèi)土壤-水稻系統(tǒng)重金屬復(fù)合污染的空間變異規(guī)律及遷移特征。同時，沿貫穿研究區(qū)的國道設(shè)置3個監(jiān)測斷面(每個斷面根據(jù)距路基的不同距離采集了5個樣點(diǎn))進(jìn)行監(jiān)測分析，以探討公路對土壤重金屬空間分布的影響。 監(jiān)測結(jié)果表明，研究區(qū)表層土壤(0～20cm)Cu、Pb呈局部污染而Cd污染嚴(yán)重。土壤Cu全量介于21.7～145

3、.9 mg·kg-1之間，有21.2％的樣點(diǎn)含量超過國家二級標(biāo)準(zhǔn)；土壤Pb全量介于19.5～459.0 mg·kg-1，有3.5％的樣點(diǎn)含量超標(biāo)；土壤Cd全量介于0.69～27.8mg·kg-1之間，全部超標(biāo)。Cu、Pb、Cd有效態(tài)含量平均值分別為8.13 mg·kg-1、10.7mg·kg-1和0.72 mg·kg-1，Pb、Cd這兩種重金屬元素的有效態(tài)含量都相對較高。在糙米中，Cu含量在0.3～15.5 mg·kg-1之間，平均值為

4、2.0 mg·kg-1，有1.8％的樣點(diǎn)超標(biāo)；Pb含量在0.04～5.8 mg·kg-1之間，平均值為0.59 mg·kg-1，有36.3％的樣點(diǎn)超標(biāo)；Cd含量在0.003～27.4 mg·kg-1之間，平均值為0.20mg·kg-1，有27.4％超標(biāo)。研究區(qū)土壤安全利用的風(fēng)險值得關(guān)注。 地統(tǒng)計分析結(jié)果說明：在表層土壤中(0～20cm)，Pb全量和有效態(tài)、Cd全量和有效態(tài)、pH和有機(jī)質(zhì)的空間相關(guān)性均為中等，人為因素和非人為因素

5、在變異中都占十分重要的地位；Cu全量和有效態(tài)空間相關(guān)性最差(基底方差/基臺值大于75％)變異主要由人為因素引起。三種重金屬的變異都為東南-西北方向這與pH和有機(jī)質(zhì)的變異方向是不一致的。糙米中Cu、Pb、Cd的空間變異情況與土壤Cu、Pb、Cd的變異是一致的。 進(jìn)一步對表土中Cu全量進(jìn)行協(xié)同克里格分析(cokriging)發(fā)現(xiàn)，Cu與Pb、Cu與Cd協(xié)同克里格插值精度(相關(guān)系數(shù)分別為r=0.687**，r=0.711**)要比銅

6、單獨(dú)克里格插值精度有較大的提高(r=0.675**)，全Pb、全Cd的協(xié)同克里格插值結(jié)果也有相同的結(jié)論。說明三者的空間相關(guān)性較高；Cu、Cd與有機(jī)質(zhì)的的協(xié)同插值精度也有所提高而各重金屬與pH，Pb與有機(jī)質(zhì)都有不同程度的下降。說明Cu、Cd與有機(jī)質(zhì)有較好的空間相關(guān)性，而Pb與有機(jī)質(zhì)及各重金屬全量與pH的空間相關(guān)性不明顯。土壤重金屬Cu、Pb、Cd有效態(tài)之間同樣存在著很強(qiáng)的空間相關(guān)性，除Pb與pH空間相關(guān)性不明顯外各重金屬有效態(tài)與pH、有機(jī)

7、質(zhì)之間也表現(xiàn)出較強(qiáng)的空間相關(guān)性。說明土壤重金屬有效態(tài)更容易受到pH、有機(jī)質(zhì)的影響。 對糙米與表土中Cu、Pb、Cd全量及有效態(tài)的協(xié)同克里格插值分析表明，糙米中Cu、Pb、Cd含量和土壤中Cu、Pb、Cd全量及有效態(tài)都表現(xiàn)出很好的空間相關(guān)性，且與有效態(tài)含量的空間相關(guān)性優(yōu)于全量。研究表明，基于ArcGIS的地統(tǒng)計學(xué)分析模塊可以較準(zhǔn)確地分析典型區(qū)域土壤重金屬污染的空間變異特征。 幾種重金屬的富集系數(shù)及重點(diǎn)研究區(qū)向下遷移趨勢

8、的研究結(jié)果表明，Cu最易于被水稻吸收和向下遷移，Cd次之，Pb最小。研究區(qū)土壤重金屬與水稻籽粒重金屬的存在顯著的指數(shù)或線性函數(shù)關(guān)系，具體關(guān)系表現(xiàn)為土壤重金屬Cu、Pb(無論是有效態(tài)還是全量)與稻米中Cu、Pb呈顯著的指數(shù)函數(shù)關(guān)系，土壤Cd與稻米Cd具有顯著的線性函數(shù)關(guān)系。土壤有效Cu含量為10mg kg-1，全Cu含量為100mg kg-1，是水稻吸收土壤Cu的臨界含量。土壤有效Pb含量為15mg kg-1，全Pb含量為150mg kg

9、-1，是水稻吸收土壤Pb的臨界含量。當(dāng)土壤有效Cu含量為24mg kg-1，全Cu含量為198mg kg-1，土壤有效Pb含量為10.8mg kg-1，全Pb含量為76.4mg kg-1時，水稻籽粒中的Cu、Pb將會超過食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。對于Cd而言，本研究得到的超標(biāo)臨界含量比較高，其有效態(tài)含量為0.71mg kg-1，全量為4.15 mg kg-1，這可能是由于研究區(qū)部分鎘含量較高的地區(qū)使用了石灰作為土壤改良劑，提高了土壤pH從而降低了C