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乐鱼网页版登录入口_我国设施农田土壤重金属污染评价与空间分布特征

发布时间:2024-02-01 阅读量:623

乐鱼网页版登录入口_我国设施农田土壤重金属污染评价与空间分布特征

成果注解我国举措措施农田泥土重金属含量显现必然的空间散布纪律,南部地域泥土Cd、Pb 和Hg 含量最高,北部地域泥土As、Cu、Zn 和Cr 含量最高,西北部地域泥土Ni含量最高。与HJ/T 333-2006《温室蔬菜产地情况质量评价尺度》比拟,举措措施农田泥土Cd 含量超标最严峻,其在南部、北部和西北部地域的超标率别离为41.7%、54.5%和11.1%;其次是Pb,在3 年夜区域的超标率别离为33.3%、18.2%和0。地积累指数评价成果显示我国举措措施农田泥土Cd 污染最严峻,其次为Hg 污染。别的,随莳植年限的耽误,举措措施农田泥土重金属积累较着,且泥土重金属的积累量随土层加深呈降落趋向。就重金属的来历而言,我国举措措施农田泥土重金属来历以肥料,特别是畜禽粪便无机肥为主。

前 言

20 世纪90 年月以来,跟着工业化和城市化历程的加速,工业污染物排放、含重金属农药化肥的利用和采取污水浇灌等致使农田重金属积累和超标等情况问题日趋凸显,已引发了社会各界的高度存眷。作为农田质量的一个主要评价目标,农田重金属含量状态愈来愈遭到普遍存眷。我国举措措施农业自20 世纪80 年月以来成长敏捷,2010 年我国举措措施园艺面积达362万hm2,此中,举措措施蔬菜面积为335 万hm2,占举措措施园艺总面积的90%以上,到2012 年我国举措措施园艺面积已达386 万hm2,举措措施园艺财产净产值达5800 多亿元。据统计,2015 年北京市举措措施蔬菜和食用菌播种面积为34113 hm2,占举措措施农业总播种面积的83.2%。

我国举措措施农业栽培常处在半封锁状况,具有气温高、湿度年夜、蒸发量年夜、无雨水淋洗、无沉降、复种指数高、施肥量(特别是无机肥)较年夜等特点,致使举措措施泥土理化性质和生物学性状产生严重转变,首要表示为泥土酸化、盐渍化,营养不服衡和过量积累,和重金属积累等。已有研究注解,举措措施栽培泥土中重金属呈较着积累趋向,且含量显著高在露地栽培泥土。举措措施菜地已成为继工矿/污灌菜地以后重金属积累较严峻的菜地类型,应当引发足够正视。

最近几年来,固然关在举措措施农田泥土中重金属的研究报导较多,但各研究区域较小,且散布较为分离,不克不及分析反应我国举措措施农田泥土重金属污染的近况。是以,笔者搜集了1997 年以来全国关在举措措施农田重金属研究的数据,经由过程统计阐发,论述了分歧地域举措措施农田泥土中重金属污染近况和空间散布特点,并切磋举措措施农田泥土重金属的首要来历,以期为我国举措措施农田泥土重金属防控和农田质量平安供给科学根据。

1 研究方式

1.1数据来历

相干统计数据首要检索自中国知网(1997—2017 年)、维普(1997—2017 年)和Web of Science(1997—2017 年)等数据库中关在我国举措措施农田重金属污染研究的文献。共搜集全国31 个地域的数据,包罗分歧莳植年限和分歧土层重金属含量和散布数据。搜集的所稀有据的阐发方式均合适中国情况庇护部划定方式或美国情况庇护局(USEPA)保举方式,数据来历实在靠得住。合适正态散布的重金属含量数据采取算术平均值描写;合适对数正态散布的重金属含量数据采取几何平均值描写;采取单身分方差阐发(one-way ANOVA)查验差别显著性。采取Excel 2007 和SPSS 19.0 软件进行数据统计阐发。

1.2数据散布环境

共搜集全国各地31 个地域的数据,依照农业天气区划和数据散布环境,将其分为3 个区域:南部地域,包罗上海、安徽、江苏、浙江、湖北、云南和河南7 个省(直辖市);北部地域,包罗北京、河北、天津、辽宁、吉林、黑龙江、山东和山西(部门地域)8 个省(直辖市);西北部地域,首要包罗陕西、山西(部门地域)、内蒙古、甘肃、宁夏、青海和西藏7 个省(自治区)。

1.3重金属污染评价方式

地积累指数(Igeo)是由德国科学家Muller在1969 年提出的,是一个基在重金属总浓度与布景值的关系研究水情况堆积物中重金属的定量目标,此刻也经常使用在泥土重金属污染评价,计较公式为

式(1)中,Cn 为堆积物中元素n 含量,mg·kg-1;Bn 为黏质堆积岩中该元素的地球化学布景值,mg·kg-1;1.5 是斟酌了各地岩石差别可能引发的变更而拔取的系数。地积累指数分级尺度见表 1 。

凡是在地积累指数计较中,元素的地球化学布景值拔取工业化前全球堆积物重金属的平均布景值作为参考,因为分歧地球化学布景可能形成各地重金属污染水平分歧,故选择各省(直辖市、自治区)泥土重金属含量布景值作为Bn。

2 成果与阐发

2.1举措措施农田泥土重金属含量

由表 2 可知,我国举措措施农田Cd、Pb 和Hg 平均含量以南部地域为最高,比北部地域别离高42.5%、10.8%和100.0%,比西北部地域别离高137.5%、40.7%和15.8%;As、Cu、Zn 和Cr 平均含量均以北部地域为最高,其比南部地域别离高24.3%、13.2%、46.4%和13.9%,比西北部地域别离高38.9%、30.8%、20.9%和21.4%;而Ni 平均含量则以西北部地域为最高,其比南部和北部地域别离高43.2%和12.9%。年夜部门举措措施农田莳植蔬菜,故将数据与HJ/T 333—2006《温室蔬菜产地情况质量评价尺度》进行比力,成果显示Cd、Cu、Zn、Pb、Hg 超标率别离为37.5%、8.1%、5.9%、18.8%和20.0%,其余元素未呈现超标环境。此中,Cd 含量超标最严峻,南部、北部和西北部地域超标率别离为41.7%、54.5%和11.1%,Pb 超标率别离为33.3%、18.2%和0,Hg 超标率别离为29.8%、20.0%和0,Cu 超标率别离为12.5%、10.0%和0,Zn 仅在北部地域呈现超标,超标率为11.1%。

2.2举措措施农田泥土重金属污染评价

地积累指数法同时斟酌了报酬身分和泥土情况地球化学布景值对重金属富集的影响,该方式最后利用在堆积物中重金属含量评价,后来也普遍利用在泥土情况中重金属含量评估,是今朝国表里泥土情况评价中普遍采取的方式。分歧地域举措措施农田重金属地积累指数见表 3。

由表 3 可知,南部地域Cd、Hg 地积累指数平均值别离为1.05 和0.20,别离显示中度污染和轻度污染,其余元素地积累指数平均值均小在0,显示无污染。南部地域Cd 地积累指数显示无污染、轻度污染、中度污染和中强污染的点位数别离占总点位数的33.3%、33.3%、22.2%和11.2%;与南部地域类似,北部地域Cd、Hg 地积累指数别离为0.74 和0.37,均属轻度污染状况,其余元素地积累指数均小在0,Cd 无污染、轻度污染、中度污染和中强污染的点位数别离占总点位数的10.0%、40.0%、40.0%和10.0%。西北部地域Hg 地积累指数平均值为1.45,达中度污染,但西北部地域Hg 含量数据较少,没法周全地反应全体污染状态,评价成果可能具有较年夜误差;其余7 种重金属元素的地积累指数平均值均小在0,但个体地域Cd、Cu、Zn 和Pb 最年夜地积累指数年夜在0,申明西北部地域个体区域具有污染现象。从评价成果来看,我国举措措施农田重金属污染最严峻的是Cd 污染,其次为Hg 污染,另外,Cu 污染也应引发正视。

2.3举措措施农田泥土重金属积累趋向

南部、北部和西北部3 年夜区域分歧年限举措措施农田重金属含量的统计成果(表 4)注解除南部地域Pb 之外,颠末>10 a 莳植时候各区域泥土重金属含量均显现分歧水平的增添,此中,Cd 含量增幅最年夜。南部、北部和西北部地域>10 a 莳植时候泥土Cd 平均含量比 < 3 a 莳植时候泥土别离增添103.8%、123.1%和110.7%;而泥土Cu 含量别离增添50.0%、36.1%和61.1%,泥土Zn 含量别离增添31.0%、23.2%和50.1%。从分歧地域来看,莳植时候>10 a 时,南部地域泥土As 含量增添105.6%,而北部和西北部地域仅别离增添8.4%和3.8%;南部和西北部地域Ni 含量别离增添63.5%和40.4%,而北部地域仅增添7.8%。西北部地域Cr 含量增添56.1%,南部和北部地域别离增添12.6%和7.6%。另外,南部地域Pb 含量呈现随年限增添而下降的环境,这多是因为南部部门地域泥土Pb 布景值较高。3 年夜地域泥土在莳植3~6 a 时重金属含量增幅较年夜,这首要是因为当莳植3~6 a 时,重金属元素积累到限建造物一般发展的临界浓度时,农户便会采纳一些办法来削减丧失,如揭棚、翻耕乃至休耕等,待泥土前提稍有改良再进行莳植,所以致使莳植年限>6 a 后,重金属积累速度有所降落。

2.4举措措施农田泥土重金属垂直散布特点

分歧地域举措措施农田土层重金属含量的垂直散布特点见表 5。由表 5 可知,各地域泥土重金属含量随泥土深度增添而降落,但个体泥土呈现不减反增的环境。南部、北部和西北部地域>20~40 cm土层与表层(0~20 cm)比拟,Cd 含量别离下降43.3%、78.6%和33.3%,Cr 含量别离下降41.0%、9.7%和1.5%,As 含量别离下降34.4%、5.1%和26.7%,Pb 含量别离下降5.8%、8.1%和4.7%。与>20~40 cm 土层比拟,南部、北部地域>40~60 cm 土层Cd 含量别离下降25.0%和33.3%;南部地域As、Cr 和Pb 含量别离下降14.3%、15.3%和10.8%,而北部地域As、Cr 和Pb 含量反而升高15.7%、7.0%和0.8%;与>40~60 cm 土层比拟,南部地域>60~80 cm 土层Cd、As、Cr 和Pb 含量别离下降38.6%、61.1%、25.5%和24.1%。

3 讨 论

3.1分区的公道性和数据有用性问题

笔者充实搜集了近20 a 来我国举措措施农田重金属的研究成果并对其进行统计阐发。搜集进程中,华南地域广东、广西和福建等地和西南地域湖南、重庆和贵州等地均未见相干研究,且我国举措措施农业散布显现较着的区域化特点,首要集中在环渤海湾和黄淮海地域、长江中下流地域和西北地域。故参考农业天气区划,并同时斟酌文献中分歧研究地域泥土pH 值,将搜集到的数据分为南部、北部和西北部3 年夜区域进行统计阐发。关在数据的正确性方面,固然搜集的时候标准较长,但对举措措施农田重金属的研究多集中在近10 a,样品的阐发方式业已规范,检测精度相对较高,且在数据统计阐发进程中剔除非常值。斟酌到数据散布的不平均性,对样点较为集中的区域,只保存最新的研究数据,以提高阐发成果的正确性。在数据统计方面,既统计了各个地域多个点位泥土重金属含量的平均值,也统计了区域的最年夜值和最小值,但以平均值评价各地域举措措施农田重金属污染程度可能具有必然误差。

3.2我国举措措施农田重金属污染空间散布特点

从搜集到的数据可看出,我国举措措施农田泥土重金属含量显现必然的空间散布特点,南部地域泥土Cd、Pb 和Hg 平均含量最高,北部地域As、Cu、Zn 和Cr 平均含量最高,而西北部地域Ni 平均含量则最高。地积累指数注解南部地域泥土Cd 和Hg 为中度污染和轻度污染,北部地域泥土Cd、Hg 均为轻度污染,而西北部地域泥土Hg 为中度污染,其余元素的平均地积累指数均显示无污染;此污染趋向与分歧地域举措措施农田泥土重金属含量程度所显示的成果根基分歧,曾希柏等对我国菜地重金属的研究也注解Cd、Hg 污染较严峻。举措措施农田泥土Cu、Zn 和Pb 含量与莳植年限呈显著正相干关系,可是分歧重金属元素积累速度有所差别,此中Cu 和Zn 积累速度最快,Cr、Pb 次之,而Cd 积累速度最慢,这与贾月慧等对北京郊区举措措施菜地的研究成果分歧。

随土层深度的增添,各地域泥土重金属含量全体呈降落趋向,但南部地域几种重金属含量随土层加深而降落的趋向年夜在北部、西北部地域(表 5)。李树辉对山东寿光的研究注解,分歧土层中重金属As、Cd、Cu、Zn、Cr 和Ni 含量随莳植年限的耽误均有分歧水平的增添,侯鹏程对上海松江地域的研究也得出近似结论。因而可知,重金属在举措措施农田中均具有积累特征,且具有由表层向下迁徙的趋向。已有研究注解泥土pH 值下降,重金属消融度则显著升高,是以,随浇灌水向下迁徙的淋溶趋向也就越年夜。同时,施用无机肥也可致使重金属活性加强而加快重金属的迁徙。另外,干湿瓜代、淹水和温度升高也可致使重金属随消融性无机质(DOM)的淋滤感化加强。因而可知,泥土酸化、高温情况、频仍浇灌和泥土无机质积累等身分都可致使举措措施菜地泥土重金属向基层迁徙。

3.3关在我国举措措施农田泥土重金属污染来历的切磋

研究注解举措措施农田泥土重金属含量与肥料的施用有紧密亲密关系。薛延丰等对江苏沿海地域的研究认为Cd、Cu 和Zn 与无机质、速效氮和速效磷可能具有类似的来历。李树辉对吉林四平、甘肃武威的研究注解无机肥和化肥的施用多是致使举措措施农田泥土Cd、Zn、Cr、Cu 和Pb 等积累的主要缘由,但氮肥和钾肥对泥土重金属积累的影响较小。任顺荣等经由过程定位实验发觉持久施用尿素未显著提高泥土Cd、Cr、As 和Hg 含量,氮磷钾肥料配施和氮磷肥料配施两种处置之间泥土Cr、Hg 和As 含量不具有显著差别,但磷肥可以或许显著增添泥土Cd 含量。因而可知,施用磷肥多是泥土Cd 积累的首要来历。无机肥中重金属含量远高在化肥,而分歧品种无机肥中重金属含量也有所差别,以畜禽粪便为首要原料的商品无机肥中Cu、Zn 含量高在以造纸烧毁物、腐植酸和作物秸秆等为原料的商品无机肥。王美等报导施用无机肥的泥土Cu、Zn、Pb 和Cd 含量比不施用无机肥的泥土增添0.08~13.98、0~26.5、1.63~5.31 和0~0.34 mg·kg-1。

畜禽粪便已成为最首要的基肥之一,农户为寻求高产会施入年夜量无机肥,加上,举措措施农田复种指数高,致使肥料投入量更年夜。因而可知,施用无机肥能加年夜泥土污染风险,形成泥土重金属,特别是Cu、Zn 的积累,这多是我国举措措施农田泥土重金属的最首要来历。特别是北部地域的山东、河北等省是我国举措措施农田比力发财的地域,举措措施年夜棚集约化水平高,莳植年限长,农业投入品总量年夜,致使泥土中As、Cu、Zn 和Cr 含量较高。

除肥料外,工业三废的排放照旧是我国农田泥土主要的污染源。曾希柏等认为污泥/垃圾等固体烧毁物的农业操纵,是我国菜地泥土重金属含量增高的一个主要缘由。在彩莲等对哈尔滨蔬菜年夜棚的研究注解Cd 超标严峻可能与采样地持久污灌汗青相关。我国南部地域和北部地域的辽宁、吉林等省经济相对发财,采矿、冶炼和造纸等工业排放,和汗青污灌等都形成农田重金属污染,部门农田改成举措措施农田后,泥土重金属污染仍具有。张小敏等对我国农田泥土重金属散布特点的研究注解,南边地域因为工业勾当和矿区开采,致使泥土Cd 积累较着强在北方地域。别的,Pb 的工业污染源首要来自豪气沉降,肥猜中Pb 含量较低,举措措施菜地持久处在覆膜状况,年夜气沉降对其影响相对较小。

另外,含有Cd、Pb 等重金属元素的农药、薄膜等其他农业出产投入品也会形成举措措施农田泥土重金属积累。茹淑华等对河北省举措措施菜地的研究发觉,因为老棉田、经济作物田多年利用Hg、铜制剂和砷制剂等含重金属的农药,革新为举措措施农田后仍然残留年夜量重金属污染物。另外,我国分歧地域泥土的元素布景值分歧,也是影响举措措施农田重金属污染散布特点的主要身分,如西部高原地域西藏和青海等泥土布景值遍及较高,多是致使西北部地域举措措施农田泥土Ni 含量高在南部、北部地域的主要缘由。

4 结 论

经由过程对国表里关在我国举措措施农田重金属研究文献的阐发统计,发觉我国举措措施农田重金属显现必然的空间散布特点,首要表示在以下方面:南部、北部和西北部3 年夜地域举措措施农田泥土重金属含量和其散布纪律各别,此中,Cd、Pb 和Hg 含量以南部地域为最高,与我国南部地域工业勾当频仍且遭到农业投入品的影响相关;而As、Cu、Zn 和Cr 含量则以北部地域为最高,除遭到工业勾当的影响外,最近几年来北部地域举措措施农业成长敏捷,肥料(特别是无机肥)施用量较年夜,可能也是形成这一现象的缘由;Ni 含量以西北部地域为最高,首要是因为西北部地域Ni 的泥土布景值较高。我国举措措施农田泥土重金属含量随莳植年限的耽误而显现分歧水平的增添,注解重金属在举措措施农田中有较着积累,3 年夜地域均以Cu、Zn 的积累速度最快。举措措施农田重金属含量显现随土层加深而降落的趋向。

(编纂:Wendy)


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