發(fā)布時間：2020-10-23 04:31

　　 重金屬元素因非生物降解性、毒性和持久性,對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、食品安全和人類健康造成嚴(yán)重影響。土壤中重金屬的濃度很大程度上取決于母質(zhì)土壤和人類活動的多樣性,諸如快速工業(yè)化、交通擁擠、非農(nóng)業(yè)化學(xué)品的非法使用和未經(jīng)處理的灌溉廢水等給環(huán)境帶來巨大壓力。對環(huán)境和食品重金屬污染的有效治理首先需明確其污染源和污染途徑。本論文以湖南某工業(yè)區(qū)為典型研究區(qū)域,分析了此區(qū)域土壤和水稻籽粒重金屬的污染狀況;利用重金屬元素指紋法,結(jié)合主成分分析法、地統(tǒng)計分析法與正定矩陣因子分解模型等多元統(tǒng)計方法對該區(qū)域土壤重金屬污染源進(jìn)行初步源解析研究;在此基礎(chǔ)上,利用鎘同位素指紋法精確解析出土壤鎘的污染源及其貢獻(xiàn)率;通過盆栽試驗和田塊尺度定點試驗,研究了土壤、葉片污染對水稻各器官鎘元素的積累與轉(zhuǎn)運規(guī)律,確定出水稻籽粒相對土壤對鎘同位素的分餾系數(shù),利用鎘同位素指紋分析法解析出水稻籽粒鎘的污染源及貢獻(xiàn)率;探討了土壤和水稻籽粒重金屬污染源解析的思路和方法。為我國重金屬污染防控提供了理論與技術(shù)支撐。主要研究結(jié)果和結(jié)論如下:(1)研究區(qū)域表層土壤和母質(zhì)土壤中As、Hg、Cr、Cd、Ni、Pb、Cu和Zn均存在污染情況,Cd污染最嚴(yán)重,超標(biāo)率達(dá)94.4%;水稻籽粒也存在重金屬超標(biāo)現(xiàn)象,Cd污染最嚴(yán)重,超標(biāo)率達(dá)95.0%。(2)利用重金屬元素指紋法解析出該區(qū)域土壤重金屬污染源主要為自然源、農(nóng)業(yè)源、工業(yè)源和交通與工業(yè)排放源,它們的貢獻(xiàn)率分別為24.9%、19.1%、30.1%和25.9%;利用鎘同位素指紋法對污染源貢獻(xiàn)率進(jìn)行解析,得出汽車尾氣、水泥廠降塵、農(nóng)業(yè)肥料和冶煉廠降塵對土壤鎘的污染貢獻(xiàn)率分別為2%、8%、15%和75%,即冶煉廠降塵的污染貢獻(xiàn)最大。(3)盆栽試驗結(jié)果表明,水稻土壤根系鎘污染濃度達(dá)到40 mg kg~(-1)、水稻葉片的鎘污染濃度達(dá)到20 mg kg~(-1)時,根系和葉片共同污染會產(chǎn)生顯著協(xié)同作用,但低于該濃度未發(fā)現(xiàn)顯著協(xié)同作用,即在低濃度下水稻籽粒鎘主要來源于根部吸收。(4)水稻籽粒相對土壤對δ~(114/110)Cd的分餾系數(shù)為0.208‰;利用鎘同位素指紋對水稻籽粒鎘污染源貢獻(xiàn)率進(jìn)行解析,得出汽車尾氣、水泥廠降塵、農(nóng)業(yè)肥料和冶煉廠降塵的污染貢獻(xiàn)率分別為2%、8%、16%和74%,即冶煉廠降塵的污染貢獻(xiàn)最大。(5)土壤和水稻籽粒重金屬污染源解析一般思路和方法為,利用重金屬元素指紋法可初步分析出污染源的個數(shù)、性質(zhì)及貢獻(xiàn)率;利用重金屬同位素指紋法可解析出直接污染源的貢獻(xiàn)率;利用重金屬同位素指紋法對水稻籽粒污染源解析時需要明確水稻籽粒相對污染介質(zhì)的同位素分餾系數(shù)。
【學(xué)位單位】：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：X53;X503.231
【部分圖文】：

水稻籽粒：2017 年 10 月于湖南某工業(yè)區(qū)周邊農(nóng)田收集水稻籽粒樣品 23 份。當(dāng)?shù)氐乩砦恢眉碍h(huán)境信息如表 2-3 所示。表 2-3 樣品采集地理及氣候信息表Table 2-3 The geological location andclimate information of samples緯度(N) 經(jīng)度(E) 總降水量(mm) 平均溫度（℃） 27.85o-27.92o 113.00o-113.10o 1409 17.6 亞熱2.1.3 試驗方法2.1.3.1 采樣方法本研究在長江北岸的某工業(yè)區(qū)附近進(jìn)行，研究區(qū)的占地面積約為 47.1 平方公里有許多工業(yè)企業(yè)主要進(jìn)行冶煉和化工生產(chǎn)。樣本地理位置及采樣點分布見圖 2-1�？紖^(qū)的地貌特征和土壤類型，采用網(wǎng)格法收集土樣。采用 5cm 直徑的鉆孔進(jìn)行土壤取每個采樣點，除去表土并混合后，得到具有 1/4 的土壤樣品。土壤樣品包括表層土壤（深）與母質(zhì)土壤（40-60cm 深）組成。使用 GPS 設(shè)備收集樣品并保存在密封包裝中移到實驗室進(jìn)行后續(xù)分析。共從 72 個采樣點收集 133 個土壤樣本（72 個表層土壤和母質(zhì)土壤）。

圖 3-1 旋轉(zhuǎn)后三個主成分的分布Figure. 3-1 Graphical display of the three rotated components of the PCA (aincludes PC1 and PC2, PC1 is industrialcomponent, PC2 is anthropogenic component,bincludes PC2 and PC3, PC3 is lithogenic component)3.2.2 地統(tǒng)計學(xué)模型對土壤重金屬污染源解析基于 GIS 方法的不同重金屬空間分布圖已被證明是探索其成因和污染熱點的有效工具。研究區(qū)的重金屬濃度空間變化圖如 3-2 所示。由圖 3-2 得到，Cd 主要分布在工業(yè)區(qū)的西北部、南部和東北部，分布的區(qū)域比較廣，而且濃度也較高。該地區(qū)的土壤受到不同程度的鎘污染。由人類活動控制的 Pb 和 Zn 的空間分布模式呈現(xiàn)出類似的趨勢（圖 3-2b、3-2c），表明了這兩種重金屬元素可能具有共同來源；Cu 的高濃度區(qū)域主要分布在工業(yè)區(qū)和高速公路兩側(cè)；研究區(qū)南部和西部土壤中的砷（As）濃度較高。農(nóng)業(yè)投入主要包括含有大量砷的商品化肥，動物糞肥和農(nóng)藥。研究區(qū)南部為水稻種植區(qū)，農(nóng)藥施用明顯，可能是砷的常見來源。研究區(qū)的西部是可能施用殺蟲劑和化肥的山區(qū)。鉻（Cr）和鎳（Ni）沒有表現(xiàn)出任何點源分布。

砷和重金屬元素的空間分布
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本文編號：2852553