【摘要】：鎘（Cd）是一種毒性極強(qiáng)的重金屬元素，容易通過食物鏈進(jìn)入人體對(duì)人類健康產(chǎn)生影響。目前，Cd已是全球性污染物質(zhì)之一，土壤Cd污染問題已成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)之一。成都平原具有人口密度大，工業(yè)化、城市化速度快，農(nóng)田高度集約化利用等特點(diǎn)。本文以成都平原經(jīng)濟(jì)區(qū)為對(duì)象，采用典型采樣、田間試驗(yàn)和室內(nèi)分析，開展了農(nóng)田土壤Cd含量時(shí)空分布及其污染成因，農(nóng)田土壤-水稻系統(tǒng)Cd的遷移轉(zhuǎn)化與吸收累積特征，以及農(nóng)田土壤Cd污染阻控技術(shù)研究。主要研究結(jié)果如下：1、在成都平原經(jīng)濟(jì)區(qū)農(nóng)田土壤Cd污染時(shí)空分布特征分析基礎(chǔ)上，，選取其境內(nèi)典型的工業(yè)型城鄉(xiāng)交錯(cuò)區(qū)（德陽(yáng)市旌陽(yáng)區(qū)）進(jìn)行農(nóng)田土壤Cd污染評(píng)價(jià)及其空間分布影響因子剖析，探討土壤Cd吸附緩沖特性對(duì)外源Cd污染的影響，明確了成都平原經(jīng)濟(jì)區(qū)農(nóng)田土壤Cd污染主要成因。 （1）成都平原經(jīng)濟(jì)區(qū)農(nóng)田土壤Cd含量整體處于輕度-中度污染水平，但空間變異大，時(shí)間累積效應(yīng)明顯，2002年和2012年土壤Cd含量分別為0.27mg·kg-1和0.38mg·kg-1，分別為該區(qū)域地球化學(xué)背景值（0.12mg·kg-1）的2.25倍和3.17倍。 （2）成都平原典型工業(yè)型城鄉(xiāng)交錯(cuò)區(qū)（德陽(yáng)市旌陽(yáng)區(qū)）農(nóng)田土壤Cd受地質(zhì)背景值高（1960年代“老墻土”Cd0.29mg·kg-1）和人為活動(dòng)強(qiáng)烈的雙重影響。地質(zhì)累積指數(shù)（Igeo）處于中等水平，潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)（Er）處于中~較重范圍。農(nóng)田土壤Cd污染較重的區(qū)域?yàn)樘煸?zhèn)、八角井鎮(zhèn)、柏隆鎮(zhèn)、黃許鎮(zhèn)和孝泉鎮(zhèn)，均為旌陽(yáng)區(qū)工業(yè)集中發(fā)展區(qū)；農(nóng)田（蔬菜地、水稻田等）土壤Cd含量相對(duì)較高，均顯著高于當(dāng)?shù)赝寥辣尘爸担?960年代的“老墻土”為0.29mg·kg-1）；全新統(tǒng)（灰棕色沖積物）、更系統(tǒng)沉積物（成都粘土）發(fā)育的土壤Cd含量相對(duì)較高；水田土壤Cd含量高于旱地，且以灰棕潮泥田Cd含量（0.49mg·kg-1）最高。主控因子分析結(jié)果表明，對(duì)農(nóng)田土壤Cd污染貢獻(xiàn)大小順序?yàn)椋壕嗪恿鳎ㄊそ﹥砂毒嚯x距公路（德阿公路）兩旁距離土種類型距化工廠距離成土母質(zhì)。其中河流（石亭江）、公路和化工企業(yè)顯著影響的橫向水平距離分別是200m、400m和100m。 （3）研究區(qū)代表性農(nóng)田土壤（灰棕潮泥田）對(duì)外源Cd污染的吸附緩沖容量較大，但因外源Cd2+濃度變化而存在一定差異。靜態(tài)吸附解吸條件下，外源Cd400mg·kg-1是其吸附解吸特性發(fā)生顯著變化的臨界濃度；動(dòng)態(tài)吸附平衡條件下，低濃度Cd100mg·L-1處理，土柱達(dá)到吸附飽和時(shí)間長(zhǎng)，高濃度Cd800mg·L-1處理，土柱Cd吸附量則快速上升，土柱淋溶60個(gè)穿透容積（V/V0）左右達(dá)到吸附飽和。這說明，在外源Cd中-輕度污染下，土壤能起到明顯的吸附緩沖作用，但在重污染（Cd800mg·L-1）條件下，土壤緩沖作用減弱，容易達(dá)到平衡而產(chǎn)生Cd污染。土柱吸附緩沖外源Cd2+容量與淋濾液pH和Ca2+變化關(guān)系密切，淋濾液pH呈短期上升（0~15天）后快速下降的特點(diǎn)；土柱Cd吸附量與淋濾液Ca2+間呈現(xiàn)出隨著吸附量增大，Ca2+離解作用增強(qiáng)的特點(diǎn)。2、開展了水稻對(duì)Cd吸收累積及其區(qū)域分布特征研究，分析了水稻Cd吸收累積與土壤Cd形態(tài)變化間的關(guān)系。 （1）水稻根系是積累土壤Cd的主要部位，其Cd平均含量為0.50mg·kg-1，糙米Cd平均含量為0.15mg·kg-1，低于食品中污染物限量標(biāo)準(zhǔn)（GB2762-2012）；成都平原經(jīng)濟(jì)區(qū)內(nèi)都江堰（0.09mg·kg-1）和邛崍（0.08mg·kg-1）最低，旌陽(yáng)（0.25mg·kg-1）、雙流（0.19mg·kg-1）較高，超過或接近國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；水稻各部位Cd含量變幅大，變異系數(shù)為38.77%~75.56%，以地上部分（稻草、谷殼和糙米）Cd含量變化最明顯。農(nóng)田土壤Cd在水稻體內(nèi)的吸收轉(zhuǎn)運(yùn)效率較高，水稻根系、稻草和糙米對(duì)土壤Cd的富集系數(shù)大小順序?yàn)椋焊档静莶诿住?（2）整體上呈現(xiàn)出農(nóng)田土壤Cd含量高，其水稻糙米Cd含量也較高，但廣漢的情況相反，土壤Cd含量較高（0.51mg·kg-1），但其糙米Cd含量（0.11mg·kg-1）低。糙米Cd含量與土壤Cd可交換態(tài)和碳酸鹽結(jié)合態(tài)含量間呈極顯著正相關(guān)，與有機(jī)物結(jié)合態(tài)Cd含量間達(dá)極顯著負(fù)相關(guān)；土壤Cd向水稻籽粒中的富集遷移系數(shù)受到土壤Cd形態(tài)變化的明顯影響，稻草對(duì)土壤Cd吸收累積系數(shù)與土壤Cd的形態(tài)相關(guān)性不顯著。農(nóng)田土壤Cd形態(tài)含量變化主要受到土壤pH值、土壤有機(jī)質(zhì)和中細(xì)粉粒含量的影響。3、選取農(nóng)田土壤、稻米Cd污染典型區(qū)域，進(jìn)行了土壤有機(jī)-無機(jī)改良劑配合施用技術(shù)、Cd排異性水稻品種篩選研究，形成了適用于成都平原農(nóng)田土壤-水稻系統(tǒng)的Cd污染阻控技術(shù)。 （1）農(nóng)家肥或秸稈還田配合無機(jī)改良劑（海泡石、石灰和鈣鎂磷肥）施用，顯著降低了水稻生育前期（移栽后30天，分蘗期）和生育后期（移栽后90天，成熟期）土壤可交換態(tài)Cd含量，提高了生育前期（移栽后30天）土壤鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)和有機(jī)物結(jié)合態(tài)Cd含量，特別是有機(jī)結(jié)合態(tài)Cd含量的提高，是顯著降低水稻糙米Cd積累的重要原因。 從水稻產(chǎn)量、土壤Cd生物有效性和水稻中Cd吸收累積效率3方面綜合評(píng)估，稻油輪作下的秸稈還田和稻麥輪作下的農(nóng)家肥施用配合無機(jī)改良劑海泡石或石灰，是成都平原值得推廣應(yīng)用的稻田土壤Cd污染調(diào)控的農(nóng)藝技術(shù)措施。 （2）在中-輕度Cd污染農(nóng)田環(huán)境下，通過89對(duì)土壤-水稻樣品，17個(gè)主栽水稻品種的比較研究結(jié)果表明，K優(yōu)817、協(xié)優(yōu)527和中優(yōu)838糙米Cd含量超標(biāo)較為嚴(yán)重，均超過0.3mg·kg-1。矮優(yōu)82、金優(yōu)527、崗優(yōu)22、輻優(yōu)130、Ⅱ優(yōu)906、宜香優(yōu)1577和金優(yōu)725，屬于稻米Cd吸收累積效率（富集系數(shù)和轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)）較低的品種。綜合產(chǎn)量水平對(duì)比分析，Ⅱ優(yōu)906因同時(shí)具有較低的富集和遷移特性，是最為適宜推廣應(yīng)用的水稻品種；輻優(yōu)130的糙米Cd含量低，但富集系數(shù)（EFs=0.65）和遷移系數(shù)（TF=0.46）較高，應(yīng)當(dāng)重視稻草和根茬還田過程中可能引起的土壤Cd污染風(fēng)險(xiǎn)問題。
【圖文】：

圖 2-1 成都平原經(jīng)濟(jì)區(qū)示意圖Fig. 2.1 The sketch map of Chengdu Plain Economic Zone特點(diǎn)不僅是四川乃至我國(guó)電子工業(yè)、重型機(jī)械制造業(yè)原子能工業(yè)、家用電器制造業(yè)、光纖光纜制造業(yè)工業(yè)、化工和醫(yī)藥工業(yè)、食品工業(yè)的集中區(qū)域，等第三產(chǎn)業(yè)最發(fā)達(dá)的地區(qū)（謝圣贊 2000）。表 2-1 成都經(jīng)濟(jì)區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)狀況1 The socio-economic structural condition in Chengdu Econ項(xiàng) 目 Item 1980 199n (million) 822.54 919.mestic Product(Hundred million yuan) 16.30 194.t industry (Hundred million yuan) 12.60 40.5nd industry (Hundred million yuan) 22.98 77.0d industry (Hundred million yuan) 10.72 76.4

圖3-1 成都平原經(jīng)濟(jì)區(qū)土壤樣點(diǎn)分布圖3-1 Sample distribution of soils in Chengdu Plain econom交錯(cuò)區(qū)土樣采集自然因素和人為活動(dòng)對(duì)農(nóng)田土壤重金屬 Cd 積型的工業(yè)型城鄉(xiāng)交錯(cuò)區(qū)—德陽(yáng)市旌陽(yáng)區(qū)作為研土壤類型、區(qū)域工礦企業(yè)、河流道路等的分布異等自然和社會(huì)經(jīng)濟(jì)影響因素，進(jìn)行野外布點(diǎn)個(gè)研究區(qū)域成土母質(zhì)、土壤類型等自然因素的基烈的方向加密布點(diǎn)，一共采集 149 個(gè)耕層（0-水田樣品 81 個(gè)），樣點(diǎn)分布見圖 3-2。
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：X53

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2685448