【摘要】：鎘（Cd）是一種毒性極強的重金屬元素，容易通過食物鏈進入人體對人類健康產生影響。目前，Cd已是全球性污染物質之一，土壤Cd污染問題已成為國內外學者研究的熱點之一。成都平原具有人口密度大，工業(yè)化、城市化速度快，農田高度集約化利用等特點。本文以成都平原經濟區(qū)為對象，采用典型采樣、田間試驗和室內分析，開展了農田土壤Cd含量時空分布及其污染成因，農田土壤-水稻系統Cd的遷移轉化與吸收累積特征，以及農田土壤Cd污染阻控技術研究。主要研究結果如下：1、在成都平原經濟區(qū)農田土壤Cd污染時空分布特征分析基礎上，，選取其境內典型的工業(yè)型城鄉(xiāng)交錯區(qū)（德陽市旌陽區(qū)）進行農田土壤Cd污染評價及其空間分布影響因子剖析，探討土壤Cd吸附緩沖特性對外源Cd污染的影響，明確了成都平原經濟區(qū)農田土壤Cd污染主要成因。 （1）成都平原經濟區(qū)農田土壤Cd含量整體處于輕度-中度污染水平，但空間變異大，時間累積效應明顯，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)交錯區(qū)（德陽市旌陽區(qū)）農田土壤Cd受地質背景值高（1960年代“老墻土”Cd0.29mg·kg-1）和人為活動強烈的雙重影響。地質累積指數（Igeo）處于中等水平，潛在生態(tài)風險（Er）處于中~較重范圍。農田土壤Cd污染較重的區(qū)域為天元鎮(zhèn)、八角井鎮(zhèn)、柏隆鎮(zhèn)、黃許鎮(zhèn)和孝泉鎮(zhèn)，均為旌陽區(qū)工業(yè)集中發(fā)展區(qū)；農田（蔬菜地、水稻田等）土壤Cd含量相對較高，均顯著高于當地土壤背景值（1960年代的“老墻土”為0.29mg·kg-1）；全新統（灰棕色沖積物）、更系統沉積物（成都粘土）發(fā)育的土壤Cd含量相對較高；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。主控因子分析結果表明，對農田土壤Cd污染貢獻大小順序為：距河流（石亭江）兩岸距離距公路（德阿公路）兩旁距離土種類型距化工廠距離成土母質。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)代表性農田土壤（灰棕潮泥田）對外源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；動態(tài)吸附平衡條件下，低濃度Cd100mg·L-1處理，土柱達到吸附飽和時間長，高濃度Cd800mg·L-1處理，土柱Cd吸附量則快速上升，土柱淋溶60個穿透容積（V/V0）左右達到吸附飽和。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，容易達到平衡而產生Cd污染。土柱吸附緩沖外源Cd2+容量與淋濾液pH和Ca2+變化關系密切，淋濾液pH呈短期上升（0~15天）后快速下降的特點；土柱Cd吸附量與淋濾液Ca2+間呈現出隨著吸附量增大，Ca2+離解作用增強的特點。2、開展了水稻對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準（GB2762-2012）；成都平原經濟區(qū)內都江堰（0.09mg·kg-1）和邛崍（0.08mg·kg-1）最低，旌陽（0.25mg·kg-1）、雙流（0.19mg·kg-1）較高，超過或接近國家標準；水稻各部位Cd含量變幅大，變異系數為38.77%~75.56%，以地上部分（稻草、谷殼和糙米）Cd含量變化最明顯。農田土壤Cd在水稻體內的吸收轉運效率較高，水稻根系、稻草和糙米對土壤Cd的富集系數大小順序為：根系稻草糙米。 （2）整體上呈現出農田土壤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)和碳酸鹽結合態(tài)含量間呈極顯著正相關，與有機物結合態(tài)Cd含量間達極顯著負相關；土壤Cd向水稻籽粒中的富集遷移系數受到土壤Cd形態(tài)變化的明顯影響，稻草對土壤Cd吸收累積系數與土壤Cd的形態(tài)相關性不顯著。農田土壤Cd形態(tài)含量變化主要受到土壤pH值、土壤有機質和中細粉粒含量的影響。3、選取農田土壤、稻米Cd污染典型區(qū)域，進行了土壤有機-無機改良劑配合施用技術、Cd排異性水稻品種篩選研究，形成了適用于成都平原農田土壤-水稻系統的Cd污染阻控技術。 （1）農家肥或秸稈還田配合無機改良劑（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）土壤鐵錳氧化物結合態(tài)和有機物結合態(tài)Cd含量，特別是有機結合態(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方面綜合評估，稻油輪作下的秸稈還田和稻麥輪作下的農家肥施用配合無機改良劑海泡石或石灰，是成都平原值得推廣應用的稻田土壤Cd污染調控的農藝技術措施。 （2）在中-輕度Cd污染農田環(huán)境下，通過89對土壤-水稻樣品，17個主栽水稻品種的比較研究結果表明，K優(yōu)817、協優(yōu)527和中優(yōu)838糙米Cd含量超標較為嚴重，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（富集系數和轉運系數）較低的品種。綜合產量水平對比分析，Ⅱ優(yōu)906因同時具有較低的富集和遷移特性，是最為適宜推廣應用的水稻品種；輻優(yōu)130的糙米Cd含量低，但富集系數（EFs=0.65）和遷移系數（TF=0.46）較高，應當重視稻草和根茬還田過程中可能引起的土壤Cd污染風險問題。
【圖文】：

圖 2-1 成都平原經濟區(qū)示意圖Fig. 2.1 The sketch map of Chengdu Plain Economic Zone特點不僅是四川乃至我國電子工業(yè)、重型機械制造業(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，等第三產業(yè)最發(fā)達的地區(qū)（謝圣贊 2000）。表 2-1 成都經濟區(qū)社會經濟結構狀況1 The socio-economic structural condition in Chengdu Econ項 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 成都平原經濟區(qū)土壤樣點分布圖3-1 Sample distribution of soils in Chengdu Plain econom交錯區(qū)土樣采集自然因素和人為活動對農田土壤重金屬 Cd 積型的工業(yè)型城鄉(xiāng)交錯區(qū)—德陽市旌陽區(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經濟影響因素，進行野外布點個研究區(qū)域成土母質、土壤類型等自然因素的基烈的方向加密布點，一共采集 149 個耕層（0-水田樣品 81 個），樣點分布見圖 3-2。
【學位授予單位】：西北農林科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：X53

【參考文獻】

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本文編號：2685448