發(fā)布時間：2020-06-23 08:22

【摘要】：土壤是人類生存和發(fā)展的物質基礎,其質量的優(yōu)劣不僅影響著農(nóng)作物的產(chǎn)量,而且還決定著農(nóng)產(chǎn)品的安全品質和農(nóng)業(yè)發(fā)展的可持續(xù)性。然而,在水資源日益短缺和水污染不斷加劇的雙重壓力下,長期污灌土壤的生態(tài)環(huán)境污染問題日趨凸顯,并嚴重制約著我國農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。因此,本研究以河北省主要不同區(qū)域(衡水、石家莊、滄州和保定)的污灌土壤為研究對象,分析了反映土壤質量的理化性質、酶活性、重金屬及其各形態(tài)含量水平和農(nóng)作物的重金屬污染水平,評價了污灌土壤的肥力質量、環(huán)境質量、綜合質量以及農(nóng)作物的健康風險,指出了污灌土壤現(xiàn)存的主要問題,對于遏制污灌土壤環(huán)境質量的下降、調(diào)控污灌土壤肥力質量、確保污灌農(nóng)作物產(chǎn)品安全均具有十分重要意義。所取得的主要研究結果如下: (1)河北省主要污灌土壤質地總體上屬于壤土,其中衡水、石家莊和保定區(qū)域屬于中壤土,滄州區(qū)域屬于重壤土。對于0～20cm污灌土壤pH值而言,石家莊和保定區(qū)域50%以上的樣本為中性,衡水和滄州區(qū)域80%以上的樣本為堿性,但是不同區(qū)域90%以上的20～40cm污灌土壤樣本仍為堿性。 根據(jù)全國第二次土壤肥力狀況普查結果和河北省土壤肥力狀況的分級標準可知,河北省0～20cm污灌土壤的有機質、全鉀和速效鉀含量達中等偏上水平,全氮、速效氮、全磷和速效磷含量則處于低等水平,其中石家莊區(qū)域的相對等級水平最高。0-20cm污灌土壤脲酶、過氧化氫酶、堿性磷酸酶和轉化酶活性與大部分理化性質指標顯著相關,石家莊和保定區(qū)域污灌土壤酶活性最高,衡水和滄州污灌土壤酶活性最低,且突出表現(xiàn)在土壤脲酶活性上。20～40cm污灌土壤的養(yǎng)分含量和酶活性均明顯降低,且不同區(qū)域間的差異也顯著減小。 基于模糊數(shù)學法的污灌土壤肥力質量評價結果顯示,衡水、石家莊、滄州和保定區(qū)域0-20cm污灌土壤肥力質量綜合指數(shù)分別為0.42、0.67、0.40和0.61,分別屬于中等、較高、中等和較高的肥力等級水平。 (2)河北省主要污灌土壤重金屬含量的大小順序為,FeTiMnZnVCrPb CuNiCoAsSnCdHg(20～40cm土層的為CuPb),除Fe、Mn和As外,其余重金屬元素平均含量的最高值均出現(xiàn)在石家莊區(qū)域。與河北省土壤背景值相比,大部分重金屬元素的累積現(xiàn)象較明顯,突出表現(xiàn)在Hg、Cd、Zn和Pb元素上,且存在不同程度超中國土壤環(huán)境質量II級標準、無公害和綠色食品產(chǎn)地標準的樣本比例,最高為Cd的44.4%,最低為Pb的8.9%。主成分分析和聚類分析結果一致表明,污灌土壤中的Cd、Cr、Cu、Pb、Sn和Zn主要受人類生產(chǎn)活動的影響,而As、Fe、Mn、Co、Ti和V則主要受自然成土過程的影響。污灌土壤中的大部分重金屬元素以殘渣態(tài)和鐵錳氧化態(tài)的形式存在,而可交換態(tài)(除Cd和Cr)的比例則最低。 污灌土壤環(huán)境質量評價及預警結果顯示,較高水平的Hg、Cd、Zn、Pb和Cu累積,在污染土壤環(huán)境的同時,也構成了嚴重的生態(tài)危害,其中石家莊污灌土壤的綜合潛在生態(tài)風險達很強程度,預警級別達中度及重度的相對比例為57.15%;保定和滄州污灌土壤的生態(tài)風險達較強程度,預警級別達中度及重度的相對比例分別為25.00%和6.67%;衡水污灌土壤的生態(tài)風險達中等水平,94.44%的相對風險概率處于無警級別。 (3)與中國食品衛(wèi)生相關標準相比,污灌糧食籽粒(除棉花)主要存在Pb和Hg的超標問題,且小麥超標樣本比例(8.5%和16.7%)略高于玉米的(6.0%和10.0%);污灌葉菜類蔬菜(除菜花)主要存在Zn、Ni、Pb、Cd和Hg的超標,其中菠菜Pb和Cd的超標樣本比例高達50%以上,而白菜、油菜、香菜和韭菜的超標樣本比例主要集中在10%-30%之間;根菜類蔬菜主要存在Zn、Ni、Pb和Cd的超標,除大蔥外,其它根菜類的超標比例均較高,其中芥菜和白蘿卜的Pb超標比例均達100%,這主要與農(nóng)作物對重金屬的富集能力密切相關。 污灌農(nóng)作物健康風險評價結果顯示,除芥菜Pb和玉米Ni的單一重金屬健康風險指數(shù)(HRI)接近1外,其它農(nóng)作物的HRI均小于1。但是,玉米、芥菜、菠菜、白蘿卜、香菜和油菜可食部分所有重金屬的綜合健康風險指數(shù)THQ1,表明這些污灌作物具有較高的健康風險,尤其是對兒童。 結合污灌農(nóng)作物可食部分重金屬含量與土壤重金屬形態(tài)間的相關性和食品衛(wèi)生標準中重金屬含量的最大允許量獲得,種植糧食和蔬菜作物的污灌土壤重金屬Pb、Zn、Cd、Cr的交換態(tài)臨界含量分別為4.47 mg kg~(-1)、10.99 mg kg~(-1)、0.27 mg kg~(-1)、42.38 mg kg~(-1)和8.45 mg kg~(-1)、16.38 mg kg~(-1)、0.15 mg kg~(-1)、52.97 mg kg~(-1);種植糧食作物的污灌土壤重金屬Pb和Cr的碳酸鹽態(tài)臨界含量分別為1.75 mg kg~(-1)和8.83 mg kg~(-1),種植蔬菜作物的污灌土壤重金屬Zn的碳酸鹽態(tài)臨界含量分別為42.37 mg kg~(-1);種植糧食作物的污灌土壤重金屬Zn和Cr的鐵錳氧化態(tài)臨界含量分別為67.08 mg kg~(-1)和14.29 mg kg~(-1),種植蔬菜作物的污灌土壤重金屬Cr的鐵錳氧化態(tài)臨界含量為31.19 mg kg~(-1)。 (4)采用Box-Cox轉化法對污灌土壤養(yǎng)分化學、酶學和有效態(tài)重金屬指標進行正態(tài)性檢驗及其轉化后,基于主成分分析法(PCA)的污灌土壤質量綜合分析評價顯示,衡水區(qū)域的污灌土壤綜合質量最優(yōu),石家莊區(qū)域的最差,保定和滄州的位列中等,且不同區(qū)域間存在顯著差異(P0.05)。 由此可見,受人類生產(chǎn)活動影響的重金屬Cd、Pb、Cr、Cu、Sn和Zn是降低石家莊區(qū)域污灌土壤環(huán)境質量和綜合質量的主要因子,需進行重金屬污染土壤的修復或種植低富集的農(nóng)作物(如棉花、菜花和大蔥),提高其環(huán)境質量,避免農(nóng)作物安全品質污染事故的發(fā)生;對于其它污灌區(qū)域,特別是衡水地區(qū)應注重土壤肥力質量的改善措施與良性種植模式的運用,同時建立長期的、動態(tài)的污灌土壤質量定位監(jiān)測機制,減輕對人體健康的危害,逐步實現(xiàn)污灌土壤的可持續(xù)發(fā)展。
【學位授予單位】：河北農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2012
【分類號】：X53
【圖文】：

面積已達到360萬hm2，遍布131個省市（圖1-1），尤其是嚴重缺水的北方，污水已成為農(nóng)業(yè)灌溉用水的一個主要水源。在工業(yè)用水和城市生活用水不斷增加的同時，污水排放量也在不斷增加。根據(jù)我國現(xiàn)階段國情和經(jīng)濟實力可以預見，在全國水資源日益匱缺、污水排放量和農(nóng)業(yè)灌溉需水量增加的情況下，再加上農(nóng)民生計及對農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量的剛性需求，污水灌溉將有增無減，污水水質超標問題也很難得到徹底有效地解決[15]。圖1-1 我國污水灌溉農(nóng)業(yè)的區(qū)域及其面積分布（引至方玉東, 2011[14]）Fig.1-1 Distribution and area of sewage-irrigated soils in China(from Fang Y D, 2011[14])污灌面積 Sewage-irrigated area/ hm2>50 00030 000-50 00020 000-30 00010 000-20 0005 000- 10 000<5 000未統(tǒng)計

康測試系統(tǒng)輸出的健康評價結果可以直接為采取物理、化學和生物學的田間管理措施提供參考，便于從整體上把握土壤健康現(xiàn)狀（圖1-1）。圖1-2 土壤健康的結構框架圖(引至VRO[36])Fig.1-2 A schematic diagram showing how soil health is the balance of inherent soil properties,uncontrollable environmental conditions, and management practices(from VRO[36])時間 TimeT0壤質量土oilSqalituy退化 Degrading維持 Sustaining提高 Aggrading圖1-3 土壤質量的時間變化趨勢 (引至 Seybold et al. 1998[23]).Fig.1-3 Conceptual changes in temporal soil quality indicating degradation, maintenance, or improvement

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

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本文編號：2727065