【摘要】：土壤是人類生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ),其質(zhì)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(zhì)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(zhǎng)期污灌土壤的生態(tài)環(huán)境污染問(wèn)題日趨凸顯,并嚴(yán)重制約著我國(guó)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(duì)象,分析了反映土壤質(zhì)量的理化性質(zhì)、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(píng)價(jià)了污灌土壤的肥力質(zhì)量、環(huán)境質(zhì)量、綜合質(zhì)量以及農(nóng)作物的健康風(fēng)險(xiǎn),指出了污灌土壤現(xiàn)存的主要問(wèn)題,對(duì)于遏制污灌土壤環(huán)境質(zhì)量的下降、調(diào)控污灌土壤肥力質(zhì)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(jié)果如下: (1)河北省主要污灌土壤質(zhì)地總體上屬于壤土,其中衡水、石家莊和保定區(qū)域?qū)儆谥腥劳?滄州區(qū)域?qū)儆谥厝劳痢?duì)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(guó)第二次土壤肥力狀況普查結(jié)果和河北省土壤肥力狀況的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)可知,河北省0～20cm污灌土壤的有機(jī)質(zhì)、全鉀和速效鉀含量達(dá)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(duì)等級(jí)水平最高。0-20cm污灌土壤脲酶、過(guò)氧化氫酶、堿性磷酸酶和轉(zhuǎn)化酶活性與大部分理化性質(zhì)指標(biāo)顯著相關(guān),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(xué)法的污灌土壤肥力質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)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(zhì)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(jí)水平。 (2)河北省主要污灌土壤重金屬含量的大小順序?yàn)?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(guó)土壤環(huán)境質(zhì)量II級(jí)標(biāo)準(zhǔn)、無(wú)公害和綠色食品產(chǎn)地標(biāo)準(zhǔn)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(jié)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(dòng)的影響,而As、Fe、Mn、Co、Ti和V則主要受自然成土過(guò)程的影響。污灌土壤中的大部分重金屬元素以殘?jiān)鼞B(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(zhì)量評(píng)價(jià)及預(yù)警結(jié)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(shí),也構(gòu)成了嚴(yán)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(fēng)險(xiǎn)達(dá)很強(qiáng)程度,預(yù)警級(jí)別達(dá)中度及重度的相對(duì)比例為57.15%;保定和滄州污灌土壤的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)達(dá)較強(qiáng)程度,預(yù)警級(jí)別達(dá)中度及重度的相對(duì)比例分別為25.00%和6.67%;衡水污灌土壤的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)達(dá)中等水平,94.44%的相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)概率處于無(wú)警級(jí)別。 (3)與中國(guó)食品衛(wèi)生相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)相比,污灌糧食籽粒(除棉花)主要存在Pb和Hg的超標(biāo)問(wèn)題,且小麥超標(biāo)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(biāo),其中菠菜Pb和Cd的超標(biāo)樣本比例高達(dá)50%以上,而白菜、油菜、香菜和韭菜的超標(biāo)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(biāo),除大蔥外,其它根菜類的超標(biāo)比例均較高,其中芥菜和白蘿卜的Pb超標(biāo)比例均達(dá)100%,這主要與農(nóng)作物對(duì)重金屬的富集能力密切相關(guān)。 污灌農(nóng)作物健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果顯示,除芥菜Pb和玉米Ni的單一重金屬健康風(fēng)險(xiǎn)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(fēng)險(xiǎn)指數(shù)THQ1,表明這些污灌作物具有較高的健康風(fēng)險(xiǎn),尤其是對(duì)兒童。 結(jié)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(guān)性和食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)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(zhuǎn)化法對(duì)污灌土壤養(yǎng)分化學(xué)、酶學(xué)和有效態(tài)重金屬指標(biāo)進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn)及其轉(zhuǎn)化后,基于主成分分析法(PCA)的污灌土壤質(zhì)量綜合分析評(píng)價(jià)顯示,衡水區(qū)域的污灌土壤綜合質(zhì)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(jiàn),受人類生產(chǎn)活動(dòng)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(zhì)量和綜合質(zhì)量的主要因子,需進(jìn)行重金屬污染土壤的修復(fù)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(zhì)量,避免農(nóng)作物安全品質(zhì)污染事故的發(fā)生;對(duì)于其它污灌區(qū)域,特別是衡水地區(qū)應(yīng)注重土壤肥力質(zhì)量的改善措施與良性種植模式的運(yùn)用,同時(shí)建立長(zhǎng)期的、動(dòng)態(tài)的污灌土壤質(zhì)量定位監(jiān)測(cè)機(jī)制,減輕對(duì)人體健康的危害,逐步實(shí)現(xiàn)污灌土壤的可持續(xù)發(fā)展。
【學(xué)位授予單位】：河北農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：X53
【圖文】：

面積已達(dá)到360萬(wàn)hm2，遍布131個(gè)省市（圖1-1），尤其是嚴(yán)重缺水的北方，污水已成為農(nóng)業(yè)灌溉用水的一個(gè)主要水源。在工業(yè)用水和城市生活用水不斷增加的同時(shí)，污水排放量也在不斷增加。根據(jù)我國(guó)現(xiàn)階段國(guó)情和經(jīng)濟(jì)實(shí)力可以預(yù)見(jiàn)，在全國(guó)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(jì)及對(duì)農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量的剛性需求，污水灌溉將有增無(wú)減，污水水質(zhì)超標(biāo)問(wèn)題也很難得到徹底有效地解決[15]。圖1-1 我國(guó)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(jì)

康測(cè)試系統(tǒng)輸出的健康評(píng)價(jià)結(jié)果可以直接為采取物理、化學(xué)和生物學(xué)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(jié)構(gòu)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(shí)間 TimeT0壤質(zhì)量土oilSqalituy退化 Degrading維持 Sustaining提高 Aggrading圖1-3 土壤質(zhì)量的時(shí)間變化趨勢(shì) (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(xiàn)】

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1 于群英;土壤磷酸酶活性及其影響因素研究[J];安徽技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報(bào);2001年04期

2 張彥;張惠文;蘇振成;張成剛;;污水灌溉對(duì)土壤重金屬含量、酶活性和微生物類群分布的影響[J];安全與環(huán)境學(xué)報(bào);2006年06期

3 魯海燕;曹靖;楊鑫;徐艾詩(shī);;白銀地區(qū)污灌對(duì)農(nóng)田土壤細(xì)菌多樣性的影響[J];長(zhǎng)春理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2010年02期

4 陳靜,王學(xué)軍,陶澍,劉瑞民,張枝煥,沈偉然,秦保平,孫韌,張文具;天津污灌區(qū)耕作土壤中多環(huán)芳烴的縱向分布[J];城市環(huán)境與城市生態(tài);2003年06期

5 劉世梁,傅伯杰,陳利頂,丘君,呂一河;兩種土壤質(zhì)量變化的定量評(píng)價(jià)方法比較[J];長(zhǎng)江流域資源與環(huán)境;2003年05期

6 謝建治,劉樹慶,王立敏,高如泰,陳曉東;保定市郊土壤重金屬污染現(xiàn)狀調(diào)查及其評(píng)價(jià)[J];河北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2002年01期

7 盧鐵光,楊廣林,王立坤;基于相對(duì)土壤質(zhì)量指數(shù)法的土壤質(zhì)量變化評(píng)價(jià)與分析[J];東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2003年01期

8 欒文樓;溫小亞;崔邢濤;陳媛媛;宋澤峰;劉洪微;杜俊;李振寧;;石家莊污灌區(qū)表層土壤中重金屬環(huán)境地球化學(xué)研究[J];中國(guó)地質(zhì);2009年02期

9 崔邢濤;欒文樓;石少堅(jiān);李隨民;宋澤峰;馬忠社;;石家莊污灌區(qū)土壤元素評(píng)價(jià)[J];中國(guó)地質(zhì);2010年06期

10 王效舉,龔子同;紅壤丘陵小區(qū)域水平上不同時(shí)段土壤質(zhì)量變化的評(píng)價(jià)和分析[J];地理科學(xué);1997年02期

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2 邱莉萍;黃土高原植被恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)土壤質(zhì)量變化及調(diào)控措施[D];西北農(nóng)林科技大學(xué);2007年

3 申屠佳麗;蔬菜系統(tǒng)鎘污染的土壤化學(xué)與生物學(xué)響應(yīng)及蔬菜安全診斷[D];浙江大學(xué);2008年

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2 張俊華;渭北黃土高原植被恢復(fù)過(guò)程土壤肥力質(zhì)量研究[D];西北農(nóng)林科技大學(xué);2004年

3 張國(guó)印;河北平原土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)和方法初探[D];中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué);2005年

4 李洪良;農(nóng)田污水灌溉的風(fēng)險(xiǎn)分析研究[D];河海大學(xué);2007年

本文編號(hào)：2727065