【摘要】：農(nóng)田土壤中的重金屬污染物不僅干擾作物正常生長發(fā)育,影響糧食品質(zhì),導(dǎo)致作物減產(chǎn),而且可通過食物鏈途徑到達(dá)人體并在靶器官內(nèi)蓄積,最終嚴(yán)重威脅機(jī)體健康。近年來,我國政府及民眾對環(huán)保問題越來越重視,對治污工作的投資力度越來越大。2015年7月,國家財政部和環(huán)保部聯(lián)合發(fā)文,宣布擇優(yōu)支持全國范圍內(nèi)30個區(qū)域的重金屬污染治理工作,其中甘肅省白銀市因其嚴(yán)峻的污染形勢而位列重點(diǎn)治理區(qū)域之首。本研究在調(diào)查甘肅白銀東大溝流域農(nóng)業(yè)區(qū)土壤重金屬Cd、Cu、Pb、Zn、Cr、Ni、Mn污染現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,繪制了這些土壤重金屬元素的空間分布圖,分析了土地利用類型對土壤重金屬水平的影響,并對其污染源進(jìn)行了深入的探究。通過檢測該地區(qū)土壤重金屬的生物可利用性和作物籽粒重金屬的生物可給性,利用線性回歸分析闡釋了重金屬元素在土壤-作物-人體系統(tǒng)中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律,并評估了作物籽粒重金屬通過飲食暴露途徑對當(dāng)?shù)爻赡昴行跃用窨赡茉斐傻慕】碉L(fēng)險。通過上述研究,得到的主要結(jié)果如下:1、白銀東大溝流域農(nóng)業(yè)區(qū)土壤中最主要的重金屬污染元素為Cd,其濃度遠(yuǎn)超當(dāng)?shù)赝寥辣尘爸狄约皣彝寥拉h(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB15618-1995中規(guī)定的安全閾值;此外,土壤中Cu、Pb、Zn三種元素的濃分別高于各自背景值,但并未超過相關(guān)安全閾值;而Cr、Ni、Mn三種元素的濃度則并不明顯高于各自背景值。2、隨著與東大溝河道距離的增加,該地區(qū)農(nóng)田土壤中重金屬Cd、Cu、Pb、Zn的水平逐漸降低。土地利用類型對土壤重金屬水平有著明顯的影響——農(nóng)田土壤重金屬濃度顯著高于非農(nóng)田土壤的(p0.05),表明長期農(nóng)業(yè)活動可使農(nóng)田土壤中重金屬水平提升。3、白銀東大溝流域農(nóng)田土壤中重金屬Cd、Cu、Pb、Zn的首要污染源為東大溝污水。隨著環(huán)保意識的加強(qiáng)和治污工作的開展,該地區(qū)利用東大溝污水灌溉的模式已被廢除,引黃灌溉成為農(nóng)田土壤中重金屬污染物的主要來源,其次為農(nóng)化產(chǎn)品的施用。此外,大氣沉降對當(dāng)?shù)赝寥乐蠧d和Zn的積累也有一定的貢獻(xiàn)。4、白銀東大溝流域內(nèi),東大溝上游靠近工業(yè)區(qū)的春小麥農(nóng)田系統(tǒng)受重金屬污染的程度顯著高于東大溝中下游的玉米農(nóng)田系統(tǒng)和水稻農(nóng)田系統(tǒng)(p0.05)。該地區(qū)土壤重金屬污染程度越重,其生物可利用性就越高;作物籽粒重金屬污染程度越重,其生物可給性也越高。5、白銀東大溝流域農(nóng)田土壤中Cd、Cu、Pb、Zn四種元素的生物可利用性及其總量之間具有顯著正相關(guān)性(p0.001)。DTPA(Diethylenetriaminepentacetic acid)提取態(tài)Cu、CH3COOH提取態(tài)Cd和Pb,以及HCl提取態(tài)Zn和Ni分別是預(yù)測各元素被作物籽粒富集程度的最佳指標(biāo)(R2=0.549-0.971,p0.001)。6、RIVM(Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieu)體外模擬消化實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn),白銀東大溝流域作物籽粒中重金屬生物可給性濃度相對較低。Cd、Cu、Zn、Ni四種元素的生物可給性含量及其總量之間具有顯著正相關(guān)性(R2=0.518-0.666,p0.001),可根據(jù)其總量推測出重金屬元素通過食物鏈途徑在當(dāng)?shù)鼐用耋w內(nèi)的暴露水平。7、利用籽粒重金屬生物可給性濃度進(jìn)行健康風(fēng)險評價發(fā)現(xiàn),長期食用當(dāng)?shù)爻霎a(chǎn)的春小麥和水稻可能會對機(jī)體產(chǎn)生不良健康效應(yīng),尤其應(yīng)當(dāng)重視春小麥籽粒中的Pb和Cd元素。綜上所述,本研究調(diào)查了甘肅白銀東大溝流域土壤中幾種主要重金屬元素的污染現(xiàn)狀,揭示了它們在土壤中的空間分布及污染來源,為當(dāng)?shù)卣槍π缘亻_展土壤重金屬污染防治工作提供了可靠的依據(jù)。本研究闡述了重金屬元素在土壤-作物-人體系統(tǒng)中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律,證實線性回歸分析法可用來預(yù)測土壤重金屬污染物經(jīng)作物籽粒進(jìn)入人體內(nèi)的含量。以上研究結(jié)果對指導(dǎo)當(dāng)?shù)丶Z食的安全生產(chǎn),保護(hù)居民身體健康具有重要參考價值。
【圖文】：

蘭州大學(xué)博士研究生學(xué)位論文 甘肅白銀東大溝流域農(nóng)田土壤重金屬污染現(xiàn)狀及其在土壤-作物-人體系統(tǒng)中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律甘肅白銀東大溝流域土質(zhì)為灰鈣土（Nan and Zhao, 2000），屬于干旱半干旱氣候，年均氣溫約 6-9 °C，年均降水量約 180-450 mm（Cao et al., 2016）。近年來，受惠于引黃灌溉的便利條件，該地區(qū)逐漸發(fā)展為當(dāng)?shù)刈钪匾霓r(nóng)業(yè)區(qū)之一，為當(dāng)?shù)匕傩占爸苓叧擎?zhèn)居民（包括靖遠(yuǎn)縣、白銀市和蘭州市等地）提供了充足的蔬菜和糧食資源。該流域內(nèi)種植的主要糧食作物包括玉米、春小麥和水稻，常見的蔬菜作物包括蘿卜、青菜、生菜、大白菜、西紅柿、西葫蘆、辣椒和茄子等。監(jiān)測表明，白銀市東大溝兩側(cè)耕地土壤重金屬嚴(yán)重超標(biāo)，受污土壤約 7870 畝，污染深度為 0-60 cm，，東大溝水質(zhì)偏酸，重金屬超標(biāo)明顯，不適于直接灌溉農(nóng)田。該流域內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)脆弱，糧食安全和人畜健康受到嚴(yán)重威脅。

蘭州大學(xué)博士研究生學(xué)位論文 甘肅白銀東大溝流域農(nóng)田土壤重金屬污染現(xiàn)狀及其在土壤-作物-人體系統(tǒng)中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律第三章 實驗結(jié)果與討論3.1 白銀東大溝流域農(nóng)業(yè)區(qū)土壤重金屬的空間分布3.1.1 實驗設(shè)計及土壤基本理化性質(zhì)為了準(zhǔn)確布置采樣位點(diǎn)以便繪制白銀東大溝流域農(nóng)業(yè)區(qū)土壤重金屬（Cd、Cu、Pb、Zn、Cr、Ni、Mn）的空間分布圖，本實驗利用 Google Earth 網(wǎng)站截取該研究區(qū)域平面圖（圖 3.1），隨后在該平面圖上以約 1 km ×0.8 km 的網(wǎng)格等間距布置采樣位點(diǎn)（共 48 個），換算出各位點(diǎn)的經(jīng)緯坐標(biāo)。2013 年 12 月的采樣中，根據(jù)上述所獲的經(jīng)緯坐標(biāo)，利用便攜式 GPS 儀指示準(zhǔn)確到達(dá)各位點(diǎn)，采取足量表層土壤樣品（地表下 0-20 cm 深），并記錄各樣點(diǎn)土壤類型。
【學(xué)位授予單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：X53;X50

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本文編號：2517548