宝鸡某冶炼厂周边农田土壤重金属污染状况及形态研究

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本文以宝鸡某冶炼厂周围农田土壤研究对象,分析该地区表层土壤及生长于其上小麦中Pb、Cd、Hg污染及富集状况,利用BCR法、Tessier法两种顺序浸提方法对土壤重金属进行形态分析;结合克里金插值法对重金属总量及形态空间分布特征进行了研究;并采用M3、DTPA、EDTA、CaCl2、NH4OAc、H2O六种直接浸提方法对土壤重金属有效态进行提取,结合植物吸收确定该地区重金属的最适浸提方法及各元素最适方法;最后分析土壤理化性质对重金属总量、形态及小麦体内重金属的影响。本文首次系统的研究了Cd、Pb、Hg元素多种浸提方法比较,目的在于为石灰性土壤中重金属的有效态判断找到一种有效的方法。研究得到的主要结果如下:(1)研究区域土壤pH值在8.52左右,有机质、容重、CEC、CaCO3含量均值分别为14.71g/kg、1.25g/cm3、24.04cmol/kg和122.19g/kg;砂粒、粉砂粒、粘粒分别占5.84%、85.57%和8.59%,属于石灰性粉砂壤土。各项理化指标变异系数均较小(砂粒除外),没有表现出空间差异性。(2)土壤中重金属总量的结果显示,冶炼厂周围农田土壤Pb、Cd、Hg含量均值分别为55.17mg/kg、1.99mg/kg和86.0μg/kg,其中Pb含量超过陕西省土壤背景值,Cd超过国家土壤环境质量二级标准,Hg含量未超过陕西省土壤背景值。空间插值结果显示,冶炼厂周围农田土壤重金属Pb含量的空间变异趋势是东南部含量较高,向西北含量逐渐减少;Cd含量空间变化趋势是中部和西北部含量较高,由西向东逐渐减少;Hg含量分布比较均匀,变化规律不明显。(3)结合聚类分析和方差分析结果可知,农田土壤Pb主要来源于冶炼厂排放烟尘;Cd可能为冶炼厂、燃煤电厂及农田施肥共同污染;Hg含量主要来源于土壤自然风化。潜在生态风险指数法评价结果显示,研究区土壤潜在生态风险整体属于轻生态危害,主要生态威胁来源于Cd,潜在生态危害由大到小顺序为:Cd> Hg>Pb。(4)研究区域小麦全苗Pb、Cd、Hg均值分别为73.08mg/kg、0.76mg/kg和182.47μg/kg;小麦对土壤Pb、Cd、Hg富集能力顺序为Hg>Pb>Cd。(5)顺序浸提形态分析结果显示:BCR法提取的Pb以残渣态占主要优势,其他依次为有机硫结合态、铁锰氧化态和可交换态;Cd形态以可交换态和残渣态为主,其次为有机硫结合态和铁锰氧化态。Tessier法提取的Pb以残渣态和铁锰氧化态为主,碳酸盐结合态、有机硫结合态和水溶态其次;Cd以残渣态占绝对优势,其它依次为:水溶态、铁锰氧化态、有机硫结合态和碳酸盐结合态。小麦对土壤Pb和Cd的吸收以可交换态、碳酸盐结合态和铁锰氧化态为主。(6)顺序浸提形态空间插值结果显示,Pb中BCR法可交换态和Tessier法水溶态与土壤Pb总量分布差异大,两种方法铁锰氧化态、有机硫结合态、残渣态和碳酸盐结合态均与总量分布一致。对于Cd,BCR法中有机硫结合态与土壤Cd总量差异较大,铁锰氧化态、残渣态和可交换态与总量分布基本一致;Tessier法中除残渣态外,铁锰氧化态、水溶态、碳酸盐结合态和有机硫结合态均与总量分布有较大差异。(7)结合小麦体内重金属含量,对DTPA、M3、CaCl2、EDTA-2Na、NH4OAc、H2O六种浸提方法进行比较,对研究区域Pb、Cd有效态均有较好的浸提效果是M3、EDTA-2Na和DTPA三种方法;六种方法均不适合Hg有效态的提取。(8)土壤重金属总量、BCR顺序浸提形态、直接浸提形态及小麦中重金属含量与土壤理化性质的相关性结果显示,土壤理化性质对土壤及小麦中重金属含量影响均较小,pH是影响Cd有机硫结合态的主要因素,土壤粘粒是影响Cd可交换态的主要因素,土壤CEC是影响NH4OAc法提取的Pb有效态、NH4OAc法与H2O法提取的Hg有效态的主要因素。
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