农业土壤重金属污染调控与农业面源污染定量评估研究

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Cu、Zn、Pb、Cd是土壤中对环境危害较大的几种典型重金属污染物。其污染危害水平和控制长期以来一直是环境科学关注的热点问题之一。本论文调查了南京市主要蔬菜基地八卦洲常见蔬菜和土壤中重金属含量,对其污染现状进行评价。选择石灰和硅肥作为调控剂,分别选用不同的剂量对野外试验田进行处理。研究不同调控剂及不同剂量对土壤中重金属形态的影响。在现场调查和收集农业环境数据的基础上,应用已建立的农业非点源污染发生潜力的评价系统,研究了宜兴市大浦镇19个行政村的非点源污染的负荷情况。本论文的主要结果归纳如下: 1)选取了南京市蔬菜集中地代表性土壤样品以及植物样品,测定了其中Gu、Zn、Pb和Cd四种重金属的含量。采用土壤环境质量二级标准对该地区土壤重金属污染现状进行评价,利用食品卫生质量标准对该地区主要蔬菜作物的重金属污染现状进行评价。结果表明:八卦洲地区农业土壤中Pb含量在13.5~29.2mg/kg之间,均值20.2mg/kg,均不超标;Cu含量在31.8~60.0mg/kg之间,均值50.4mg/kg,个别点超标,最大超标倍数在20%以下:Zn情况稍严重,含量在124~407mg/kg之间,均值225mg/kg,最大超标倍数50%;Cd污染最严重,含量在0.33~0.97mg/kg之间,均值0.48mg/kg,超标率超过50%,最大超标倍数60%。除个别采样点外,其它样点均出现了不同程度的污染。由此可见,镉元素是八卦洲农业土壤主要重金属污染物。 2)采用欧共标准局推荐的连续三态提取方法(BCR)对土壤重金属Cd的赋存形态进行了研究,发现八卦洲土壤中Cd以B1态(水溶态、交换态及碳酸盐结合态)和B2态(铁锰氧化物结合态)为主,两者之和占总量的60%以上,B3态(有机物及硫化物结合态)较少,占10~20%,三态总和平均超过了80%。进一步的分析表明:pH<7.0时,B1态多于B2,且两种形态之和大于65%:pH>7.0时,B1态少于B2,且两形态之和小于65%,表明pH是重要影响因素。三态提取中B1态含量与植物吸收的相关性达到0.788,表明其是影响Cd生物可利用性的主要因素。另外实验还采用了混合有机酸(10mmol/L,pH2.5)和CaCl<,2>(0.01mol/L,pH7.0)溶液对土壤镉进行了单一提取,发现混合有机酸和CaCl<,2>提取的镉均能较好的反映土壤镉的生物可利用性,可作为评价重金属镉生物可利用性的参考提取剂。 3)通过在所选取的野外试验基地中添加调控剂和不同剂量的方式,观察其对土壤中重金属的形态的影响。结果表明:与没有施加任何土壤调控剂的土块相比,添加了适量石灰和硅肥的土壤中Pb、Cd生物可利用性得到了降低。表现为添加了土壤调控剂的土块中种植的芦蒿的茎、叶中重金属Pb、Cd的含量均明显低于未添加调控剂的土块中种植的芦蒿。且与硅肥相比,石灰降低土壤中重金属生物有效性的作用更加显著。不同添加水平的石灰和硅肥对土壤中重金属的生物可利用和植物中重金属的含量产生了不同程度的影响。随着调控剂的添加比例(0.05%、0.1%、0.5%)的增加,芦蒿中重金属的含量也随之降低。出现这种现象的原因一方面是土壤调控剂的添加改变了植物根际环境的pH,还可能与调控剂改变了土壤有机质、土壤粒度分布等多种因素对污染物传输过程的影响有关。 4)在现场调查和收集农业环境数据的基础上,应用已建立的农业非点源污染发生潜力的评价系统,研究了宜兴市大浦镇19个行政村的非点源污染的负荷情况。结果表明:方钱村、浦北村以及大浦村非点源污染指数(APPI)为所有行政村的前三位,初步判定其为非点源污染优先控制区。大浦镇非点源污染负荷及分配情况分别为:农田氮磷排放总量约为198.3吨/年,家禽氮磷排放总量约为35.6吨/年,居民氮磷排放总量约为102.8吨/年,总排放量约为336.7吨/年。
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