开封市化肥河污灌区土壤-小麦系统重金属污染及其迁移

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在当前全球水资源日趋紧张的情况下,污水灌溉有着特殊的意义。尤其在我国北方干旱缺水地区,水资源缺乏已经成为影响当地经济发展和人们生活的重要限制因素。因此,污水灌溉有着其存在与发展的必要。现在,污水已经成为中国城镇近郊灌溉用水的重要水源。将污水作为灌溉用的稳定水源和丰富的肥源,合理利用,具有促进农业生产的显著的经济效益,但由于大部分污灌区的不合理使用,污水灌溉也引起了一系列环境问题。由于重金属污染物化学行为和生态效应的复杂性,以及对人类健康和社会可持续发展的严重危害性,因而污水灌溉所导致的环境问题正成为当前公众和社会关注的焦点之一。本文以开封市化肥河污灌区为例,通过大量野外工作和室内实验,获得开封市化肥河污灌区土壤—小麦系统重金属(Cd、Pb、As、Cr、Cu、Zn和Ni)含量。在此基础上,利用污染指数法,分析了开封市化肥河污灌区土壤—小麦系统重金属污染现状;在Excel2000软件的支持下,分析了开封市化肥河污灌区重金属在土壤—小麦系统中的迁移规律以及土壤—小麦系统重金属含量的相关性;在SPSS10.0软件的支持下,利用逐步回归的方法分析了小麦种子富集重金属的影响因素。全文除前言和后记外,共分为六个部分:第一部分:国内外污灌研究现状与发展趋势。作者简要地介绍了国内外污灌的历史与趋势,同时从重金属污染物在土壤中的迁移、存在形态以及土壤重金属污染的危害等方面,综述了国内外污灌区重金属污染的研究现状与趋势。第二部分:研究区域概况。作者简要介绍了开封市化肥河污灌区的自然环境、化肥河水文特征与重金属污染状况、以及污灌历史和主要污染事件。第三部分:分析样品的采集及实验方法。作者首先详细介绍了污灌区土壤和小麦分析样品的采集和制备过程,然后阐述了实验项目的理由,最后介绍了项目的实验方法。第四部分:结果与讨论。作者首先对污灌区土壤和小麦种子的污染现状展开了评价,然后分别从重金属在土壤中的分布与迁移、小麦对重金属的富集、土壤—小麦系统重金属含量的相关关系以及土壤—小麦系统重金属迁移的影响因素等方面开展了较为详细的分析。<WP=3>第五部分:污灌区土壤重金属污染的防治对策。针对研究区重金属污染情况,作者提出了控制重金属污染源、发展清洁生产和实施农业措施的防治对策。第六部分:结语。作者指出了本文存在的不足之处以及需要继续研究的内容。通过以上研究,得出的主要结论如下:(1)开封市化肥河污灌区由于长期利用污水进行灌溉,土壤已经发生明显的重金属累积,其中主要是Cd和As。Cd污染指数大于1的样点数占土壤样点总数的100%,As污染指数大于1的样点数占土壤样点总数的76.92%;Cu、Zn、Pb、Cr和Ni污染指数均小于1。底泥以Cd、Cu、Pb和As污染为主,其含量已经超出农用污泥的标准。(2)由于开封市化肥河污灌区土壤重金属的累积,已经导致重金属在小麦种子中的累积,这与大多数学者的结论一致。七种重金属元素中,Cd污染较为严重,污染指数大于1的样点数占种子样点总数的100%;Cr、Cu、Pb、As和Ni污染次之,污染指数大于1的样点数分别占种子样点总数的46.15%、38.46%、38.46%、15.38%和7.69%;Zn污染最轻,其污染指数均小于1。(3)进入土壤的重金属主要累积在土壤的表层,随着土层深度的增加,土壤中重金属含量逐渐减少。剖面1和剖面2表层中重金属的累积率序列分别为As>Pb>Ni>Cd>Cu>Zn>Cr和As>Pb>Ni>Cd>Cu>Cr>Zn,这反映了该区域土壤污染的本质特性。因此,相对其他进入土壤中的重金属而言,As在土壤表层更易累积。(4)垂直于化肥河流向,不同地点土壤重金属含量与距污染源距离(x)的相关性不尽相同,而且和污染源距离(x)呈相关关系的重金属在不同地点亦不尽相同。化肥厂北部土壤Cu含量与距污染源距离呈线性负相关关系;炼锌厂南部土壤Cd含量与距污染源距离呈线性正相关关系。沿化肥河从灌渠源头到入河口,土壤重金属含量与距污染源距离(x)的关系在No.4和No.7处形成两个明显的分界点,从采样点No.1→No.9→No.4即从化肥河源头向下,土壤Cu、Pb、Cr、Cd和Zn的含量表现出逐渐增加的趋势,土壤As和Ni的含量则表现出减少的趋势;从采样点No.12→No.13→No.8→No.7即从化肥河入河口向上,土壤Cu、Pb、Cr、Cd和As的含量表现出逐渐减少的趋势,土壤Zn和Ni的含量则表现出增加的趋势。(5)小麦对不同重金属的富集能力有所不同。麦苗和种子对土壤中同一重金属的富集能力虽有一定的差异,但趋势却是一致的。麦苗对重金属富集能力的大小顺序<WP=4>为Ni>Cd>Cu>Zn>Pb>As>Cr;种子对重金属富集能力的大小顺序为Ni>Cd>Cu>Zn>Pb>Cr>As。虽然各采样点麦苗和种子对重金属的富集能力有所差异,但就其平均富集能力而言,麦苗对重金属的富集能力均大于种子。(6)麦苗和种子中重金属含量与土壤中相应元素的含量呈复杂的曲线相关。麦苗中Zn、As和Ni的含量与土壤中相应元素含量的相关性较好,麦苗中Cu、Pb、Cr和Cd的含量与土壤中相应元素含量的相关性较差。种子中Zn、As和Pb的含量与土壤中相应元素含量表现出较好的相关性,种子中Cu、Ni、Cr和C
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