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《厦门大学》 2007年
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厦门市翔安区农田土壤和农作物的重金属化学行为及其影响因素的研究

黄智伟  
【摘要】: 翔安区是厦门市主要农作物生产基地。本文通过采用电热板消解法对土壤样品进行消解,并用ICP-MS测定其中重金属含量,测得金属含量范围和平均值分别为:Zn(45.520~229.080 mg/kg, 153.800 mg/kg), Pb(24.372~111.504 mg/kg, 73.258 mg/kg), Cr(6.249~134.400 mg/kg, 48.504 mg/kg), As(5.783~56.052 mg/kg, 27.092 mg/kg), Cu(4.573~46.032 mg/kg,18.399 mg/kg), Ni(1.870~5.696 mg/kg, 9.606 mg/kg), Cd(0.024~0.313 mg/kg, 0.174 mg/kg), Hg(0.002~1.261 mg/kg, 0.108 mg/kg)。元素的含量顺序为:ZnPbCrAsCuNiCdHg。在调查范围内土壤中的上述金属基本符合中国土壤环境质量一级标准,为无污染土壤。在采集的水田柱状样中,研究发现重金属富集层出现在10~15 cm,发生重金属富集最为强烈的并未出现在0~5 cm与5~10 cm的上耕层土中。农业上的深层翻土以及表层(0~10 cm)长时间的淹水或淋溶都可能致使元素流失,造成上耕层土重金属含量的降低。在25 cm以下的土层中,土壤中各重金属的含量趋于稳定。 翔安区主要农作物中,重金属Ni的含量在0.002~0.147 mg/kg之间,其平均值为0.081 mg/kg;重金属Pb的含量在0.004~0.556 mg/kg之间,其平均值为0.208 mg/kg;重金属Cr的含量在0.168~1.688 mg/kg之间,其平均值为0.742 mg/kg;重金属Cu的含量在0.169~1.428 mg/kg之间,其平均值为0.650 mg/kg;重金属Zn的含量在0.709~12.425 mg/kg之间,其平均值为6.161 mg/kg;重金属Cd的含量在0.001~0.138 mg/kg之间,其平均值为0.037 mg/kg;As和Hg的含量仅在个别蔬菜上有少量,其余均未检出。各重金属元素在作物中的含量呈现如下规律:ZnCdCrCuPbNiHgAs。对比土壤中的重金属含量得出作物的富集系数为:Ni的富集系数在0.009~0.056之间,其平均值为0.032;Pb的富集系数在0.002~0.512之间,其平均值为0.056;Cr的富集系数在0.006~2.300之间,其平均值为0.386;Cu的富集系数在0.037~0.752之间,其平均值为0.326;Zn的富集系数在0.321~1.444之间,其平均值为0.759;Cd的富集系数在0.008~10.570之间,其平均值为2.856。 翔安区地区灌溉水与降雨中各金属含量大都低于国家地表水Ⅰ类水质环境质量标准。与灌溉水相比,雨水中Cr和Ni含量低于灌溉水,降水对地表径流中这两种元素起冲稀作用。大气沉降的年均总通量:Cr为23.2 g/(hm~2·a),Ni为0.44 g/(hm~2·a),Cu为12.1 g/(hm~2·a),Zn为1076 g/(hm~2·a),Cd为1.88 g/(hm~2·a),Pb为34.2 g/(hm~2·a)。其中Zn、Cd、Cu与Ni以湿沉降输入为主,Cr与Pb则以干沉降为主。 参照连续萃取方法进行连续浸提并测定Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn的可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机态和残余态等5种形态的重金属含量。除了Pb和Cd以外,其余的重金属中残余态的含量均在30%以上。Pb和Cu的有机态含量是5种中最高的,有机态含量最少的是Cd,但也有12.1%。铁锰氧化物结合态在重金属的形态分布中占有百分比不大,仅在Cd中其占比达到36.7%,其余的重金属元素的化学形态中,其占比均小于15%。除Cd的碳酸盐结合态和可交换态分别占总Cd的9.7%和41.5%外,其余金属的碳酸盐结合态和可交换态含量所占比例都较低,均低于4%。采用Hakanson的潜在生态危害指数法对土壤重金属污染进行了潜在生态风险研究,8种重金属的潜在生态危害:CdHgAsPbCuNiCrZn。结果表明:翔安区土壤受到Cd的强污染和Hg、As的中等污染,其它重金属的潜在生态危害系数均较低,重金属的综合潜在生态危害指数为216.8,潜在生态危害中等。 本研究并对翔安区土壤肥力及其理化环境进行分析测定,翔安区农田土壤有机质含量范围为1.3459%~4.1749%,平均值为2.3994±0.59%。全氮量为(0.9420~1.1120) g/kg,平均值为0.9797 g/kg。全磷量为(0.4073~1.7879) g/kg,平均值为0.9842 g/kg。翔安区土壤肥沃土地占绝大部分。对比了pH小于6.5与pH在6.5~7.5情况下各重金属元素的总量,结果表明中性土重金属全量均高于酸性土。本次研究所采集的翔安区土壤中,砂级全部由非粘土矿物组成,而且石英占大部分,粗粒部分出现较多的长石、白云母。而细粒部分出现较多的重矿物。 本文研究的目标可为翔安区土壤中重金属的污染防治与治理提供科学依据,同时可作为评价农作物重金属的安全性,预测未来的变化趋势,为决策部门提供切实可行的防治方案,保护有限的土壤资源,提高农成品的经济价值作保证,对翔安区总体有效地开发和合理利用农业用地,具有重要的现实意义和经济效益。
【学位授予单位】:厦门大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:S154.4

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