收藏本站
《兰州大学》 2009年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

干旱区典型土壤—植物系统中主要重金属行为过程及风险性研究

刘晓文  
【摘要】: 土壤-植物系统重金属行为过程和风险的研究对于阻断重金属污染物进入食物链,防止对人体健康造成损害,促进土地资源的保护与可持续发展具有重要的意义;同时也为重金属污染土壤的修复和管理提供技术支撑。本文使用野外调查、野外淋滤试验、盆栽试验、室内淋滤试验、室内样品测试分析等方法以河西绿洲为例研究了干旱区典型土壤-植物系统中主要重金属行为过程及风险性,包括表层土壤重金属的空间变异规律、土壤重金属的纵向迁移机理、土壤重金属生物有效性以及潜在风险性。主要结论有: (1)金昌市表层土壤中Zn、Ni、Cu、Pb、Cd五种重金属元素的平均含量均超过了甘肃土壤背景值,其中Ni的平均含量还超过了国家土壤环境质量二级标准,Cu的平均含量甚至超过了国家土壤三级标准。不同土地类型下Zn含量的比较为林地>农田>居民区及公园>公路绿化带>戈壁;不同土地类型下Ni含量的比较为林地>居民区及公园>公路绿化带>农田>戈壁;不同土地类型下Pb含量的比较为农田>居民区及公园>公路绿化带>林地>戈壁;不同土地类型下Cu含量的比较为林地>公路绿化带>居民区及公园>农田>戈壁;不同土地类型下Cd含量的比较为林地>居民区及公园>公路绿化带>农田>戈壁。对于这五种元素来说,土地类型对土壤中重金属含量的影响程度为:Pb>Zn>Cd>Cu>Ni。 (2)金昌市表层土壤中的Zn、Pb和Cd三种元的单因子污染均处于一级即清洁水平。相比之下,Ni和Cu的污染比较严重,其中,这五种土地类型土壤中的Ni均达到了四级即重度污染水平;公路绿化带、居民区及公园和林地土壤中的Cu均达到了四级即重度污染水平,戈壁和农田中的污染等级略低,均处于二级即轻度污染水平。五种土地类型下,Zn、Ni、Pb、Cu、Cd的内梅罗综合污染指数均为:Ni>Cu>Cd>Zn>Pb。地积累指数的结果表明,金昌市土壤中Zn和Pb的整体水平处于无污染程度,Cd处于轻度-中等污染程度,Ni处于中等污染程度,Cu的污染最为严重,处于中等-强污染程度。不同土地类型下土壤中重金属污染频率的结果显示,Pb不存在严重污染的情况,Zn和Cd严重污染的地区相对比较少,主要分布在农田和林地中;严重污染情况比较突出的Cu和Ni的不同土地类型比较为:Cu:公路绿化带>居民区及公园>林地>农田>戈壁;Ni:居民区及公园>林地>公路绿化带>农田>戈壁。地积累污染指数的空间分布结果跟各重金属污染浓度的分布结果一致。从分布范围上来看,Cu>Ni>Cd,Zn和Pb的污染范围均相对较小,并且Pb的污染水平也比较低。 (3)金昌市农田土壤中重金属元素活化率中以Cu的活化率最高,虽然Cd的总量比较低,但其活化率却仅次于Cu,这两种元素的生物危害相性相对较大,研究区土壤中Zn、Pb的活化率相对较低,对作物的危害较小。Ni的活化率也不高,但由于其总量比较高,所以也存在一定程度的生物危害性。因子分析的结果为,研究区表层农田土壤中的Cu和Ni主要来源于工矿业活动;Zn、Cd、Pb则主要来源于农业生产活动。潜在生态风险评估则显示,接近一半的土壤样点的重金属潜在生态风险等级达到了中度及以上水平;从潜在生态危害单项系数来看,Cd>Cu>Ni>Pb>Zn,其中,Cu、Ni和Cd存在不同程度的潜在生态危害,Pb、Zn这两种元素的潜在生态风险则均处于低危害水平。有效态重金属Zn、Ni、Cu、Pb、Cd的含量均在白家咀和马家崖子附近存在高值区,并且Cu和Ni的EDTA提取态浓度值在东湾附近也比较高。此外,在中牌八队附近,EDTA提取态Cd的浓度值也偏高。寄予农产品质量安全的重要性,当地在进行粮食生产的同时,应增强农田土壤的安全性,严格控制土壤污染物,推行标准化农业生产。对于生态风险比较高的农田,应对其进行限制生产,并采取一定的措施进行修复。 (4)野外淋滤试验和室内柱状实验中重金属的剖面分布特征相似,基本表现为外源重金属Cu、Zn、Pb、Cd进入土壤后,主要在表层10cm土层中富集,体现了重金属的表聚性;外源重金属进入土壤后,迁移距离短,试验时期内,迁移距离为15-20cm,自然剖面中迁移距离为45cm,外源重金属进入土壤后,虽然能在土壤中富集,但其土壤中富集的深度影响有限,目前未对地下水构成风险。野外调查所采集的耕作土壤剖面重金属变异规律研究中发现:Cu、Ni的表层富集现象明显,剖面各层Cu、Zn、Ni的总量分布差异较大。其中元素Cu和Ni分布规律相似,其浓度表现为表层至下先递减后稳定,同时这两中元素在各剖面中的迁移距离相当,基本在45cm附近,土壤剖面Zn的总量分布没有明显的规律性。受人类活动影响较大的五个剖面土壤的表层、亚表层中Cu含量和表层、亚表层以及心土层中的Ni含量基本超过中国环境质量二级标准,研究区域部分耕作土壤不再适合农作物生长,建议进行土壤修复。 (5)外源重金属的加入,改变了重金属在土壤中的赋存形态,Cu、Zn、Pb主要表现为在表层0-10cm土层中碳酸盐态Cu,碳酸盐态Zn和铁锰氧化态Zn,碳酸盐态Pb所占比例较对照剖面明显增加。而元素Cd表现为剖面各土层中可交换态Cd含量均明显增加。虽然各元素含量分布特征受外源重金属的添加浓度和灌溉水pH影响不突出,但各元素的具体形态分布却在一定程度上受到影响。总体表现为Cd和Zn易受灌溉水pH值的影响,其中Cd影响最为明显。元素Cu和Pb易受外源添加量的影响。野外调查所采集的耕作土壤剖面中Cu主要以有机态和残渣态存在;Zn以参渣态为主要赋存形态;Ni主要以铁-锰氧化态和残渣态存在,三种元素的可交换态含量最少,不足1%。受外源Cu、Ni的影响,在土壤剖面中Cu和Ni有明显的形态变化层位,且该层位与它们在剖面中的迁移距离基本一致。0-45cm基本表现为有机态Cu>残渣态Cu>铁-锰氧化态Cu、碳酸盐态Cu>可交换态Cu;Ni的铁-锰氧化态>有机态、残渣态、碳酸盐态>可交换态。45cm后的各层中Cu、Ni主要以残渣态存在。Zn在所有土层中均以残渣态为主要赋存形态。金昌城郊耕作土壤中Cu、Ni主要受人为活动影响,Zn主要来源于母岩成土过程。人为活动增加了土壤中Cu、Ni的含量,增大了Cu、Ni的潜在生物效应。 (6)元素Cu、Ni易于在金昌市种植的小麦根部蓄积,元素Zn易于在小麦籽粒中积累。Cu、Ni、Zn三种元素在小麦体内的迁移能力为:Zn>Cu>Ni。金昌市野外调查的小麦籽粒中Cu的平均含量为9.37mg/kg,最大含量为11.64mg/kg,其中有部分样品超过国家食物卫生标准,超标率为18.18%;Zn在籽粒中的平均含量为31.39mg/kg,最大含量为43.25mg/kg,所有样品均未超过国家食物卫生标准;小麦籽粒中Ni的平均含量为3.57mg/Kg,最大含量为5.5mg/kg,以人造奶油卫生标准的1.0mg/Kg作为参考值,研究中的所有小麦样品籽粒中Ni浓度均远高于该标准值,可见研究区域的小麦籽粒中Ni超标突出,造成通过饮食方式造成的健康风险较大,应对所研究的区域进行重金属污染的土壤进行修复或改变种植方式。 (7)盆栽试验研究发现油菜的地上部、根部分别对Cd、Pb有较另外部分强的累积能力,油菜各部分对Zn的累积能力向差不多;芹菜的根部对Cd、Zn、Pb具有较地上部分更强的累积能力;胡萝卜地上部分对Cd的累积能力较根部略强,Zn、Pb均为低添加浓度下在胡萝卜地上部的累积能力较根部强,而在较高剂量的添加浓度下根部的累积能力略高于地上部分。从不同蔬菜相同部位的对比分析可知,三种蔬菜中胡萝卜对Cd、Zn、Pb的累积能力最差,芹菜的根部和油菜的地上部分累积能力相对比较强。 种植三种蔬菜后土壤中Cd、Zn、Pb各形态的变化各不相同。油菜原状土壤中Cd主要以残渣态和碳酸盐结合态的形式存在,油菜试验土壤中的Cd则以碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态为主要的存在形式:芹菜原状土壤中Cd主要以铁锰氧化物结合态和碳酸盐结合态形式存在,芹菜试验土壤中的Cd则主要以碳酸盐结合态和可交换态的形式存在;胡萝卜原状土壤中Cd的主要存在形态为残渣态,在低Cd添加浓度下的胡萝卜试验土壤中,残渣态仍是主要的存在形态,但随着外源Cd添加量的增加,残渣态的比例大幅度降低,可交换态和碳酸盐结合态成为主要的存在形式。油菜原状土壤中Zn主要以残渣态的形式存在,油菜试验土壤中的Zn则以铁锰氧化物结合态和碳酸盐结合态为主要的存在形式;芹菜原状土壤中Zn主要以残渣态形式存在,芹菜试验土壤中的Zn则主要以铁锰氧化物结合态和碳酸盐结合态的形式存在;胡萝卜原状土壤中Zn的主要存在形态为残渣态,胡萝卜试验土壤中的Zn除铁锰氧化物结合态的含量比较高以外,残渣态的含量相对其他形态也比较高。油菜原状土壤中Pb主要以残渣态形式存在,油菜试验土壤中的Pb则以碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态为主要的存在形式;芹菜原状土壤中Pb主要以残渣态和铁锰氧化物结合态形式存在,芹菜试验土壤中的Pb主要以碳酸盐结合态和和铁锰氧化物结合态的形式存在;胡萝卜原状土壤中Pb的主要存在形态为残渣态,在胡萝卜试验土壤中以碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态为主要的存在形式。 从生物有效性的角度出发,对土壤中各元素形态与蔬菜中重金属含量之间的相关分析可知,土壤中Cd的可交换态均为三种蔬菜的有效态,土壤中Zn的可交换态和碳酸盐结合态均为油菜和芹菜的有效态,Zn的碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态则为胡萝卜的有效态,对油菜吸收有效的Pb形态为土壤中的可交换态和碳酸盐结合态,对芹菜吸收有效的Pb有效态形式为土壤中的可交换态,对胡萝卜吸收Pb有效的形态则为碳酸盐结合态。Zn和Pb在三种蔬菜中的有效态形式存在一定的差异。 对三种蔬菜富集系数的比较分析可知,芹菜对Cd、Zn、Pb的富集能力均为最强,胡萝卜对Cd和Zn的富集能力最弱,油菜对Pb的富集能力最弱:从转运系数的对比分析则可以看出,Cd、Zn、Pb在芹菜体内的迁移能力均是最弱的,在较低外源金属添加情况下,Cd和Zn均在胡萝卜中的迁移能力最强,随着添加浓度的增加,这两种元素在油菜中的迁移能力超过了在胡萝卜中的迁移能力,除对照点外,Pb在胡萝卜中的迁移能力一直为最强。
【学位授予单位】:

知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 范秀娟;蒋旭光;王飞;池涌;严建华;;染料残渣焚烧中重金属的迁移特性研究状况[J];能源工程;2007年02期
2 秦胜;;煤矿矸石山周围土壤中重金属分布研究[J];中国煤炭;2008年03期
3 侯冬岩;刘俊会;回瑞华;李红;华蕾;;洋葱中重金属分布的ICP-MS分析[J];质谱学报;2009年04期
4 马立杰;李新正;毕海波;杜廷芹;;山东黑泥湾潮间带沉积物重金属分布及其环境效应[J];海洋环境科学;2011年01期
5 迟海燕;黎荣;赵子良;董晶;;大沽排污河沉积物中重金属的分布特性研究[J];中国给水排水;2006年06期
6 张丽娟;张冬有;张思冲;张敏;叶华香;;大庆城市湿地水生生态系统重金属转移模型研究[J];北京林业大学学报;2007年S2期
7 杨程程;依艳丽;吕久俊;王延松;;辽河三角洲湿地重金属在土壤及植被中的分布特征[J];安徽农业科学;2010年20期
8 查燕,杨居荣,刘虹,何孟常,张平;污染稻麦籽实中镉和铅的分布及其存在形态[J];北京师范大学学报(自然科学版);2000年02期
9 邓秋静;吴丰昌;谢锋;;工业污染对农业土壤重金属富集的初步研究[J];贵州农业科学;2009年09期
10 张玉玺;孙继朝;向小平;荆继红;刘景涛;黄冠星;王金翠;陈玺;崔海炜;;云南阳宗海湖底沉积物重金属分布与来源[J];环境科学与技术;2010年12期
11 郭玉文;王伟;高兴保;乔玮;;垃圾焚烧飞灰颗粒的微观形态特征及能谱研究[J];燃料化学学报;2005年06期
12 李瑞琴;车宗贤;胡梅;;甘肃省名优中药材产地土壤重金属残留调查分析[J];农业环境科学学报;2006年S2期
13 张晟;黎莉莉;张勇;雷波;杨春华;;三峡水库135m水位蓄水前后水体中重金属分布变化[J];安徽农业科学;2007年11期
14 陈秀玲;张文开;李明辉;李志忠;;中国土壤重金属污染研究简述[J];云南地理环境研究;2009年06期
15 刘红磊;尹澄清;唐运平;;太湖梅梁湾岸边带底泥中重金属的形态与分布[J];中国环境科学;2010年03期
16 齐书蕾;祁士华;傅杨荣;谭凌智;张家泉;兰兰;张婉珈;;小海高位池沉积物中重金属分布与污染评价[J];环境科学与技术;2010年08期
17 范春蕾;梁振益;;不同环境条件对土壤-巴戟天系统重金属分布的影响[J];化学分析计量;2010年05期
18 祝建中,钟雄,梁好;垃圾焚烧工况对重金属分布特性的研究[J];苏州大学学报(自然科学版);2005年01期
19 李建飞;;莆田市郊区蔬菜地土壤重金属分布特征研究[J];莆田学院学报;2007年02期
20 袁红;傅瓦利;;城镇化对水体重金属分布影响及生态风险分析[J];人民长江;2009年11期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 陈伟;张小辉;祁士华;宋国强;邢新丽;谭凌智;马先锋;李爱民;;湖北省大冶市东、西港河河水中重金属分布特征[A];第六届全国环境化学大会暨环境科学仪器与分析仪器展览会摘要集[C];2011年
2 孙清斌;尹春芹;邓金锋;肖文胜;熊巧;;矿区周边农田土壤中重金属环境质量特征研究[A];2011中国环境科学学会学术年会论文集(第二卷)[C];2011年
3 谷蕾;;连霍高速不同运营路段路旁土壤重金属分布及潜在生态风险评价[A];地理学核心问题与主线——中国地理学会2011年学术年会暨中国科学院新疆生态与地理研究所建所五十年庆典论文摘要集[C];2011年
4 段雪梅;蔡焕兴;;不同城市化区域水体表层沉积物重金属污染特征[A];2009重金属污染监测、风险评价及修复技术高级研讨会论文集[C];2009年
5 张硕;卢璐;孙满昌;张虎;;海州湾海洋牧场示范区海域沉积物中重金属生态风险分析[A];2011中国环境科学学会学术年会论文集(第二卷)[C];2011年
6 时永志;;土壤重金属污染与环境地球化学评价[A];河南省地质调查与研究通报2007年卷(下册)[C];2007年
7 朱洪辉;刘雪华;赵金博;;典型污染行业及其土壤重金属污染评价——以葫芦岛市为例[A];2011中国环境科学学会学术年会论文集(第二卷)[C];2011年
8 童方平;李贵;杨勿享;石文峰;;改良剂对锑矿区土壤锑形态和生物可利用性影响的研究[A];2011中国环境科学学会学术年会论文集(第二卷)[C];2011年
9 陈宗良;李润东;李彦龙;张海军;王雷;;污泥焚烧过程重金属迁移行为的研究进展[A];2010中国环境科学学会学术年会论文集(第四卷)[C];2010年
10 张山坡;陈建;徐涵秋;;小型铁辊分离式碾米机对大米污染程度的研究[A];纪念中国农业工程学会成立30周年暨中国农业工程学会2009年学术年会(CSAE 2009)论文集[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李树辉;北方设施菜地重金属的累积特征及防控对策研究[D];中国农业科学院;2011年
2 楠定其其格;岱海与达里诺尔湖重金属的环境地球化学研究[D];内蒙古大学;2013年
3 张春荣;重金属生态地球化学特征研究[D];山东科技大学;2011年
4 储彬彬;铅锌矿区重金属的富集规律和形态研究[D];中国地质科学院;2012年
5 仝致琦;公路源重金属对路域环境的影响及其迁移规律[D];河南大学;2013年
6 王旭;广东省蔬菜重金属风险评估研究[D];华中农业大学;2012年
7 于洁;城市生活垃圾(MSW)热处理过程中重金属的迁移与分布[D];华中科技大学;2013年
8 M D M D W Mangala M Kumari Yatawara;福建省和海南省海湾有机氯农药和重金属生物与环境交换研究[D];中国地质大学;2010年
9 董霁红;矿区充填复垦土壤重金属分布规律及主要农作物污染评价[D];中国矿业大学;2008年
10 宋垠先;长江三角洲沉积物和土壤重金属生态地球化学研究[D];南京大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 乔靖华;土壤—蔬菜系统中重金属的迁移[D];西安科技大学;2011年
2 沈燕春;贵池富硒区伴生重金属及其生物效应研究[D];安徽农业大学;2011年
3 刘亚男;淋洗对滩涂土壤孔隙水化学特征及重金属作物有效性的影响[D];暨南大学;2011年
4 王志广;极地多环境介质中重金属的分布及特征研究[D];青岛科技大学;2013年
5 闫旭;西安市大气、土壤、降水中重金属的污染特征研究[D];西安建筑科技大学;2013年
6 王宁;黑河中游绿洲农田土壤—玉米系统重金属的空间分布及其行为特征研究[D];兰州大学;2014年
7 胡姝;江苏滨海潮滩沉积物中还原无机硫和重金属的形态特征[D];复旦大学;2012年
8 陈贝;公路路域农作物重金属分布规律及污染特征研究[D];长安大学;2012年
9 蹇丽;广西刁江水系重金属及形态砷的空间分异与形成机制研究[D];西北农林科技大学;2010年
10 朱崇岭;珠三角主要电子垃圾拆解地底泥、土壤中重金属的分布及源解析[D];华南理工大学;2013年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978