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土壤和水稻镉污染调查及土壤镉安全阈值论证

戴碧川  
【摘要】:我国现行《土壤环境质量标准》(GB15618-1995)中镉(Cd)元素标准值公布20多年来一直有很多争议,因此有必要对其进行合理性论证,有助于为保护土壤环境质量、控制农作物中Cd的浓度提供依据。通过分析土壤中Cd的浓度和水稻中Cd的浓度来研究Cd在土壤-水稻系统中的迁移积累规律,对未来修复土壤Cd污染,降低水稻中Cd和其他有关重金属的污染程度具有重要的指导意义。本研究选择了我国主要粮食作物水稻为研究对象。前期对全国范围内Cd污染严重的地区的土壤和水稻进行了调查分析;后期研究通过水稻盆栽实验,选用全国Cd污染相对较小地区的8份水稻土,添加一系列浓度的外源Cd,研究土壤和水稻之间Cd污染的相关性并对土壤Cd阈值进行了合理性的论证。以下是本文的主要研究结论:(1)对调查的结果进行统计分析,结果表明,82%的土壤样品Cd浓度超过了《土壤环境质量标准》中镉的二级标准(0.3mg/kg,pH7.5;0.6mg/kg,pH7.5),59%的点对点水稻样品Cd浓度超过了国家食品安全标准(0.2 mg/kg)。这是因为在前期采样点的选择是根据全国范围内Cd污染相对严重的地区进行选择的,导致了最终测得的土壤和水稻的整体Cd浓度超标率过高。研究还发现土壤的本底Cd浓度与稻米中的Cd浓度和土壤pH值之间存在一定的相关性(R2=0.13,p0.01)。但是由于水稻的品种、土壤的类型和生长的自然环境有很大差异,相关系数较低,不能很好地解释稻米Cd含量的差异。另外,土壤中Zn与Pb的相关性显著(r=0.85,p0.01),说明这两种重金属可能同时污染土壤。以省份调查统计超标情况,湖南省(n=55)的土壤超标率为89%,稻米超标率为71%;广东省(n=84)土壤超标率为74%,稻米超标率为67%;广西省(n=88)土壤超标率为89%,稻米超标率为53%,之所以这些地区样品超标率高,与样品大部分采自Cd污染土壤有关。这种现状也与现行的土壤环境质量标准中Cd的标准值制定相对严格有关,所以需要通过一系列论证来对其修改与完善。(2)水稻盆栽实验的结果表明,土壤Cd浓度的升高,相应水稻(籽粒和秸秆)的Cd浓度升高,并且秸秆Cd浓度远远大于籽粒中Cd浓度,两者相差4~6倍。可用Cubic,Sigmoid和Logarithm方程对稻米和土壤Cd浓度的关系进行拟合,R2全部大于0.9,p值都小于0.01或0.05。通过对拟合方程的计算推算出,在保证稻米Cd浓度低于或等于国家安全标准0.2 mg/kg的前提下,八种水稻土的Cd安全阈值。从大到小依次是:宁波水稻土(4.37 mg/kg)湘乡水稻土(4.11 mg/kg)河池红壤(2.24 mg/kg)都江堰水稻土(1.29 mg/kg)宜昌水稻土(1.06 mg/kg)合肥水稻土(0.91 mg/kg)泉州水稻土(0.72 mg/kg)盱眙黄棕壤(0.70 mg/kg),不同地区的土壤Cd的安全阈值差异很大。分析土壤性质后发现,土壤pH和土壤粘粒这两个因素相结合后与土壤安全阈值有显著的线性相关性(R2=0.89,p0.05)。这些数据能够为今后因地制宜开展土壤Cd污染修复工作提供合理的依据。


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