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海南岛农用地重金属污染现状调查与评价研究

李福燕  
【摘要】: 土壤是人类赖以生存的自然环境和农业生产的重要资源,世界面临的粮食、资源和环境问题与土壤密切相关,目前重金属污染成为危害土壤的主要因素。本文以土壤-植物为系统,采用生态学、地理科学、植物生态等多学科协同及野外调查-实验测试-栽培试验-综合研究等方法。开展了海南岛农用地重金属污染现状评价,重点对三亚市的重金属污染现状进行调查与评价,并对热带地区水稻的Cd胁迫耐性生理进行了初步研究,以期为海南岛农用地利用和优化开发以及污染防治提供科学依据。主要结论如下: 1海南省农用地重金属污染现状及其评价 本文利用地统计学方法及地理信息系统(GIS),分析海南岛农用地中的Hg, Cd, Cr,Pb和As等5种重金属的污染状况及空间变异性分析。结果表明Hg, Cd, Cr, Pb和As等5种重金属的平均含量均为超过国家环境质量二级标准(GB15618-1995);但研究区土壤中Hg、Cd、Cr三种重金属元素含量的最大值均超过了国家土壤环境质量的二级标准,并分别达到了1.63 mg·kg-1、0.64mg·kg-1、586.70 mg·kg-1; Hg、Cd、Cr和Pb4种重金属含量的变异函数理论模型符合指数模型,元素As含量的变异函数理论模型符合高斯模型;相关性表明Hg和Pb空间相关程度弱,显示出其含量受成土因素的影响较大;Cd、Cr和As空间相关程度中等,显示出其含量受外源污染的影响较大;通过Kriging插值方法得出了海南岛上该五种土壤重金属的插值梯度分布图,显示出在海南岛上外源性重金属污染在工业区为最严重。土壤有机质含量、pH值和土壤中重金属含量相关关系结果表明:海南省农用地土壤有机质含量总体上处于中下水平,全省有机质平均含量为22.99%,各地区之间含量差异较大,土壤pH平均值为5.20;土壤重金属含量与土壤理化性质间的关系复杂:有机质含量与Hg、Cd、Cr含量呈极显著正相关,与Pb、As含量呈显著相关,而pH与Hg、Cr呈负相关,与Cd、Pb、As呈显著正相关。 2三亚市果蔬地及果蔬重金属污染现状及其评价 通过野外调查采样,采用标准对比法和地质累积指数法,评价了三亚市果蔬地表层土壤重金属的污染状况。结果表明:土壤中Hg、Cd、Cr、Pb和As5种重金属的积累不显著,其平均值均未超过国家环境质量二级标准(GB15618-1995);但Hg、Pb和Cd的平均值高于海南岛农用地的自然背景值,表明存在区域轻度污染;Cr、Hg、Pb和As4种重金属元素的变异系数均1,表明土壤中Cr、Hg、Pb和As的分布极不均匀。同时利用地理信息系统(GIS) Krging插值方法得到了5种重金属的空间分布图,显示出不同重金属元素的空间分异特征,为三亚市果蔬地的可持续开发利用提供指导。 瓜菜重金属含量检测,采用国家蔬菜卫生质量标准计算单项因子污染指数和综合污染指数,通过内梅罗污染指数标准进行评价,同时对污染源进行分析。结果表明,三亚果蔬整体上为清洁无污染水平,四种重金属(Zn、Cu、Pb、Cd)在果蔬中的综合污染指数为0.60,根据内梅洛污染指数评价属安全无污染水平,不同种类的瓜菜对重金属的富集含量差异较大,各类果蔬的综合污染指数从大到小为:叶菜类豆类瓜类根茎类茄类水果类,叶菜类较其他瓜菜容易富集叶菜类达到轻度污染,综合污染指数达1.19,豆类和瓜类的为尚清洁接近污染水平,综合污染指数分为0.85和0.79,其它果蔬为清洁水平。 3不同水稻品种对镉胁迫的响应差异 以热带地区主栽品种博优225和矮糯为材料,采用盆栽试验的方法研究了水稻土中重金属镉(Cd)的浓度对水稻生长及镉富集的影响以及镉在水稻植株的分布情况及不同水稻品种对土壤外源重金属Cd胁迫的耐性机理。研究结果表明:在各个浓度镉胁迫下,根、茎叶、稻壳、糙米相比,2个品种水稻都是根累积的镉含量要高于茎叶和稻壳、糙米,即根茎叶稻壳糙米;在水稻的茎叶细胞中,镉主要分布在细胞壁,细胞可溶性成分,细胞器镉的分布量较少,即F1(细胞壁)F3(可溶性部分)F2(细胞器及膜部分);随Cd浓度增加,茎叶中的Cd积累量极显著增加,各细胞组分中的Cd含量均显著增加;博优225与矮糯水稻在低浓度处理下所积累的Cd以氯化钠提取态、盐酸提取态,醋酸提取态为主,三者占总量的80%以上。随着Cd处理浓度的增加,矮糯与博优225氯化钠提取态相对含量降低,其绝对含量接近饱和,而醋酸提取态Cd的相对含量增加。博优225水稻与矮糯水稻相比,80%酒精提取态与残渣态Cd占总量的比例皆无明显变化。随着镉胁迫浓度的增加细胞膜受损的伤害程度越大,矮糯质膜透性略高于博优225;随着Cd浓度的升高水稻叶片丙二醛(MDA)、脯氨酸含量逐渐增加,且博优225的增加幅度明显大于矮糯随着镉浓度的提高;超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性均表现为上升趋势,且博优225明显高于矮糯;过氧化氢酶(CAT)活性呈下降趋势。表明同样条件下博优225受Cd毒害更严重。


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