亚博集团官网-我国设施农田土壤重金属污染评价与空间分布特征

本文摘要:结果表明,我国设施农田土壤重金属含量呈现一定的空间酸规律,南部地区土壤Cd、Pb、Hg含量最低,北部地区土壤As、Cu、Zn、Cr含量最低,西北部地区土壤Ni含量最低。

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结果表明,我国设施农田土壤重金属含量呈现一定的空间酸规律,南部地区土壤Cd、Pb、Hg含量最低,北部地区土壤As、Cu、Zn、Cr含量最低,西北部地区土壤Ni含量最低。与HJ/T 333-2006 《温室蔬菜产地环境质量评价标准》相比,设施农田土壤Cd含量微克最严重。南部、北部和西北部地区的微克亲和率分别为41.7%、54.5%和11.1%。

其次是Pb。三大地区的微克亲和率分别为33.3%、18.2%和0。

地累计指数评价结果显示,我国设施农田土壤Cd污染最严重,Hg污染次之。另外,随着种植年限的缩短,设施农田重金属积累明显,土壤重金属累积量随着土层呈圆形上升趋势。

从重金属的来源来看,我国设施、农田、土壤、重金属的来源有很多肥料,特别是牲畜粪便、有机肥。此前,自20世纪90年代以来,随着工业化和城市化进程的放缓,工业污染物尾气、不含重金属农药肥料的使用、污水灌溉使用等环境问题突出,农田重金属积累和微克等环境问题日益引起社会各界的关注。作为农田质量最重要的评价指标,农田重金属含量状况更受到普遍关注。我国设施农业自20世纪80年代以来迅速发展,2010年我国设施园艺面积约为362万hm2,其中设施蔬菜面积为335万hm2,占设施园艺总面积的90%以上,到2012年,我国设施园艺面积约为386万hm2,设施园艺产业净产值约为5800多亿元。

最多,2015年北京市设施蔬菜和食用菌播种面积为34113 hm2,占设施农业总播种面积的83.2%。我国设施农业种植经常处于半封闭状态,特点是气温低、湿度高、蒸发量大、不下雨、无下陷、服从指数低、肥料量小(特别是有机肥),主要表现为设施土壤化学、性质和生物学特性再次发生根本性变化,无土壤酸化、盐化、养分。研究结果显示,设施种植土壤中重金属呈圆形积累趋势,含量明显低于裸露地种植土壤。

设施菜园已经沦落为孔光/污水菜园后,重金属积累比较严重的菜园类型,应引起足够的推崇。近年来,对设施、农田、土壤、重金属的研究报道很多,但各研究地区规模小,集中度高,未能全面反映我国设施、农田、土壤、重金属污染现状。因此,笔者收集了1997年以来全国设施农田重金属研究的数据,通过统计分析,说明了不同地区设施农田土壤中重金属污染的现状和空间生产特点,探索了设施农田土壤重金属的主要来源。

确保我国设施农田重金属控制和农田质量安全的科学依据。1研究方法1.1资料来源,统计资料主要在中国知网(1997-2017年)、Wiff(1997-2017年)、Web OF Science(1997-2017年)等数据库中搜索关于我国设施农田重金属污染研究的文献。

收集全国31个地区的数据,包括种植年限和不同土层的重金属含量和生产数据。收集到的所有数据的分析方法都符合中国环境保护部规定的方法或美国环境保护局(USEPA)推荐方法,数据来源现实可信。符合正态分布的重金属含量数据使用算术平均值进行说明。

符合对数正态分布的重金属含量数据使用几何平均值进行说明。使用单因素方差分析(one-way ANOVA)检查差异重要性。

使用Excel 2007和SPSS 19.0软件执行数据统计分析。1.2数据分布收集全国各地31个地区的数据,根据农业气候区和数据分布分为南部地区、上海、安徽、江苏、浙江、湖北、云南、河南7个省(直辖市)。北部地区包括北京、河北、天津、辽宁、吉林、黑龙江、山东、陕西(部分地区)8个省(直辖市)。

西北地区主要包括陕西、山西(部分地区)、内蒙古、甘肃、宁夏、青海、西藏7个省(自治区)。1.3重金属污染评价方法累积指数(Igeo)是德国科学家穆勒1969年明确提出的,根据重金属总浓度与背景值的关系,研究水环境沉积物中重金属的定量指标,现在也经常用于土壤重金属污染评价。

计算公式是公式(1)中Cn是沉积物中元素N含量,MG。BN是粘性沉积岩中该元素的地球化学背景值MG KG-1。1.5是考虑到各地岩石差异可能发生的变动而选择的系数。

地累计指数等级标准文表1。一般来说,在地累计指数计算中,元素的地球化学背景值是工业化前全球沉积物重金属的平均背景值作为参考。由于地球化学背景不同,各地重金属污染程度可能不同,各省(直辖市、自治区)土壤重金属含量背景值可以自由选择为Bn。2结果和分析2.1设施农田土壤重金属含量从表2可以看出,我国设施农田Cd、Pb和Hg平均含量在南部地区最低,分别比北部地区低42.5%、10.8%、100.0%、西北地区低137.5%、40.7%和15.8%因为大部分设施农田种植蔬菜,所以将数据与HJ/T333-2006 《温室蔬菜产地环境质量评价标准》进行比较后发现,Cd、Cu、Zn、Pb、Hg微克亲和率分别为37.5%、8.1%、5.9%和18.8%。

其中Cd含量微克最严重。南部、北部和西北部地区的微克亲和率分别为41.7%、54.5%、11.1%、Pb微克亲和率分别为33.3%、18.2%、0、Hg微克亲和率分别为29.8%和29.8%。2.2设施农田土壤重金属污染评价地积累指数法同时考虑到人为因素和土壤环境地球化学背景值对重金属的丰富影响,该方法最初应用于沉积物中重金属含量评价,此后也普遍应用于土壤环境中重金属含量评价,是目前国内外土壤环境评价中普遍使用的方法。

每个地区都有设施、农田、重金属地积累指数表3。如表3所示,南部地区Cd、Hg地累计指数平均值分别为1.05和0.20,表示中度污染和轻度污染,其余元素地累计指数平均值均大于0,表示没有污染。南部地区Cd地累计指数显示,无污染、轻度污染、中度污染、中江污染的位点分别占总得分的33.3%、33.3%、22.2%和11.2%。

与南部地区一样,北部地区Cd、Hg地累计指数分别为0.74、0.37,均处于轻微污染状态。其余元素地累积指数均大于0。

Cd污染、轻微污染、中度污染、中游污染的点位数分别占总分数的10.0%、40.0%、40.0%和40.0%。西北地区Hg地累计指数平均值为1.45,约为中度污染,但西北地区Hg含量数据较少,不能全面反映整体污染情况,评价结果可能没有小偏差。

其余7种重金属元素的地累计指数平均值均大于0,但个别地区Cd、Cu、Zn、Pb说明地累计指数小于0,西北地区个别地区没有污染现象。评价结果显示,我国设施农田重金属污染最严重的是Cd污染,其次是Hg污染,Cu污染也不能引起推崇。2.3设施农田土壤重金属积累趋势南部、北部、西北部三大地区,根据年限春节农田重金属含量统计结果(表4),除南部地区Pb外,自10 a种植时间以来,各地区土壤重金属含量均有所减少,其中Cd含量增幅为第二。

南部、北部和西北部地区10 a种植时间土壤Cd平均含量比3 a种植时间分别减少103.8%、123.1%和110.7%。土壤Cu含量分别减少50.0%、36.1%、61.1%,土壤Zn含量分别减少31.0%、23.2%和50.1%。从其他地区的角度来看,当种植时间为10 a时,南部地区土壤As含量减少了105.6%,而北部和西北部地区则分别减少了8.4%和3.8%。

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南部和西北部地区的Ni含量分别减少了63.5%和40.4%,而北部地区减少了7.8%。西北地区Cr含量下降56.1%,南部和北部地区分别减少12.6%和7.6%。另外,南部地区的Pb含量经常随着年限而减少,这可能是因为南部部分地区土壤Pb背景值较高。

三大地区土壤种植3~6 a时重金属含量比较小,主要是因为种植3~6 a时轻金属元素积累到允许作物长期生长的临界浓度时,农户此后不采取措施增加地膜、加林、耕作等损失,2.4设施农田土壤重金属产自不同特性的地区,设施农田层重金属含量的横向产自特征表5。从表5可以看出,各地区土壤重金属含量随着土壤深度的减少而上升,但个别土壤经常出现反证。与南部、北部、西北部地区20~40厘米的土层和地表(0~20厘米)相比,Cd含量分别减少43.3%、78.6%、33.3%、Cr含量分别减少41.0%、9.7%和1.5%。

与20~40厘米土层相比,南部、北部地区40~60厘米土层光盘含量分别减少25.0%和33.3%。南部地区As、Cr和Pb含量分别减少14.3%、15.3%和10.8%,而北部地区As、Cr和Pb含量反而增加了15.7%、7.0%和0.8%。

与40~60 cm土层相比,南部地区60~80 cm土层Cd、As、Cr和Pb含量分别减少了38.6%、61.1%、25.5%和24.1%。3土蜂论3.1区的合理性和数据有效性问题笔者充分收集了近20 a的我国设施农田重金属的研究结果,展开了统计分析。收集过程中,华南地区广东、广西、福建等地和西南地区四川、重庆、贵州(因此,参照农业气候部门,考虑文献中其他研究地区土壤pH值),将收集到的数据分为南部、北部、西北部三大地区进行统计分析。

关于数据的准确性,收集的时间尺度很长,但对设施、农田、重金属的研究集中在近10 a。样品的分析方法集中在这个规格上,检测精度比较高,在数据统计分析过程中消除了异常值。考虑到数据分布不均匀的分布,样本点更加集中的区域只保留最近的研究数据,从而提高分析结果的准确性。

在数据统计方面,不仅统计了各地区不同地点土壤重金属含量的平均值,还统计了地区的最大值和最小值,但如果用平均值评价各地区设施农田重金属污染水平,可能不会有偏差。(大卫亚设,北方执行部队)。

3.2从我国设施农田重金属污染空间生产特点收集的数据中,我国设施农田土壤重金属含量呈现一定的空间生产特点,南部地区土壤Cd、Pb、Hg平均含量最低,北部地区As、Cu、Zn、Cr平均含量最低,西北部地区Ni平均含量最低。地累计指数显示南部地区土壤CD和Hg为中度污染和轻度污染,北部地区土壤CD和Hg均为轻度污染,西北部地区土壤HG为中度污染,其余元素平均累计指数无污染。该污染趋势与不同地区设施、农田土壤重金属含量水平大致相同,对增熙柏等我国菜园重金属的研究也指出Cd、Hg污染相当严重。设施、农田土壤Cu、Zn、Pb含量与深奥的圆圈有关,但轻金属元素积累率不同。

其中Cu和Zn积累率最慢,Cr、Pb最快,Cd累积率最快,这与对贾月慧等北京郊区设施菜地的研究结果完全一致。随着土层深度的减少,各地区土壤重金属含量整体呈圆形上升趋势,但南部地区多种重金属含量随着土层的加重呈上升趋势,低于北部、西北部地区(表5)。李秀辉对山东寿光的研究表明,根据土层的不同,重金属As、Cd、Cu、Zn、Cr、Ni含量随着种植年限的缩短有所减少,胡鹏程对上海松江地区的研究也与结论相似。从中可以看出,重金属在设施农田中没有累积特性,也没有从表面向上移动的趋势。

一些研究表明,土壤pH减少,重金属溶解度明显提高,根据灌溉水向上迁移的浸出趋势也随之增大。同时,药用有机肥可以加强重金属活性,加快重金属的迁移。

另外,如果一台交错,积水和温度升高,重金属可以根据可溶性有机质(DOM)的浸出而得到加强。由此可见,由于土壤酸化、高温环境、频繁灌溉、土壤有机质积累等因素,设施、菜园、土壤、重金属可能会迁移到下层。

3.3根据对我国设施农田土壤重金属污染源的探索研究,指出设施农田土壤重金属含量与化肥药使用有密切关系。根据对雪妍风等江苏沿海地区的研究,Cd、Cu、Zn有可能具有与有机质、速效氮、速效磷相似的来源。李秀辉对吉林、四平、甘肃、武威的研究表明,有机肥和化肥的药可能是造成设施、农田、土壤Cd、Zn、Cr、Cu、Pb等积累的最重要原因,但氮肥和钾肥对土壤重金属积累的影响较小。

林顺英等通过定位实验寻找壮年药用尿素,土壤Cd、Cr、As、Hg含量也不会明显提高,氮磷钾肥配施和氮磷比配施在两种处置之间土壤Cr、Hg、As含量没有太大差异,但磷肥需要大幅减少土壤Cd含量。由此可见,磷肥的使用可以成为土壤Cd积累的主要来源。有机肥中重金属含量远高于化肥,不同种类有机肥中重金属含量也不同。

以牲畜粪便为主要原料的商品有机肥中Cu、Zn含量低于以纺织废弃物、腐植酸、农作物秸秆等为原料的商品有机肥。据报道,与不使用有机肥的土壤相比,使用有机肥的土壤Cu、Zn、Pb、Cd含量减少了0.08~13.98、0~26.5、1.63~5.31、0 ~ 0.34毫克KG-1。牲畜和家禽的粪便已经沦为最重要的基础肥料之一,农户为了坚持高产,不仅不投入大量有机肥料,而且设施农田服从指数低,肥料投入量更大。由此可见,药用有机肥会增加土壤污染风险,导致土壤重金属,特别是Cu、Zn的积累。

这可能是我国设施、农田、土壤、重金属的最重要来源。特别是北部地区的山东、河北等省是我国设施农田比较发达的地区,设施房屋集约化程度低,种植年限广,农业投入总量大,土壤中As、Cu、Zn、Cr含量高。

除肥料外,工业三废的废气仍然是我国农田土壤最重要的污染源。曾熙柏等指出污泥/垃圾等固体废弃物的农业利用是我国菜园土壤重金属含量升高的最重要原因。对油菜莲等哈尔滨菜馆的研究显示,Cd微克相当严重,很有可能与采样地的壮年污水历史有关。我国南部地区和北部地区辽宁、吉林等省经济比较繁荣,采矿、冶金、纺织等工业废气、历史污水灌溉等都造成农田重金属污染,部分农田回到设施农田后,土壤重金属污染依然不存在。

对张小民等我国农田土壤重金属生产特征的研究表明,南方地区由于工业活动和矿区铁矿,土壤Cd积累明显优于北方地区。另外,Pb的工业污染源主要是大气下陷,肥料中Pb含量低,设施菜园多年处于腹膜状态,大气沉降对其影响较小。另外,含有Cd、Pb等轻金属元素的农药、薄膜等其他农业生产投入品也不会导致设施、农田、土壤、重金属的积累。余叔华等河北省设施菜园研究显示,杨家棉田经济作物田多年来被用于不含Hg、铜制、砷制等重金属的农药,改造成设施农田后仍有大量重金属污染物。

此外,中国不同地区土壤的元素背景值不同,也是影响西部高原地区西藏和青海等设施农田重金属污染特征的最重要因素,土壤背景值普遍较高,西北地区设施农田土壤Ni含量可能会低于南部和北部地区。4结论论通过对国内外设施农田重金属研究文献的分析统计,发现我国设施农田重金属呈现出一定的空间产状特征,主要是南部、北部、西北部三大地区设施农田重金属含量及其生产方法不同。其中Cd、Pb、Hg含量为南部地区最低,与我国南部地区工业活动频繁、受农业投入物影响有关。As、Cu、Zn、Cr含量以北部地区为基准最低,除受产业活动影响外,近年来北部地区设施农业发展迅速,肥料(特别是有机肥)的使用量少,可能是造成这种现象的原因。

因为Ni含量在西北地区最低,主要是西北地区Ni的土壤背景值较高。据调查,我国设施农田土壤重金属含量随着种植年限的缩短有所减少。

指出重金属在设施农田明显积累,三大地区为Cu、Zn,积累率最慢。设施农田重金属含量随着土层的加重呈上升趋势。

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