（环境工程专业论文）城市化对上海郊区土壤和蔬菜重金属累积的影响及对策.pdf

摘要 对上海市宝山区蔬菜及相应土壤重金属含量进行调查，研究城市化对城郊菜 区十 壤和蔬菜重金属累积的影响，以及不同蔬菜对重金属的富集规律。 受城市化影响，宝山菜区土壤耕作层主要受c d 、z n 、c u 的污染，其中以c d 的 污染最为严重，超标样点占全部样点的6 8 。莱区土壤c u 、z n 、c d 、p b 、c r 、m n 的平均含量分别是上海土壤背景值的6 4 、5 5 、9 1 、5 4 、1 3 、1 2 倍。由单冈 子污染指数和综合污染指数评价可知，宝山菜区土壤8 达到了警戒线，3 6 达 到了轻污染，1 2 达到了中污染，2 0 达到了重污染。宝山菜区土壤重金属累积 主要受污灌、城市交通、施肥、固废堆积等因素的影响，其中受污灌和交通影响 较为显著。 上海宝山区蔬菜p b 和c d 污染明显，其中p b 的污染较重；c u 、z n 、c r 污染不 明显。从总体上来说，叶菜类蔬菜污染最为严重，其次是根茎类，瓜果类蔬菜污 染最轻；蔬菜重金属平均超标率分别为2 3 8 、2 0 4 、1 6 7 。 宝山区蔬菜重会属累积很大程度上受到土壤重金属污染的影响。重污染土壤上 生长的蔬菜，重金属含量明显偏高。蔬菜重金属含量与土壤重金属总量间常存在 一定相关性，但这种相关性随蔬菜品种的不同而异。如，葱中c r 和青菜中c u 与 土壤中c r 、c u 之间呈极显著正相关；生菜中c d ，青菜中z n 、c d 、p b 和刀豆中z n 与土壤中相应的重金属含量之间达到了5 的显著相关。其它均未达到显著水甲。 蔬菜重金属的含量随品种而异。蔬菜可食部位重金属的累积量，总体上是叶菜类 根茎类 瓜果类。各种蔬菜( 韭菜除外) 对c d 的富集系数最大，其次是z n 、 c u ，对p b 和c r 的富集系数最小。 蔬菜不同部位对重金属的累积有差异。叶菜类蔬菜各部位重金属含量普遍为： 茎，叶 根；芹菜和莴苣中的重金属含量除c r 是叶 茎 根外，其它各元素均为 茎 f r u i tv e g e t a b l e s a c c u m u l a t i n gc o e f f i c i e n t so fc di na l lt h ev e g e t a b l e s e x c e p tl e e ki st h el a r g e s t ，t h o s eo f z na n dc ut h es e c o n d ，a n dp ba n dc r t h el e a s t t h ec o n t e n t so fh e a v ym e t a l si nd i f f e r e n tp a r t so fv e g e t a b l e sa r ed i f f e r e n t t h e s e q u e n c eo ft h em e t a la c c u m u l a t i o ni nl e a f yv e g e t a b l e si ss t e m s ，l e a v e s m o t s ；t h a t i nc e l e r ya n dl e m r c ei s e a v e s s t e m s r o o t s e x c e p tc ro f s t e m s d t p a e g t a e d d m 乙二胺二( o 一羟基苯) 乙酸 i 硎，植物组织及木质部汁液 上海大学硕上学位论文 中的e d7 r a 与p b 含量之间有显著的正相关m l 。但e d t a 诱导p b 的积累需要一个最 低的e d t a 处理浓度，大于这一处理浓度时，p b 在植物地上部中的积累才大幅度增 加删。这可能与e d t a 破坏植物根系控制离子跨膜运输的生理机制有关。金属离子 螫合剂复合体可能通过根系内皮层和凯氏带的裂隙处而被吸收1 5 ”。螫合剂和硫( s 8 ) 处理也促进植株对c d 、c u 、n j 和z n 等的吸收1 5 7 , 6 1 i ，特别e g t a 可使印度芥菜地上 部的c d 含量增加1 0 倍。但r o b i n s o d l 6 2 1 报告施用e d t a 和柠檬酸会降低n i 超量积 累植物b e r k h e y a c o d d ii 对n i 的吸收。 大多数重金属离子带有较高的正电性，易与植物组织中带负电的大分子化合物 结合。一般条件下，大多数植物吸收的重金属主要积累在根系而在地上部的含量 较低。在植物根系中，重金属主要分布在质外体，或形成磷酸盐、碳酸盐沉淀， 或与细胞壁结合。在植物地上部，各组织中的重金属含量一般比较低。但在一些 植物中( 重金属超量积累植物) ，其地上部重金属含量是普通植物的1 0 0 倍甚至 1 0 0 0 倍以上1 4 9 1 。从现有的实验结果来看，植物积累重金属的可能机理是；( 1 ) 区 域化分市：在一些超量积累植物叶片中，叶片表皮组织细胞含有高水平的n i 、z n 和c d l 6 3 1 。在细胞水平上，许多证据显示液泡可能是重金属离子贮存的主要场所。 一c a e r u le s c e n s 表皮细胞中z n 相对含量与细胞长度里线性正相关，显示表皮细胞 的液泡化促进了z n 的积累1 6 4 i 。其地上部古2 z n 时，叶片表皮组织液泡汁液中的 z n 浓度平均可达3 8 5 m m o l l ，是叶肉细胞汁液中z n 浓度的5 到6 5 倍。l a s a t 等 1 6 s l 认为一c a e r u l e s c e n s 能使z n 有效地分布在液泡中，从而使液泡成为z n 向地上 部运输的贮存库。( 2 ) 有机化合物的螫合作用：有机化合物在植物耐重金属毒害 中具有重要作用。这些有机化合物包括有机酸、氨基酸、肌醇六磷酸盐、多肽和 蛋白质等1 6 3 , 6 4 1 。有机酸包括柠檬酸、苹果酸和草酸等。s a l t 等1 6 7 1 发现 i 、c a e r u t e s c e n s 根系细胞中z n 主要与组氨酸结合，在地上部z n 则主要与有机酸 结合。组氨酸与植物n i 的积累有关i 鲫。3 0 0 l am o l l n i 处理增加超量积累植物 a l e s b i a c u m 木质部汁液的游离氨基酸含量，这几乎完全是组氨酸急剧增加所致。 金属结合蛋白有很高的结合重金属的能力，这类蛋白质包括金属硫蛋白( m t s ) 和 金属螯合肽即植物螫合肽( p c s ) l 矧。m t s 是一种低分子量、富含半胱氨酸残基的 会属结合蛋白。由于其巯基含量商，对重金属的亲和力大，因而对多种重金属， 如c u 、z n 、p b 、a g 、h g 、c d 阳离子都有螯合作用，但这种作用主要在动物和真菌 l 洳大学硕上学位论文 中被证明。萌发扔期的小麦胚中，l a n e 等i 9 发现e c 蛋白可以调节细胞内z n 的平 衡。在拟南芥中，已鉴定出分子量分别为4 5 和8 k d 的被c u 诱导的m t s l 7 0 i 。p c s 也是一种巯基含量很高的金属结合肽，广泛存在于单子叶植物、双子叶植物、裸 子植物、藻类植物中，并被a g 、c d 、p b 、h g 、a s 、c u 、z n 和s b 等会属离子诱导 合成1 6 6 , 7 1j ，但在植物体内仅鉴定出与a g 、c d 和c u 复合的p c - 会属复合物j 7 ”。s a lt 等2 i 报告印度芥菜在l 斗n h n o l l c d 下处理6 h 延长到7 2 h 后，根系中p c s 浓度达到 4 2 4 n m o l 巯基g f w ，植物组织内与p c 结合的c d 从占总c d 的3 4 增加到6 0 ，表明 植物中的c d 主要与p c 结合。z h u 等1 7 3 1 报告编码谷胱营肽合成酶的基因( 谷胱苷肽 是p c 的合成前体) 在印度芥菜的表达提高植株耐c d 的能力和增加c d 在地上部的 积累。根据分子量大小，p c 与c d 的络合物可以被分为低分子量( l m w ) 和高分子量 ( h m w ) 复合物两类i 师l 。l m w 复合物是c d 2 + 从细胞质向液泡中转运的主要形式，h 6 【w 复合物是c d 2 + 在液泡中积累的主要形式。h m w 对c d 2 + 的结合能力大于l m w ，因而在 液泡中h l c l w 复合物比较稳定。但另有结果显示，植物对c d 和z n 的高耐性并不是 由于p c s 的积累| 7 4 , 7 $ j ，p c s 在植物中主要是作为载体将金属离子从细胞质运至液泡 中，并在液泡中发生解离，因而p c s 对重金属毒性的缓解取决于它跨液泡膜的转 运速度，而非其在细胞中的浓度。 1 4 2 蔬菜对重金属元素的吸收、富集规律研究 蔬菜主要通过根系从土壤吸收富集重金属，有时也可通过叶片从大气中吸收气 态或尘态p b 、h g 、z n 等重金属元素【4 5 】。 郑路等 7 印对合肥市菜园蔬菜和土壤的铅 污染进行了调查研究，结果表明生长在污染空气中的蔬菜，一半以上的铅是由卅 片从大气中吸收的，而且叶面积大、表面粗糙的蔬菜吸收铅的能力强，含量较高， 而叶片细窄、表面呈腊质状的蔬菜铅含量较低。v a l c h o d 等i7 。”人对保加利亚某一 有色金属冶炼厂附近的薄荷进行了调查研究，结果表明重金属在薄荷植株各部位 含量的次序为：c d ，根 叶 根状茎 茎；p b ，根= 叶 根状茎= 茎；c u ，根 叶= 根 状茎= 茎；z n ，叶 根 根状茎= 茎。所以他们认为叶中p b 和z n 的含量较高是因 为叶片从空气中吸收了p b 、z n 。 不同种类的蔬菜对重金属的吸收富集能力不同。一般而言叶菜类如菠菜、青菜 等对重金属有较强的富集能力，根茎类和瓜果类较弱。但也有例外，据调查发现 l 海大学顾上学位论文 四季豆对c u 、z n 、p b 、c d 、n i 、c r 、等重金属的富集量都高于叶菜类蔬菜。同 样地不同重金属元素在蔬菜中的积累水平也不同，这可能与蔬菜的生理功能有关， 对c u 、z n 等叶绿体组成元素，光合作用强的叶菜类和光合营养体的豆类、瓜果类 蔬菜中含量明显高于光合作用弱的根菜类及甘蓝类蔬菜7 3 i ：对于以大气污染为主 要来源的气态或尘态重金属( 如p b 等) ，在表面吸附能力较强的叶菜类中禽量明 显较高1 ”j 。 造成蔬菜中重金属积累差异的主要原因还是土壤重金属的污染，如杭州市郊菜 区甘蓝中a s 含量高低差异达4 0 0 倍，据相关分析，这主要与污染源分布及垃圾使 用量等有关i7 8 1 。由于植物在自然界的复杂多样性，长期受客观环境的驯化与诱导， 某些植物可能表现出遗传变异，从而对土壤重金属的吸收累积表现出质的差异m i 。 研究表明无论在清洁环境还是污染环境中，不同蔬菜对同种重金属以及同种蔬菜 对不同重金属的吸收累积均有差异。 随着环境中重金属污染物浓度的增加，绝大多数蔬菜被迫吸收的重金属量亦随 之而增加，不仅吸收量排序有别于自然吸收，面且增加的幅度和累积量彼此也有 较大差异。蔬菜从土壤中吸收的重金属在其体内并不是均匀分布的，蔬菜不同的 器官组织对重金属的富集能力也是有差异的。黄雅琴等通过对呼市2 5 3 3 k m 2 菜地上 七种主要蔬菜连续4 年的监测分析得出了这样的结论：一些蔬菜不但可以嗜吸收 某种重金属，而且还具有特殊富集能力的器官，用来贮存污染物，如：a s 在番茄 根、叶中富集，h g 在番茄叶中和菜豆荚中富集m i 。楼根林等i 1 对镉在成都土壤和 几种蔬菜中累积规律的研究结果显示，供试蔬菜品种一般以根部吸收富集cd 的能 力最强，而叶大于茎，萝h 则叶大于根，青椒果实和豇豆豆英中c d 的残留量少于 其它部位。1 9 9 1 1 9 9 2 年波兰m i c h a li k b 等l 舱1 的研究发现：胡萝h 肉质根吸收 霞金属存在基因型差异。他们把4 个变种的胡萝h 播种在3 个不同程度重金属污 染的地方，发现无论在何处，变种“k a m a ”肉质根中的p b 、n j 、c r 、c u 、m n 等重 金属含量为最高。 重金属在蔬菜各器官中的残留累积量与蔬菜种类及各器官的形态有关，如镉在 番茄、茄子等的根和茎叶中的累积量差异较小，但仍表现为果实部分累积量较低。 而白菜等叶菜类蔬菜叶中的含量低于根中含量。菠菜的茎叶与根中的镉含量质量 之比为1 ：1 7 l 。萝h 等块根类蔬菜，其块根含镉量低于叶子，如用1 0 0 f i l g k g 的镉 海人学硕上学位论文 溶液处理小白菜时，根中为5 8 7 0 m g k g ，叶中为5 2 3 3 m g k g ；而用此溶液处理萝 i - 时，根中为2 4 0 3 m g k g ，叶中为2 9 8 4 m g k g 舶1 。还有研究表明：黄瓜中的镉含 量污灌区与清洁区基本相同，对镉的富集能力较弱，而白菜对镉的富集能力较强。 总体表现为：黄瓜与番茄中是叶 茎 根 果，白菜是根 地上部，萝h 是地上部 根。 很多研究结果表明，蔬菜( 双子叶植物) 中生命活动旺盛部位( 绿叶和吸收根) 中重金擒含量较高，营养物质贮存器官( 块根、果实、花等) 含量最低m j 。 1 - 4 3 蔬菜和土壤中重金属含量之间的关系 植物从土壤中吸收重金属的量和土壤中重金属的总量有一定关系，但士壤重金 属的总量并不是植物吸收程度的一个可靠指标。有研究结果表明，植物体内铬的 累积量与土壤总铬量往往并不具有明显正相关i l 。由于土壤组成的复杂性和土壤 理化性状( p h ，e h 等) 的可变性，造成了重会属在土壤环境的赋存形态的复杂和多 样性。重金属的存在形态才是决定其危害的关键因素。研究表明，重金属在土壤 环境中的存在形态分为水溶态、交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、沉 淀念，有机结合态和残渣态七种形态。这七种不同赋存形态的重金属，其生理活 性和毒性均有差异。其中水溶态、交换态的活性、毒性最大，残留态的活性、毒 性最小，其它态的活性、毒性居中o i 。汪雅谷等【b 5 1 人对客土改良试验的土壤和蔬 菜重金属含量作相关分析的结果表明，青菜中的c d 、c u 含量与土壤中相应元素的 含量相关显著。不过在大田条件下，由于蔬菜吸收土壤c d 受到多种因子的影响， 其相关程度要比盆栽试验弱得多坤“。他们用富集系数，即蔬菜中某污染物含量与 土壤中该污染物含量的比值，来评价蔬菜对重金属c d 的吸收能力：第一类是低富 集蔬菜( 富集系数 1 5 ) ，包括黄瓜、冬瓜等；第二类是中富集蔬菜( 富集系数 4 5 ) ， 包括菠菜、芹菜、小白菜等。冯恭衍等人i l i l 的研究结果也表明蔬菜中重金属元素 含量，除p b 、c r 外，其它元素与土壤有一定的相关性；各元素富集系数以c d 最 高，z n 、c u 次之，p b 、c r 居后。这与各重金属元素的迁移性强弱顺序相一致，c d 、 z n ，c u 等元素较易为植物所吸收。但是影响富集系数的大小取决于很多因素，因 而只能在定程度上作趋势分析。 许多研究表明土壤中重金属元素的总量与重金属的生物有效性( 即植物中重金 海大学硕十学位论文 属的含量) 之日j 没有很好的相关住，因为蔬菜对土壤重金属的吸收受到多种因子 的制约。北京市的调查资料表明，土壤中重金属含量与蔬菜中的相应元素含量的 相关系数：h g 为一0 0 4 3 0 ，c r 为一0 3 3 6 0 ，a s 为0 4 4 8 8 1 8 ”。但是也有相反的结论， 有研究表明l 邗i ：青菜中除铬和铅外，铜、锌、镉、汞都与土壤中重金属元素含量 间表现出一定的相关性，其中以镉的相关性最好。 由于有效态重会属能够直接被蔬菜作物吸收，所以一般来说土壤重金属元素有 效态含量与蔬菜中重金属元素含量之间有较好的相关性。樊小林等1 8 8 1 的研究结果 表明，大辣子的含铜量与土壤有效铜和全铜，韭菜含铅量与土壤有效铅，番茄、 青椒、大辣子含铬量与土壤有效铬含量有显著相关性( p o 0 5 ) 。还有报道指出眇i ： 土壤有效态铅浓度与蔬菜各器官含铅浓度存在着显著t e 相关( p c u z n p b c r m n 。从总 体上看c d 、c u 、z n 的污染最为严重，p b 的污染较为严重，c r 和m n 的污染较轻。 表3 1 上海宝山区菜区土壤重金属含量( m g k g ，烘干土重计) t a b l e 3 1c o n t e n t so fh e a v ym e t a l si nt h ev e g e t a b l es o i i si nb a o s h a nd i sl r i c t s h a n g h a i( m g k g ) 表3 2 宝山菜区土壤重金属含量与上海市土壤背景值比较( m g k g ，以烘干重计) t a b l e 3 2c o m p a r i s o n sb e t w e e nh e a v ym e t a lc o n t e n t si nt h ev e g e t a b l es o ll s i nb a o s h a nd i s t r i c ta n dt h e i rb a c k g r o u n dv a l u e si ns h a n g h a i ( m g k g ) 土壤环境质量评价采用土壤坏境质量标准i ”0 1 推荐的单项污染指数法和综合污 染指数法。采用国家环境质量标准( g b l 5 6 1 8 1 9 9 5 ) 中的二级标准作为评价标准( 见 表3 3 ) 。 i ：海人学硕士学位论文 表3 3 土壤环境质量标准( g b l 5 6 1 8 1 9 9 5 ) ( m g k g ) t a b l e 3 3c h i n e s en a t i o n a lg n v i r o n m e n t a lq u a l i t ys t a n d a r d sf o rs o j1s 注：根据对菜园土壤样品p h 的测定，大多大于7 5 ，故选取p h 7 5 的二级标准 作为评价标准。 3 1 1 土壤评价结果 采用单项污染指数法和综合污染指数法( 见第二章) ，对宝山菜区土壤重会属 污染状况进行评价。附表3 是土壤重金属污染指数表。 表3 4 土壤污染分级标准1 1 1 1 l t a b l e3 4c l a s s i f i c a t i o no fs o l lp o l u t i o n 从该表的单项污染指数可以看出，土壤主要受c d 、z n 、c u 的污染，其中尤以 c d 的污染最为严重。土壤未受p b 和c r 的污染，各样点c r 的单项污染指数都小 于0 7 ，属于安全级，污染水平为清洁。而p b 除一个样点( 1 8 # 点) 处于警戒线 外，其他样点均为安全级。所调查土壤样品中有1 0 个样点的c u 污染等级超过了 警戒线，其中有2 个属于轻污染，3 个中污染，5 个重污染。z n 有1 1 个样品超出 了警戒线，其中8 个轻污染，1 个中污染，2 个重污染。而c d 只有4 个样点( 1 5 # 、 t 海大学硕上学位论文 2 0 # 、2 1 # 、2 5 # ) 属于清洁水平，4 个样点( 1 # 、7 # 、8 # 、2 2 # ) 处于警戒线，幅 丁尚清洁水平，剩下的1 7 个样点均有不同程度的污染，其中9 个轻污染，3 个中 污染，5 个重污染，其中2 # 点和1 3 # 点c d 的单项污染指数分别达到了7 3 5 、7 5 8 。 以各重金属元素的综合污染指数来看，p b 和c r 的都未超过l ，其中c r 属于清 洁水平，丽p b 属于尚清洁水平。c u 、z n 、c d 的综合污染指数均大于3 ，属于重污 染。各重金属的综合污染指数顺序为：c d z n c u p b c r 。从各样点的综合污染指 数来看，除l # 、7 # 、1 5 # 、2 0 # 、2 l # 、2 2 # 处于清洁水平，5 # 、6 # 处于尚清洁水平 外，其他各样点都有不同程度的污染，其中有9 个样点属于轻污染，3 个样点( 3 # 、 4 # 、2 4 # ) 属于中污染，5 个处于重污染，其中2 # 点的综合污染指数高达6 2 5 。 从表中也可以看出，很多样点不只受到一种重金属的污染，而是受到了几种元素 的复合污染，其中大多为c u c d 、z n c d 和这三种元素的复合污染。 3 1 2 菜园土壤中重金属之间的相关关系 菜园壤各重金属元素之间的相关分析见表3 5 。由表可知，各重金属全量之 问存在一定的相关性，其中以c u 和z n 之间的相关系数最大，r = o 7 9 8 “，达到 1 的极显著正相关，c u 与z n 、p b 、c r 之间均呈1 的极显著正相关，与c d 呈5 的显著正相关；z n 与c d 、p b 、c r 之间星1 的极显著相关，c d 与c r 之间呈1 的极显著的正相关；其余元素之间无显著相关。 表3 5 菜园土壤各重金属元素之间的相关性分析 t a b l e 3 5c o r r e l a t i o no fm e t a l m e t a lc o n t e n ti nt h ev e g e t a b l es o il s 注：n = 2 5 ，r o o l = o 5 0 5 ，f o 0 5 = o 3 9 6 。 重会属元素两两之间的显著相关性，在一定程度上反映了这些元素同为污染成 l 海人学硕上学位论文 冈，且来源相似。如，c u 与z n 、p b 之间相关性极显著，可能与工业生产释放的大 气悬浮颗粒，在表土的沉降有关。 3 1 3 土壤p h 值 士壤p h 值的改变可导致土壤中重金属形态的变化，从而影响重金属的生物有 效性。在碱性条件下，进入土壤的重金属多以难溶态的氢氧化物或碳酸盐、磷酸 盐的形态存在，它们的溶解度都比较小，因此可有效降低土壤溶液中重金属的生 物有效性i 引。经过对菜园土壤样品的分析得出，宝山区菜园土壤p h 的范围为7 1 5 8 ，8 6 ，以微碱性( 7 5 8 0 ) 和碱性( 8 。0 9 。o ) 土壤为主，分别占总样品数 的2 9 5 和5 5 8 ，土壤样品p h 的平均值为8 0 7 ，呈碱性状各。上海土壤多发 育于滨海相成土母质，地下水位高。受盐碱地下水影响，土壤多呈碱性。但在本 次调查的2 # 样点，由于受污泥施肥的影响，土壤p h 有下降的趋势。 3 1 4 土壤有机质 土壤中有机质形成的有机胶体对金属离子的吸附固定和络合一鳌合作用是蘑 金属在土壤中积累而形成污染的重要原因，同时也影响重金属的迁移转化。有机 质对重金属具有很强的吸附作用，并通过与土壤中的重金属元素形成的络合物来 影响土壤中重金属的移动性和生物有效性1 1 1 3 - 1 1 5 1 。分析表明：宝山区菜园土壤有 机质含量范围为1 1 2 9 k g - - 4 4 5g k g ，平均含量为2 3 5g k 9 1 。，属富集水平， 其中2 0 9 k g - 3 0 9 k g 。1 占总样品数的5 0 8 ，1 0 9 k g 一2 0 9 k g 。的样品占总样品数 的3 4 4 。这是因为宝山地区土壤成土母质为三角洲冲击沉淀物，土壤生物生长 繁茂，水热充足，对土壤有机质的累积都有影响。另外，施肥以及农田的轮作制 度都影响了土壤有机质的含量。 3 2 城市化对菜区土壤重金属累积的影响 通过对宝山菜区土壤重金属污染的调查可知，土壤已明显受到c a 、z n 、c u 的 污染，个别样点已经达到了严重污染的程度。土壤中各类重金属的含量，显著高 f 上海市土壤背景值。土壤环境质量的下降，与十多年来上海市城区的外扩、：】： 2 4 海大学硕士学位论文 业和交通的急速发展、污水灌溉、农业活动已经固体废物的堆积有着密切的关系。 3 2 1 污水灌溉对菜区土壤重金属累积的影响 上海历史上曾有过大规模的污灌，川沙污灌区就是其中一个典型的例子，该污 灌区位十市区东南，西起黄浦江，东至东海边，横贯川沙县，途径九个乡。灌区 自1 9 7 8 年一1 9 8 8 年逐渐停止污灌1 1 1 6 i 。对该污灌区土壤重金属的研究表明，七壤 受c d 、z n 污染严重，其次是c u 、c r 。目前，大规模采用工业污水灌溉农田的现 象已不存在了，但由于地表水普遍受到工业污染源的污染，污灌问题还不可能完 全避免。上海地区水系发达，河网密布，但由于工业“三废”的排放，化肥、农 药的施用，汽车尾气的排放及生活污水排放等，使得上海地区水域受到不通程度 的重金属污染，流经城区的很多小河流都有黑臭现象存在。在本实验中，4 # 、9 # 、 1 0 # 、“# 以及1 7 # 等5 个样点旁小河河水黑臭现象非常严重，这些菜地均常年采用 此类河水灌溉。经分析表明，这五个样点旁河水中c d 的含量( 见表3 6 ) 分另4 为 0 0 4 2m g l 、0 0 0 5 m g l 、0 0 1 8m g l 。、0 0 1 3m g l 、0 1 2 5m g l ，除9 # 点外， 其他各样点水样中c d 的含量都超过了国家规定的v 类水质标准。而这些受污灌影 响的样点，其耕作层土壤中c d 含量分别达到了1 0 6m g k g 、0 7 5 6m g k g 、1 4 2 m g k g 、0 7 0 1m g k g 、1 5 4 m g k g ，远远高于上海土壤c d 背景值，而且都达到了 轻污染和中污染的程度，其单因子污染指数最小为i 1 7 ，最大的为2 弱。而且与 相对清洁的l # 点( c d 含量为0 4 3 7 m g k g ) 相比，其c d 含量要高的多。与c d 相类 似，这些样点中其他各重金属元素的含量比上海市土壤的背景值要高，如9 # 点河 水中z n 含量为1 2 4 m g k g ，是地表水环境质量标准的6 2 倍，而此点土壤中z n 的含量为4 7 2 m g k g ，达到了轻污染的程度。从综合污染指数来看，这些样点的综 合污染指数分别为1 3 3 、1 5 1 、1 7 5 、1 0 1 、1 9 4 ，均达到了轻污染的程度。经 调查可知，目前宝山区许多分散菜地，大部分为农户自主经营，考虑到成本及便 利，般就近利用灌溉水源。因受到城市化和工业活动影响，众多河流的污染对 土壤环境质量的威胁也是不可低估的。 l 海大学硕士学位论文 表3 6 宝山区部分河流水样重金属含量( m g l ) t a b e 3 6h e a v ym e t a lc o n t e n t so fs o m ec r e e k si nb a o s h a nd i s t r i c t ( m g l ) 表3 7 地表水环境质量标准0 8 3 8 3 8 2 0 0 2 ( m g l ) t a b l e 3 7c h i n e s en a t i o n a le n v i r o n m e n t a lq u a l i t ys t a n d a r d sf o rs u r f a c e w a t e r ( m g l ) 3 2 2 城市交通对菜区土壤重金属累积的影响 宝山区菜区土壤，尤其是马路边菜地土壤，p b 的含量普遍较高，这可能与城 市交通活动有关。前人的研究认为，公路边菜地土壤在城市环境下更容易受到各 种重金属污染源的长期性的污染【“7 1 。含p b 汽油的使用是城市p b 污染的重要来源。 据报道【“s l 城市大气中6 5 的p b 来自机动车燃油中添加剂一四乙基铅。汽油中的 铅在汽油燃烧后以颗粒铅和无机化合物的形式向大气散发，最终以大气悬浮颗粒 的形式沉降到地面，进入土壤。宝山区境内有数条交通干道，道路交通流量大， 公路两旁很少有其他植物做缓冲，而且很多菜地帮毗邻公路，菜区土壤和农作物 都不可避免的受到汽车尾气的污染。上海市虽然已禁用含p b 汽油，但使用含p b 汽油已有相当长的历史，使得土壤中p b 含量有了定程度的积累。本实验中8 # 、 1 2 # 、1 3 # 、1 8 # 、1 9 # 等样点均处于交通流量大的公路两侧，经分析表明，这些样 点的耕作层土壤中p b 含量都较其他样点为高，分别达到了1 2 9 m g k g 、1 3 6m g k g 、 1 4 1m g k g 、3 4 5m g k g 、1 9 9m g k g ，远高于上海市土壤p b 背景值。而且1 8 # 点 p b 的单项污染指数达到了0 9 9 ，处于警戒线。从综合污染指数来看，这些样点大 多都达到了重污染的程度，其中1 8 # 点的综合污染指数达到了3 5 2 。 l 海太学硕上学位论立 3 2 3 工业活动对菜区土壤重金属的影响 宝山区是国有大型企业宝钢的所在地，同时境内还有大量的工业园区、发电厂 以及多家金属冶炼厂，这使得宝山区的土壤严重受到工业“三废”的污染。本实 验中8 # 点处于宝钢不远处，经分析表明，此样点各重金属含量都比较高，其中c u 、 z n 、c d 、p b 、c r 、m n 含量分别为4 3 1 m g k g 、2 1 0 m g k g 、0 4 9 1 m g k g 、1 2 9 m g k g 、 1 5 2 m g k g 、6 8 6 m g k g ，都远比上海市土壤背景值的含量高，而且此样点c u 的单项 污染指数高达4 3 1 ，处于严重污染水平。另外1 6 # 点也位于工厂附近，其土壤耕 作层中重金属的含量也要比上海市土壤背景值高的多，其中c d 的单项污染指数为 1 4 1 ，属于轻污染水平，此点的综合污染指数为1 0 5 ，达到了轻污染的程度。据 尤一安“9 3 对吴淞工业区大气颗粒中重金属元素分布特征与规律的研究表明“9 】， 工业区大气悬浮颗粒中p b 和z n 的富集程度很高。宝钢工业区内有两家燃煤火力 发电厂，使得周边地区常年被烟雾笼罩，在煤燃烧过程中，部分金属元素和类金 属元素随废气排放，最终随降尘进入土壤。由此看见，工业活动是造成土壤污染 的一个重要原因。 3 2 4 固体废弃物对菜区土壤重金属的影响 城市固体废物进行土地利用被认为是最有潜力的处置方法，这种处置方法可以 有限地利用其所含丰富地n 、p 、有机质及一些微量元素，但是其中含有的大量重 金属也随之进入土壤。污泥施肥可导致土壤中重金属含量的增加，而且污泥施用 越多，污染就越重。庞金华1 1 2 0 i 对上海某地区的调查研究表明，在研究的土地上连 续施用污泥达1 0 年以上时，土壤重c d 、c u 、z n 含量均很高，种植的水稻、蔬菜 也受到严重的污染，且污泥施用量和污染程度呈正相关。本次调查的2 # 点曾施用 过生活污水厂排放的污泥，此样点各重金属元素的含量远远超过了其他各样点的 相应含量，其耕作层c u 、z n 、c d 、p b 、c r 、m n 的含量分别达到了6 2 5 m g k g 、2 2 8 4 m g k g 、 4 4l m g k g 、1 9 5 m g k g 、1 7 0 m g k g 、6 1 8 m g k g ，分别是上海市土壤背景值的2 6 、3 0 、 3 3 、8 0 、3 0 、1 1 倍。而且除p b 、c r 外，各重金属元素的单项污染指数都在6 2 5 以上，达到了严重污染的程度。从综合污染指数来看，此样点也达到了严重污染 的程度，其综合污染指数高达6 2 5 。该样点重金属含量偏高是由于施用了大量重 j ：海入学硕 。学位论文 金属含量较高的生活污水处理厂污泥。在上海市的农业肥料中，有一部分是城市 生活垃圾和含重金属的污泥，上海几乎所有河道的污泥都含有重余属。用污泥作 肥料，虽然可解决污泥的处置问题，但由此造成的重金属污染是个必须关注的问 题。 3 2 5 农业活动对菜区土壤重金属累积的影响 除了上述几个因素外，宝l “菜区土壤重金属含量偏高还与农业生产有关，大量 农药、化肥、有机肥的施用，也会导致土壤重金属的累积。部分菜区种菜的历史 比较长。据张勇等j 1 2 1 1 人的研究表明，菜园土壤随种菜历史的延长、熟化程度的增 加，重金属元素z n 、p b 、c u 的含量会明显增高。欧洲也有报道指出 1 2 2 1 ，化肥和 农药的大量使用是土壤中c u 和z n 污染的主要途径之一。常用化肥中，含有各类 重余属元素，尤其是磷肥中c d 的含量较高( 表3 8 ) 。磷肥的长期施用可能是造成 菜地重金属，尤其是镉含量增加的一个重要原因。在对宝山蔬菜园艺场附近的菜 地( 1 # 点) 以及化肥施用量较大的6 # 、1 5 # 点的重金属分析结果表明，这些样点的 重金属含量大多都高出了上海土壤背景值很多倍，比如三个样点的c d 含量分别为 背景值的3 3 、4 5 、6 3 倍，l # 点的z n 含量是其背景值的2 4 倍，1 5 # 点的p b 含 量是其背景值的2 9 倍。而且6 # 点的综合污染指数为o 7 8 ，达到了警戒水平。这 些没有其他明显污染源的样点，重金属的累积可能与化肥、农药的长期施用有关。 表3 8 常用化肥中重金属元素含量( m g k g ) 1 2 0 l t a b l e3 8c o n t e n t so fh e a v ym e t a l ai nc h e m i c a lf e r t “i z e f si nc o m f f l o r lu s e l 海人学硕士学位论文 第四章城市化背景下蔬菜重金属污染风险 4 1 宝山区蔬菜重金属污染现状 各类蔬菜重会属污染的评价标准都采用中国预防医学科学院标准处制定的食 品卫生国家标准1 1 2 3 i ，见表4 1 ，其中蔬菜m n 的含量目前还没有国家标准。各种蔬 菜的重金属元素含量见附表2 ，其统计结果见表4 2 。从表中可以看出，不同蔬菜 品种对各种元素的吸收状况具有相对一致性，对z n 、m n 、c u 的吸收量比较多，对 p b 、c r 、c d 的吸收量比较少。 表4 1 蔬菜重金属限量标准( m g k g ，以鲜重计) + i a b l e 4 ，1c r i t i e a lv a l u e so fh e a v ym e t a l si nv e g e t a b l e s ( m g k g ，f r e s h w e i g h t ) 4 1 1 蔬菜重金属超标率 蔬菜重金属超标率是指受监测蔬菜中，某重金属元素的含量超过国家食品卫生 标准的数量占所有监测样品的百分比。从表4 2 的统计结果可以看出，c u 在调查 的各种蔬菜中均未超标。z n 在菠菜中超标，超标率为1 6 7 ，其他蔬菜中的z n 均未超标。c r 在葱中超标，在其他蔬菜中没有超标。p b 在所调查的蔬菜中均出现 超标现象，其中葱、韭菜、刀豆的超标率均达到1 0 0 ；最低的是青菜，超标率达 到了4 4 4 。c d 除韭菜、刀豆没有超标外，其他蔬菜都存在不同程度的超标现象， 其中最高的是菠菜，超标率达1 0 0 ，为了更直观地反映出各种蔬菜的超标顺序， 以各蔬菜为横坐标，以超标率及平均超标率为纵坐标分别绘制p b 、c d 超标率柱形 上海大学硕上学位论立 图( 图1 一i ，图4 2 ) 及平均超标率柱形图( 图4 3 ) 。 4 2 蔬菜重金属含量( m g k g ，以鲜重计) t a b l e 4 2h e a v ym e t a lc o n t e n t si nt h ev e g e t a b l e s ( m g k g ，f r e s hw e i g h t ) 3 0 l 海人学硕_ l 学位论义 3 h 海大学硕上学位论文 生菜葱青菜 菠菜芹菜韭菜莴苣 十豆刀豆 西红柿 图4 一l 蔬菜p b 超标率( ) f i g u r e 4 1r a t eo fv e g e t a b l e sw i t bp bo v e r t h r e s h o l d ( ) 1 0 0r 生菜 葱青菜 菠菜 芹菜韭菜 莴苣 土豆刀显 西红柿 图4 2 蔬菜c d 超标率( ) f i g u r e 4 2r a t eo fv e g e t a b l e sw it hc do v e r t h r e s h o l d ( ) 从图4 一l 中可以看出，p b 在各蔬菜中超标率的大小顺序为：葱，韭菜，川豆 芹 菜，莴蓖 生菜 土豆 菠菜 青菜 西红柿。 从图4 2 中可以看出，c d 在各蔬菜的超标率大小顺序为：菠菜 芹菜 葱 青菜 莴苣 西红柿 生菜 土豆。 从图4 3 中可以看出，在所研究蔬菜中，重金属的平均超标率大小顺序为：葱 菠菜 芹菜 莴苣 生菜 青菜 韭菜，土豆，刀豆 西红柿。 鲫加的如m 0 鲫伯的加均0 h 海人学硕十学位论文 经统计，叶菜类蔬菜( 葱，菠菜，芹菜，生菜，青菜，韭菜) 的平均超标率为 2 3 8 ，根茎类蔬菜( 莴苣，土豆) 的平均超标率为2 0 4 ，瓜果类蔬菜( 刀豆， 西红柿) 的平均超标率为1 6 7 。可见，宝山区重金属污染状况以叶菜类污染最 为严重，其次是根茎类蔬菜，最后是瓜果类。这与许多地区的调查结果相致 【1 2 4 ，1 圳。 - - 生菜葱青菜 菠菜芹菜韭菜 莴苣 土豆刀豆西红柿 图4 3 蔬菜重金属平均超标率( ) f i g u r e 4 3a v e r a g er a t eo fh e a v ym e t a lo v e r l i m i tv e g e t a b l e s ( ) 4 1 2 蔬菜重金属污染指数 蔬菜重金属污染指数是指蔬菜中某重金属的含量与标准下限的比值。从表4 3 中可以看出，所有蔬菜的c u 、z n 、c r 平均污染指数均未超过1 。各蔬菜中，除西 红柿p b 平均污染指数小于l 外，其他蔬菜的p b 平均污染指数均超过了l 。1 0 个 品种中有一半蔬菜的c d 平均污染指数都超过了1 ，而且绝大多数都是叶菜类。所 有蔬菜的平均污染指数中，最大的是芹菜p b 的平均污染指数，为3 6 2 ，最小的 足西红柿c r 的平均污染指数，仅为0 0 1 7 ，两者相差2 0 0 多倍。由此可见，p b 、 c d 两种元素的污染状况比较严重，尤其是p b 的污染显得更为突出。所有蔬菜中， 叶菜类蔬菜的综合污染指数要比根茎类和瓜果类的要高，而且只有菠菜和芹菜的 综合污染指数超过了1 。 如 驹 龉 垢 m