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贵阳市郊县农业土壤重金属污染的现状与评价 摘要 贵阳市市郊是贵阳市的主要工业和食品供应地。对城郊农业土壤重金属元素 含量水平进行较全面调研，得出贵阳市土壤重金属分布特征和污染现状，对土壤 重金属污染现状做出评价，并对造成土壤污染的主要因素进行了分析，针对主要 污染元素和地区特征，提出具有实际应用价值的污染控制和治理技术是本论文研 究的核心。可望对城郊土壤污染的监测、评价及治理提供一定的基础数据，对贵 阳市无公害农业基地规划、建设提供一定的科学依据。 本论文采用非均匀性布点方法，共采集样本9 6 7 个，分布于贵阳市所辖的四 郊区( 花溪区1 7 5 个，乌当区2 1 0 个，白云区1 1 3 个，小河区1 2 个) 、三郊县( 修 文县t 7 5 个，开阳县6 5 个，息烽县1 3 0 个) 、一县级市( 清镇市7 5 个) ，另采集 高新区样本1 6 个，遍及全市近8 0 乡镇。经检验，分析方法完全满足准确度和 精确度要求。 采用数理统计方法，用e x c e l 对数据作统计、分析，并用单项污染指数法和 内梅罗综合污染指数法进行评价，结果表明：贵阳市土壤总体略显酸性；土壤中 重金属含量在国内属较高的省会之一：c d 、p b 、h g 有不同程度富集，各元素富 集系数排序为c d p b h g a s c r ：综合污染指数为0 8 ，属尚清洁警戒级；各重 金属元素单项污染指数排序为c d h g a s c r p b ；c d 元素是主要污染元素，单 项污染指数达o 9 7 ，接近轻度污染，其污染分担率为3 3 4 3 。修文县土壤a s 、 c r 、h g 平均含量较高，尤其是h g 十分突出，富集系数高达3 4 6 1 4 ，属中度 污染；开阳县土壤c d 平均含量较高；修文、开阳两县综合污染指数大于1 0 ， 受到轻度污染；清镇市土壤p b 含量较高。综合污染指数接近轻度污染；各区、 县综合污染指数排序为修文县 开阳县 清镇市 花溪区 白云区 乌当区 息烽县 ，商新区 小河区。同时分析了土壤重金属元素与p h 值、重金属元素间的相关关 系：a s 、c d 、h g 与p h 值相关性较显著；h g 与a s 、c r 呈正相关关系；c r 与 a s 、c d 呈正相关关系。 贵阳市工业较集中的修文县、开阳县和清镇市也是土壤受到重金属污染较严 重的地区，工业较集中的乡镇尤为突出，如双流镇、红枫湖镇等。贵阳市经济较 发达，单位耕地面积施肥量居全省各地、州、市之首，长期大量施肥也增加了土 壤重金属污染，尤其是c d 元素污染。汽车尾气，人类活动也是土壤污染的重要 原因，如交通枢纽小碧乡土壤p b 含量突出，各区、县的城关镇土壤污染均较明 贵州大学2 0 0 5 届硕士研究生学位论文 显。 据此，结合贵阳市实际，重点分析了具有实施价值和可能性的措施：发展循 环经济，建立工业“生态链”，严格控制和减少工业“三废”排放，尽可能切断 污染源；采取根据污染重金属和土壤特性选择肥料，化肥与农家肥结合等均衡施 肥、科学施肥措施，尽可能减少污染源：采用植杨修复技术，尽可能治理己污染 土壤：开展区域生态风险评价研究，尽可能做到防范于未然。 关键词：农业土壤；重金属；调查；评价；贵阳市 中图分类号：x 5 3 贵阳市郊县农业土壤重金属污染的现状与评价 d i s t r i b u t i o na n de v a l u a t i o no fh e a v ym e t a l si nc u l t i v a t e d s o i lo fg u i y a n g ( c o l l e g eo f c h e m i c a le n g i n e e f i n g ，g u i z h o uu n i v e r s i t y , g u i y a n g ，c h i n a5 5 0 0 0 3 ) a b s t r a c t i nt h i st h e s i s ，t h ep r e s e n ts i t u a t i o no fh e a v ym e t a l ( a s ，p b ，c d ，c r , h g ) i nt h e s u b u r b a no f g u i y a n gc i t yw a si n v e s t i g a t e da n de v a l u a t e d 1 1 增t o t a l9 6 7s a m p l e sw e r ec o l l e c t e du n s y r n m e t r i c a l l yi nt h ec u l t i v a t e ds o i li n g u i y a n ga r e a , i n c l u d i n gf o u rs u b u r b s ，o n ec i t ya n dt h r e ec o u n t i e s t h e s ea r eh u a x i ( 1 7 5s a m p l e s ) ，w u d a n g ( 2 1 0s a m p l e s ) ，x i a o h e ( 1 2s a m p l e s ) a n db a i y u nd i s t r i c t ( 1 1 3 s a m p l e s ) ，q i n g z h e n gc i t y ( 7 5s a m p l e s ) ，x if a n g ( 1 3 0s a m p l e s ) ，k a l y a n g ( 6 5s a m p l e s ) a n dx i u w e nc o u n t y ( 1 7 5s a m p l e s ) t h ec o n c e n t r a t i o n so ft h eh e a v ym e t a l s ( a s ，p b ， c d ，c r , a n dh g ) i nt h ec u l t i v a t e ds o i lw e r ea n a l y z e d t h ea n a l y s i sm e t h o di sa c c u r a t e a n de x a c t t h ei n v e s t i g a t i o na n da s s e s s m e n tf o rt h ec o n c e n t r a t i o no ft h eh e a v ym e t a l s s h o w e dt h a tt h es o i lo fg u i y a n gc i t yi sa c i d i cc u r r e n t l y t h eh e a v ym e t a lc o n t e n t so f s o i lw e r er e l a t i v e l yh i 咖c o m p a r e dt ot h eo t h e rp r o v i n c ec a p i t a l si nc h i n a t h e a v e r a g ec o n t e n t so fc d ，p b ，h gi ng u i y a n gc i t ys u b u r b sv e g e t a b l es o i lw e r eh i g h e r t h a nt h eb a c k g r o u n dv a l u e so f g u i y a n g c i t ys o i l s t h ee x t e n to f e n r i c h m e n to f c d ，p b a n dh gw e r er e l a t i v e l yh i g l li na l lt h ea r e ai n v e s t i g a t e d t h eo r d e ro f t h ee n r i c h m e n ti s c d p b h g a s c r t h ec o m p r e h e n s i v ep o l l u t i o ni n d i c t o ro ft h ef a r ms o i l si n g u i y a n gc i t yw a s0 8 ，w h i c hi st h ec l e a rl e v e l t h er a n g eo f t h es i n g l ef a c t o rp o l l u t i o n i n d i c t o ri sc d h g a s c r p b i tc o u l db es e e nt h a tt h es o i l sw e r em i d d l i n g l yp o l l u t e d ， e s p i c i a l l yb yc d w h o s es i n g l ef a c t o ri so 9 7 t h eh i g l lv a l u es p o t so fh e a v ym e t a li ng u i y a n gc i t ya r er e l e v a n tw i t hd i s c h a r g e o fi n d u s t r i a ls e w a g ea n dt h ee m i s s i o n si n t oa t m o s p h e r e t h eh e a v ym e t a l sf o r a g r i c u l t u r a ls o i la r ec d ，h ga n dp b t h ea v e r a g ec o n t e n t so fh e a v ym e t a li ni n a l n i n d u s t r i a la r e ai n c l u d i n gq i n g z h e n gc i t ya n dt h et w oc o u n t i e sa r eo b v i o u s l yh i g h e r t h a nt h a to f t h eo t h e ra r e a si ng u i y a n g t h ea v e r a g ec o n t e n t so f a s ，c r , h go f x i u w e n c o u n t yi sr e l a t i v e l yh i g h e r ，e s p e c i a l l yh g ，w h o s ee n r i c h m e n ti su pt o3 4 6 1 a n d b e l o n gt om i d d l e - p o l l u w al e v e l t h ec o m p r e h e n s i v ep o l l u t i o ni n d i c t o r so fx i u w e n 贵、t l 大学2 0 0 5 届硕士研究生学位论文 c o u n t ya n dk a l y a n gc o u n t r ya r em o r et h a n1 0 i n d i c a t eap o l l u t i o ns t a t u ss l i g h t l y t h eh i g hv a l u es p o t so fh e a v ym e t a li ng m y a n gc i t ya r er e l e v a n tw i t hd i s c h a r g e o fi n d u s t r i a ls e w a g e ，a n dt h ee m i s s i o ni n t oa t m o s p h e r e ，f e r t i l i z e ra n dt h ea c t i v i t yo f h u m a n t h em o s ti m p o r t a n tc o n t a m i n a t i o ns o u r c ea m o n gt h eh e a v ym e t a l sw a sc d a n dw a sf o l l o w e db yh ga n da s ，w h i c hw a sp r e s u m e dt ob ear e s u l to f t h ep r e s e n c eo f p h o s p h o r u sc h e m i c a li n d u s t r y , c o a lc h e m i c a li n d u s t r y , l o n g - t e r mf e r t i l i z i n ga n dw a s t e g a so f a u t o si nt h o s ea r e a k e yw o r d s ：c u l t i v a t e ds o i l ，h e a v ym e t a l s ，i n v e s t i g a t i o n ，a s s e s s m e n t ，g m y a n gc i t y 第一章绪论 土壤从历史自然体的角度来定义是指地球陆地具有肥力、能够生长植物的疏 松表层。从环境科学的角度看，土壤不仅是一种资源，还是人类生存环境要素的 主要组成部分，它处于自然环境的中心位置，承担着环境中大约9 0 的、来自各 方面的污染物。目前人们已经初步认识到要做好大气和水环境的保护工作，必须 同时做好土壤环境的保护，正是由于土壤的重要性，土壤利用也与人类发展息息 相关，因此土壤质量的研究与保护有助于整个生态环境质量的改善与提高。 当前人类活动对土壤环境的影响深度和强度不断增加，人类在不断的利用和 改造土壤，甚至影响产生新的土壤环境和农田生态系统。由于土壤资源面积和承 载能力有限，人口的不断增加，对土地的掠夺式利用，都造成并加速了土壤的退 化。同时，随着经济与科技的飞速发展，人们生活水平的提高，绿色消费作为一 种动向已悄然兴起。土壤是蔬菜、粮食等食品的生产主体，其污染状态将直接或 间接影响绿色食品的质量。重金属是土壤环境中一类具有潜在危害的污染物，土 壤一旦受到污染，就难以在短期内清除，因此，土壤重金属污染与治理一直是国 内外研究的热点与难点问题。我国是以农业为基础的发展中国家，在经济发展过 程中，在工业化、城市化建设的同时，乡镇企业和农业现代化也得到发展，与之 相伴的是环境问题的加重。在国际上出现了环境污染向发展中国家转移的趋向， 在我国则有由城市向农村扩展和转移的趋势，因此我国正面临着土壤污染日趋严 重的形势。为了保证农畜产品质量和食品安全，促进农村经济发展，大力开展对 一i i 壤污染防治的研究，唤起和提高人们的土壤环境保护意识，以保护农业生态系 统和地球表层环境系统，已是刻不容缓的具有现实意义的熏大课题。 贵州大学2 0 0 5 届硕士研究生学位论文 1 1 土壤污染和重金属污染的特点及危害 1 1 1 土壤污染特点 土壤污染有渐进性、隐蔽性和复杂性。土壤污染不像大气和水环境污染那样 容易为人们直接观察到，往往要通过对土壤进行分析化验和对农作物进行残留检 测，甚至要通过研究对人畜健康状况的影响才能确定。因此土壤污染从产生到出 现问题会滞后很长时间。 土壤污染有累积性。一般而言污染物质在大气和水体中，比在土壤中更容易 迁移，这使得污染物质在土壤中不像在大气和水体中那样容易扩散和稀释，因此 更容易在土壤中不断积累而超标，同时也使土壤污染具有很强的地域性。 土壤污染有后效性。土壤污染物对生物和人体的影响或生态效应是间接的， 其危害是通过食物链逐级积累显示出来的，人们往往已身受其害而茫然不知。土 壤一旦受到污染便难于治理，造成的危害是十分深远的。如果大气和水体受到污 染，切断污染源之后通过稀释作用和净化作用有可能使污染问题逐步逆转，但是 对于污染土壤中难降解污染物则很难靠稀释作用和自净化作用来消除。治理污染 土壤通常成本较高、治理周期较长，其危害的时间可延续很长。 1 1 2 土壤重金属污染特点 重金属是土壤环境中一类极具潜在危害的污染物。在化学中一般密度在 4 5 9 c m 3 以上的金属称为重金属【i 】。土壤重金属污染是指由于人类活动将重金属引 入到土壤中，致使土壤中的重金属含量明显高于原有含量，并造成生态恶化的现 象。在环境污染研究中主要是指a s 、p b 、c d 、c r 、h 毫等生物毒性显著的重金属 元素，它们在植物生长发育过程中并不需要，且对人体健康有明显危害 2 1 。重金属 污染具有普遍性、隐蔽性、表聚性、不可逆转性等特点：普遍性：随着工业生 产的发展，重金属污染几乎威胁着每个国家。上世纪五十年代，日本富山通川流 域的“骨痛病”就是由于c d 污染导致糙米中的c d 超标而引起的。1 9 9 7 年美国蒙 大拿州的两个农业区也是由于c d 污染，使当地小麦不能食用。我国已有很多城市 的郊区和灌区遭到不同程度的重金属污染，如沈阳的张士灌区。隐蔽性：土壤 重金属污染由于其无色无味，很难被人的感觉器官察觉，一般需通过植物进入食 物链积累到一定程度时才能反映出来。表聚性：土壤中重金属污染物大部分残 留于耕作层，很少向土壤的下层移动。这是由于土壤中存在着有机胶体、无机胶 体和有机一无机复合胶体，它们对熏金属有较强的吸附和螯合能力，限制了重金 属在土壤中的迁移。不可逆转性；由于重金属在土壤中积累到一定程度时，便 引起土壤结构与功能的变化，且由于重金属很难降解，因此，土壤一旦被污染很 难恢复。 贵阳市郊县农业土壤重金属污染的现状与评价 重金属进入土壤的途径可分为固体废物、大气沉降、污水灌溉和农业措施等4 种：固体废物：一些工业部门如化工、皮革、火力发电、电镀等产生的固体废 物；城市生活垃圾、污泥有相当部分运到城郊堆放，其渗滤液中含有大量重金属 污染土壤。大气沉降：这种污染途径较为普遍，主要是工业尾气和汽车废气排 放造成，通过大气沉降而引起的地表土壤重金属污染较为常见。尤其以工厂周围 和道路两侧更为突出。污水灌溉：在农田灌溉中利用超标工业污水和生活污水 进行灌溉引起土壤中重金属富集。农业措施：主要指旋用含重金属的化肥或农 药而引起的土壤重金属污染。 重金属常被土壤强烈吸附和固定，大多数在表面残留、累积，不易向下层迁 移【3 l 。夏增禄等 4 1 的研究认为，重金属进入土壤后多集中分布在耕作层，向下迁移 的深度大约在2 0 - 4 0c m 。丁中元研究了外源输入土壤的重金属在土壤中的垂直分 布规律，结果表明，随尘粒降落于土壤中的污染物由于无机及有机胶体对阳离子 的吸附、代换或络合、生物作用的结果大部分被固定在耕作层中，一般很少迁移 至4 0c m 以下【”。因此重金属元素一般在上层聚积，主要分布在o 2 0c m 的土中， 尤以1 - 1 0e m 的表层最高。 据估计，全国受重金属污染的耕地面积约占耕地总面积的1 5 【6 】，每年因土壤 污染而导致的粮食减产达1 0 0 0 万吨，另外还有1 2 0 0 万吨粮食因污染物超标，两 者的直接经济损失高达2 0 0 多亿元【7 1 。尤其是城郊生产的粮食、蔬菜、水果等食品， 重金属超标更为严重。据不完全统计，我国由于污灌而引起的重金属污染土壤面 积已达1 0 0 0 多万亩，涉及1 1 个省、市，2 5 个地区，对农业生产产生了很大的不 良影响。 城市是一个重要的污染源，对城郊土壤影响很大。与农业土壤相比，城郊土 壤中污染物特别是重金属污染物的浓度往往要高于农业土壤 8 1 。城郊土壤多零星分 布，面积小而孤立，土壤生态系统较为封闭、物质循环与转化过程单调、缓慢， 且土壤微生物种类和数量较少，因而对污染物的生物降解及环境负荷能力较差。 挑郊土壤的污染可对土壤理化指标、土壤生物、土壤环境植被和人体健康带来更 加严重的危害。 1 1 3 重金属污染的危害 重金属在土壤中从积累到危害作物和动物，需要经过相当长的时间，即危害 的潜伏期较长。植物从土壤中吸收土壤释放出来的有害物质，有时能使污染物浓 度达到危害自身和人、畜的水平。即使没有达到毒害水平的含毒植物性食品，只 要为人、畜食用，当它们在人和动物体内排出率较低时，也可以逐渐积累，由量 变到质变，最后引起病变。 贵州大学2 0 0 5 届硕士研究生学位论文 现对生物毒性显著、在环境污染研究中受到重视的五种重金属的危害分述如 下： 砷：可引起作物叶片卷曲或枯萎，进一步使作物根系发育受阻，最后是全部 枯死。对人体来讲，3 价砷毒性远远高于5 价砷，亚砷酸盐的毒性比砷酸盐大6 0 倍。在生物体内不同价态的砷之间可以相互转化，且无机砷可转化为毒性更大的 三甲基砷。砷具有累积性中毒和致癌作用。 铅：对植物的危害主要是影响其光合作用和蒸腾作用强度。随着铅污染程度 的增加，光合作用和蒸腾作用强度逐渐降低。铅中毒对人体各系统和器官均产生 危害，尤其对神经系统、造血系统、循环系统和消化系统危害更大。主要原因是 铅能与人体内的多种酶结合，干扰机体多方面的生理活动，导致全身各系统和各 器官均受到损害。 镉：进入植物体后，对某些酶的活性中心基( 一s h ) 有特别强的亲和力，从 而抑制或破坏酶活性，影响作物的正常生长。污染性镉主要通过消化道吸收进入 人体，蓄积于肾和肝中。其中毒症状主要表现为“骨痛病”，即骨骼疏松软化，极 易骨折且疼痛难忍，并引起肾功能失调。不少研究者还发现镉有致突变、致癌和 致畸等作用。 铬：植物吸收的铬约9 5 保存在根中。据研究，低浓度的六价铬能提高植物 体内的酶活性和葡萄糖含量，高浓度时则阻碍水份和营养向上部输送，破坏代谢 作用和光合作用。铬对人体的毒性主要由六价铬引起，主要表现为呼吸道、肠胃 道疾病，有致癌作用，严重铬中毒能致死。 汞：对植物的危害因为作物种类和生长而异，植株吸收后主要集中在根部。 所有无机汞化合物、除硫化汞外均有毒。有机汞比无机汞毒性更大，以甲基汞毒 性最大，危害也最普遍。甲基汞在体内约有1 5 积蓄在脑内，侵入中枢神经系统， 破坏脑血管组织，引起一系列中枢神经中毒，脑动脉硬化症等。 1 2 国内外研究现状 土壤重金属污染的研究始于上世纪五、六十年代，由于发生了举世瞩目的“骨 痛病”和“水俣病”两起典型的c d 和h g 污染的公害事件，推动了人们对土壤重 金属污染问题的认识和研究。从最初的重金属来源调查、含量分析、形态转化、 对农作物生长发育的障碍等研究，扩展到重金属在土一植系统中的迁移转化、食 物链中积累和对人体的毒害等方面的研究。 1 2 1 土壤重金属元素背景值研究 这方面的研究始于上世纪4 0 年代末，并随着环境污染的出现而发展。上世 贵阳市郊县农业土壤重金属污染的现状与评价 纪7 0 年代国外逐渐开展环境背景值的研究工作，其中美国、英国、加拿大、日本 等国家开始较早。1 9 6 1 1 9 8 8 年美国完成了5 0 个元素的全国土壤背景值的研究工 作。1 9 7 5 年美国的康诺尔( c o r m o r ) 和少格莱特( s h a c k l e r e ) 发表了美国大陆一 些岩石、土壤植物和蔬菜中所含的4 8 种元素的地球化学背景值，介绍了背景值研 究的目的、样品收集及分析方法，列出了地球化学概览表，这也是世界自然背景 值研究的重要文献【9 1 。加拿大的米尔斯( m i l l s ) 、弗兰克( f r a n k ) 等发表了加拿大 某些地区土壤中重金属元素的的自然背景，同时指出绝大多数土壤重金属含量随 土壤粘粒及有机质含量增加而升高。日本于1 9 7 8 1 9 8 4 完成了8 种元素的全国表士 和底土背景值研究。 我国于上世纪七十年代中期开展土壤元素背景值研究。国家科委分别将土壤 背景值调查研究列入“六五”和“七五”课题，先后对各省6 0 余个元素作了背景 值的调查分析，并出版了环境背景值数据手册 1 0 】、中国土壤元素背景值【1 1 1 等专著。由于土壤背景值研究的区域性，主要对华北、东北、松辽平原、黄淮海 平原、西北黄土、西南红黄壤等的土壤和农作物，进行了调查研究。九十年代张 毓庄从生态学角度对草地自然保护区的背景值进行了综合调查研究。张乃明则于 1 9 9 1 年首次以地貌为统计单元，对土壤元素背景值进行了探索【1 2 】。贵州省环境保 护科学研究设计院于1 9 8 7 年一1 9 9 0 年进行了贵州省土壤重金属含量背景值研究工 作，测定了贵州省内土壤中2 8 个元素的背景值，编制了土壤元素背景值分布图2 5 幅，对各元素间、剖面层次间、土类间的含量及有效态间相关关系进行了广泛探 讨。该研究填补了贵州省土类元素背景值空白。以上研究成果为我国土壤环境质 量标准的制定及土壤环境污染提供了参考依据。 1 2 2 土壤环境容量研究 土壤环境容量研究是一项有较大实际意义的应用基础研究。日、英、美等发 达困家在上世纪六十年代就开展了这方面的工作，并在土壤环境容量研究的基础 上制定出土壤重金属相应的控制标准。 我国在上世纪七十年代后期，先后对草甸褐土、草旬棕壤、红壤、黄棕壤、 砖红壤等几种主要土壤类型的重金属环境容量作了实验研究。郑春荣、陈怀满等 于1 9 9 5 年在土壤类型的重金属环境容量的基础上提出了重金属土壤负载容量的概 念、研究内容和方法【1 3 】。关于环境质量标准的研究，大体上用地球化学法和生态 环境效应法两种技术路线，先制定出环境质量基准，再结合社会、经济和技术等 情况，综合考虑，确定土壤环境质量标准值( 或称为最高允许浓度) 。1 9 9 5 年我国 提出了土壤环境质量标准( g b l 5 6 1 8 1 9 9 5 ) ，为土壤重金属污染提供了判断尺度【1 4 1 。 我国在土壤环境容量研究方面虽然已取得不少成果，但仍存在以下几方面的不足： 对影响土壤重金属负载含量的因子考虑不系统；缺乏长期定点实验结果；重金属 贵州大学2 0 0 5 届硕士研究生学位论文 污染物种类局限性大，容量值仅根据单个重金属元素污染的试验结果确定，没有 考虑两种或两种以上重金属元素同时存在的复合污染问题。 1 2 3 重金属在土壤中赋存形态研究 重金属进入土壤后，通过一系列物理、化学变化，如溶解、沉淀、凝集、络 合、吸附等各种反应，形成不同的化学形态存在于土壤中。各种形态相对含量直 接影响重金属对土壤微生物、生物活性与作物危害程度。按t e s s i e v 连续浸提法， 土壤中的重金属形态可划分为可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物态、有机态 与残余态。一般来说，土壤中重金属元素可溶态含量较高，对作物的危害程度高， 难溶态含量较高，对作物的影响较小。随着污染程度的增加及土壤环境变化，可 溶态含量也会增大，难溶态与可溶态之间形成动平衡，难溶态是潜在的危害源。 在不同的土壤环境条件下，如土壤类型、土地利用方式( 水田、旱地、果园等) 、 土壤的酸碱度、氧化还原电位，土壤无机和有机胶体的含量等因素的差异，都会 引起重金属元素赋存形态变化。 1 2 4 土壤重金属在土壤一植物系统中迁移转化和生态效应研究 重金属在土壤中的迁移转化可分为物理、化学和生物迁移三种形式，影响重 金属迁移转化的因素包括土壤理化性质、土壤中重金属含量、形态及植物特征。 美国w a l l a n c e 等用含多种重金属的培养液培育豆类、大麦、蔬菜的幼苗，根 据研究结果，将元素的联合作用分为协同、竞争、加和、和独立等作用。中科院 土壤所郑春容等研究了复合污染对水稻的影响，并引入“离子冲量”以表征元素 的综合效应。王新、吴燕玉等于1 9 9 8 年研究了不同作物对重金属复合污染的吸收 迁移累积特性，进一步揭示了重金属在土壤一植物系统中的运移规律【i “。 近年来对重余属迁移转化进行定量描述的研究工作也有进展，但比较零散。 b a r b e r - c u s h m a n 模型是这方面的典型，但模型所需参数较多，测定工作量大，计算 复杂i ”1 。1 9 9 2 年吴启堂从土壤缓冲容量的角度提出建立简单的机理模型，用于评 价i 二壤t 扣霞会属向植物迁移的能力【l6 j 。总之，由于土壤一植物系统是一个复杂的 生态系统，定量化研究不足，且只限于模拟条件，与实际应用结合方面还存在差 距。只有清楚地把握污染物在土壤一植物连续体之间的相互作用、转变机理，才 能制定准确的评价标准，采取科学的评价方法，从而对土壤进行有效、合理的利 用或改良。 1 2 5 土壤质量评价体系研究 上世纪8 0 年代以来，随着模糊数学、灰色系统、物元分析、层次分析和人工 神经网络等理论的兴起，国内外许多学者提出了新的环境质量综合评价方法，并 贵阳市郊县农业土壤重金属污染的现状与评价 广泛运用于环境科学研究领域。纵观环境评价方法的发展，总体是由单目标向多 目标、由单环境因素向多环境因素，由单纯的自然环境系统向自然环境与社会环 境系统的综合系统，由静态分析向动态分析发展的趋势。 目前土壤环境质量评价通常采用的标准有两个，即土壤背景值和土壤污染物 临界值。所谓土壤背景值就是指未受人为影响的土壤中某种物质的自然含量。土 壤污染临界值则是一个由土地具体用途决定的相对值。以土壤背景值作为评价标 准，能反映土壤中各元素相对于土壤背景值的富集情况，但不能反映元素的污染 和危害程度。以土壤污染临界值为评价标准，则能综合考虑各元素在不同含量范 围内的生物效应、对人体健康及土壤性状的影响，既可反映污染的严重程度、积 累度，也能反映危害程度。 我国对环境质量评价方法的研究为无公害农产品产地环境质量评价的方法提 供了科学依据。我国目前的环境质量评价方法主要有单项指数法和综合指数法， 其中综合指数法又分为均值指数、计权型指数和内梅罗指数等【l ”。近年来，我国 无公害农产品生产基地环境质量评价中，尤其是对土壤环境质量评价，其方法主 要是单项污染指数法和内梅罗综合指数法。单项污染指数法能够反映单项污染因 子的污染程度，但是不能综合反映采样点或整个区域的总体污染程度及环境质量 状况。内梅罗综合指数法不仅考虑了所有评价因子单项污染程度的平均水平，而 且还考虑了最大污染指数的影响，因此能够更为科学、综合的反映评价区域内总 体环境质量状况。 1 2 6 城市郊、县土壤研究 城市郊、县土壤是经过人类长期干扰并在城郊特殊环境背景下形成的土壤， 与自然土壤和农业土壤不同，它既继承了原有自然土壤的某些特征，又有其独特 的成土环境与成土过程，具有特殊的理化性质、养分循环过程以及土壤生物学特 征。与农业土壤相比，城郊土壤中污染物特别是重金属污染物的浓度往往要高于 农业土壤【8 】。另一方面，城郊、县土壤的环境容量小，对污染物的净化功能低。认 识城郊县土壤的形成和特征，对开发利用与保护这些土壤及预测乡村城市化和工 业化所引起的土壤环境变化具有极其重要的现实意义。对该类土壤基本特性，特 别是对影响人类健康的重金属元素含量的研究，能为更合理地管理这类土壤提供 科学依据。 2 0 世纪7 0 年代，随着城市化、工业化的发展，以及对土壤污染研究的深入， 城市郊、县土壤开始引起人们的注意。1 9 9 8 年在法国蒙特利尔市召开的1 6 届土壤 学会上，首次正式设立了城市和城郊土壤学科。 上世纪8 0 年代末期，周艺敏等【1 9 】的调查结果表明，天津市菜地土壤的8 种重 皇型查堂! ! ! ! 旦堡圭堑塞生堂篁堡苎 一 金属元素含量均高于天津市农业土壤背景值l 倍以上，在1 9 8 5 - 1 9 8 8 年间对菜区土 壤调查表明，土壤中c d 、h g 元素的积累尤为明显，分别为背景值的5 倍和6 0 倍， 而到了上世纪9 0 年代，天津市近郊蔬菜土壤中h g 和p b 明显超标f 驯。上世纪9 0 年代初期，对上海市蔬菜及菜区土壤的研究结果表明，上海市蔬菜地重金属污染 严重，导致蔬菜受到污染，以c d 和p b 污染为甚，超标率分别为1 3 2 9 和1 2 o j 。 上海市宝山区菜区土壤受到不同程度的重金属污染，c d 和h g 为主要污染元素1 2 2 j 。 上世纪9 0 年代，对沈阳市近郊的菜区土壤和蔬菜重金属污染状况做了两次调查， 发现市郊菜地和蔬菜受到程度不同的重金属污染，超标率较大的元素是c d 和h g ， 土壤h g 超标1 6 7 6 倍，c d 超标3 5 2 倍，其次是z n 和c r ，蔬菜综合超标率为3 6 1 ， 污染面积为3 6 0 0 h m 2 1 2 玷4 1 。沈阳市菜地土壤重金属含量与其土壤背景值相比，c d 、 p b 、z n 的平均值分别为背景值的7 0 6 倍、3 9 6 倍和3 8 7 倍瞄】，表明了沈阳市市 郊蔬菜地土壤己受到多种重金属的复合污染。马往校等【2 6 j 对西安市郊区蔬菜地和 蔬菜可食部分重金属元素进行了研究，结果表明，p b 是西安市郊区蔬菜的主要污 染物，超标率为4 8 o ，最高超标6 9 1 倍，c r 和c d 的污染仅表现在个别蔬菜中， 超标率分别为4 0 和2 o ，最高超标分别为5 2 0 和1 3 2 倍田，2 。1 9 9 5 年戴军等 报道了广i - i 1 市约有9 。5 的菜区土壤受重金属污染，其中c d 、p b 和a s 的含量分别 为广东省土壤背景值的2 7 7 、2 9 7 和1 4 0 倍口9 j 。太原市耕作土壤和农作物中c d 元素严重超标，土壤样品1 0 0 超标，农作物有4 6 6 的样品超标【3 0 】。福州市、重 庆市等城郊的蔬菜土壤也都存在着不同中程度的重金属污染问题 3 1 , 3 2 】。由此可见， 我国城郊土壤和农产品( 尤其是蔬菜) 己受到不同程度的重金属污染。 1 2 7 土壤重金属污染对人体健康影响的研究 在中国乃至世界范围内，由于环境重金属污染引起的疾病相当普遍。上世纪 六h # 代以来，r 本查明“骨痛病”、“水俣病”的成因，这两起公害事件震惊世 界，确：多国家开始研究重金属对人体健康的影响。研究表明，这种影响是多方面、 多层次的，其毒理作用表现为：造成生殖障碍，影响胎儿正常发育，威胁儿童和 成人身体健康，降低人体身体素质等口3 ，3 4 翊。 上世纪八十年代，陈家其研究了长江三角洲地区土壤环境与肝癌死亡率的关 系，发现该区土壤中c u 、z n 含量较高，粮食中c u 、z n 也较高姗。对河南、山西 等地的食道癌发病区研究表明，病区土壤中c u 、z n 、v 和z r 等元素含量较高。 上世纪九十年代，我国对砷中毒与土壤环境的关系进行了研究，汤洁、王敬华等 人揭示了内蒙古、山西砷中毒病区是由于自然和人为作用将土壤环境中的a s 释放 出来，提高了土壤溶液的毒性，被作物吸收而导致癌症高发 3 7 , 3 8 】。 重金属对人体健康最直接的影响之一就是对食品安全造成威胁。关于重金属 塞堕鱼塑墨查些圭整塞垒曼翌鲞堕里鉴皇塑塑 在作物可食部分的残留及其对人体健康的影响已有大量文献报道 3 9 4 0 。1 。2 1 。 1 2 8 土壤污染的修复和改良研究 对重金属污染土壤的改良和治理主要是使用物理、化学和生物学的方法。 目前国外对重金属污染土壤的修复方法主要有：固定法、淋洗法、拮抗法、 生物降解法、电化法、磁化法等。如日本改良重金属污染土壤主要采用了以下方 法：施用磷肥形成难溶性磷酸盐、施入有机物与重金属形成有机金属盐发生共沉 淀作用、施入吸附能力大的沸石、斑脱土等，采用调换土壤和稀释土壤的方法等 等。 国内主要采用生物法、因地制宜改变农作物、施用化学改良剂、增施有机肥、 客土肥等方法，根据土壤缓冲性原理，利用土壤改良剂治理重金属污染m o , 1 。总 结各类治理方法，大体可分为四大类：采用客土、换土、翻土、去表土等工程 措施。此方法适用于大多数污染物和多种条件。据上海市宝山区进行客土深度改 良实验、结果表明土壤表层重金属元素含量大大降低【4 5 】。化学措旋。施用改良 剂，抑制剂等降低土壤污染物的水溶性，扩散性和生物有效性，从而降低污染物 进入生物链的能力，减轻土壤对生态环境的危害。如对某些重金属污染的土壤加 入石灰、矿渣等碱性物质，使重金属生成氢氧化物沉淀 4 6 】。生物措施：利用特 定的动、植物和微生物吸收或降解土壤中的重金属元素，以达到净化目的。近一 年来植物修复技术已成为生物治理措施中的一个亮点。如利用羊齿类铁角蕨属中 的一种植物，它具有较强的吸收土壤c d 的能力，可降低土壤c d 的含量。因地 制宜，改变农作制。根据各种作物对重金属富集能力强弱不的特点，合理安排 轮作，可以明显降低作物中重金属含量【4 7 j 。 尽管这些方法都具有一定的改良效果，但又都有局限性。如淋洗法虽然可使 金属离子淋出土壤，但营养元素也会随之淋失，造成土壤肥力下降；旌用化学改 良剂需耗费大量资金，处理不当还会造成二次污染及潜在污染。因此，治理土壤 霞金属污染应该结合各地实际情况，研究出一种既经济又易于推广的治理途径。 1 3 贵阳市概况及本论文研究目的 贵阳市是贵州省省会，位于贵州省的中心地带。辖6 个区( 云岩区、南明区、 乌当区、白云区、小河区) ，3 个县( 开阳县、修文县、息烽县) ，1 个县级市( 清 镇市) 。人口约3 5 0 万人，其中农业人口1 6 0 万人。城区( 包括云岩区、南明区) 耕地面积少，非农业人口占9 5 以上，不在本次调查范围内。 贵阳市位于东经1 0 6 。0 7 1 0 7 。1 7 、北纬2 6 0 1 1 2 7 0 2 2 7 。地处云贵高原东斜坡 上，属东部平原向西部高原的过渡地带，地形地貌多样，自然环境得天独厚。具 贵州大学2 0 0 5 届硕士研究生学位论文 有亚热带湿润的气候的特点；冬无严寒、夏无酷暑，雨量充沛、无霜期长，年平 均气温1 5 ，年均降水量11 9 7 m m ，年日照1 2 7 8 小时左右，年均相对湿度7 8 9 ， 无霜期2 7 0 天左右。境内山峦重叠、峡谷悠深，地势起伏较大，海拔在1 7 6 2 7 m 5 0 6 。5 m 之间，相对高差1 2 5 6 2 m ，山地丘陵占总面积的8 9 7 ，市中心海拔为1 0 0 0 m 左右。喀斯特地貌发育较好，占总面积的7 3 3 。东、南与黔南布依族苗族自治州 的瓮安、龙里、惠水、长顺4 县接壤，西靠安顺地区的平坝县和毕节地区的织金 县，北邻毕节地区的黔西、金沙两县和遵义市的遵义县【4 8 j 。 全市已探明矿种5 2 种，主要有煤、铁、硅、重晶石、大理石、耐火粘土、铝 钒土、磷、硫、汞等矿产资源。铝土矿保有储量4 3 亿吨，占全国的五分之一，矿 床主要集中在修文县和清镇市，有特大型、大型、中型矿床9 个，其中，清镇市 猫场铝土矿储量1 5 亿吨，为国内著名特大型铝土矿。铝矿品位高，a 1 2 0 3 含量平 均在7 0 左右。铁含量平均小于5 ，铝、硅比平均达7 8 7 。磷矿4 6 4 亿吨，是全 国三大大型磷矿基地之一，集中了全国7 0 以上的优质磷矿。煤炭储量9 亿吨，“一 市三县”及3 个郊区均有分布。铁矿2 3 9 6 万吨，硫铁矿2 8 7 8 万吨，汞( 金属量) 2 6 8 3 万吨【4 9 】。 全市总面积8 0 3 4 平方千米，其中耕地面积1 0 7 6 万公顷，占总面积1 3 4 。耕 地中水田4 1 1 万公顷，占耕地面积3 8 ，旱地6 6 5 万公顷，占耕地面积6 2 。土 壤类型以黄壤和石灰土为主，耕地土壤以黄壤为主。农作物总播种面积2 3 万公顷， 其中粮食作物播种面积1 4 。6 万公顷，是我国复种指数较高的地区之一【5 0 】。贵阳市 耕地主要集中在城市4 郊区及三县市，其中花溪区1 1 9 万公顷、乌当区0 9 5 万 公顷、自云区o 2 7 万公顷、小河区o 0 3 3 万公顷、开阳县2 2 7 万公顷、修文县1 5 2 万公顷、息烽县1 2 3 万公顷、清镇市1 7 3 万公顷。三县市常用耕地面积占全市 常用耕地面积6 0 以上。主要作物品种有粮食、油菜籽、烤烟、茶叶、水果、蔬 菜等，其产量连年递增，如2 0 0 3 年较2 0 0 2 年粮食、茶叶和水果分别增长2 8 9 、 7 7 和4 2 1 p “。极大地满足了贵阳市人民的生活需要。 城市郊区是一类比较特殊的自然地域，具有很强的开放性，城郊农业耕地的主 要功能是向城市提供鲜活的农副产品。随着城市的迅速发展，贵阳市城区实施第 _ = = 产业退出，发展第三产业战略，大量工业企业迁向郊区及郊县、市，市区内工 业污染物和生活废弃物大量输入市郊，使郊区土壤环境受到严重影响。因此进行 城市郊县农业土壤重金属元素含量水平的调查研究，根据各重金属元素的含量对 土壤污染水平作出评价，针对土壤污染特征及理化性质提出相应的土壤污染控制 和治理技术措施，对保护该区农业土壤资源、保证蔬菜的质量、保护居民的健康 具有重要意义。刘元生等曾对贵阳市乌当区耕地土壤重金属污染现状进行研究【s 2 1 ； 陆引罡等对乌当、白云、花溪及清镇四个区菜园土壤重金属污染现状作了初步调 研i ”1 。但未见对贵阳市各郊县土壤进行全面调查和评价的报道。本论文对贵阳市 贵阳市郊县农业土壤重金属污染的现状与评价 四郊区和三县一市农业耕地共采集近千个样本，进行土壤中a s 、p b 、c d 、c r 、h g 五种重金属元素的全含量分析研究，全面评价了贵阳市各郊县农业蔬菜基地重金 属污染现状，可为建立无公害农业基地和土壤重金属污染防治提供科学依据。 贵州大学2 0 0 5 届硕士研究生学位论文 第二章样品的采集、处理和分析方法 2 1 样品采集地点 样品在贵阳市所属的四个区( 花溪区、乌当区、白云区、小河区) ，三个县( 开 阳县、修文县、息烽县) ，一个县级市( 清镇市) 采集。两城区( 云岩区、南明区) 由于耕地面积很少，非农业人口占9 5 以上，不在本次采样调查范围之内。样品 的采集是在2 0 0 2 年7 月至2 0 0 3 年1 1 月多批采集完成。 根据重金属分布的空间变异性和城郊土壤空间差异十分明显的特点，采用非 均匀性布点方法；由于贵阳市郊是贵阳市主要的蔬菜供应基地，因此本次采样全 部是蔬菜种植地：同时根据贵阳市农业厅的有关规划，为今