（环境工程专业论文）广元市无公害农产品基地土壤重金属的分布特征及评价.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 由于经济的发展，工业“三废”的排放及农药化肥的大量使用正在日益 污染着我们赖以生存的土壤，如土壤重金属污染问题已成为人们关注的全球 性环境问题之一。随之而来的农产品质量安全问题也令人担忧。广元市是四 川省主要的农产品基地，本论文正是基于这样的背景之下，以广元市农产品 基地的土壤为研究对象，通过对其七个县区农产品基地野外调查与采样，共 采集具用代表性的土样1 4 5 个，通过对土样的室内分析，并依据国家土壤 环境质量标准二级标准值，采用单项污染指数与综合污染指数法相结合的 方法，对该地区农产品基地土壤中的重金属分布特征进行评价，并对土壤进 行了分级，最后对广元市七个县区农产品基地土壤中重金属进行了聚类分析， 目的是为了使广元市农产品基地的生产朝着无害化、规模化、优质化方向发 展，并为创建国家无公害农产品基地的建设提供科学依据。本论文得到的结 论如下： 单项污染指数表明：苍溪县、元坝区、市中区、剑阁县农产品基地土壤 采样点中重金属单项污染指数均小于1 ，重金属含量无超标现象，土壤质量 符合无公害农产品生产的产地环境要求。青川县农产品基地3 0 个土壤采样点 有7 个采样点超标，超标元素为c d 、a s ，但超标率都很低。旺苍县农产品 基地3 2 个土壤采样点中有8 个采样点超标，超标金属为c d 、a s 。朝天区农 产品基地1 3 个土壤采样点中3 个采样点超标，超标元素为c d 、c r 、c u 。 综合污染指数表明：1 3 , 5 个土壤采样点中，只有3 个采样点超标，土壤 属于轻污染等级。其余的1 4 2 个点采样点的综合污染指数均小于1 0 ，土壤 等级属于尚清洁水平适合发展无公害农产品生产。 通过对广元市七个县区农产品基地土壤中的重金属聚类分析后可知： c d 是剑阁县农产品基地代表性指标，p b 是旺苍县农产品基地代表性指 标，h g 是苍溪县农产品基地具有代表性指标，a s 是市中区农产品基地的代 表性指标，而青川县、朝天区、元坝区农产品基地土壤中重金属无特别明显 的代表性指标。朝天区农产品基地土壤中的c r 和c u 、c d 和h g 及剑阁县和 市中区农产品基地土壤中的p b 和h g 之间有显著的相关性。苍溪县、旺苍县、 青川县及元坝区农产品基地土壤中重金属之间无显著的相关性，说明广元市 农产品基地土壤质量整体状况良好重金属之间无显著协同和拮抗作用，适合 发展无公害农产品的生产。 关键词：土壤：重金属；评价；污染指数 西南交通大学硕士研究生学位论文第页 a b s t r a c t w i t h t h ed e v e l o p m e n to f e c o n o m y , s o i l i s p o l l u t e d b y i n d u s t r i a l “t h r e e w a s t e s ”a n d t h e h e a v i l yu s i n go fd u s t f e r t i l i z c rp e s t i c i d e s o i lh e a v ym e a t lp o l l u t i o nh a sb e c o m eo n eo ft h e m o s ti m p o r t a n te n v i r o n m e n t a lp r o b l e m si nt h ew o r l d s op e o p l ea r ea n x i o u sf o rt h eq u a l i t yo f a g r i c u l t u r a lp r o d u c t s g u a n g y u a n i st h e k e ya g r i c u l t u r a lp r o d u c t s b a s eo fs i c h u a n p r o v i n c e t h et h e s i sb a s e d 0 1 1t h eb a c k g r o u n da n dc o l l e c t e d1 4 5s o i ls a m p l e sf r o m7c o u n t y o f g u a n y u a na g r i c u l t u r a lp r o d u c t sb a s ea n de v a l u a t e db yt h ei n d e x e so fs i n g l ec o n t a m i n a n t s a n dc o m b i n e dp o l l u t i o na c c o r d i n gt ot h en a t i o n a ls t a n d a r df o re v a l u a t i o no fs o l l e n v i r o n m e n t a lq u a i l t y ，t h e nd i v i d ct h es o i li n t od i f f e r e n tl e v e l s f i n a l l ya n a l y z e dt h e c o r r e l a t i o no ft h eh e a v ym e a t l si nt h es o i l i no r d e rt om a k ea g r i c u l t u r a lp r o d u c t sd e v e l o p e d i nas c a l e d ，h i g hq u a l i t ya n di n d u s t r i a l i z e dd i r e c t i o n ，a sw e l la sp r o v i d i n gaf o u n d a t i o nf o r t h ec o n s t r u c t o no f n a t i e n a lu n c o n t a m i n a t e da g r i c u l t u r a lp r o d u c t s f o l l o w i n gc o n c l u s i o n sa l ea c h i e v e d ： a c c o r d i n gt ot h ei n d e x e so fs i n g l ec o n t a m i n a n t sp o l l u t i o nt h er e s u l ts h o w e d ：h e a v y m e t a l si n d e x e si nt h es o i lo fc a n g x i ，j i a n g e ，y u a n b a ，s h i z h o n gc o u n t ya r el e s st h a n1 0 i n d i c a t i n gt h a tt h e ym e e tt h er e q u i r e m e n t so fs o i le n v i r o n m e n tf o rp r o d u c i n gu n c o n a m i n a t e d f o o d ，b u tc d ，a sf o r mq i n g c h u a na n dw a n g c a n gc o u n t ya t em o r et h a n1 0 a sw e l la s c d ，c r , c uf r o mc h a o t i a nd i s t r i c t a c c o r d i n g t ot h ei n d e x e so f c o m b i n e dc o n t a m i n a n t sp o l l u t i o nt h er e s u l ts h o w e d ：o n l y3 h e a v ym e t a l si n d e x e so ft h e 1 4 5s o i ls a m p l e sa r em o r et h a n1 0 ，b e l o n g i n gt os l i g h t p o l l u t i o n t h eo t h e r sa r el e s st h a n1 0i n d i c a t i n gt h a tt h el e v e lo f t h es o i lb e l o n g t oc l e a n n e s s ， s ot h e ym e e tt h er e q u i r e m e n t so f s o i le n v i r o n m e n tf o rp r o d u c i n gu n c o n t a m i n a t e df o o d a c c o r d i n gt oc l u s t e ra n a l y s i st h er e s u l ts h o w e d ：t h er e p r e s e n t a t i v ee l e m e n ti ns o i lo f j i a n g e 。w a n g c a n g ，c a n g x i ，s h i z h o n gc o u n t yi sc d ，p b ，h ga n da sr e s p e c t i v e l y n eh e a v y m e t a l si ns o i lo fq i n g c h u a n c h a o t i a n ，y u a n b ad i s t r i c th a v en or e p r e s e n t a t i v ee l e m e n t ，t h e h e a v ym e t a lc ra n dc u ，c da n dh go fc h a o t i a nd i s t r i c t ，p ba n dh go fs h i z h o n gj i a n g e d i s t r i c th a v eo b v i o u sc o r r e l a t i o n n l eh e a v ym e t a l so fc a n g x i ，w a n g c a n g ，q i n g c h u a nc o u n t y a n dy u a n b ad i s t r i c th a v eu n o b v i o u sc o r r e l a t i o n a sar e s u l t ，t h es o i lo fa g r i c u l t u r a lp r o d u c t s b a s ei ng u a n g y u a nc i t yi si ng o o dc o n d i t i o na n di ti sf i tf o rp r o d u c i n gu n c o n t a m i n a t e df o o d k e yw o r d s ：s o i l ；h e a v ym e t a l ；e v a l u a t e ；p o l l u t i o ni n d e x 西南交通大掌硕士研究生学位论文第1 页 1 1 问题的提出 第1 章绪论 作为供应城市农产品的生产基地，随着经济发展及世界人口的快速增长、 工业生产规模的不断扩大和城市化的快速发展，生态环境污染逐渐加剧，工 业“三废”及生活污水的排放与日俱增，严重地污染了区域内的水、土、气 致使农产品区生态环境日益恶化，造成农产品品质下降，污染程度加剧，其 中土壤环境污染，尤是重金属污染日益严重。重金属污染的土壤不仅对作物 的生长发育及产量品质有影响，而且通过食物链对人体健康造成危害。土壤 作为一个生态系统，是由地上植物以及土壤内部动物、微生物和酶组成，并 与外界环境相互作用形成个有机的自然体。在这系统中，土壤是生物物 质生产、分解、累积和转化的一个最活跃的地带，并贯穿物质与能量流而形 成一个开放系统。在外界人为活动的影响下，进入土壤生态系统的污染物， 如重金属，其数量一旦达到一定的限度，不仅会影响土壤内部生物群落的变 化与物质的转化，而且会影响地上部分的农作物。一些重金属会抑制壤微 生物的生长发育和数量，从而会降低土壤肥力。土壤上生长者与人们日常生 活息息相关的粮食、蔬菜、水果等农产品。土壤一旦受到了污染，农作物的 质量和产量自然会降低，大量受污染的农产品被人们食用，对人体健康及生 命安全造成很大威胁。根据对全国各地主要蔬菜种类安全质量的监测及分析， 影响蔬菜产品质量的主要问题有：有害的重金属污染、硝酸盐和亚硝酸盐污 染以及农药残留污染”j 。蔬菜的重金属污染，由于其具有一定的隐蔽性，一 般不会造成人们的急性中毒，而是通过食物链在人体中累积，从而危害人们 的身体健康，因而它不像蔬菜农药污染那样倍受人们的重视和关注【2 1 。我国 土壤及土壤作物重金属污染情况比较严重。据统计1 3 1 1 9 9 2 年我国约有1 3 万 h m 2 耕地受到镉的污染，涉及1 1 个省市的5 个地区，约有1 5 个省市的3 2 万h m 2 耕地受到汞的污染。1 9 9 8 年我国由于重金属污染而引起的粮食减产达 1 0 0 0 万t 。根据农业部环境监测系统2 0 0 0 年对全国2 4 个省市3 2 9 个严重污 染的8 2 2 3 万亩土壤调查发现大田类农产品，其中重金属超标占污染土壤和农 作物的8 0 ，2 0 0 0 年对全国2 2 亿吨粮食调查发现，粮食中重金属超标率为 l o ”l 。2 0 世纪5 0 年代，随着日本1 9 5 3 - 1 9 5 6 年水俣病( h g 污染) 、1 9 5 5 1 9 7 2 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 年骨痛病( c d 污染) 以及1 9 6 1 年四日市哮喘( s 0 2 和重金属粉尘复合污染) 等事 件的发生，重金属污染问题研究被提上了议事日程。重金属在空气、土壤和 水体中的存在对生物有机体产生严重影响，并且其在食物链中的生物富集极 具危险性【5 1 ，因此，展开土壤重金属的研究，无论在理论上还是生产实践中 都有较大的理论和实际价值。 1 2 土壤重金属污染的定义、污染特征及来源 1 2 1 重金属定义 重金属是指原子密度大于5 0 9 c m 3 的一类金属元素，在自然界中大约有 4 0 种，但是，由于不同的重金属在土壤中的毒性差别很大，所以环境科学中 人们通常关注c d 、c r 、h g 、p b 、c u 、a s 、n i 等1 6 3 ，从生物化学特征上可分 为两类，一类是对作物和人畜都是有害的，如c d 、p b 、h g 等，另一类是在 正常情况下对作物和人体均为营养元素，而过量时出现危害，如：c u 、z n 、 m n 等【7 1 。土壤重金属污染是指由于人类活动将重金属带入到土壤中，致使土 壤中重金属含量明显高于背景含量、并可能造成现存的或潜在的土壤质量退 化、生态环境恶化的现象。 1 2 2 土壤重金属污染特征 1 普遍性 随着工业生产的发展，重金属污染日趋普遍，几乎威胁着每个国家，1 9 5 5 至1 9 7 2 年日本富山通川流域的“骨痛病”就是由于重金属镉污染而引起的【s 】。 2 潜伏性 水体和大气的污染比较直观，污染严重时通过人的感官即可发现，而土 壤重金属污染由于其无色无味，很难被人的感觉器官而察觉，一般要通过植 物进入食物链积累到一定程度时才能反映出来【9 j 。 3 不可逆性 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。因此土壤一旦污染就很难恢到1 0 1 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 4 长期性 多数有机化学污染物质需要一个较长的降解时间，所以，土壤一旦遭到 污染就极难恢复。例如1 9 6 6 年冬至1 9 7 7 年春沈阳抚顺污水灌溉区发生的污 染，经过十余年的艰苦努力，采用了各种措施才逐步恢复其部分生产力1 1 - 1 2 1 。 5 伴生综合性 在自然界中，单个重金属污染物构成的污染虽有发生，但污染多为伴生 性和综合性，即多种污染物形成复合污染，这已成为近年来环境科学领域研 究的新热点 1 3 - 1 s 。 1 2 3 土壤中重金属污染来源 土壤中的重金属除来自于自然界的成土母岩外，主要来自于人类开发生 产活动，主要包括以下几个方面。 图1 - - 1土壤中重金属主要来镩图 1 大气中重金属的沉降 大气中的重金属污染有自然来源和人为来源两种，由于字宙天体作用及 地球上各种地质作用而使某些重金属元素进入大气中属于自然来源，人为来 源主要为工业生产、汽车尾气排放及汽车轮胎磨损产生的大量含重金属的有 害气体和粉尘等。它们主要分布在工矿的周围和公路、铁路的两侧，主要是 p b 、z n 、c d 、c r 、c u 的污染为主。它们成条带状分布，以公路、铁路为轴 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 向两侧重金属污染强度逐渐减弱：随着时间的推移，公路、铁路土壤重金属 污染具有很强的叠加性，这些重金属经过自然沉降和雨淋沉降进入土壤。 2 污水灌溉 在没有人为污染的情况下，水体中的重金属的含量取决于水与土壤、岩 石的相互作用，其值一般很低，不会对人体健康造成危害。但工矿业废水、 生活污水等未经适当处理即向外排放，废弃物堆放场受流水作用都使城市污 水中含有的许多重金属离子导致水体受到重金属污染。这些重金属随着污水 灌溉而进入土壤，在分布上，往往是靠近污染源头和城市工业区土壤污染严 重。其主要危害人群也相对集中于城市地区。重金属通过直接饮水、食用被 污水灌溉过的蔬菜、粮食等途径，很容易进入人体内，威胁人体健康。 3 含重金属化肥的使用 农药、化肥是重要的农用物资，对农业生产的发展起着重大的推动作用， 但长期不合理施用，也可以导致土壤重金属污染。绝大多数的农药为有机化 合物，少数为有机无机化合物或纯矿物质，个剐农药在其组成中含有h g ，a s 、 c u 、z n 等重金属。常用的化肥中，氮肥和钾肥中重金属含量很少，磷肥中 含有较多的有害重金属，磷矿中较突出的重金属元素是镉。积累在土壤中的 重金属可以通过淋溶作用进入水体，也可以通过种植等农业活动进入农作物， 从而对人体及生态系统造成危害。 4 固体废物处要 包括城市生活垃圾、工业固体废物、特殊废物和有害废物，常常含有重 金属，增加了土壤重金属污染的可能。 5 金属冶炼 这是从矿物中分离金属的过程，因而是许多金属的污染源，般以细矿 石颗粒、氧化物气溶胶颗粒的形式通过大气的迁移、沉降进入土壤，造成土 壤污染。在冶炼厂下风向4 0 k i n 以内，这种形式的土壤污染都会发生。 1 3 国内外土壤重金属污染的研究现状 1 3 1 国内重金属污染研究现状 土壤一旦遭受重金属的污染，由于其具有不可逆性和长期性，又不易在 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 生物物质循环和能量交换中分解【l “，所以很难恢复，而且经过食物链的富集 和放大，最终将影响人类健康。据估测，全国受重金属污染的耕地面积约占 耕地总面积的1 5 ”】，每年因土壤污染而减产粮食1 0 0 0 万吨。另外还有1 2 0 0 万吨粮食其污染物超标，两者的直接经济损失达2 0 0 多亿元【l 射。尤其是城郊 生产的粮食、蔬菜、水果等食物，c d 、c r 、a s 、p b 等重金属超标严重，有 的地区粮食镉含量甚至超过诱发“骨痛病”标准【1 9 i 。因此国内外都比较关注重 金属污染引起的问题，对农产品及土壤重金属污染进行了多方面的研究。 近几年国内外已相继开展了重金属重金属【2 0 1 、有机物有机物 2 1 】及有机 物重金属【2 2 】的复合污染研究。植物体和食品中重金属的分布、存在形态与毒 性评价 2 3 1 。孙铁珩、周启星等在张士灌溉区重金属污染农田生态工程治理 2 “、 土壤植物系统污染生态过程f 2 习；陈怀满等人在土壤中重金属的化学行为1 2 6 j 、 土壤植物系统中重金属与养分元素的交互作用f 2 7 1 1 汤鸿霄、江桂斌、王子健 等在重金属形态、生物毒性和生物有效性【2 8 l 等方面均进行了有价值的探索和 研究。 2 0 世纪8 0 年代束期，周艺敏等人 2 9 1 的调查结果表明，天津市菜园土壤 的8 种重金属元素含量均高于本市农业土壤背景值一倍以上，尤以c d 和h g 最为严重，分别为背景值的5 倍和6 0 倍。张民等人p 。l 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 、c u 、p b 的含量有 明显增高的趋势。天津市在1 9 8 5 1 9 8 8 年间对菜区的调查表明，土壤镉、汞 元紊的积累尤为明显，分别为背景值的5 倍和6 0 倍，但蔬菜总体上并未超过 食品卫生标准【3 1 l 。2 0 世纪9 0 年代中期的调查结果表明，沈阳市蔬菜也受到 程度不同的重金属污染，超标率较大的元素是p b 和h g ，其次是z n 和c d 。 蔬菜综合超标率为3 6 1 ，污染面积为3 6 0 0 公顷1 3 2 1 。沈阳市菜田土壤重金属 含量与其土壤背景值相比，c d 、p b 、z n 平均值分别为背景值的7 0 6 、3 9 6 、 3 8 7 倍p 引，表明了沈阳市菜田土壤已受到多种重金属的复合污染。天津市近 郊蔬菜中h g 和p b 超标 3 4 1 。上海市蔬菜受到重金属污染，尤以c d 和p b 污 染为甚，超标率分别为1 3 2 9 和1 2 0 1 【3 5 】；而上海市宝山区菜区壤受到 了不同程度的重金属污染，c d 和h g 为主要污染元素【3 6 】。戴军等人1 3 7 1 1 9 9 5 年研究表明，广州市约有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。最近，马往校 等人1 3 8 】对西安市郊区蔬菜的可食部分中重金元素监测的结果表明，p b 是西 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 安市郊区蔬菜的主要污染元素，超标率为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 o 和2 ，o 最高超标分别为5 2 0 倍和1 3 2 倍。由此可见，我国土壤和农产品( 尤其是蔬菜) 已受到重金属的污 染，而多以p b 、c d 和h g 这三种有毒元素为主。2 0 0 2 年唐书源等1 3 9 i 对重庆 市部分区县3 7 个乡镇的蔬菜中重金属污染调查的结果表明重庆蔬菜受到重 金属p b 、c d 和h g 的污染，超标率分别为7 4 、6 4 、1 1 。罗晓梅等 4 0 谢1 对成都地区蔬菜重金属检测结果表明，锡和铅是成都地区蔬菜中的主要污染 元素，在检测的蔬菜样品中，锡和铅的超标率分别为2 9 4 和2 2 ，最高超 标分别为5 6 0 倍和2 8 6 倍j 。 综上所述，我国主要的各大城市郊区的土壤及蔬菜都己普遍受到了一定 程度的重金属污染，尤其是p b 、c d 、h g 的污染，这一状况令人堪忧。 1 3 2 国外重金属污染研究现状 自从1 9 5 0 年代在日本出现水俣病和骨痛病，并且查明是由于食品遭到 汞污染和镉污染所引起的“公害病”以后【43 1 ，对重金属的环境污染通过食物链 造成食源性危害的问题引起了各国的极大关注。各国的研究多集中于以下几 个方面m 】：重金属的环境化学，陆地生态系统与水生生态系统中重金属的 含量、形态、行为、归宿和生物地球化学循环等；重金属的分析技术( 重 金属形态分析技术、多元索分析技术等) ；重金属对健康的影响( 金属及有 机金属化合物对入体的毒理学、重金属的代谢模式、与金属有关的流行病学 等) ；金属污染和管理( 生物吸收作用的控制、地下水重金属污染防治、污 泥与固体废弃物中的重金属治理、与重金属有关的土壤改良等) 。近1 0 年来 包括微生物、植物和动物三种方法在内的生物修复技术成为土壤污染修复的 热点研究领域。美国w a l l a c e 等将重金属的联合作用分为协同作用、竞争作 用、加和作用、屏蔽作用和独立作用f 4 5 1 。土壤中有机污染物重金属复合污染 是非常普遍的。1 9 8 3 年，美国科学家c h a n e y 首次提出了利用某些能够富集 重金属的植物来清除土壤重金属污染的设想植物修复技术的设想，与传 统方法相比，这项技术以其高效、经济和生态协调性等优势显示出巨大的生 命力 4 6 1 。d e m i r b a s 【47 】研究了耳其6 种食用蘑菇中h g 、p b 、c d 和c u 的含 量，发现最高的重金属含量分别：h y d n u m r e p a n d u m ( 6 7 9 m g k g h 9 1 、 r u s s u l a d e l i e a ( 6 8 7 m g k g p b ) a g a r i c u s s i l v i c o l l “1 6 8 m g k g c d ) 【t r i c h o l o m a t e r r e u m 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 ( 6 6 4 m g k g c u ) ；b a h e m u k a 等【4 8j 对几种可食性蔬菜中的重金属研究表明，一 些蔬菜中重金属含量已超过f a o 和w h o 允许的标准值。以所测蔬菜中重金 属的平均值( 按c d 、c u 、p b 和z n 的顺序) 为0 2 0 、7 9 5 、3 9 5 和3 3 7 5 m g k g 以及每人每天消费1 0 8 9 蔬菜计，每人每天摄入c d 、c u 、p b 和z n 的量分别 达2 1 6 m g 、8 5 9 m g 、4 2 7 m g 和3 6 5 r a g 。在对人体健康的影响方面，重金属致 癌、致畸和致突变效应均有报道，如m a n d a l t 4 9 】系统综述了a s 污染对人体肺、 心血管、胃肠、血液、肝、肾、皮肤、神经和免疫诸方面的负面影响。 另外近年来生物聚合物由于其环境温和性以及与重金属有较强的结合 力也得到了应用研究。s k r i s h n a r n u r t h y 从生物聚合物的分子结构、物理化学 性质以及和重金属的络合机理方面探讨了生物聚合物去除重金属的可能性对 明角质、淀粉、藻类、纤维类物质等进行了研究【5 们，但研究主要还处在探索 阶段。s t e p h e n 等人报道美国曾将酸提取法用于对4 个被a s 、c d 、c r 、c u 、 p b 、n i 、z n 污染的超级基金项目的治理，治理后金属的淋溶性均在r c r a ( 资源保护回收法) 规定的限度以下p ”。w i l l i a m 报道1 5 2 1 美国曾联合应用 c o g n i s t e r r a r n e n t 淋滤法和b e s c o r p 洗土法成功地治理了被8 种重金属污 染的土壤。此项技术治理了, i x l 0 4 k g 被污染的土壤，重金属得到了回收利用， 治理过程没有产生废水和任何危险性废弃物。1 9 9 8 年波兰c u r y l o 等的研究 表明陋剐施用有机肥“r e k u l t e r ”与施用无机n 、p 、k 肥相比芹菜与胡萝h 根中 c d ic u 、n i 、p b 、z n 五种重金属含量分别减少2 6 、9 0 、2 4 、8 3 和3 9 。 用有机肥改良土壤的机理主要是利用有机质络合土壤中的重金属离子。 1 4 论文的选题、主要内容及技术路线 1 4 1 论文的选题 土壤是人类的衣食之源和生存之本，但随着我国现代经济的高速发展， 环境污染物的排放量与日剧增，环境污染和生态破坏越来越严重，给人类赖 以生存的土壤带来了严重的污染。据监测，目前，全国范围内大约1 0 的粮 食、2 4 的农产品和4 8 的蔬菜存在质量安全问题【5 4 】。我国每年食物中毒报 告例数约为2 - 4 万人。可见，食品安全问题已经成为一个焦点问题 5 5 1 。我国 已经加入w t o ，对外贸易日益频繁，因此进行无公害农产品基地土壤环境质 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 量评价是很有必要的，中国是农业大国，农产品是中国主要出口商品之一， 在我国，因农产品质量问题导致外商拒收、扣留、索赔、撤销合同等事件屡 有发生，给国家和农民带来了巨大的损失。因此，如何解决土壤污染提高农 产品质量成了当前放在我们面前的一个刻不容缓的问题。通过对无公害农产 品基地土壤的分析评价，可以为无公害农产品基地的选择和建设提供科学依 据，同时为政府进行土地生态规划决策提供快速、科学的信息技术支持。 1 4 2 研究内容及方法 主要研究内容包括： ( 1 ) 对广元市无公害农产品生产基地土壤样品采集及处理，然后进行实 验分析测试和数据处理。 ( 2 ) 按照国家土壤环境质量评价标准，结合广元的实际情况选取广元市 无公害农产品生产基地土壤重金属评价模型。 ( 3 ) 结合土壤的中重金属的实测值和评价标准模型来计算分级指数，并 按照国家土壤环境评价标准对广元市的无公害农产品基地的土壤进行分级。 本论文主要采用实验分析和评价模型相结合的研究方法，以广元市无公 害农产品基地土壤中重金属为研究目标，采用“现场调查一一土壤采集一一 实验分析一一评价模型结果分析指导实践”的研究方法。 1 4 3 研究技术路线 无公害农产品基地土壤评价体系理论研究 对广元市农产品基地土壤野外调查 样品的布设 样品的采集 样品的预处理 土壤样品实验分析测试 实验数据导入评价模型 得出分级指数对无公害基地土壤分级 对土壤中重金属相关性进行分析 为广元市无公害农产品基地建设提供理论参考 图1 - 2技术路线圈 西南交通大学硕士研究生学位论文第10 页 第2 章研究区概况 2 1 广元市地理、地形 广元市地处四川盆地的东北部，长江流域的最上端，北临秦岭，南靠四 川盆地。介于东经1 0 4 0 3 6 一1 0 6 0 4 8 、北纬3 1 0 3 l7 - - 3 2 0 5 6 之间，幅员面积为 1 6 3 0 6k m 2 ，北与甘肃省武都县、文县、陕西省宁强县、南郑县交界；南与南 充市的南部县、闽中市为邻；西与绵阳市的平武县、江油市、梓潼县相连； 东与巴中市的南江县、巴州区接壤。广元市分为市中、朝天、元坝、旺苍、 苍溪、剑阁、青川七个区县，广元历来为出川北上的交通必经之路，俗称“蜀 北门户”，“八五”末期己经形成了水、陆运输网络和川、陕、甘三省交汇地的 交通枢纽。它的地质构造情况比较复杂，大部分被新生代沉积物所覆盖。 广元地处米仓山、龙门山和盆北低山三大地貌单元的交汇地带，境内以 山地地貌类型为主，地形极为复杂，形成以广元市为中心的四面环山地型地 貌特征。高中山占5 5 ，低山深丘占2 2 2 ，有少量的河谷平坝，地势北高 南低。她形为从山地向盆地过渡地带，摩天岭、米仓山东西向横亘于市北， 分别为川甘、川陕界山；市南则由剑门山等川北弧形山脉覆盖。地势由北向 东南倾斜，山脊相对高差达3 2 0 0 m 。摩天岭山脊海拔由西端最高点3 8 3 7 m 向 东下降至2 7 8 4 m ，向南则急剧下降到8 0 0 m 。山脊海拔由北至南从3 0 4 5 m 降 到1 2 0 0 m 。山顶尖削，坡面一般在2 5 度以上，河谷深切，相对高差在6 0 0 8 0 0 m 。川北弧形山脉的元坝区、旺苍县城以南及苍溪、剑阁两县全境。海 拔从北而南由1 2 0 0m 下降到6 0 0i n 。河谷切割亦深，多呈“v ”形。相对高差 在2 0 0 5 0 0 m 。山顶平缓，多呈台梁状，坡面一般在1 2 度左右。市境内主要 以低山地貌为主，海拔最高点是青川县境内的大草坪3 8 3 7 m ，最低点是苍溪 县境内的涧溪口3 5 2 m ，高低相差3 5 0 0 余m ：境内江河均属嘉陵江水系，主 要支流有白龙江、青江河、闻溪河、南河、东河和西河等，嘉陵江由北向南 纵贯全境，是广元市主要的水运河道。 西南交通大学硕士研究生学位论文第11 页 2 2 气候环境 广元市大部位于亚热带湿润季风气候区域内。年均温1 3 9 1 2 1 7 4 ，年 降水量9 7 2 m m 1 1 4 2m m 。但分配极不均匀，7 0 - 8 0 的降水出现在夏、秋两 季。冬、春季多偏北大风。蒸发量大于降水量。气候温和，四季分明，无霜 期2 2 3 2 9 0 天。总的气候特点是：夏热冬暖、年较差小、四季分明、终年湿 润；春秋早，春暖秋意凉；冬干春早，初夏雨少，秋绵绵；盛夏降水相对集 中；嘉陵江河谷为风径，春秋两季大风多：立体分布明显，气候类型多。在 复杂的地形地貌条件下，由于地形、地貌和大气环流共同作用的结果，形成 了多种多样的气候和农业气候类型，立体气候明显，农业气候环境条件比较 优越，有利于多种作物的生长，为多种动植物的生息繁衍和发展特色农业提 供了良好的生态环境，农业发展前景极为广阔。 2 3 社会经济发展状况 广元市气候条件优越，地理环境复杂多样，保存有数千种生物资源，全 市的动植物有8 8 科，4 2 0 种，为农林牧渔的发展提供了坚实的基础：经济作 物有1 9 0 多个品种。主要有栓皮栎，油桐，核桃，木耳。香菇，苍溪雪梨， 猕猴桃，漆树等，裁静广泛，质量优异，药用植物如天麻，杜仲，柴胡，黄 柏等产量丰富，是四川省重要的药材生产基地。广元自然资源丰富。境内有 可开采价值的矿藏达3 0 余种，其中煤8 亿吨、黄金8 0 余吨，可开发水能源 1 8 6 m k w ，现已形成装机1 m k w 的发电能力和供电网：已查明的动植物种类 3 3 5 0 种，国家列名保护的珍稀动物有熊猫、金丝猴、华南虎等二十余种，国 家保护的名贵树种有珙桐、楠木、银杏、剑阁柏等1 2 0 种，苍溪雪梨、猕猴 桃、青川木耳、竹荪、旺苍杜仲、天麻等市内名特产；全市有森林5 3 5 1 0 5 h m 2 ，草场3 3 x l o h m 2 ，是我国西南重要的木材产地和牛羊肉生产基地之一。 2 3 1 自然资源 广元市的矿藏和水利资源丰富。 金、铝、银、铜、铅、锌、锰、钴、 已探明和正在详查的矿种有：煤、铁、 硫、磷、大理石、石灰石、白云石、石 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 2 页 墨、耐火黏土、天然气等3 0 多种。水资源的表现为：总体较为丰富，但在时 间和地理上分布不均。广元市境内河流以嘉陵江为主，有白龙江、清江河、 东河、木门河等7 5 条河流，水量丰富，流速急，落差大，水能蕴藏量为 2 7 0 m k w 。 广元市境内的森林树种有1 9 0 0 多种，野生植物3 0 0 多种，可利用灌木 1 0 0 多种，栽培植物7 0 0 多种。国家保护的名贵树种有珙桐、楠木、银杏、 杉罗树、剑阁柏等1 2 0 多种。广元市境是四川省的米仓山摩天岭林业基地的 主题部分，森林覆盖率为2 4 2 ，其中用材林占6 5 ，经济林2 1 。除了有 林地3 9 4 1 0 5 h m 2 外，还有宣林地4 2 x 1 0 4 h m 2 ( 包括疏林地和灌木林地) 。 广元市的动植物品种在3 3 5 0 种以上，野生动物有3 0 0 多种，饲养动物有5 0 多种。国家列名保护的珍惜动物有大熊猫、小熊猫、金丝猴、苏门羚、华南 虎、云豹、毛冠鹿、红腹角雉、白冠长尾雉等2 0 多种。位于青川县西北境的 唐家河国家级自然保护区是联合国野生动物基金会的研究基地之一，也是大 熊猫的栖息地；旺苍县东北境鼓城山自然保护区内有各类动物2 4 8 种，其中， 国家列名保护的珍惜动物有1 2 种。 2 3 2 土壤特征 广元市土壤因受地貌和气候影响，土壤类型较多，广元市基带土壤为黄 壤，并且具有垂直分异现象。土壤依次分布有黄壤、黄棕壤、棕壤、暗棕壤、 草甸土等。由于受暴雨侵蚀作用，土层多浅薄，且分布有较大面积的石骨土。 2 4 广元市无公害农产品基地建设 广元农业资源丰富，生态环境优良，产品特色明显，是四川重要的农产 品基地。该市于2 0 0 1 年就成立了“放心菜”工程领导小组及办公室，2 0 0 2 年 启动“无公害食品行动计划”后又成立了市发展无公害农产品领导小组及办公 室，负责全市农产品质量安全工作，将农产品质量安全管理工作列入政府的 重要议事日程和为民办实事工程，纳入目标考核范畴，科学规划严格考评领 导小组定期召开会议，总结取得的成绩和经验，研究布置今后工作的指导思 想和重要目标以及应采取的具体措施，层层签订目标责任书，加大对各县区 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 3 页 的督查力度，大大促进了全市农产品质量建设工作的开展。 广元市各县区响应政府的号召并坚持与资源特色相结合，与市场需求相 吻合，广元市启动了以蔬菜、水果、茶叶为重点的无公害农产品行动计划， 在元坝、朝天、市中区建立了无公害蔬菜基地，在苍溪和剑阁县建立了无公 害水果基地，在青川和旺苍县建立了无公害茶叶基地等。截至2 0 0 4 年底，全 市共认定无公害农产品基地2 7 个，剑阁被列为全国油料大县、产粮大县，苍 溪被列为全国雪梨和猕猴桃基地县，市中区被列为国家级反季节蔬菜基地， 青j i f 、旺苍被列为全省茶叶生产重点县。目前，一些无公害农产品通过企业 加工，已占领了本地市场，有的还漂洋过海，走出国门。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 第3 章研究方法与测定结果 3 。1 采样点布设与样品采集 3 1 1 土壤样品的来源 广元市分为市中区、朝天区、元坝区、旺苍县、苍溪县、剑阁县、青川 县七个区县，调查内容为农产品基地土壤中的重金属分布状况。考虑到不同 的土地利用类型及其所在区域的代表性，并兼顾样点的均匀性，共取得代表 性土样1 4 5 个。 3 1 2 采样点的布设 ( 1 ) 布点原则 坚持最优监测原则，优先监测代表性强、有可能造成污染的最不利的方 位、地块。 ( 2 ) 布点方法 在环境因素分布较均匀的监测区，采用梅花点法。 在环境因素分布较复杂的监测区，采用随机布点法。 在可能受污染影响的监测区，采用放射法布点。 ( 3 ) 采样 采样时间从2 0 0 6 年4 月到2 0 0 6 年5 月。土壤样品的采集尽可能的安排 在了作物生长期内。对于一年生作物，土壤采样深度为o - 2 0 e m ，对于面积较 小，地势平坦，土壤比较均匀的田块，采用梅花点法，设5 个左右的分点； 对于面积中等，地势平坦，土壤不够均匀的地块，采用棋盘式法，设l o 个左 右的分点：对于面积较大，土壤不够均匀地势不够平坦的田块，采用蛇形法， 设1 5 个左右的分点。每个混合土样采集l k g ，在广元市7 个县区农产品基地 共采集土壤样品1 4 5 个，采集后的样品在实验室风干，剔除杂质，用玛瑙球 磨机粉碎、过筛，四分法取舍后将土样装入瓶内贴好标签备用。 西南交通大学硕士研究生学位论文第15 页 圈3 - 1 土壤采样点分布图 3 1 3 实验仪器及实验试剂 ( 1 ) 仪器：岛津a a - 6 7 0 1 型原子吸收分光光度计，梅特勒a e 2 0 0 型电子 分析天平，自动恒温水浴锅、加热板、a f 6 1 0 原子荧光光谱仪。i r i s i n t r e p i d 2 x s p 全谱直读等离子体发射光谱仪。 ( 2 ) 主要试剂： 硝酸、硫酸，均为优级纯；硼氢酸钾，优级纯；硫脲、抗坏血酸，分析 纯；氢氧化钾，优级纯：酒石酸，优级纯；五氧化二钒，优级纯；高锰酸钾 溶液；氯化亚锡溶液；硝酸、重铬酸钾溶液 3 1 4 样品的处理及测试 样品处理采用消解法处理。消解的目的：破坏、除去土壤中的有机物； 溶解固体物质、彻底破坏土壤的矿物结晶格将各种形态的金属变为同一种 可测态全部进入试液。 ( i ) h g ；准确称取0 5 0 0 0 9 试样于石英舟内，加入高温处理石英砂铺盖 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 6 页 于样品表面，将样品放入石英管式内用推样棒推至9 5 0 恒温区，立即塞紧 硅胶塞，通入氧气，样品在9 5 0 恒温区燃烧2 0 r a i n ，取下吸收管，将两支 吸收管内吸收转入2 5 m l 比色管内，滴加2 0 盐酸羟胺使高锰酸钾褪色，振 摇1 m i n ，开塞放置3 0 m i n ，加蒸馏水至2 5 m l 摇匀，将其转入汞反应瓶中， 加入2 m 1 3 0 氯化亚锡溶液，立即盖好瓶塞，迅速从测汞仪上记录峰高，从 而测定土壤中总汞含量。 ( 2 ) c r ：准确称取o 5 0 0 0 9 试样于3 0 m l 聚四氟乙烯坩埚中，加数滴去 离子水湿润，加入硝酸及硫酸，待剧烈反应停止后，置于电热板上加热至冒 白烟生成，然后冷却、加入硝酸、h f 继续加热至冒浓白烟，目的是除尽h f ， 加入蒸馏水浸取定容。然后再加入高锰酸钾将c r 3 + 氧化为c r 6 + ，并用n a n 3 除去过量的高锰酸钾，加入二苯碳酰二肼显色剂，于波长5 4 r i m 处比色测定。 ( 3 ) c d ：准确称取o 2 5 0 0 9 试样于聚四氟乙烯坩埚中，加数滴去离子水 湿润，先后加入8 m l 硝酸、2 0 r a l 高氯酸和1 5 0 m l 氢氟酸，加盖在加热扳上 消化4 h 至有大量的浓厚白烟生成且四氟乙烯坩埚壁上无黑色物质生成。然后 再加入2 m l 硝酸、l m l 高氯酸放置2 4 h ，再在加热板上加热消化至干无白烟 生成( 只剩少许块状物) ，趁热加入2 m l1 ：2 的盐酸，转入2 5 m l 容量瓶中用 去离子水定容至标线，摇匀上机测试，同时做试剂空白。 ( 4 ) a s ：准确称取土壤样品0 2 5 0 0 于5 0 m l 的比色管中，加入1 0 m l 的 硝酸，轻轻晃动，使硝酸全部浸透样品，放在装有比色架的水浴中，盖上封 盖以防止微量元素的挥发，沸水加热3 小时左右，消化过程中要晃动比色管 几次，冷却后取用去离子水定容至刻度摇匀澄清后( 同时做空白试样) ，依次 准确吸取标准系列和样品上清液5 m l 于原