（土壤学专业论文）贵阳市郊区菜地土壤—蔬菜系统中镉污染分析及调控研究.pdf

贵州大学2 0 0 8 届硕士论文 贵阳市郊区菜地土壤一蔬菜系统中镉污染分析及调控研究 中文摘要 r 本论文以贵阳市郊区菜地土壤种植蔬菜为研究对象 共采集了7 6 个耕层土 壤和对应的底层土壤 采集了相对应的2 1 0 份蔬菜样品了研究了土壤和蔬菜中的 镉以及它们的相关性 对土壤和蔬菜中镉进行了污染评价 同时进行了蔬菜降镉 调控试验 主要研究结果如下 1 贵阳市郊区菜地耕层土壤镉平均含量的大小是白云区 小河区 乌当 区 花溪区 耕层土壤的平均含量为0 6 7 0m g l k g 不同酸碱度土壤镉平均含量 是石灰性土壤 中性土壤 酸性土壤 贵阳市郊区菜地耕层土壤全镉含量与p h 呈极显著地正相关性 与有机质和全氮呈显著地正相关性 与物理性粘粒呈显著 地负相关性 2 贵阳市郊区菜地耕层土壤镉超标率和污染程度是白云区 乌当区 小 河区 花溪区 全区超标率为7 6 3 2 全区菜地土壤镉有2 3 6 8 属清洁水平 有5 6 5 8 为轻度污染 有1 8 4 2 为中度污染 有极少部分受到了重度污染 菜 地土壤表层镉的平均含量积累率和样点积累率分别为1 6 6 5 和6 9 7 4 说明贵 阳市郊区菜地土壤镉有大部分是外界输入积累 3 利用t e s s i e r 法分析了种植蔬菜的土壤镉的形态 水溶性镉占全量的 0 3 9 可交换态镉占全量的6 3 8 碳酸盐态镉占全量的9 4 2 铁锰氧化态镉 占全量的8 3 1 有机结合态镉占全量的4 1 3 残渣态镉占全量的7 1 3 7 不 同浸提剂浸提土壤有效态镉的浸提能力大小是n h o a c h c i c a c l m g n e d t a n h 4 0 a c n i l o a c 浸提土壤中的镉与土壤交换态镉 水溶态镉 交换态镉存在 显著的正相关性 n i l o a e 浸提土壤中的镉可作为植物易吸收形态数量和有效镉的 指标 4 不同区域间蔬菜镉平均含量的差异是小河区 白云区 乌当区 花溪 区 不同蔬菜品种镉含量的平均值是小白菜 生菜 莴笋 芹菜 大白菜 红旱 菜 芫荽 空心菜 瓢儿白 牛心菜 香葱 茼蒿菜 蒜苗 青菜 莲花白 木耳菜 花椰菜 不同的蔬菜品种的平均富集系数是小白菜 生菜 瓢儿白 红 旱菜 芫荽 空心菜 芹菜 莴笋 牛心菜 大白菜 茼蒿菜 蒜苗 香葱 青菜 莲花白 木耳菜 花椰菜 贵州大学2 0 0 8 届硕士论文贵阳市郊区菜地土壤一蔬菜系统中镉污染分析及调控研究 5 蔬菜镉超标率和平均污染指数是小河区 自云区 乌当区 花溪区 蔬菜镉超标率是小白菜 生菜 红旱菜 芹菜 空心菜 牛心菜 大白菜 莴笋 蒜苗 香葱 茼蒿菜 莲花白 生菜 红旱菜 芹菜 芫荽歹莴笋 瓢儿自 大白菜 牛心菜 空心菜 香葱 茼蒿菜 蒜苗 青菜 莲花白 木耳 菜 花椰菜 根据蔬菜镉超标率和平均污染指数综合比较 蒜苗 香葱 茼蒿菜 青菜 莲花白 木耳菜和花椰菜是较为安全的蔬菜品种 6 土壤中交换态镉 水溶态 交换态镉与蔬菜中镉含量具有显著地正相 关性 醋酸铵 1 0m o l l n i h o a c 浸提土壤中镉的数量与蔬菜镉含量具有显著 地正相关性 因此将1 o m 醋酸铵浸提土壤中镉的数量作为蔬菜吸收镉量的有效 性指标 7 在酸性土壤上施用石灰降低了蔬菜镉的含量 其平均降低幅度为 2 4 2 6 酸性土壤中施有机肥可以降低蔬菜的镉含量 其平均降低幅度为 5 4 5 3 中性和石灰性土壤上施有机肥增加了蔬菜的镉含量 其平均增加幅度为 2 7 3 6 土壤中加入木炭明显地提高了蔬菜的镉含量 其平均增加幅度为 3 1 9 3 关键词 土壤蔬菜镉污染调控郊区 2 贵州大学2 0 0 8 届硕士论文贵阳市郊区菜地土壤一蔬菜系统中镉污染分析及调控研究 a b s t r a c t n l i sa r t i c l et o o kt h es u b u r ba l l o ts o i lp l a n t i n gv e g e t a b l e so fg u i y a n ga st h e o b j e c to fs t u d y a n dr e s e a c h e dc a d m i u ma n d t h e i rc o r r e l a t i o n t h e ne s t i m a t e st h e p o l l u t e dc a d m i u mi n s o i la n dv e g e t a b l eb yc o l l e c t i n g7 6p l o u g hs a m p l e s b a s e s a m p l e sa n dm e a n w h i l ec o l l e c t i n g2 10v e g e t a b l es a m p l e s i na d d i t i o n t h ed e e o p o s e d c a d m i u me x p e r i m e n tw a sa l s om a d e r e s u l t sw e r es h o wa sf o l l o w i n g 1 1 1 1 ec a d m i u mi np l o u g hf r o md i f f e r e n ts u b s u r bo fg u i y a n gw a sg r e a tv a r i a t i o n a n dt h ea v e r a g ec o n t e n t so fc a d m i u mt e s t e df o l l o w e dt h eo r d e ro fb a i y u n x i a o h e w u d a n g h u a x i a n dt h ea v e r a g ec o n t e n t sw e r e1 6 7 0 m g k g 1 1 1 ea v e r a g ec o n t e n t o fc a d m i u mi nt h es o i lo fd i f f e r e n tp hw a sa l k a l i n i t ys o i l n e u t r a ls o i l a c i ds o i l n l et o t a lc a d m u i ni ns u b u r ba l l o tp l o u g hw a ss i g n i f i c a n tc o r r e l a t e dw i t ht h ep h o f w h i c ht h eo r g a n i em a t e r i a la n dt o t 出nh a dap l u sc o r r e l a t i o n w h i l eh a dam i n u s c o r r e l a t i o n 历t ht h ep h y s i e a lp a r t i e a l 2 1 f l l ee x c e s sp r o p o r t i o na n dp o l l u t e dd e g r e eo fc a d m i u mi ns u b u r ba l l o tp l o u g h w e r eb a i y u n w u d a n g x i a o h e h u a x i a n dt h ee x c e s sp r o p o r t i o no fa l ls u b u r bw a s 7 6 3 2 o fw h i c h2 6 3 8 w a sc l e a nd e g r e e 5 6 5 8 w a sl e s sp o l l u t e dd e g r e ea n d 18 4 2 w a sm i d d l ep o l l u t e dd e g r e e i na d d i t i o n al i t t l ew a ss e r i o u s l yp o l l u t e d t h e a c c u m u l a t i v ep r o p o r t i o no fa v e r a g ec o n t e n ta n ds a m p l ei ns u b u r ba l l o tp l o u g hw e r e 1 6 6 5 a n d6 9 7 4 w h i c ht o l dt h a tt h ec a d m i u mo fs u b u r ba l l o tm o s t l yc a m ef r o m o u ta c c u m u l a t i v e 3 n l ed i f f e r e n tk i n d so fc a d m i u mi nv e g e t a b l ew a sa n a l y s eb yt e s s i e r r e s u l t s s h o w e dt h a te a c hp e r c e n t a g eo ft h ew a t e rd i s s o l v e dc a d m i u m t h ec h a n g e dc a d m i u m t h ec a r b o n a t e dc a d m i u m t h ei r o na n dm a n g a n e s eo x i d a t i o nc a d n l i u m t h eo r g a n i c c a d m i u ma n dt h er e s i d u a lc a d m i u mw a s0 3 9 6 3 8 9 4 2 8 3 1 4 1 3 a n d 7 1 3 7 t h ee x t r a c t e dc a p a c i t yo fd i f f e r e n te x t r a c t e dm a t e a r i a l sf o l l o w e dt h eo r d e ro f n h 4 0 a c h c i c a c l 2 m g t n 0 3 2 e d t a 姗o a e 玎ke d t a n i 4 o a et h a t w o u l db ea v a i b l ei n d e xt or e f l e ct h eq u a n t i t ya n da v a i b l i t yo fc a d m i u m 4 n l ed i f f e r e n c eo fc a d m i u m sa v e r a g ec o n t e n ti nd i f f e r e n ts u r b u r bw a sx i a o h e b a i y u n w u d a n g h u a x i a n dt h ea v e r a g ec o n t e n ti nd i f f e r e n tv e g e t a b l e sw a s 3 c h i n e s em u s t a r d u n c o o k e dv e g t a b l e l e t t u c e c e l e r y c h i n e s ew h i t ec a b b a g e p u r p l ec a b b a g e s c a l l i o n c r o w n d a i s yc h r y s a n t h e m u m g r a l i c c e l e r y c a b b a g e g y m r ac u s i m b u a b r o c c o l i a n dt h ea v e r a g ee x c e s sp r o p o r t i o ni nd i f f e r e n t v e g e t a b l e sw a sc h i n e s em u s t a r d c i n d i a nr o f i p p a h e b c o r i a n d e r h e b w a t e r s p i n a c h c e l e r y l e t t u c e p u r p l ec a b b a g e c h i n e s ec a b b a g e c r o w n d a is y c h r y s a n t h e m u m g r a l i c s c a l l i o n c a b b a g e g y m r ac u s i m b u a 5 t h ee x c e s sp r o p o r t i o na n da v e r a g ei n d e xo fv e g e t a b l ew e r ex i a o h e b a d y u n w u d a n g h u a x i t h ee x c e s sp r o p o r t i o n o fv e g e t a b l ew a sc h i n e s em u s t a r d u n c o o k e dv e g t a b l e i n d i a nr o r i p p ah e b w a t e rs p i n a c h p u r p l ec a b b a g e c h i n e s ec a b b a g e l e t t u c e a n dg r a l i c s c a l l i o n c r o w n d a i s yc h r y s a n t h e m u m c a b b a g e c h i n e s ew h i t ec a b b g e b r o c c o l i g y m r a c u s i m b u aa n dc o r i a n d e rh e ba l l d i d n te x c e e dt h es t a n d a r d t h ea v e r a g ep o l l u t e di n d e xo fv e g e t a b l ew a sc h i n e s e m u s t a r d u n c o o k e dv e g t a ble i n d i a nr o r i p p ah e b c e l e r y c o r i a n d e rh e b l e t t u c e c o r i a n d e rh e b c h i n e s ec a b b a g e p u r p l ec a b b a g e w a t e rs p i n a c h s c a l l i o n c r o w n d a i s yc h r y s a n t h e m u m g r a l i c s p r i n gn o n i o n c a b b a g e g y m r a c u si m b u a b r o c c o l i c o m p a r e dw i t he x c e s sp r o p o r t i o na n da v e r a g ep o l l u t e di n d e xo f c h r y s a n t h e m u i i i g r e c n c u s i m b u a c a u l i f l o w e rw e r ea l ls a f ev e g e t a b l e s 6 t h ec h a n g e dc a d m i u m w a t e rd i s s o l v e da n dc h a n g e dc a d m i u mi ns o i lh a da p l u sc o r r e l a t i o nw i t ht h ec a d m i u mi nv e g e t a b l e a n dt h eq u a n t i t yo fc a d m i u mb y1 0 m o l l n i h o a ce x t r a c t e da l s oh a dap l u sc o g e l a t i o n 柝n lt h ec a d m i u mi nv e g e t a b l e s o 蛐t h eq u a n t i t yo fc a d m i u mb y1 0m o l l n h 4 0 a ce x t r a c t e da st h ee f f e c t i v e i n d e xb yv e g e t a b l ea b s o r b e d 7 u s i n gt h el i m ei na c i ds o i lc o u l da b a s et h ec a d m i u mc o n t e n t si nv e g e t a b l e a n d t h ea v e r a g ea b a s e dd e g r e ew a s2 4 2 6 u s i n gt h eo r g a n i cf e r t i l i z e ri na c i ds o i lc o u l d a b a s et h ec a d m i u mc o n t e n t si nv e g e t a b l e a n dt h ea v e r a g ea b a s e dd e g r e ew a s5 4 5 3 u s i n gt h eo r g a n i cf e r t i l i z e ri nn e u t r a ls o i la n dl i m e ss o i lc o u l di n c r e a s et h ec a d m i u m c o n t e n t si nv e g e t a b l e a n dt h ea v e r a g ed e g r e ew a s2 7 3 6 u s i n gt h ec h a r c o a li ns o i l c o u l dr e m a r k a b l yi n c r e a s et h ec a d m i u mc o n t e n t si nv e g e t a b l e a n dt h ea v e r a g ed e g r e e w a s3 1 9 3 4 贵州大学2 0 0 8 届硕士论文贵阳市郊区菜地土壤一蔬菜系统中锅污染分析及调控研究 k e yw o r d s s o i lv e g e t a b l e c a d m i u m p o l l u t i o nr e g u l a t i o n s u b u r b 5 原仓i j 陛声明 本人郑重声明 所呈交的学位论 一是本人在导师的指导下 独立进行研究所取得的成果 除文中已经注明引用的内容外 本 论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果 对本文的研究在做出重要贡献的个人和集体 均已在文中以明确 方式标明 本人完全意识到本声明的法律责任由本人承担 论文作者签名 耋塞 日 期 2q q 墨生左月 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解贵州大学有关保留 使用学位论文的规定 同 意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版 允许论文被查阅和借阅 苓人授权贵州大学可以将本学位论 文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索 可以采用影印 缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文 保密论文在解密后应遵守此规定 论文作者签名 翌委导师签名 贵州大学2 0 0 8 届硕士论文贵阳市郊区菜地土壤一蔬菜系统中镉污染分析及调控研究 第一章 绪论 土壤环境既是人类生存的空间 又是人类进行再生产的物质源泉和基础i 土 壤是植物的生境 是人类食物链的开端 土壤环境一旦遭受破坏 将对整个食物 链乃至人类健康造成深远的影响 1 1 重金属污染定义 重金属是指比重大于或等于5 0 的金属 从生物化学的角度可以分为两类 一类是对人体和作物在不过量的情况下是有益的 只有过量才会出现危害 如 c u z n 另一类是对人体和作物都是有害的 如 h g c r c d p b 重金属污染是指重金属或者其他的化合物所造成的环境污染 土壤重金属污 染是指出于人类活动将重金属加入到土壤中 致使土壤中重金属含量过高 并造 成生态环境恶化的现象 生长在受重金属污染的土壤上的蔬菜 当植物体内的重 金属含量超过了一定的标准时 可能对蔬菜和人体有害 这种情况叫蔬菜的重金 属污染 1 2 重金属污染及其危害 1 2 1 重金属污染的类型和特点 一般密度在5 以上的金属统称为重金属 如金 银 铜 铅 锌 镍 钻 镉 铬和汞等4 5 种 从环境污染方面所说的重金属 实际上主要是指汞 镉 铅 铬以及类金属砷等生物毒性显著的重金属 也指具有一定毒性的一般重金属 如锌 铜 钻 镍 锡等 重金属 特别是汞 镉 铅 铬等具有显著的生物毒 性 它们在水体中不能被微生物降解 而只能发生各种形态相互转化和分散 富 集过程 即迁移 土壤无机污染主要包括酸 碱 重金属盐类 放射性元素铯 锶的化合物 含砷 硒 氟的化合物 尤以重金属污染比较突出 土壤重金属污 染物主要有汞 镉 铅 铬 砷 铜 锌 铁 锰等 砷虽然不是属于重金属 但因其来源及危害与重金属相似 故通常列入重金属类进行讨论 就对植物的需 6 贵州大学2 0 8 届硕士论文 贵阳市郊区菜地土壤一蔬菜系统中镉污染分析及调控研究 要而言 可分为两类 一类是植物生长发育不需要的元素 而对人体健康危害比 较明显 如镉 汞 铅等 另一类是植物正常生长发育所需要元素 且对人体又 有一定生理功能 如铜 锌等 但过多会发生污染 也妨碍植物生长发育 重金属污染的特点是 1 除被悬浮物带走的外 会因吸附沉淀作用而富集 f 排污口附近的底泥中 成为长期的次生污染源 2 水中各种无机配位体 氯离 子 硫酸离子 氢氧离子等 和有机配位体 腐殖质等 会与其生成络合物或螯合 物 导致重金属有更大的水溶解度而使已进入底泥的重金属又可能重新释放出 来 3 重金属的价态不同 其活性与毒性不同 其形态又随p h 和氧化还原条件 而转化 其危害环境方面的特点是 微量浓度即可产生毒性 一般为1 1 0 毫克 升 汞 镉为0 0 1 0 0 0 1 毫克 升 在微生物作用下会转化为毒性更强的有机金属 化合物 可被生物富集 通过食物链进入人体 造成慢性疾病 亲硫重金属元素 汞 镉 铅 锌 硒 铜 砷等 与人体组织中某些酶的巯基 一s h 有特别大的 亲合力 能抑制酶的活性 亲铁元素 铁 镍 可在人体的肾 脾 肝内累积 抑 制精氨酶的活性 六价铬可能是蛋白质和核酸的沉淀剂 可抑制细胞内谷胱甘肽 还原酶 导致高铁血红蛋白 可能致癌 过量的钒和锰则能损害神经系统的机能 重金属的污染有时会造成很大的危害 例如 日本发生的水俣病 汞污染 和骨痛 病 镉污染 等公害病 都是由重金属污染引起的 所以应严格防止重金属污染 1 2 2 重金属对人体的危害及对其带来的损失 由于重金属不能为土壤微生物所分解 而且易于积累 转化为毒性更大的甲 基化合物 甚至通过食物链在人体内蓄积 所以对人体健康具有严重的危害性 二十世纪五六十年代 日本曾出现过一系列由于重金属污染造成的危害事 件 在横贯日本中部的富山平原有条神通川 由于排放的含镉废水污染了神通川 水体 两岸居民利用河水灌溉农田致使稻米含镉 居民食用含镉米和含镉水而中 毒 有的患者甚至一咳嗽就会震裂胸骨 病态十分凄惨 先后有8 1 人死亡 直 接受害的人数就更多了 1 9 5 5 年 日本富士县神通川流域 由于上游锌矿将大量含镉废水排入江中 百姓饮用受镉污染的水 导致全身各个关节疼痛 延续几年后 由于全身神经及 7 壅型奎堂 竺 星堡主丝苎墨塑鱼塑垦萎丝圭堡二蔓萎墨丝 塑重銎坌堑垦塑丝堡壅 骨痛 使人不能行走 呼吸困难 最后致使全身骨软化 形成自然骨折 直至无 法进食 死去 这种病叫 痛痛病 是世界有名的公害之一 尸检证明 竟有 的人自然骨折达7 3 处之多 身体萎缩3 0 厘米 其状十分凄惨 不忍目睹 截至 1 9 6 8 年5 月一 一该地区确诊 痛痛病 患者已达2 5 8 例 死亡1 2 8 例 至1 9 7 2 年 1 2 月 又增加死亡人数7 9 例 1 9 6 4 年 日本西部海岸的新泻县阿贺野川流域的昭和电工公司受到含汞废 水的污染 也出现了水俣病 在很短时间内患者增加到4 5 人 有4 人死亡 据统计 我国耕地因重金属而造成污染的面积接近2 0 0 0 万h m 2 约占耕地面 积的1 5 王先进主编 1 9 9 8 其中 三废 污染1 0 0 0 万公顷 中国科学技术 信息研究所 1 9 9 5 农田污染面积已达1 3 0 多万公顷 高梁 1 9 9 2 我国每年 因重金属污染导致的粮食减产超过1 0 0 0 万吨 被重金属污染的粮食多达1 2 0 0 万 吨 合计经济损失至少2 0 0 亿元 中国农业持续发展和综合国力研究组 1 9 9 5 在中国科协 青年科学家论坛 第9 9 次活动上 重金属污染对粮食安全的影响 问题受到与会专家学者关注 李子娜 2 0 0 5 1 2 3 土壤重金属污染的特征 土壤是自然环境要素的重要组成之一 是植物生长的基地 是动物和人类赖 以生存的物质基础 因此土壤质量的优劣直接影响人类的生产 生活和发展 但 是由于近些年来人们不合理的施用农药 化肥 污水灌溉等 致使各类污染物质 通过各种渠道进入承载着环境中大约9 0 污染物的土壤 当污染物进入土壤的数 量超过土壤自净能力时 将导致土壤质量下降 甚至恶化 影响土壤的生产能力 因此 土壤的环境质量是人们迫切关心的问题 土壤重金属污染具有长期性 隐匿性 不可逆性以及不能完全被分解或消逝 的特点 随着全球经济化的迅速发展 含重金属的污染物通过各种途径进入土壤 造成土壤严重污染 土壤重金属污染可影响农作物产量和质量的下降 并可通过 食物链危害人类的健康 也可以导致大气和水环境质量的进一步恶化 因此引起 世界各国的广泛重视 8 贵州大学2 0 0 8 届硕士论文贵阳市郊区菜地土壤一蔬菜系统中镉污染分析及调控研究 1 2 4 世界土壤重金属污染的状况 目前 世界各国土壤存在不同程度的重金属污染 全世界平均每年排放h g 约1 5 万t c u 为3 4 0 万t p b 为5 0 0 万t m n 为1 5 0 0 万t n i 为1 0 0 万t 周泽义 1 9 9 9 一些国家如英国 美国 瑞典 加拿大 澳大利亚等国土壤 中重金属镉 铅 铜 锌浓度与欧共体推荐的最大量相比都出现了不同程度的污 染 土壤重金属污染主要是由于采矿 冶炼 电镀 化工 电子 制革等工业产 生含重金属的废弃物进入土壤 以及污灌 农药 化肥 垃圾 粉煤灰及城市污 泥的不合理施用引起的 近年来 人们开始认识到重金属极易被植物的根系吸收 而向籽实转移 然后通过食物链进入人体 从而对人类的生命健康构成威胁 随 后 有关重金属在土壤一作物系统内的迁移 富集及对重金属污染土壤的治理和 植物修复等问题引起了全世界的高度重视和深入研究 李勇涛 1 9 9 6 世界各 国根据本国的实际情况制定了相应的土壤重金属的环境标准和最大允许浓度 见 表l 一1 表卜l 世界各国土壤重金属的环境标准和最大允许浓度 m g k g t a b 1 一lt h ee n v i r o n m e n t a ls t a n d a r da n dm a x i m u ma l l o w e dc o n c e n t r a t i o no f s o i lh e a v ym e t a li ns o m ec o u n t r i e sa n da r e a so ft h ew o r l d m g k g 9 贵州大学2 0 6 8 届硕士论文贵阳市郊区菜地 壤一蔬菜系统中镉污染分析及调控研究 1 2 5 我国土壤重金属污染的状况 中国北方大城市的蔬菜基地和部分商品粮基地也存在着不同程度的重金属 污染 如北京 天津 西安 沈阳 济南 长春i 一郑州等地 南方相对较轻 如 福州 宁波 上海 武汉 成都等地 土壤重金属污染将会造成生态系统的严重 破坏 据统计 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2 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 万吨 周建利 2 0 0 2 根据农业部环保监 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1 0 例如 某省的4 7 个县和郊区的2 5 9 x 1 0 6 公顷的耕地污染状况的调查结果显示 7 5 的县已受到不同程度的重金属污染 的潜在威胁 而且污染有逐年加重的趋势 陈怀满 1 9 9 8 土壤质量问题是经济可持续发展和社会全面进步的战略问题 它直接影响土 壤质量 水质状况 作物生长 农业产量 农产品品质等 并通过食物链对人体 健康造成危害 对工业生产中排放的污染物尚未得到较彻底控制 尤其在农业生 产中大量而盲目使用化学肥料和农药的今天 江河湖海 地下水及陆地中无机和 有机污染物积累总量与日俱增 使土地环境质量变得极其脆弱 一旦土壤对这些 污染物尤其是重金属的消纳容量达到饱和 这些污染物对耕地生产能力的潜在毁 灭性破坏便有可能一触即发 有人已形象地称之为农业生产中的 定时炸弹 从这个意义上来讲 土地管理与保护工作不仅是对耕地总量的监管 还应该加强 对耕地质量的保护与改善 对土壤质量的保护便是对耕地生产能力的保护 更是 提高土地利用效率的强有力措施之一 对于我国这样一个人口众多的农业大国 开展国土质量调查评价 对土壤重金属污染物进行试验研究 开发耕地污染的治 理方法和技术 显得更为必要和迫切 1 2 6 蔬菜重金属污染的状况 由于植物存在遗传特异性 故不同种类和品种之间对镉的吸收和积累表现出 较大差异 k e e f e rrf 等 1 9 8 6 叶菜类通常能吸收并积累较多的镉 j a c k s o n h p l o 贵州大学2 0 0 8 届硕士论文贵阳市郊区菜地土壤一蔬菜系统中镉污染分析及调控研究 1 9 9 0 植物对镉的吸收量受其吸收速率和转运速率影响 白菜对镉的吸收速率 和转运速率均较高 b r u n l n e rgw 1 9 8 6 其叶组织中存在的植物鳌合蛋白 f o w l e rba 等 1 9 8 7 与镉结合后能降低镉对植物的毒素 y a n gx 等 1 9 9 5 因 而其积累量较高 利用某些植物对镉的异常积累作用 清除土壤中的有毒污染物 可能是治理环境污染的一条新途径 植物对镉的吸收又受其体内的代谢活性影响 不同生育期对镉的吸收运输和 积累量不同 一般植物镉吸收量最快的时期 也是植物代谢最旺盛的时期 如水 稻在开花时期对镉的吸收速率最大 其次是分孽期和幼穗形成期 由于镉的吸收 和转运受植物代谢活性的影响 而光照 温度是植物生长的重要条件 温度上升 植物对镉的吸收增加 水稻在低温时对镉的吸收和向地上部的转运减少 对国内蔬菜重金属污染调查结果表明 我国菜地土壤重金属污染形势非常严 峻 珠三角地区近四成菜地重金属污染超标 其中1 0 属 严重 超标 上海 市蔬菜重金属污染 以c d 和p b 为甚 超标率分别为1 3 3 和1 2 0 其次是c r 和h g 超标率分别为4 6 和1 5 周根娣等 1 9 9 4 天津市菜地土壤8 种重金 属 c u z n p b c r n i c d h g 和a s 含量均高于本市农业土壤背景值的1 倍以 上 其中c d 和h g 积累尤为明显 分别为背景值的5 倍和6 0 倍 周艺敏等 1 9 9 0 广 州市菜地约有9 5 受到污染 其中c d p b 和a s 含量分别为广东省土壤背景值的 2 8 倍 3 0 倍和1 4 倍j 沈阳市菜地土壤c d p b 和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 戴军等 1 9 9 5 南京市郊菜地土壤除c d 含量未超标外 其它4 种重金属h g a s p b 和c r 含量均已超出南京地区自然土壤背景值 张中一 等 1 9 9 5 西安市郊区蔬菜主要污染元素为p b 超标率4 8 o 最高超标6 9 1 倍 马往校等 2 0 0 0 东莞市及其不同区域菜地的重金属污染 以p b 污染最严重 夏运生2 0 0 4 长沙市各主要蔬菜基地生产的1 3 个蔬菜种类铅和镉污染严重 超 标率分别为6 0 和5 1 沈彤等 2 0 0 5 重庆蔬菜重金属污染程度为c d p b h g 近郊蔬菜基地土壤重金属h g 和c d 出现超标 超标率分别为6 7 和3 6 7 唐书 源等 2 0 0 3 李其林等 2 0 0 4 广州市蔬菜地铅污染最为普遍 砷污染次之 魏秀 国等 2 0 0 2 保定市污灌区土壤中p b c d c u 和z n 的检出超标率分别为5 0 8 7 5 2 7 5 和1 0 0 蔬菜中c d 的检出超标率为8 9 3 刘树庆等 1 9 9 3 谢建治等 2 0 0 2 由此可见 我国城郊土壤和农产品 尤其是蔬菜 已受到不同程 贵州大学2 0 0 8 届硕士论文贵阳市郊区菜地土壤一蔬菜系统中镉污染分析及调控研究 度的重金属污染 目前 大多数蔬菜基地都位于城市近郊 有些因为城市的扩建甚至到了城市 的边缘 一方面 城市郊区的工矿企业排放的二氧化硫 氮氧化物等大量废气和 一飘尘在污染周围大气环境的同时也会对蔬菜造成污染或引起中毒 另一方面 城一 市和厂矿每天又排放出大量含有汞 铅 砷 铬等重金属离子和各种污水 污泥 废渣等垃圾 这些污水排入江河 通过灌溉进入菜地 而污泥 废渣等也可能被 人为当作肥料施入菜田 进入菜地的重金属离子和病菌在对土壤造成污染的同 时 一部分被蔬菜作物吸收进入人体 影响人们身体健康 由于现有的蔬菜地都是在原有的老菜地基础上建起来或在其边缘扩建的 因而老菜地的病虫害很易传入现有蔬菜地内 加之蔬菜基地内又具有特殊的小气 候环境 易造成病虫害的发生和流行 因此 蔬菜的病虫害问题已日益严重 而 菜农又缺乏科学的防治办法 只是盲目加大药量 频繁使用各种化学农药 大 量不合理的使用农药 在削弱天敌种群的同时又使病虫产生了抗药性 为了追求 产量 菜农又不得不加大农药用量 形成一种恶性循环 从而造成蔬菜产品中农 药的残留严重超标 另外一些菜农安全意识淡薄不执行农药使用的安全间隔期 往往是今天喷药 明天就卖 这在加重蔬菜污染的同时也对人们的生命和健康构 成极大的威协 近年来 各地因食用污染蔬菜而引起的农药中毒事件时有发生 而农药污染则是造成蔬菜污染最重要的一部分 北京农业 2 0 0 5 1 2 7 蔬菜重金属污染的特征 重金属元素在作物体内吸收和运输的机制被认为与各元素在植物体内的生物 化学过程密切相关 z n c u 是植物必需的微量元素 但过量则有毒 植物吸收z n 以代谢为主 c d p b 是植物非必需的元素 二者的积累均引起植物的中毒 而且 c d 的毒害作用大于p b 如c d p b 在油菜体内的累积顺序为根 茎 叶 与c d 相比 p b 主要积累在油菜根部 向茎叶迁移积累的量很少 且随添加浓度的增加 茎叶 吸收p b 的变化量不大 在最高浓度时茎叶吸收p b 的量仅是对照的3 倍 而吸收c d 的量却是对照的4 5 倍 说明植物对c d 的吸收有被动吸收和代谢吸收 p b 元素为被 动吸收对油菜整株及根部吸c d 量贡献最大的都是碳酸盐结合态c d 对油菜茎叶吸 c d 量贡献最大的是铁锰氧化物结合态c d 而对油菜各器官吸收p b 量贡献最大的均 1 2 贵州大学2 0 0 8 届硕士论文贵阳市郊区菜地土壤一蔬菜系统中镉污染分析及调控研究 为铁锰氧化物结合态p b 土壤中的h g 以金属 无机化合态h g 和有机化合态h g 形式 存在 蔬菜能直接通过根系吸收h g 其吸收程度与h g 的存在形态有关 对于挥发 性高 溶解度大的h g 化合物容易被植物吸收 蔬菜的根系可以从土壤中吸收重金属元素 有些元素还可以通过叶片从空气 中吸收 如p b h g z n 等 生长在污染空气中的蔬菜 5 0 以上的铅是通过叶片 从大气中吸收的 叶面积大 叶面粗糙的蔬菜吸收铅的能力强 含量较高 而叶 细窄 表面呈腊质状的蔬菜铅含量较低 而且不同蔬菜对同种重金属吸收的差异 同一种蔬菜对不同重金属吸收的差异 并在蔬菜不同器官的分布 1 3 重金属污染的防治措施 1 3 1 土壤重金属污染的防治措施 关于土壤重金属污染物的研究 国外始于2 0 世纪6 卜7 0 年代 如澳大利亚 美国 德国等国家对土壤重金属污染的研究较深入 尤其澳大利亚 我国在1 9 8 3 年对主要类型的土壤环境容量作过初步研究 如提出研究土壤重金属的生态效 应 临界含量地带性分异规律和分区等 当前 世界各国很重视对重金属污染治理方法研究 并开展广泛的研究工作 丁圆 2 0 0 0 总的来说 目前大致有以下四种治理措施 即 工程治理方法 生物治理方法 化学治理方法 农业治理方法 1 3 1 1 工程治理方法 工程治理是指用物理或物理化学的原理来治理土壤重金属污染 主要有 客 土是在污染的土壤上加入未污染的新土 换土是将以污染的土壤移去 换上未污 染的新土 翻土是将污染的表土翻至下层 去表土是将污染的表土移去等 此外 淋洗法是用淋洗液来淋洗污染的土壤 热处理法是将污染土壤加热 使土壤中的 挥发性污染物 h g 挥发并收集起来进行回收或处理 电解法是使土壤中重金属 在电解 电迁移 电渗和电泳等的作用下在阳极或阴极被移走 以上措施具有效果彻底 稳定等优点 但实施复杂 治理费用高和易引起土 贵州大学2 0 0 8 届硕士论文贵阳市郊区菜地土壤一蔬菜系统中镉污染分析及调控研究 壤肥力降低等缺点 1 3 1 2 生物治理方法 生物治理是指利用生物的某些习性来适应 抑制和改良重金属污染 主要有 动物治理是利用土壤中的某些低等动物蚯蚓 鼠类等吸收土壤中的重金属 微生 物治理是利用土壤中的某些微生物等对重金属具有吸收 沉淀 氧化和还原等作 用 降低土壤中重金属的毒性 原核生物 细菌 放线菌 比真核生物 真菌 对重金属更敏感 格兰氏阳性菌可吸收c d c u n i p b 等 蒋先军 2 0 0 0 植 物治理是利用某些植物能忍耐和超量积累某种重金属的特性来清除土壤中的重 金属 超积累植物可吸收积累大量的重金属 目前已发现4 0 0 多种 超积累植物 积累c r c o n i c u p b 的含量一般在0 1 以上 积累m n z n 含量一般在l 以上 孙波 1 9 9 9 如 印度芥菜 b r a s s i c aj u n c e a 高杆牧草 h g r o p y r o n e l o n g a t u m 英国的高山莹属类等 生物治理措施的优点是实施较简便 投资较少和对环境破坏小 缺点是治理 效果不显著 1 3 1 3 化学治理方法 化学治理就是向污染土壤投入改良剂 抑制剂 增加土壤有机质 阳离子代 换量和粘粒的含量 改变p h e h 和电导等理化性质 使土壤重金属发生氧化 还原 沉淀 吸附 抑制和拮抗等作用 以降低重金属的生物有效性 其中沉淀 法是指土壤溶液中金属阳离子在介质发生改变 p h 值 o h 一 s 0 4 2 等 时 形 成金属沉淀物而降低土壤重金属的污染 如向土壤中投放钢渣 它在土壤中易被 氧化成铁的氧化物 对c d n i z n 的离子有吸附和共沉淀作用 从而使金属固 定 陈怀满 1 9 9 9 有机质法是指有机质中的腐殖酸能络合重金属离子生成难 溶的络合物 而减轻土壤重金属的污染 吸附法是指重金属离子能被膨润土 沸 石 粘土矿物等吸附固定 从而降低土壤重金属的污染 化学治理措施优点是治理效果和费用都适中 缺点是容易再度活化 1 4 贵州大学2 0 0 8 届硕士论文贵阳市郊区菜地土壤一蔬菜系统中镉污染分析及调控研究 1 3 1 4 农业治理方法 农业治理是因地制宜地改变一些耕作管理制度来减轻重金属的危害 在污染 土壤上种植不进入食物链的植物 主要有 1 控制土壤水分是指通过控制土壤 水分来调节其氧化还原电位 e h 达到降低重金属污染的目的 2 选择化肥是 指在不影响土壤供肥的情况下 选择最能降低土壤重金属污染的化肥 3 增施 有机肥是指有机肥能够固定土壤中多种重金属以降低土壤重金属污染的措施 4 选择农作物品种是指选择抗污染的植物和不要在重金属污染的土壤上种植进入 食物链的植物 土壤重金属污染也是导致生态系统破坏的重要因素 林匡飞 1 9 9 6 合理的利用农业生态系统工程措施 也可以保持土壤的肥力 改良和防治土 壤重金属污染 提高土壤质量 并能与自然生态循环和系统协调运作 如可以在 污染区公路两侧尽可能种树 种花 种草或经济作物 如蓖麻 种植草皮或观 赏树木 移栽繁殖 不但可以美化环境 还可以净化土壤 也可以进行农业改良 即在污染区繁育种子 水稻 玉米 之后在非污染区种植 或种植非食用作物 高梁 玉米 收获后从秸秆提取酒精 残渣压制纤维板 并提取糠醛 或将 残渣制作沼气作能源 农业治理措施的优点是易操作 费用较低 缺点是周期长 效果不显著 1 3 1 5 土壤中天然矿物治理重金属污染物新方法 土壤的主要矿物组成除粘土矿物外 还存在大量的天然铁锰铝氧化物及氢氧 化物 硅氧化物 碳酸盐 有机质硫化物等天然矿物 在国内外关于土壤重金属 污染物防治途径研究中 人们一直强调土壤自身的净化能力 但土壤自净化能力 离不开土壤中矿物种对重金属的吸附与解吸作用 固定与释放作用 土壤中具体 矿物的净化能力才真正体现土壤自身的净化能力和容纳能力 土壤中有毒有害元 素含量的高低 并不是直接判定土壤环境质量优劣乃至土壤生态效应的唯一标 志 关键问题是要揭示这些重金属在土壤中与各种无机物之间具有怎样的环境平 衡关系 在国内外为寻求地下水和土壤有机污染的修复方法而直接对土壤中多种 粘土矿物进行改性研究 即利用有