常规种植和有机种植农田灌溉水质量分析与评价——以长兴、昆山、溧阳、溧水为例.pdf

关 注 F OCU S 摘要 对常规种植的长兴 昆山和有机种植的溧阳 溧水农田灌溉水进行 了 采样监测 并参照农 田灌溉水质 标准 G B 5 0 8 4 2 0 0 5 和地表水环境质量标准 G B 3 8 3 8 2 0 0 2 分别采用单项指数法 和综合指数法 对常规种植和有机种植的7个农田灌溉区2 4个水质样品进行灌溉水质量的分析与评价 结果表明 灌溉区的 水质总体 良好 其中常规种植的长兴样点 中Z n元素严重超标 P 抻 为 9 5 2 9 属重度污染 昆山样点 为 0 2 7 7 尚清洁 有机种植的溧阳 溧水 L I L 2 L 3 L 4 样点 处于安全等级 综合评价为清洁 相关分析显示 水质 p H E C 化学物质和重金属元素之间呈正相关 且锌与铬 镉与砷有其同源性 关键词 常规种植 有机种植 灌溉水 重金属 评价 常规种植和有机种植农 田灌溉水质量分析与评价 以长兴 昆山 溧阳 溧水为例 陈铭达 栾 日娜 陈婧 封 雪 和文龙 秦怡雯 南京农业大学资源与环境科学学院 江苏 南京 2 1 0 0 9 5 陈铭达 副研究员 主要从事资源环境可持续 发展研究 基金项 目 南京农业大学 S R T项 目 1 0 0 7 A1 9 文章编 号 1 0 0 5 4 9 4 4 2 0 1 2 0 2 0 O O 4 0 6 收稿 日期 2 0 1 1 0 9 0 4 通讯作 者 和文 龙 副教授 主要从 事有 机农 业与有机食品研究 E m a i l h e w l n j a u e d u cn 4农业环境 与发展 2 0 1 2年第 2期 I I 激增和科技的巨大进步 使 人 生产 交通运输 城镇建设等导致大气及 水体环境恶化 森林被破坏 土地被沙漠 化 酸化 陆地生物多样性下降 物种濒 危灭绝 人类健康与生存安全受到严重 威胁 2 0世纪 7 0年代以来 以化学合 成物质为特点的常规农业取得长足且辉 煌的发展 得益于能源 化肥 农药的投 入 与此同时 大量使用化肥 农药带来 一 系列 问题 如环境和食品污染 化肥农 药残留 土壤质量和生产力下降等 2 3 1 近 年 全球性环境公害问题引起广泛关 注 常规种植中使用的化学合成物质 通 过食物链的作用对人类和动物产生影响 最典型的是有机氯农药及其降解产物 等 有机种植在生产过程中不使用化学 合成的农药 化肥 生长调节剂等物质 有机方式生产的产品通过独立的第三方 认证机构的认证 以一种优质 安全 口 感好的印象为大众所接受 席运官等 对 崇明岛有机与常规种植水稻进行了比较 分析发现 常规水稻重金属含量普遍高 于有机水稻 目前我国有机种植的作物 主要有茶叶 大豆 芝麻 养麦 中药材等 上百个品种 有机种植的产品比常规种 植的产品健康优质 但也存在客观问题 如在有机种植模式下病虫害控制见效 慢 作物产量低等 多种原因决定了我国 的农业生产以常规种植为主 对于农田 灌溉水源地水质的研究诸有报道 如张 薇等网 在河北平原地区 郝达平等I7 1对苏 北地区 董爱平等 寸 奉化江流域的灌溉 水质监测 研究的水质中除个别指标存 在单项指数超标外 水质的总体情况良 好 近年来 由于水产养殖 农业面源污 染 工企排污等因素 使得江 湖 库的水 质污染较为突出 水质 的污染对农业生产 及发展 产生诸多 负面影响 并极 大威胁 人体健康 因此 监测农田灌溉水质 分 析与评价水质中主要的化学物质及重金 属含量 对于预防和降低水源地灌溉水 质中的有害物质 提高农产品质量 保障 关 注 F OCU S 食品安全具有重要意义 江 浙自古是重要的农业生产地域 研究 区域 的浙江长兴 江苏 昆山和溧 阳 依靠太湖水系 江苏溧水通过长江分流 支河而灌溉农业生产 本文通过对长兴 昆山常规种植的灌溉地和溧阳 溧水有 机种植的灌溉地水环境质量进行分析与 评价 为长江流域 太湖区域农业的安全 生产提供科学依据 为有效改善农业灌 溉地的水质提供切实可行的途径 材料与方法 农业区的地理位置及利用情况 选择拟具备可持续发展农业特点的 长兴 昆山 溧阳 溧水镇村 即以农 业公 司运作且在 3 年转换期后 经认证可以 成 为有机农业生产和 已经认证许 可生产 的有机田园作为研究区域 农田灌溉区 的地貌类型 面积 气候特点 利用情况 见表 1 四地农田灌溉水系基本情况 长 兴水田镇以自然降水和山间坡岗地侧渗 水汇流小型水库的积水 昆山淀山湖镇 是淀山湖自流内河水 溧阳天 目湖镇以 天 目湖水引渠和自然降水汇集蓄水塘 溧水县 4 个 有机 田园均以农业 区内山间 小型水库提水 作为农 田灌溉水源 水质样 品的采集与预处理 1 采样 点的设定 根据调查 区农 田 灌溉水系的分布现状 依据中华人民共 和国行业标准 农用水源环境质量监测 技术规范 N Y l 1 3 9 6 2 0 0 0 要求 9 1 于 2 0 0 9年 4月 中旬 在 常规种植方式 的水 田镇沉其林村和淀山湖镇旺家厍村分别 设 点 2 0 1 0年 4月上旬 对有 机种植方 式的天目湖镇桂林村和溧水县镇村的4 个有机田园分别设点 共采集 2 4个样 品 农灌区采样位置及样点数见表 2 2 样 品的采集方法和预处理 采集 时 在塑料桶底部绑紧下沉重器 系绳外 抛采水工具 离水库 集水塘 灌排渠 河 岸边 1 3 m内采集水样 样品当 1 3 到实 验室后 立即用定量滤纸将试样分别过 滤于 2 5 0mL三角瓶 中 按照测定项 目分 别在试样内添加保存剂及调节 p H值 封 口冷藏备用 剩余水样暂时保存 未加 保 护 剂 的 1份试 样 迅 速 测 定 水 质 p H 值 测定项 目与数据处理 1 测定项 目与方法 磷酸盐测定用 钼蓝比色法 硫酸盐测定采用铬酸钡分 光光度法 氨氮测定采用纳氏试剂比色 法 氯化物测定采用硝酸银滴定法 G B 表 2 水样采集点位置及各点样 品数 表 1 农 田灌溉 区气候特点及利 用情况 注 溧 阳 溧水经转换期后均获 O F D C机构认证 A g r o En v i r o n me n t D e v e l o p me n t 5 关 注 F OCU S 1 1 8 9 6 8 9 氟化物测定用氟试剂分光光 度法 G B 7 4 8 3 8 7 p H值测定用玻璃电 极法 G B T 6 9 2 1 8 6 9 水质 E C 2 5 采 用 L F 9 1型电导仪 检测 限 s cm m s cm 现场直接测定 重金属元素用 电感耦合高频等离子发射光谱分析仪 I C P A E S 测定 2 数 据处理 利用 M icr o s o f t E x ce l 软件进行数据的统计及相关性分析 评价标准及方法 1 评价标 准 依据有机产品 G B T 1 9 6 3 0有关条款的规定旧 根据中华 人民 共和国国家标准中 农田灌溉水质标准 G B 5 0 8 4 2 0 0 5 3 1 作物种类中的水作 和蔬菜两类准限值含量 p H为 5 5 8 5 氟化物 F 一 2 0 m g L 一 氯化物 C l 一 3 5 0 m g L 金属元素 Hg 0 0 0 1 m g L C d 0 0 l mg L As 0 1 mg L C r y 0 1 mg L P b 0 2 mg L C u 1 0 mg L z n 2 0 m g L 参照 地表水环境质量 标准 G B 3 8 3 8 2 0 0 2 含量值 氨氮 N H 3 一 N 0 5 m g L 硫 酸盐 s o 2 一 2 5 0 m g L 磷酸盐 P O 4 3 暂无准限值 2 评价方法 水环境质量评价采用 单项指数法和综合指数法 单项指数 法计算公式为 P i C i c0 式中 为某 一 评价指数的相对污染值 G为某一评 价指数的实测值 c0 为某一评价指数的 最高允许标准值 当 1时 表示水体受到污染 越大 受污染程度越严重 单项指数法只能评 价水体中某污染物的危害程度 不能给 出对水体中各种污染物的综合评价 综合指数法采 用尼梅 罗 N e m e r o w 指数法 可表示水体中各种污染物质的 综合污染程度 以P 表示 即 P练 尸 2 式中 为水质各污染 物单项指数 的平均值 尸 l眦为各污染 物单项指数的最大值 综合指数法计算 简便 反映多种污染物影响下水质的污 染情况 农田灌溉水质分级标准 划分 中 当综合污染指数 P综 0 5 mg L 时 为 1 级 等级为清洁水平 0 5 P 1 0 m g L 时为2级 等级为尚清洁 在 标准限量 内 P综 1 0 m g L 时为 3 级 等级为污染 已超出警戒水平 结果与分析 常规种植和有机 种植农 田灌溉水 的 p H 值 E C 值及化学物质含量 1 p H值和 E C 由表 3可以看 出 常规种植的昆山样点 p H值较高 达 7 9 0 4 0 O 1 偏微碱性 而长兴样点较低 p H值为 6 4 8 0 0 1 有机种植的溧阳 溧 水 L 1 L 2 L 3 L 4 样点 p H值均在 7 1 8 7 4 7之间 差异不大 常规种植的昆山样 表 3 各样点水质 p H E C 馆 及其化学物质含量 点 E C 值 为 O 8 8 7 ms cm 其电解质浓 度最高 长兴样点的E C 值为最低 有 机种植 的溧阳 溧水 T J l L 2 L 3 L 4 各 样点 E C 2 5 值范 围在 0 2 0 0 3 5 m s cm 之间 均值为 0 2 4 0 0 6 ms cm一 常规种 植中昆山样点的 p H E C 值与长兴样 点和有机种植的溧阳 溧水 L 1 L 2 L 3 L 4 样点相比显得较高 是因为其地处河 网交错的太湖北偏东约 6 0 k m的淀山湖 镇旺家厍村 属低洼湖相沉积湖荡平原 区 地面高程 吴淞零点 在 1 2 1 6 i n 农耕 垦种 的历史悠久 均为稻 麦 油 二 熟制 农田灌溉水为淀山湖及农耕地河 网水源 且处于农宅腹地 河道上游的工 企废水 内排 生活污水及农业 面源污染 较为严重 导致水体中 p H E C 值较 高 其他 6个农田灌溉区则远离村宅 且 以水库 自然降雨的塘蓄水为灌溉水源 水质清 2 化学物质 由表 3可 以看 出 常 规种植 的长兴和有机种植的溧阳 溧 水 L 1 L 2 L 3 L 4 各样点的氨氮 磷酸盐 硫酸盐 氯化物 氟化物的含量均符合标 准的要求 特别指出的是 地处淀山湖 腹地河网区的昆山样点磷酸盐 0 0 2 9 m g L 氨氮 0 1 0 5 mg L 和氯化物 1 3 3 5 5 m g L 含量均偏高 其原因是 与农 田灌溉区上游 的工企废水 农宅生 6农业环境与发展 2 0I 2年第 2期 关 注 F OCU S 活污水和农田沟渠的直接排放有关 梁 舸江等 在描述富含磷酸盐和某些形态 氮素的水在光照和其他环境条件适宜的 情况下使藻类过量生长 随后藻类死亡 并伴随着异养微生物的代谢 使水体中 的溶解氧很快被耗尽 造成水体质量恶 化和水生态环境结构破坏 引起水体富 营养化 严重破坏水质 且磷酸盐难 以治 理 造成在水体中的长久滞留 2 0 0 7年 5 月 2 9日太湖流域无锡段发生的大面积 蓝藻爆发事件旧 主要是太湖水体氮磷 含量严重超标 l8 1 要从根源上杜绝此类 污染物 必须从源头着手 切断河流人口 上游区域工企污水源 减少农业面源污 染 使得长江 太湖两大水系中氮磷含量 得到有效控制 农田灌溉水源地中氯化 物含量过高 导致土壤发生盐化 妨碍植 物生长 在植物体内积累 从而危害食物 链 的安全 常规种植和有机种植农田灌溉水的重金 属含量 由表 4可以看出 常规种植长兴水质 中的 z n含量达到 2 6 7 4 1 5 3 5 m g L 差异值为 5 7 4 与控制标准值 2 0 mg L 相 比 单项指数属于严 重超标 其 中大洪林水库为 2 9 5 4 mg L 沉其林村 集水塘的流动水为 3 7 1 mg L 而田间 排水沟达 4 6 9 7 m g L 3个监测样点值 相差较大 从现场所调查的区域地貌以 及水质来源分析 样品均采集自然降水 和山间坡岗地的侧渗水汇流岗坡边小型 水库 集水塘和排水沟 水库和集水塘面 积分别约 2 5 h m 和 1 5 h m 库容量约 7 5万 m 和 3 5万 m 雨季蓄积库水 调 查区地处大坞岭与平峰山腹地 两山峰 东北是太湖 位居太湖西岸 山体岩性以 沉积岩 凝灰岩 为主 矿藏资源丰富 且伴生有硼 锌等矿产 经自然降雨水入 渗风化而侧渗流A z k 库蓄积 且地处岗坡 地 的 黄 棕 壤 呈 强 酸 性 p H值 4 7 4 0 5 2 水质偏弱酸 p H值 6 4 8 0 0 1 降 水随山坡径流和土体下渗并形成侧渗 下渗的水质 p H相应酸化 矿物 岩石或 土壤中的金属元素酸化溶解于水体中 随着坡降流入水库 表 4中常规种植的昆山和有机种植 的溧阳 溧水 L 1 L 2 L 3 L 4 各样点水 质重金属含量均为标准值的 1 1 0 0 1 1 0 倍内 说明除了常规种植的长兴样点锌 含量超标外 其 他各元素 在常规种植 的 表 4 各样点水质熏金属含量 长兴 昆山和有机种植 的溧 阳 溧水 的 7 个灌溉区均符合农 田灌溉水质标准 G B 5 0 8 4 2 0 0 5 的重金属含量 常规种植 和有机种植农 田灌溉水各指标 的相关分析 从表 5可见 农 田灌溉水的 p H值 E C 化学物质 重金属元素之间呈正 相关关系 且氯化物与 E C 氨氮 磷酸 盐 硫酸盐呈极显著相关 与 p H呈显著 相关 硫酸盐与 p H 氨氮呈极显著相关 与磷酸盐呈显著相关 磷酸盐 氨氮与 E C t 呈极显著相关 同样 水质中镉元 素与磷酸盐 氟化物呈显著相关 这与农 业生产大量使用化学物质所引起的非点 源污染有关 而金属元素锌与铬 镉与砷 呈极显著相关 除了可以推测其金属元 素与山区原生矿物有关联外 矿物间的 物质组成还有其 同源性 化学物质及 重金属 的评价 根 据 7 个农 田灌溉区灌溉水质的实 测结果 采用单项指数法和综合指数法 的评价模式 分别计算得到 和P 由 表 6 可知 除了常规种植的长兴样点锌 元素的单项指数 超标达 8 5 O 外 其 他各农 田灌溉区的灌 溉水水质单项指数 长兴县人 民政府 长兴县矿产资源规 2 0 0 7 2 0 2 0年 2 0 0 7 Ag r o E n v i r o n me n t De v e l o p me n t 7 关 注 F OCU S 0 5 7 6 1 0 3 8 5 0 8 0 8 1 0 4 8 3 0 5 2 9 0 2 6 4 1 0 5 7 0 0 0 7 8 0 8 1 7 0 4 7 4 1 0 4 6 9 0 9 7 0 0 81 0 0 5 3 2 0 9 2 2 1 0 2 6 6 0 2 2 7 0 2 7 2 0 01 6 0 2 5 6 0 1 9 7 1 0 0 2 0 0 0 9 2 0 2 0 7 0 01 0 0 1 3 8 0 1 0 2 0 2 8 7 1 0 0 43 0 03 1 0 0 9 9 0 2 5 2 0 0 0 5 0 0 4 5 0 0 9 0 1 4 8 1 0 01 9 0 0 0 2 0 1 0 5 0 45 2 0 01 6 0 01 8 0 4 9 2 0 2 0 5 0 0 0 5 1 0 5 41 0 2 03 0 1 1 1 0 2 1 8 0 1 8 6 0 1 41 0 0 4 5 0 1 1 5 0 0 4 5 0 1 7 8 1 0 0 41 0 1 4 9 0 2 3 8 0 0 45 0 1 3 7 0 2 48 0 2 5 7 0 2 9 0 0 6 3 4 0 1 6 0 0 0 6 4 1 0 0 0 0 0 0 3 0 0 0 5 3 0 0 2 8 0 0 1 6 0 00 8 0 01 9 0 0 01 0 0 0 2 0 01 5 0 0 0 0 0 0 6 3 1 0 0 02 0 01 7 0 0 0 5 0 0 0 7 0 0 2 3 0 0 0 3 0 0 1 4 0 1 1 5 0 1 4 0 5 3 1 0 0 0 6 0 0 0 2 0 01 9 注