南京市郊农田土壤植物重金属污染现状调查

经典word整理文档，仅参考，转Word此处可删除页眉页脚。本资料属于网络整理，如有侵权，请联系删除，谢谢！本科毕业论文院系化学化工学院专业化学职称副教授年6月日目录目录摘要...........................................................................................................................................1第一章、绪论...........................................................................................................................31、土壤重金属污染的来源.................................................................................................42、土壤重金属污染的特性.................................................................................................73、土壤重金属污染的危害.................................................................................................94、本课题研究的意义及研究的内容...............................................................................10第二章、实验内容及方法.....................................................................................................111样品采集..........................................................................................................................112样品处理..........................................................................................................................113实验过程.........................................................................................................................11第三章、实验结果及讨论.....................................................................................................121栖霞区农田蔬菜及土壤的分析结果.............................................................................132八卦洲地区农田蔬菜及土壤的分析结果.....................................................................143江心洲地区农田蔬菜及土壤的分析结果.....................................................................154葛塘区农田蔬菜及土壤的分析结果.............................................................................165各地之间的比较.............................................................................................................17第四章、结论.........................................................................................................................20参考文献.................................................................................................................................21致谢.........................................................................................................................................24摘要摘要蔬菜、水果中，并在其内富集，最后通过食物链进入人体，对人们的健康产生潜在的危害。更为严重的是这种污染具有隐蔽性、长期性、属污染，有许多地方的食物尤其是蔬菜中、、As、Pb等重金属行深入研究尤为重要。通过在南京市郊四个区的农田中采集植物和土壤样品，并使用ICP-MS相应元素的含量，但、Cu在个别植物如生菜中则相反，即茎、叶中的含量要高于根部含量。栖霞区土壤的As、、Zn的含量是四个地区中最高的，土壤中Cd的含量则是江心洲最高。栖霞区的重金属污染以As、、、Zn为主，江心洲的重金属污染以、Pb为主，八卦洲和葛塘的重金属污染程度不高，仅、Cr略高于国家一级标准。栖霞区的土壤和植物受污染的程度最为严重，江心洲次之，八卦洲和葛塘的污染程度相近且是这四个地区里最轻的。关键字：土壤，蔬菜，重金属污染，南京市郊1摘要Withthedevelopmentofindustrializationandurbanization,moreandmorepollutantswerereleasedintotheenvironment.Alargenumberofheavymetalshavepollutedfarmlandseverely.Throughtheairandsoil,theheavymetalentersintocereals,vegetablesandfruits,thenstartsenrichmentintheirbodies,andfinallyentersintothehumansbodythroughthefoodchain.Thatwouldbepotentialtoharmhumanshealth.Moreseriousisthatthiskindofpollutionishidden,long-termandirreversible.Themajorityofthesoiloftheurbanoutskirtsinourcountryhasbeenpollutedbyheavymetalswithdifferentdegree.Inmanyareas,thecontentofheavymetalssuchasCd,Cr,AsandPbetc.infoodespeciallyvegetablesisclosetothethresholdstandard.ThispaperanalyzesthesamplesofvegetablesandsoilwhichwerecollectedinfourdistrictsofthesuburbofNanjingthroughthemethodofICP-MS.TheresultshowsthatEnrichmentofheavymetalsinplantsareobviousdifferencesbetweenspeciesandlocation.Usually,thecontentofheavymetalsintherootsishigherthanitintheabovegroundparts,butCd,Cuinsomeplantssuchaslettuceiscompletelytheopposite.ThecontentofAs,PbandZnofthesoilfromQixiaDistrictisthehighestamongthefourregions,andthecontentofCdofthesoilfromJiangxinzhouisalsothehighestofthefour.ThecontaminationofQixiadistrictismainlywithAs,Cd,PbandZn,anditismainlywithCdandPbinJiangxinzhou.Theheavy-metal-comtaminationofBaguazhouandGetangisnotserious,onlythecontentofCuandCrexceedthefirstlevelofnationalstandardofqualityofsoil.ThecontaminationdegreeofplantsandsoilofQixiadistrictisthemostserious,andfollowedbythatofJiangxinzhou.ItissimilarthecontaminationdegreeofBaguazhouandGetang,andtheyareboththeleastpollutedofthefourareas.Keywords:soil,vegetable,heavymetalcontamination,suburbofNanjing2第一章绪论据粗略统计，在过去的五十年里，排放到全球环境中的镉达2.2万吨，铜93.9万吨，铅78.3万吨，锌135万吨，其中有相当一部分进入土壤，致使世界各国土壤受到不同程度的重金属污染。目前，中国受重金属污染的耕地多达2000万公顷，每年重金属污染的粮食多达1000[1]从全国范围来看，中国不同的区域菜地土壤重金属含量及其分布规律各异。其中Cu、Zn、Cd、Hg的含量以东部地区较高，Cr、Pb、As的含量以中部地[2]城市不同功能区形成了不同的耕作方式，土壤和蔬菜的重金属污染程度也不同。56%、18%、58%的土壤中Pb、Cu、Zn、Cd的含量超过国家土壤环境质量二级标准限值(GB15618-1995),部分农产品基地存在轻度Cd污染，工厂周边农田土壤污染相对较小。同样以矿区周边污染农田的青菜样本重金属含量最高。城市重金属污染的另一个特征就[3]关村城郊公路边菜田土壤Cu、Zn、Pb和Cd总量和韭菜可食部分Pb含量总体上均随距公路距离的增加呈降低的趋势。[4]3第一章绪论使土壤重金属污染逐渐成为人们关注的热点。、土壤重金属污染的来源目前已知的109种元素中，其中83种是金属。在所有的金属元素中，人们定义密度大于5×10的金属为重金属，共有72种重金属元素，具体指元3-3素周期表中Ⅰ，Ⅱ，ⅢB-ⅦB和ⅧB族以及ⅢA-ⅣA族金属，其中Sc，Ti，和Al除外。在环境科学中，、Cd、As、Cu、Pb、Cr、Zn、Ni等重金属元素最受人关注。由于土壤是地理环境的主要组成部分，土壤圈处于大气圈、水圈、[5][6]污染类型主要指CdPbCrAs，还包括CuZnNiMnFeAs是类金属，因其毒性和某些性质和重金属相似，故通常列入重金属类进行讨论。土壤中重金属的来源主要包括以下几个方面：1)工业废气和汽车尾气中的重金属沉降大气中重金属的主要来源于工业生产和汽车尾气排放产生的大量含有重金散，形成城区-城乡结合部-农区的梯度分布格局，随着与城市距离的增大污染程不同。常常伴有多种污染物同时存在，容易形成土壤中的复合污染。此外，城区展程度密切相关。公路、铁路两侧土壤中的重金属污染，主要以Pb、Zn、Cd、Cr和Cu为主，它们来自于含铅汽油的燃烧，汽车轮胎磨损产生的含锌粉尘等，其分布呈条带状，以公路和铁路为轴向两侧逐渐减弱。随着时间的推移，公路、4第一章绪论铁路两侧土壤的重金属污染具有很强的叠加性。[7]2)金属采矿、冶炼等加工工业绝大多数矿区经常被若干重金属和一些伴生元素所污染。风刮起的尾砂经沉降，CdPbCu、Zn进入了土壤，土壤表层含铅往往大于1000mg·kg。重金属进入土壤后，参-1[8]威胁。冶炼过程中许多金属以细矿石颗粒、氧化物气溶胶颗粒形式通过大气迁移、Cd、Ni、Pb、、SePbCr、As、、Cd、、Zn等）和塑料工业（聚合体稳定剂中的Cd、Zn、Pb等）一些副产品或废弃物，以及化工工[9]3)农药、化肥和塑料薄膜的使用施用含有PbCuAs等的农药和不合理地施用化肥，都可导致土壤中金属残留日益严重，例如长期喷洒波尔多液的果园，土壤中Cu大量累积，含Cu量可达110-1500mgkg-1，曾经施用过的含砷、铅农药主要有以下几种：砷酸5第一章绪论钙、砷酸铅、亚砷酸钠、甲基胂酸二钠和砷酸铜等。肥料中，一般过磷酸盐含有较多的重金属Cd、As、Zn、Pb，磷肥次之，氮肥和钾肥含量较低，但氮肥中铅含量较高。我国磷肥重金属含量较高，对全国主要磷矿生产的磷肥（过磷酸钙）样品检测，Ni平均含量16.9mg·kgZn298Cu31.1mg·kgCr18.4mg·kg，-1-1-1-1As55mg·kgCdCo平均含量分别为0.61mg·kg和2.0mg·kg。椐估计，磷-1-1-1[10]肥中平均含镉量为7mg·kg，给全球带入约66万kg镉。农用塑料膜生产应用的-1热稳定剂中含有Cd、Pb，在大量使用塑料大棚和地膜过程中都可以造成土壤污化成肥料进入土壤。4)污水灌溉和污泥农用之一[11][12]。污水灌溉一般指使用经过一定处理的城市污水灌溉农田、森林和草水灌溉是20世纪50年代才发展起来的。统计表明，自60年代初期以来，中国污灌面积迅速扩大，尤其是天津、沈阳、哈尔滨、齐齐哈尔等北方旱作地区，普遍的重金属污染物是Hg和Cd。受Hg污染的耕地约有3.2万hm，涉及15个省2市的21Cd污染的耕地约有1.3×104hm211个省市的25个地区。[13]工业废水处理后的污泥，重金属含量非常高，一些典型污泥中，Cu含量达52-11700mg·kgPb为15-26000，这样的污泥施入土壤将会-1-1[14]对农田土壤系统带来不良影响。5)其它来源一些含有As、Cr、Cu的木材防腐剂被长期和广泛使用，导致了木材厂附近6第一章绪论弹中的Pb、Ti、As污染。城市生活垃圾、工业废弃物和特殊有毒有害物质等废同一区域土壤中重金属污染物的来源途径可以[15]图1土壤中重金属循环示意图、土壤重金属污染的特性样经历生物和物理化学降解。它所造成的污染与本身的物理化学性质密切相关，又兼备了土壤污染的其它特点：1)形态多变，价态不同毒性不同：重金属在土壤中的赋存形态直接决定其生物有效性和迁移性。在重金属进入土壤后，与土壤中的矿物质（主要是粘土矿物和硅决定其对生物有效性的基础[16]其对环境及周围生态系统造成影响的关键因素[17][18]。如六价铬的毒性大于三价7第一章绪论60性常常增加，金属羰基化合物常有剧毒。离子态的重金属毒性大于络合态，铜、一般在1-10mg·L、Cd、Pb、Cr、As的毒性阈值都很小。离子在迁-1解吸、絮凝等；生物过程有生物富集、生物甲基化等。2)ChemicalTimeBombs，简称CTBs）的说法。CTBs是指化学物质在土壤中不断积累，终于使土壤承受能力[19]达到极限，这时若改变影响容量控制特征（capacitycontrollingproperties，简称）的环境因子，就会使原来固定在土壤中的污染物大量释放，造成灾害性的后果。例如日本富山县神通川流域的“痛痛病”发生于20世纪60年代，直到70年代才证实是当地居民长期食用含镉废水污染土壤所生产的“镉米”所致，重病区大米中的含镉量达0.527mg·kg，远高于安全含量标准。-13)不可逆性和长期性：对于大气和水体，由于其介质的流动特性，切断污染100-200年才得以恢复[20]。4)后果的严重性：土壤中的重金属通过食物链影响动物和人体的健康。重金8第一章绪论食极大地威胁人类的健康。、土壤重金属污染的危害这一临界浓度与模拟条件下单一污染物污染的临界浓度不同，土壤环境中温度、湿度、pH、Eh的动态变化以及共存污染物之间的相互作用使污染物与生物之间的剂量-反应之间有所不同。重金属进入土壤以后，对土壤健康的改变可以直接括生物体病变、减产、死亡和遗传变异、种群数量减少和群落异常等。染生态效应不仅仅体现在某一层级水平的单一方面，而是同时体现在几个方面，子水平研究污染物的毒理效应和机制，例如镉能引起DNA单链断裂，造成DNA损伤，损害DNA修复系统，并有DNA碱基修饰产物8-8-OHdG）的生成，这种产物的形成与肿瘤发生相关。许多污染物如铬、锰、镉、汞等在一定条件下会引起基因的非正常表达，造成细胞凋亡和DNA损伤。与温度、水分、盐碱胁迫等逆境相似的伤害，主要影响在其生长发育方面，常表9第一章绪论现为光合速率下降、同化物形成减少、叶绿体受伤、呼吸速率也发生变化、有关[21]进抗坏血酸分解，使游离脯氨酸积累，抑制硝酸还原酶活性。另外，锡能减少[22]根系对水分和养分的吸收，也可抑制根系对氮的固定。王小骊等报道认为[23][24]能会受到一定的影响，从而不能满足深加工的要求。、本课题研究的意义及研究的内容土壤是人类赖以生存的自然环境和农业生产的重要资源。发展无公害农业，保障生态和食品安全,已经成为我国可持续发展的重要战略目标之一。随着我国,南京城市土壤重金属污染较为严重[25-29],城郊零散菜地土壤和蔬菜也存在不同程度的重金属污染[30-33]理的农业生产和污染土壤的修复提供依据。壤及蔬菜重金属污染现状，为合理的农业生产和污染土壤的修复提供依据。10第二章实验内容及方法1样品采集200X年3-4证同一种蔬菜有数个样本，同时在每株植物样品的采集点处收集表层土样400g左右，每个地区采10-13个样。2样品处理1)将植物和土壤分离后，把采集的土壤样品置于实验室自然风干，植物样品先用自来水冲洗干净后再用纯水冲洗，放在80的烘箱中烘干。2)土壤样品风干后，先剔除石块并尽量去掉植物残体，粗略粉碎后再取40-50g在烘干后分为根和茎叶两部分，分别在研磨机中粉碎，置于样品袋中备用。3实验过程1)称取0.200g0.001g入2mL待加热近干后转移至离心管中，并用7%的HNO稀释至10mL。32)每份植物称取0.100g根和0.200g0.001g入4mL浓HNO，3静置过夜，第二天先加入1mLHO，在通风橱中加热至80进行消解，2至322小时后再加1mLHO12022管中，并用7%的HNO3稀释至10mL。3)将植物及土壤样品通过ICP-MS和ICP-OES果数据。11第三章实验结果及讨论GB15618-1995GB2762-2005GB15199—GB13106-91表1《土壤环境质量标准》中相关规定级别项目一级二级6.57.530三级>6.540土壤pH值自然背景<6.540>7.525As旱地≤Cd≤150.2900.3150500.30.6250100601Cr旱地≤Cu农田等≤Ni≤20030040020050050035100404050Pb≤35250200300350300Zn≤100250表2《食品中污染物限量》等标准中相关规定元素限量/ppm0.050.1估算后限量/ppmAs≤0.51Cd（根茎类除芹菜）≤Cd（叶类和芹菜）≤0.22Cr≤Cu≤Pb≤Zn≤0.55101030.32020表2中，除Cu、Zn的对应样品应为干重，其余均为湿重。而实验中所测样品均为干重，考虑到植物湿重中的85%-95%为水，因此粗略估算干重为湿重的10%。12第三章实验结果及讨论1栖霞区农田蔬菜及土壤的分析结果栖霞区农田的蔬菜样品共采集13份，其分析结果如表3所示表3、栖霞区农田蔬菜的分析结果）根根根根葱根根根蒜根平均值标准偏差根栖霞区农田土壤的分析结果如表4所示表4栖霞区农田土壤的分析结果）通过表3、表4与表、表2之间的比较我们可以发现，栖霞区农田土壤受污染的程度很严重，尤其是As、Cd、Pb等毒性较大的元素的含量很高，应为栖霞山铅锌银矿所致。而植物中，绝大多数样品中的As、Cd、Pb、Zn均超标，仅Cr、Cu的情况稍好。从表3中我们可以看出，在栖霞区的植物样品中，韮菜和茼蒿中的As、Pb13第三章实验结果及讨论高于根部浓度，这一点在萝卜和韮菜中体现得尤为明显。2八卦洲地区农田蔬菜及土壤的分析结果八卦洲地区农田共有13份蔬菜样品，其分析结果如表5所示表5八卦洲地区农田蔬菜的分析结果）根蒜葱根根根根根平均值根根根0.301.190.180.950.670.630.470.283.096.391.044.549.3510.765.275.014.553.712.073.906.041.463.7628.6625.5010.836.86根标准偏差3.13八卦洲地区农田土壤的分析结果如表6所示表6八卦洲地区农田土壤的分析结果）通过表5、表6与表、表2之间的比较我们可以发现，八卦洲地区农田土14第三章实验结果及讨论壤受污染的程度较轻，土壤质量较好，接近国家一级标准。植物中重金属含量Cu、Zn半数左右的样品超标，Pb、Cd有部分样品超标，但整体仍然较好。通过在此地区的样品间的比较可以得知，茼蒿、芹菜、油菜、芦蒿有明显的金属。3江心洲地区农田蔬菜及土壤的分析结果江心洲地区共采了13份蔬菜样品，其分析结果如表7、表8所示。表7江心洲地区农田蔬菜的分析结果）根2.661.500.140.880.110.900.830.240.860.680.720.4014.129.362.046.510.874.3718.9511.2210.615.543.844.665.872.978.9356.005.5528.505.9139.474.7534.401.0121.072.3314.37根根根根根葱根10.1515.634.25根平均值根标准偏差10.67八卦洲地区农田土壤的分析结果如表6所示表8江心洲地区农田土壤的分析结果）4.531.275.8931.3234.7741.75131.030.242.273.516.6513.9094.2412.4715第三章实验结果及讨论通过表7、表8与表、表2之间的比较我们可以发现，江心洲土壤虽大部分重金属含量达到国家一级或二级标准，但其Cd的含量甚高，远远超出三级标染了江水，进而污染了江心洲的土壤，同时，江心洲土壤Pb含量可能也是因为显偏高，尤其是Cu、Pb、Zn的含量大部分超标。含量要高于其它作物。4葛塘区农田蔬菜及土壤的分析结果葛塘区共采了10份蔬菜样品，其分析结果如表9所示。表9葛塘区农田蔬菜的分析结果）根2.161.990.282.230.090.380.480.350.560.420.210.069.6075.708.2080.801.8753.487.6171.900.5818.541.8613.23葱根19.7620.8111.6921.093.17根平均值10.6410.18根8.553.1211.951.004.5214.514.2212.591.903.31根根标准偏差1.28葛塘地区农田土壤的分析结果如表6所示表10葛塘区农田土壤的分析结果）—36.0543.4131.0722.153.494.093.502.419.693.58103.859.86注：ND=NotDetected16第三章实验结果及讨论通过表910与表2重金属含量较低，土壤质量较好，当地植物大多茎、叶不超标而根部超标，考虑到所采集样本的根部均不食用，因此根部超标影响不大。但所有样品中的Zn均出乎意料地偏高，高的甚至可以达到四倍左右，可能为附近工厂排污所致。可看出除葱之外的三种作物均可富集土壤中重金属。5各地之间的比较5.1由每个地区植物样品的分析结果可知，受污染最为严重的是栖霞区的植物，几乎每种样品中As、Cd、Pb三种毒性较大的元素的含量都超标；江心洲次之，但Cd的含量相比其它元素亦超标太多；八卦洲和葛塘土壤环境相似，总体上看各个样品中各种元素的含量大部分可以达标，但葛塘的样品中Zn的含量超乎寻常地高。如表11所示表11韮菜的分析结果）根)根根根从表中可以看出，栖霞区韮菜受污染程度最为严重，除Cr之外的所有元素都超标数倍；而江心洲土壤含Cd量高的特征没有体现出来，反倒是土壤质量较江心洲好的葛塘地区的Cd含量较高；同时葛塘地区的ZnCu、Cr17第三章实验结果及讨论（根部）也是如此，与土壤含量所能得出的结论相反。蔬菜，尤其是Pb、As等毒性较大的元素，可能是不同植物种属对不同元素的富同地带土壤的构成不同所致，例如道路两侧土壤和远离道路的土壤中Pb的含量相差很大。量，应是根在土壤之中，受土壤影响远大于茎、叶所受影响，而有些元素在某些污染。5.2各地区的土壤构成也有明显不同，如表12所示由表11CrCuNi这三种元素在土壤中的含量比较接近，原因，导致其土壤中As、Pb、Zn的含量要远超其它地区的土壤，而其余元素的含量则与另外三地区土壤中含量相差不多；但Cd在江心洲土壤中的含量也要远超其它地区，高出一个数量级，可能为当地污水处理厂及污泥农用所致，同时，江心洲土壤Pb含量可能也是此原因，使得其虽不及栖霞土壤的含量，但仍高出八卦洲和葛塘许多。表12各地土壤分析结果（仅限平均值））GB15618-1995）中的18第三章实验结果及讨论相关规定（见表1As、Cd、Pb的含量只比三级标准稍低一些；八卦洲的土壤质量较高，整体处于一级和二级的交界处；江心洲的土壤中Cd含量严重超标，是三级标准的5倍余，而Pb含量虽不及栖霞但也高出其余两地419第四章结论1、重金属的植物富集有明显的种属差异和地点差异。2、通常状况下根部的重金属含量要高于茎、叶中相应元素的含量，但Cd、Cu在个别植物如生菜中则相反，即茎、叶中的含量要高于根部含量。3、栖霞区土壤的AsPb、Zn的含量是四个地区中最高的，土壤中Cd的含As、CdPbZn为主，江心洲的重金属污染以CdPb为主，八卦洲和葛塘的重金属污染程度不高，仅Cu、Cr略高于国家一级标准。4、栖霞区的土壤和植物有受污染的程度最为严重，江心洲次之，八卦洲和葛塘的污染程度相近且是这四个地区里最轻的。20参考文献[1]周启星，宋玉芳等，污染土壤修复原理与方法，北京：科学出版社，2004[2]曾希柏，李连芳，梅旭荣，中国蔬菜土壤重金属含量及来源分析[J]，中国农业科学，200740(11)：2507-2517[3]究[J]，长江流域资源与环境，200615(3)：356-360[4]变异特征[J]，华北农学报，200722(增刊152-157[5]Harmsen,Behaviorofheavymetalsinsoils,Wageningen：CentreforAgriculturalPublishingand1977[6]江玉和普通化学第二版北京：高等教育出版社，1992[7]境，200211（179-84[8]HudsonT,BordenJ,RussM,etal，ControlonAs，PbandMndistributionincommunitysoilsofanhistoricalminingdistrict，SouthwesternColorado.EnvironmentalGeology,1999,33(1):25-42[9]周东美，王慎强，陈怀满，土壤中有机污染物-重金属复合污染的交互作用，土壤与环境，2000，9(2):143-145[10]2002，(9)：29-30[11][J]，生态与农村环境学报，2006,22(1):48253.[12][J]，中国地质，2007,34(4):7162721.[13]1992[14]徐颖，污泥用作农肥处置及其环境影响，农村生态环境，1993，10(3)：32-35,39[15]USEPA,FederalRegister.ToxicityCharacteristicLeachingProcedure(TCLP),40CFR,1986,50,No.286,Appendix2,Part268,pp.406943[16]刘清，王子健，汤鸿霄，重金属形态与生物毒性及生物有效性关系的研究进展[J]，环境科学，1996,17(1):89-92.21参考文献[17]ALLENHE,H