兰州市城郊蔬菜大棚土壤重金属污染评价

兰州市城郊蔬菜大棚土壤重金属污染评价

20世纪以来，农业土壤中的重金属含量显著增加，而且有持续增长的趋势。1区域剖面与研究方法1.1气候状况及气候条件定远镇位于甘肃省兰州市榆中县西部,地处兰州市以东15km,平均海拔1700m左右。气候属温带大陆性气候,光照资源充足,年日照时数2576.9h,平均气温7.5℃,年降雨量400mm,全年无霜期159d。定远镇凭借得天独厚的自然条件,蔬菜种植形成了一定的规模,面积达到933.33hm1.2生态环境条件对兰州市榆中县定远镇大棚蔬菜的生产过程、蔬菜大棚周围的自然环境特征以及当地环境污染状况进行调查。自然环境特征:土壤pH值为8.5,地形地貌为黄土高原。大棚蔬菜生产状况:作物种类为芹菜、黄瓜,耕作制度为一年两季,肥料使用艳阳天复合肥、阿姆斯土壤改良剂,农药使用高效氯氟氰菊酯杀虫剂,灌溉水源为地下水。环境状况:一是工业污染源,有一条高速公路横穿农田、榆中钢铁公司;二是农业固废堆放,主要是农业生产过程中的垃圾堆放在地头;三是生活垃圾堆放,有一条水渠堆放城镇生活垃圾对兰州市榆中县定远镇蔬菜大棚土壤重金属含量背景值进行调查1.3样品的采集和制作根据大棚大小利用“梅花点法”设置采样点位,并且做出每个大棚样点位置图,给样点编号。根据样点位置图及编号依次采样,利用采样铲挖出面积25cm×25cm、深度为0~20cm的土壤,用竹片刮去与金属采样器接触部分,用竹片采集重量约为1kg的土壤样品。采集的土壤样品装入样品袋,用铅笔写好标签内外各1张,注明地点、时间、深度、编号、采样人。对采集的样品逐一按编号登记密封,统一收装1.4土壤样品的清理采集的每个大棚3组土壤样品混匀摊放在洁净的牛皮纸上约2cm厚,放在向阳(但要严防阳光直射)、洁净无扬尘的实验室自然风干,剔除石块、残根等杂物。土壤样品风干后用木棍碾压成碎末,用四分法分取压碎样品,全部过20目尼龙筛。经粗磨后的土壤样品用四分法分成2份,一份可直接用于土壤酸碱度测定,另一份样品进行细磨,过120目尼龙筛。所有制备的土壤样品分装在样品袋,填写土壤标签,袋内放1份,外面贴1份。1.5样品测定1.5.1测定土壤重金属经过细磨的土壤样品(过120目尼龙筛)使用压片机对土壤样品进行压片,然后使用X-met7000荧光光谱仪测量土壤样品中的重金属,保存数据。1.5.2ph值的测定取粗磨的土壤样品(过20目尼龙筛)10g于烧杯中,加无二氧化碳蒸馏水25mL,轻轻摇动后用电磁搅拌器搅拌1min,使水和土样混合均匀,放置30min,用pH计测定上部浑浊液的pH值1.6评估方法1.6.1土壤污染评价采用单因子污染指数法和Nemerow污染指数法相结合的方法进行污染评价。Nemerow污染指数法可以比较全面地反映污染物对土壤污染的不同程度。单因子污染指数的计算公式:式(1)中,PNemerow污染指数的计算公式:式(2)中,P1.6.2评估标准本次研究采用GB15618—1995菜地土壤重金属污染评价标准2结果与分析2.1土壤重金属含量及土壤酸度分布经过测量,兰州市榆中县定远镇不同蔬菜大棚土壤重金属含量、土壤酸碱度分布见表3。兰州市榆中县定远镇不同镇蔬菜大棚土壤重金属含量统计值见表4。2.2测定蔬菜土壤重金属含量情况采用单因子污染指数法和Nemerow污染指数法进行污染评价。首先计算出兰州市榆中县定远镇蔬菜大棚土壤重金属单项污染指数(表5)。然后计算出兰州市榆中县定远镇蔬菜大棚土壤重金属综合污染指数,并依据菜园土壤重金属污染分级标准进行简单评价(表6)。根据表4得出兰州市郊区蔬菜大棚土壤重金属各元素变异系数中最高为53.60%,这表明试验区域内所有蔬菜大棚同一元素的含量差异不大;与区域背景值相比较,镍(Ni)、铜(Cu)、铅(Pb)的富集系数较大,说明蔬菜大棚土壤中这3种重金属受到一定的污染影响。由表4、表5、表6可以得出,兰州市郊区蔬菜大棚土壤重金属铬(Cr)含量范围值151.39~354.19mg/kg,平均值278.14mg/kg,单项污染指数范围值0.76~2.20,按照土壤重金属评价标准GB15618—1995,定远镇8个蔬菜大棚重金属铬(Cr)含量全部超标,综合污染指数为1.92,污染等级为轻污染。兰州郊市区蔬菜大棚土壤重金属镍(Ni)含量范围值18.05~51.28mg/kg,平均值34.38mg/kg,单项污染指数范围值0.36~1.28,按照土壤重金属评价标准GB15618—1995,定远镇8个蔬菜大棚有5个重金属镍(Ni)污染超标,综合污染指数为1.05,污染等级为轻污染。兰州市郊区蔬菜大棚土壤重金属铜(Cu)含量范围值8.14~42.16mg/kg,平均值20.65mg/kg,单项污染指数范围值0.08~0.45,按照土壤重金属评价标准GB15618—1995,定远镇8个蔬菜大棚重金属铜(Cu)含量未超标,综合污染指数为0.37,污染等级为安全。兰州市郊区蔬菜大棚土壤重金属锌(Zn)含量范围值22.50~88.02mg/kg,平均值42.40mg/kg,单项污染指数范围值0.09~0.35,按照土壤重金属评价标准GB15618—1995,定远镇8个蔬菜大棚重金属锌(Zn)含量未超标,综合污染指数为0.28,污染等级为安全。兰州市郊区蔬菜大棚土壤重金属铅(Pb)含量范围值45.56~150.08mg/kg,平均值116.67mg/kg,单项污染指数范围值0.15~0.51,按照土壤重金属评价标准GB15618—1995,定远镇8个蔬菜大棚土壤中重金属铅(Pb)含量未超标,综合污染指数为0.48,污染等级为安全。兰州市郊区定远镇蔬菜大棚土壤环境质量属于轻污染,铬(Cr)、镍(Ni)含量超出国家二级标准,根据表1土壤中重金属铅(Pb)含量的平均值超出其土壤背景值,土壤中重金属金属铜(Cu)、锌(Zn)含量的平均值未超出其土壤背景值。2.3重金属铬污染严重根据表4、表5得出黄瓜大棚和芹菜大棚土壤重金属含量无明显差别,重金属铬(Cr)含量最高、重金属铜(Cu)含量最低。重金属铬(Cr)污染最大可能是长期使用复合肥、无机磷肥、阿姆斯土壤改良剂加之大棚土壤无雨水淋洗导致重金属铬(Cr)在土壤中积累重金属镍(Ni)污染主要是工业污染源榆中钢铁厂的排放物中含有镍;农业生产过程中产生的农业固废堆积在农田周围,没有处理措施,其中金属物质风化后经过灌溉水或雨水冲刷对大棚土壤重金属镍含量造成影响。土壤中重金属铅(Pb)含量超标主要原因是高速公路汽车尾气严重影响农田大气环境,导致铅含量偏高。3重金属污染治理方案研究结果表明,蔬菜大棚同一元素的含量差异不大;与区域背景值相比较,镍(Ni)、铜(Cu)、铅(Pb)的富集系数较大。定远镇8个蔬菜大棚中,重金属铬(Cr)含量全部超标,综合污染指数为1.92,污染等级为轻污染;有5个重金属镍(Ni)污染超标,综合污染指数为1.05,污染等级为轻污染;重金属铜(Cu)含量未超标,综合污染指数为0.37,污染等级为安全;大棚重金属锌(Zn)含量无超标,综合污染指数为0.28,污染等级为安全;大棚土壤中重金属铅(Pb)含量未超标,综合污染指数为0.48,污染等级为安全;土壤中重金属金属铜(Cu)、锌(Zn)含量的平均值未超出其土壤背景值。据此提出重金属污染治理方案:大棚蔬菜生产过