河北省主要污灌土壤質(zhì)量及其污染風險評價研究

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1、河北農(nóng)業(yè)大學博士學位論文河北省主要灌污土壤質(zhì)量及其污染風險評價研究姓名：薛占軍申請學位級別：博士專業(yè)：土壤學指導(dǎo)教師：劉樹慶20120527摘要土壤是人類生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，其質(zhì)量的優(yōu)劣不僅影響著農(nóng)作物的產(chǎn)量，而且還決定著農(nóng)產(chǎn)品的安全品質(zhì)和農(nóng)業(yè)發(fā)展的可持續(xù)性。然而，在水資源目益短缺和水污染不斷加劇的雙重壓力下，長期污灌土壤的生態(tài)環(huán)境污染問題日趨凸顯，并嚴重制約著我國農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。因此，本研究以河北省主要不同區(qū)域(衡水、石家莊、滄州和保定)的污灌土壤為研究對象，分析了反映土壤質(zhì)量的理化性質(zhì)、酶活性、重金屬及其各形態(tài)含量水平和農(nóng)作物的重金屬污染水平，評價了污

2、灌土壤的肥力質(zhì)量、環(huán)境質(zhì)量、綜合質(zhì)量以及農(nóng)作物的健康風險，指出了污灌土壤現(xiàn)存的主要問題，對于遏制污灌土壤環(huán)境質(zhì)量的下降、調(diào)控污灌土壤肥力質(zhì)量、確保污灌農(nóng)作物產(chǎn)品安全均具有十分重要意義。所取得的主要研究結(jié)果如下：(1)河北省主要污灌土壤質(zhì)地總體上屬于壤土，其中衡水、石家莊和保定區(qū)域?qū)儆谥腥劳?，滄州區(qū)域?qū)儆谥厝劳?。對于O～20cm污灌土壤pH值而言，石家莊和保定區(qū)域50％以上的樣本為中性，衡水和滄州區(qū)域80％以上的樣本為堿性，但是不同區(qū)域90％以上的20～40cm污灌土壤樣本仍為堿性。根據(jù)全國第二次土壤肥力狀況普查結(jié)果和河北省土壤肥力狀況的分級標準可知，河北省0～

3、20cm污灌土壤的有機質(zhì)、全鉀和速效鉀含量達中等偏上水平，全氮、速效氮、全磷和速效磷含量則處于低等水平，其中石家莊區(qū)域的相對等級水平最高。O一20cm污灌土壤脲酶、過氧化氫酶、堿性磷酸酶和轉(zhuǎn)化酶活性與大部分理化性質(zhì)指標顯著相關(guān)，石家莊和保定區(qū)域污灌土壤酶活性最高，衡水和滄州污灌土壤酶活性最低，且突出表現(xiàn)在土壤脲酶活性上。20～40cm污灌土壤的養(yǎng)分含量和酶活性均明顯降低，且不同區(qū)域間的差異也顯著減小?；谀：龜?shù)學法的污灌土壤肥力質(zhì)量評價結(jié)果顯示，衡水、石家莊、滄州和保定區(qū)域0．20cm污灌土壤肥力質(zhì)量綜合指數(shù)分別為0．42、O．67、0．40矛H0．61，分別

4、屬于中等、較高、中等和較高的肥力等級水平。(2)河北省主要污灌土壤重金屬含量的大小順序為，F(xiàn)e>Ti>Mn>Zn>V>Cr>Pb>Cu>Ni>Co>As>Sn>Cd>Hg(20～40cm土層的為Cu>Pb)，除Fe、Mn矛[1As外，其余重金屬元素平均含量的最高值均出現(xiàn)在石家莊區(qū)域。與河北省土壤背景值相比，大部分重金屬元素的累積現(xiàn)象較明顯，突出表現(xiàn)在Hg、Cd、Zn干DPb元素上，且存在不同程度超中國土壤環(huán)境質(zhì)量II級標準、無公害和綠色食品產(chǎn)地標準的樣本比例，最高為Cd的44．4％，最低為Pb的8．9％。主成分分析和聚類分析結(jié)果一致表明，污灌土壤中的Cd、Cr

5、、Cu、Pb、Sn和Zn主要受人類生產(chǎn)活動的影響，而As、Fe、Mn、Co、Ti和vN主要受自然成土過程的影響。污灌土壤中的大部分重金屬元素以殘渣態(tài)和鐵錳氧化態(tài)的形式存在，而可交換態(tài)(除Cd和Cr)的比例則最低。污灌土壤環(huán)境質(zhì)量評價及預(yù)警結(jié)果顯示，較高水平的Hg、Cd、Zn、Pb和Cu累積，在污染土壤環(huán)境的同時，也構(gòu)成了嚴重的生態(tài)危害，其中石家莊污灌土壤的綜合潛在生態(tài)風險達很強程度，預(yù)警級別達中度及重度的相對比例為57．15％；保定和滄州污灌土壤的生態(tài)風險達較強程度，預(yù)警級別達中度及重度的相對比例分別為25．00％冪16．67％；衡水污灌土壤的生態(tài)風險達中等水

6、平，94．44％的相對風險概率處于無警級別。(3)與中國食品衛(wèi)生相關(guān)標準相比，污灌糧食籽粒(除棉花)主要存在Pb和Hg的超標問題，且小麥超標樣本比例(8．5％和16．7％)略高于玉米的(6．0％和10．O％)；污灌葉菜類蔬菜(除菜花)主要存在Zn、Ni、Pb、Cd矛lHg的超標，其中菠菜Pb和Cd的超標樣本比例高達50％以上，而白菜、油菜、香菜和韭菜的超標樣本比例主要集中在10％．30％之間；根菜類蔬菜主要存在Zn、Ni、Pb和Cd的超標，除大蔥外，其它根菜類的超標比例均較高，其中芥菜和白蘿b的Pb超標比例均達100％，這主要與農(nóng)作物對重金屬的富集能力密切相關(guān)

7、。污灌農(nóng)作物健康風險評價結(jié)果顯示，除芥菜Pb和玉米Ni的單一重金屬健康風險指數(shù)(刪，)接近1外，其它農(nóng)作物的HRI均小于1。但是，玉米、芥菜、菠菜、白蘿b、香菜和油菜可食部分所有重金屬的綜合健康風險指數(shù)THQ>I，表明這些污灌作物具有較高的健康風險，尤其是對兒童。結(jié)合污灌農(nóng)作物可食部分重金屬含量與土壤重金屬形態(tài)間的相關(guān)性和食品衛(wèi)生標準中重金屬含量的最大允許量獲得，種植糧食和蔬菜作物的污灌土壤重金屬Pb、Zn、Cd、Cr的交換態(tài)臨界含量分別為4．47mgkg～、10．99mgkg一、O．27mgkg～、42．38mgkg‘1和8．45mgkg～、16．38mgk

8、g～、0．15mgkg一、52．97m