太湖流域農(nóng)田土壤-作物系統(tǒng)中典型重金屬劑效關系模型及安全基準.pdf

1、土壤是人類賴以生存的自然環(huán)境和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要資源，是自然地理要素之一，能夠為人類提供食物等生產(chǎn)資料，是社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的基礎。土壤既是重金屬污染的匯，也是農(nóng)作物重金屬的源。因此明確重金屬在土壤源-作物匯中關系對于確定土壤安全基準非常重要。本研究通過對太湖流域農(nóng)產(chǎn)品土壤及主要作物的取樣調(diào)查，獲得土壤樣品共計2863份，主要作物糧食、蔬菜及水果樣品共計604份。監(jiān)測指標涵蓋了8種重金屬銅、鋅、鉛、鉻、汞、砷、鎘、鎳，相關土壤性質(zhì)分析包括了

2、pH、有機質(zhì)、CEC、土壤質(zhì)地等。利用EXCEL、SPSS等數(shù)據(jù)處理工具，以及ArcGIS地統(tǒng)計軟件，對太湖流域主要農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤重金屬含量特征、空間分布、污染水平、累積現(xiàn)狀及主要作物重金屬含量特征做了系統(tǒng)分析和評價。通過SPSS、CrystalBall等軟件建立了太湖流域農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤-作物典型重金屬元素(Cd、Pb、As)污染劑量-效應關系模型共計32個。并研究了基于我國農(nóng)產(chǎn)品安全標準及風險評價結果的農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地在不同安全需求下的Cd

3、、As、Pb安全基準限值。主要研究結果如下：
　　 (1)對太湖流域農(nóng)田土壤8種重金屬（Cu、Zn、Pb、Cr、Hg、As、Cd、Ni）污染特征及空間變異性進行了系統(tǒng)分析。Cu、Zn、Pb、Cr、As、Ni這6項元素含量比較穩(wěn)定，元素Cd和Hg的變異系數(shù)較大，表明這兩種重金屬元素受人為干擾的程度較高。除As外，8種重金屬在不同土壤類型間含量的差異性較大，表明土壤母質(zhì)對土壤重金屬含量有較強的影響。采用單項污染指數(shù)法對區(qū)域內(nèi)重金屬總

4、環(huán)境現(xiàn)狀進行評價，其中土壤Cd污染最為嚴重。
　　 (2)研究了太湖流域主要作物重金屬污染特征，結果表明水稻對不同重金屬吸收存在差異性，不同類型的稻米（早稻、中稻和晚稻）對同一種重金屬吸收特性也存在不同。對不同種類的蔬菜重金屬含量分析表明7大類蔬菜中Cd含量均為最低，白菜、豆類、瓜類、綠葉蔬菜、水生蔬菜及直根類蔬菜中Zn、Cu含量高，而茄果類表現(xiàn)出不同，其累積As含量最高。水果（柑橘）重金屬含量統(tǒng)計分析表明：柑橘重金屬平均含量的

5、大小順序為Zn＞Cu＞Cr＞Ni＞Pb＞As＞Cd。
　　 (3)利用地統(tǒng)計技術中的序貫條件模擬值法對太湖流域農(nóng)田土壤中Cu、Zn、As、Cd、Cr、Pb、Hg和Ni等8項重金屬的空間變異進行了研究。研究結果表明，太湖流域農(nóng)田土壤中Cu、Zn、As、Cr、Pb、Hg和Ni等7項重金屬為中等程度的空間變異性，空間分布是由結構性因素和隨機性因素共同作用的結果，而土壤Cd為強空間變異性，人為因素對土壤Cd空間結構和空間分布改變的影響作

6、用較強。
　　 (4)建立了早稻、中稻及晚稻吸收重金屬Cd、As、Pb的劑量效應關系模型，結果表明，早、中、晚稻都可以通過多元線性回歸分析建立土壤-稻米Cd吸收的劑量-效應關系模型，中、晚稻模型比較統(tǒng)一，而早稻則需根據(jù)其吸收Cd能力的大小分成兩類建模；無論是早稻、中稻還是晚稻現(xiàn)有的監(jiān)測指標都無法較好的利用多元回歸方程來擬合稻米對土壤As的吸收，但研究結果表明，隨著土壤As含量的增加，稻米對As的吸收系數(shù)呈指數(shù)下降，由此我們建立了

7、基于指數(shù)模型及Monte-Carlo模型雙擬合的稻米吸收土壤As劑量-效應關系模型，此模擬的模擬精度要優(yōu)于單純以指數(shù)模型計算的稻米吸收As的結果。稻米對Pb的吸收更加難以擬合，本研究采用多元線性回歸模型建立了中、晚稻吸收土壤Pb的劑量-效應關系模型，采用指數(shù)加Monte-Carlo技術建立了早稻吸收Pb的擬合模型。
　　 (5)在將蔬菜進行形態(tài)學分類的基礎上，分別建立了白菜類、豆類、瓜類、綠葉類、茄果類、水生蔬菜類吸收Cd的劑量

8、-效應關系模型，白菜類、豆類、綠葉類、茄果類、水生蔬菜類吸收As的劑量-效應關系模型；白菜類、豆類、茄果類、水生蔬菜類吸收Pb的劑量-效應關系模型。這些模型可分為兩類，一類是多元線性回歸模型，如白菜類、豆類等吸收Cd的劑量-效應關系模型，一類Monte-Carlo模型如豆類及茄果類蔬菜吸收Pb的劑量-效應關系模型等。
　　 (6)建立了柑橘吸收重金屬Cd、As、Pb的劑量效應關系模型，其中吸收Cd的模型為指數(shù)及Monte-Car

9、lo雙擬合模型，而As、Pb的劑量-效應關系模型則為線性多元回歸模型。
　　 (7)采用Monte-Carlo模擬優(yōu)化技術研究了基于我國農(nóng)產(chǎn)品安全標準及風險評價結果的水稻產(chǎn)地在不同安全需求下的Cd、As、Pb安全基準限值，結果表明，對于Cd及As而言，采用兩種方法建立的安全限值其差異性不大，而對于Pb而言，基于現(xiàn)有監(jiān)測值及稻米Pb安全標準無法合理確定產(chǎn)地安全基準，而采用風險評價方法則可以獲得滿意的結果。
　　 (8)基于