河北省主要污灌土壤質(zhì)量及其污染風險評價研究.pdf

1、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,在水資源日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,評價了污灌土壤的肥力質(zhì)量、

2、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?～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

3、%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0～20cm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。0-20cm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

4、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。
　　 基于模糊數(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、0.67、0.4.0和0.61,分別屬于中等、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,Fe＞Ti＞Mn＞Zn＞V＞Cr＞Pb＞Cu＞Ni＞

5、Co＞As＞Sn＞Cd＞Hg(20～40cm土層的為Cu＞Pb),除Fe、Mn和As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和Pb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、Cu、Pb、Sn和Zn

6、主要受人類生產(chǎn)活動的影響,而As、Fe、Mn、Co、Ti和V則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

7、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%和6.67%;衡水污灌土壤的生態(tài)風險達中等水平,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10.0%);污灌葉菜類蔬菜(除菜花)主要存在Zn、Ni、Pb、Cd和Hg的超標,其中菠菜Pb和Cd的超標樣本比

8、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%之問;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,其中芥菜和白蘿卜的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)。
　　 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)(HRI)接近1外,其它農(nóng)作物的HR,均小于1。但是,玉米、芥菜、菠菜、白蘿卜、香菜和油菜

9、可食部分所有重金屬的綜合健康風險指數(shù)THQ＞1,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4.47mg kg-1、10.99mg kg-1、0.27mg kg-1、42.38mg kg-1和8.45mg kg-1、16.38mg kg-

10、1、0.15mg kg-1、52.97mg kg-1;種植糧食作物的污灌土壤重金屬Pb和Cr的碳酸鹽態(tài)臨界含量分別為1.75mg kg-1和8.83mg kg-1,種植蔬菜作物的污灌土壤重金屬Zn的碳酸鹽態(tài)臨界含量分別為42.37mgkg-1;種植糧食作物的污灌土壤重金屬Zn和Cr的鐵錳氧化態(tài)臨界含量分別為67.08mg kg-1和14.29mg kg-1,種植蔬菜作物的污灌土壤重金屬Cr的鐵錳氧化態(tài)臨界含量為31.19mg kg-1。

11、
　　 (4)采用Box-Cox轉(zhuǎn)化法對污灌土壤養(yǎng)分化學、酶學和有效態(tài)重金屬指標進行正態(tài)性檢驗及其轉(zhuǎn)化后,基于主成分分析法(PCA)的污灌土壤質(zhì)量綜合分析評價顯示,衡水區(qū)域的污灌土壤綜合質(zhì)量最優(yōu),石家莊區(qū)域的最差,保定和滄州的位列中等,且不同區(qū)域間存在顯著差異(P＜0.05)。
　　 由此可見,受人類生產(chǎn)活動影響的重金屬Cd、Pb、Cr、Cu、Sn和Zn是降低石家莊區(qū)域污灌土壤環(huán)境質(zhì)量和綜合質(zhì)量的主要因子,需進行重金屬污