葫蘆島市連山區(qū)、龍港區(qū)農(nóng)田土壤重金屬污染及遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律.pdf

1、本文通過(guò)對(duì)葫蘆島市連山區(qū)、龍港區(qū)土壤及植物進(jìn)行同步取樣調(diào)查，獲取土壤樣品319份，植物樣品263份。評(píng)價(jià)指標(biāo)涵蓋Cu、Pb、Cd、Zn、Ni、Cr、Hg七種重金屬元素，相關(guān)土壤性質(zhì)分析包括pH、有機(jī)質(zhì)、CEC、Ca、Fe、活性Fe、活性Mn、粘粒、粉粒等10個(gè)指標(biāo)，累計(jì)數(shù)據(jù)13692個(gè)。利用SPSS和EXCEL數(shù)據(jù)處理工具，以及ArcGIS地統(tǒng)計(jì)軟件，對(duì)葫蘆島地區(qū)土壤重金屬含量特征、空間分布、污染水平、累積現(xiàn)狀及植物污染狀況作了系統(tǒng)地分

2、析和評(píng)價(jià)。研究了葫蘆島市區(qū)土壤與玉米重金屬污染的關(guān)系，重金屬在土壤—植物系統(tǒng)中的遷移、分布、轉(zhuǎn)化規(guī)律及影響因子，并進(jìn)行了探討。結(jié)果表明： (一)葫蘆島連山區(qū)、龍港區(qū)土壤二氧化硫污染及理化性質(zhì) 總硫在本研究區(qū)域內(nèi)的平均值是380.78mgkg-1，有效硫平均值是21.47mgkg-1。總硫和有效硫含量較高的點(diǎn)集中在葫蘆島鋅廠附近，比對(duì)照點(diǎn)高出4-7倍，說(shuō)明土壤受到了SO2的嚴(yán)重污染。土壤有效硫、總硫與土壤pH均呈極顯著負(fù)相

3、關(guān)，土壤有效硫與CEC呈顯著負(fù)相關(guān)，表明土壤總硫和有效硫的增加降低了土壤pH值，從而改變了土壤的陽(yáng)離子交換量。 (二)葫蘆島連山區(qū)、龍港區(qū)土壤重金屬含量與分布 葫蘆島地區(qū)土壤重金屬分布規(guī)律：龍港區(qū)的土壤重金屬Cu、Zn、Cd、Pb、Hg的含量明顯高于連山區(qū)土壤，而土壤重金屬Ni、Cr的含量則相差不大。Cu、Zn、Cd、Pb、Ni為對(duì)數(shù)正態(tài)分布，Cr、Hg為非正態(tài)分布。 葫蘆島地區(qū)土壤重金屬除Cr外，其它六種重金屬

4、元素都有不同程度的超標(biāo)現(xiàn)象，主要污染是Zn、Cd、Pb的污染，超標(biāo)程度順序是Zn＞Cd＞Pb＞Cu＞Hg。Cd、Hg、Zn的變異系數(shù)最大，表明它們受到局部污染的情況比較嚴(yán)重。Cr、Ni的變異系數(shù)最小，說(shuō)明外來(lái)的Cr、Ni污染影響較小。葫蘆島地區(qū)土壤Cu、Pb、Zn、Cd之間的相關(guān)性達(dá)到了a=0.01的極顯著水平，表明它們的同源性最高。調(diào)查表明，葫蘆島地區(qū)土壤重金屬含量水平受到成土母質(zhì)等地球化學(xué)特征的深刻影響，同時(shí)又受到鋅廠等人為污染源的

5、強(qiáng)烈作用。應(yīng)用地統(tǒng)計(jì)軟件ArcGIS3.1分析葫蘆島地區(qū)土壤重金屬空間分異規(guī)律表明：Ni、Cu塊金效應(yīng)明顯，塊金常數(shù)與基臺(tái)值比率的分別為56.6％和26％，屬中等強(qiáng)度空間自相關(guān)性，Cd、Zn、Pb分別為0.3％、3.2％，17.2％，具有強(qiáng)空間自相關(guān)性，受結(jié)構(gòu)性因素影響較強(qiáng)。根據(jù)空間分析結(jié)果，運(yùn)用Kring插值原理，繪制出葫蘆島地區(qū)土壤七種重金屬元素含量分布圖，能夠清晰反映不同區(qū)域各類重金屬含量范圍，可作為污染控制與管理、農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)

6、布局的基礎(chǔ)依據(jù)。土壤重金屬在垂直分布上，具有強(qiáng)烈的表聚性。土壤殘?jiān)鼞B(tài)重金屬含量是最高的，其次是有機(jī)結(jié)合態(tài)。隨著土層深度的增加交換態(tài)Cd、Pb含量明顯下降，殘?jiān)鼞B(tài)Cu、Cd和Pb的比例則提高。Cd、Zn和Cr的遷移率明顯要高于其它元素，Pb和Hg的遷移率比較低。所有元素遷移的深度均未達(dá)到60-80cm，在重金屬元素含量較高的地點(diǎn)Cd、Zn的遷移較活躍、深度最大，說(shuō)明Cd、Zn和Cr的移動(dòng)性要相對(duì)大一些，而Pb和Hg在土壤中的遷移性較差。

7、 (三)葫蘆島連山區(qū)、龍港區(qū)土壤重金屬污染現(xiàn)狀評(píng)價(jià) 在240份土壤樣品中，污染程度最為嚴(yán)重的是Cd，43.09％超過(guò)國(guó)家二級(jí)污染標(biāo)準(zhǔn)，其次超標(biāo)元素是Zn、Hg、Cu，超標(biāo)率分別為26.79％、15.84％和14.58％，Ni超標(biāo)率只有7.48％。而Pb、Cr沒(méi)有污染。從超標(biāo)比例和平均污染指數(shù)的總體來(lái)看，土壤重金屬的污染順序?yàn)镃d(7.30)＞Zn(1.46)＞Hg(0.94)＞Cu(0.80)＞Ni(0.71)＞Pb(0.

8、65)＞Cr(0.53)。Cd和Zn污染最嚴(yán)重的區(qū)域在龍港區(qū)和連山區(qū)的楊家杖子；Cu在鋅廠周圍有中度和重度污染；Hg污染主要集中在龍港區(qū)的鋅廠附近和葫蘆島城區(qū)；按照累積指數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)，葫蘆島地區(qū)重金屬累積程度的大小順序?yàn)椋篊d(7.28)＞Zn(2.31)＞Pb(1.16)＞Hg(0.95)＞Cu(0.86)＞Cr(0.52)＞Ni(0.48)。平均綜合累積指數(shù)達(dá)到6.81，已達(dá)到嚴(yán)重污染水平。土壤Pb的累積指數(shù)很高，具有積累重而污染輕的特

9、征，表明人為外源增加趨勢(shì)十分嚴(yán)重。亞表層土壤重金屬污染程度較表層土壤的污染程度大大減輕。土壤Cd是污染最為嚴(yán)重的，其次為Zn、Cu。 (四)玉米重金屬污染評(píng)價(jià) 玉米重金屬污染評(píng)價(jià)與土壤重金屬污染評(píng)價(jià)比較發(fā)現(xiàn)，評(píng)價(jià)結(jié)果存在很大的差異。土壤污染評(píng)價(jià)結(jié)果表明，葫蘆島地區(qū)土壤的主要重金屬污染因子為Cd，而Pb無(wú)明顯超標(biāo)現(xiàn)象。但玉米污染評(píng)價(jià)結(jié)果表明，葫蘆島地區(qū)玉米重金屬超標(biāo)情況嚴(yán)重，在玉米籽粒中以Pb超標(biāo)率最高，達(dá)到71.2％。其

10、次為Cd，超標(biāo)率達(dá)到40.1％。這一現(xiàn)象表明現(xiàn)行土壤評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)存在一定的缺陷。從平均綜合污染指數(shù)來(lái)看，超標(biāo)嚴(yán)重程度大小順序?yàn)椋海喝~(8.32)＞籽粒(7.80)＞根(5.22)＞莖(2.22)。 同一重金屬元素在玉米的各部位之間有著很好的相關(guān)性，彼此之間的相關(guān)性達(dá)到了顯著水平。土壤重金屬總量與玉米根重金屬富集率呈顯著負(fù)相關(guān)。整體來(lái)看，土壤—玉米系統(tǒng)中重金屬遷移能力的順序?yàn)镃d＞Zn＞Cu＞Pb。 (五)土壤重金屬形態(tài)、理化

11、性質(zhì)對(duì)玉米重金屬含量的影響 在葫蘆島地區(qū)土壤中各重金屬殘?jiān)鼞B(tài)含量均是最高的，而其它化學(xué)形態(tài)分布與重金屬本身特征有關(guān)。Pb、Cd、Cu和Zn各種化學(xué)形態(tài)及非殘?jiān)鼞B(tài)含量均隨土壤重金屬含量的增加而增加。通過(guò)對(duì)玉米重金屬含量與土壤重金屬形態(tài)的相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)，玉米中重金屬的含量與重金屬各形態(tài)有不同的相關(guān)性，Cu含量主要受交換態(tài)影響；Pb含量是交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)的影響最大；Cd含量主要受交換態(tài)和有機(jī)結(jié)合態(tài)影響；玉米對(duì)Zn的吸收主要由交換態(tài)和

12、有機(jī)結(jié)合態(tài)來(lái)決定。相比較而言，交換態(tài)的重金屬是植物吸收的主要來(lái)源。 各重金屬形態(tài)與土壤理化性質(zhì)之間逐步回歸分析表明pH是影響交換態(tài)Cu、Pb和Zn以及鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)Cu的主要因素。Fe含量是影響各重金屬殘?jiān)鼞B(tài)含量的主要因素。有機(jī)質(zhì)是影響各重金屬有機(jī)態(tài)含量比例的主要因素。 我們選取了五種常見(jiàn)的和檸檬酸-酒石酸重金屬提取劑，研究其與玉米重金屬吸收效應(yīng)之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)不同的提取劑有著不同的提取能力，提取的化學(xué)有效態(tài)重金屬與植

13、株吸收量大部分呈顯著或極顯著相關(guān)。通過(guò)比較認(rèn)為檸檬酸：酒石酸為16mmolL-1：16mmolL-1的提取液作為玉米籽粒中有效態(tài)Cu、Zn的提取液是比較合適的。而與玉米根、莖、葉重金屬含量相關(guān)性比較好的提取劑是0.1MHCl。 以玉米重金屬含量與土壤酸度(pH)、有機(jī)質(zhì)含量(OM，％)、全鈣(％)、有效S(％)、粘粒含量(Clay，％)、粉粒含量(silt，％)、活性鐵(A-Fe，mgkg-1)、Fe(％)、活性錳(A-Mn，m