土壤和水稻中重金属时空变异特征与质量安全评价研究

发布时间：2020-07-27 07:34

【摘要】：为阐明农田尺度下土壤和水稻中的重金属时空变异特征,深化土壤改良治理与稻米污染预警研究,本文以苏中地区某连片种植的80块农田为研究对象,结合经典统计学、地统计学和GIS研究方法,于2015、2016年对研究区耕作层(0-20cm)土壤及对应的水稻植株进行了定位采样,测定了土壤及水稻茎秆、叶片、稻谷、颖壳、稻米等器官中的总砷、总镉、总铬、总铜、总铅、总锌等重金属元素含量,对照2014年开展的同类实验数据,应用单因子污染指数法和内梅罗综合污染指数法,开展了农田尺度土壤与水稻多元重金属时空变异特征与质量安全评价研究。主要结果如下:(1)2015年土壤总砷、总镉、总铬、总铜、总铅、总锌含量的平均值分别为18.7、1.07、37.8、4.76、11.4、44.6 mg/kg。与 2015 年相比,2016 年总砷减少 39.6%,总镉、总铬、总铜、总铅、总锌分别增加 150.1%、5.50%、9.20%、17.5%、4.70%。根据 GB 15618-1995《土壤环境质量标准》中的二级标准(pH7.5),6种重金属的单因子污染指数两年均为总镉总砷总锌总铬总铜总铅,2015、2016年总砷分别有31.3%、2.50%的样点超标,总镉均100%超标,其余4种重金属均未超标。研究区两年的内梅罗综合污染指数分别是1.12和1.30,2015年80个样点均为轻度污染,2016年则为5.00%轻度污染、18.75%中度污染、76.25%重度污染。(2)根据拟合出的土壤重金属半方差模型,2015、2016年土壤重金属的块金值/基台值分别为总铬总锌总镉总铅总铜总砷、总砷总铜总铬总铅总锌总铜,2015年总砷和2016年总镉为强空间相关性,其它元素均为中等空间相关性。最小变程为177.9m,表明本研究每一个土壤取样点的实测数据至少在半径为177.9m的空间域(9.9hm2)内有效。由基于普通克里格插值所得的土壤重金属空间分布图可知,总砷有自西南角和东北角向中北部集中的趋势;总镉在整个研究区内含量逐步增高;总铬有从东南向西北转移的态势;总铜由原来的一个高值势点扩散为中北部的一片区域;总铅较稳定,高值区域始终在西南角;总锌由原来的多个数据势场,集中到西北区域,中南部总锌的含量越来越少。(3)富集系数表明了水稻各器官对不同重金属元素的吸收和累积特征。水稻各器官中铜元素富集最多,镉元素富集最少。就同一重金属在不同器官中的累积而言,其与水稻各器官代谢水平呈正相关态势,茎秆累积最多,稻米累积最少。与累积系数相比,稻米的迁移系数大幅减少。2015年稻米的重金属迁移系数由大到小依次为总铜总锌总砷总铬总铅总镉,具体为总砷7.07%、总镉2.56%、总铬4.77%、总铜27.6%、总铅4.50%、总锌13.8%;而2016年稍有不同,为总铜总锌总砷总铬总镉总铅,这与水稻植株地下部分,即根系对土壤中的重金属具有强大的吸收固着作用有关。(4)和2015年相比,2016年稻谷和稻米中总镉增加了一倍,其它器官中的重金属元素均有所减少。两年中水稻不同器官中的6种重金属元素均属中等变异性,且均大于土壤重金属。由各器官的重金属空间分布图可知,西南角的重金属含量较多,西北方向含量较少。根据联合国粮农组织《食品中化学物风险评估原则和方法》中的标准,2015年稻米有不同程度的污染,轻度污染、中度污染、重度污染分别占8.75%、30.0%、61.3%;而2016年有所好转,轻度污染、中度污染、重度污染分别占17.5%、23.8%、57.5%。
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X53;S511
【图文】：

０－２０ｃｍ耕作层的土壤样品，每块农田采用对角线五点取样法。同时采集土壤样品对应点位逡逑的水稻成熟期植株样品，每点采５穴水稻植株。取样过程中进行编号，并记录取样点经纬逡逑度。样点分布图如图２－１。逡逑｜邋二邋｜逡逑％邋＃逡逑？邋？？？、？？？逦逡逑图２－１研究区样点分布图逡逑Ｆｉｇ．邋２－１邋Ｔｈｅ邋ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ邋ｍａｐ邋ｏｆ邋ｓａｍｐｌｉｎｇ邋ｐｏｉｎｔｓ逡逑

表现为中等变异性（１０％＜ＣＶ＜１００％），邋Ｚｎ和Ｃｄ在不同农田中含量差异较小，而Ｐｂ、Ａｓ逡逑等差异较大。逡逑图３－１是２０１５、２０１６年土壤重金属含量的频次分布直方图，在各重金属元素含量最大逡逑值和最小值区间，将重金属含量分为５个组区（如图３－卜１，含量为１１．８的点位于第二个逡逑区间），可直观清晰地反映其分布状况。逡逑＾■■频率逦■烦率逡逑频率逦累和％逦频率逦一＋—累和。／0逡逑５０邋ｒ逦＞一一一＿－Ｊ邋１００％逦５０邋ｒ逦逦．逦－｜邋１００％逡逑４０逦－逦３６逦－邋８０％逦４０邋－逦－邋８０％逡逑３０邋－逦＾逦－邋６０％逦３０邋－逦２８逦－邋６０％逡逑－逦■逦－邋４０％逦－逦■逦－邋４０％逡逑１０邋－邋■邋■邋＿邋－邋■■二逡逑0邋———＞——￣￣＞——￣￣＇￣￣——＇————0％邋0邋————＇￣￣￣￣＞————＜￣￣￣￣＞￣￣￣￣邋0％逡逑５．３０－１１．８邋１１．８－１８．３邋１８．３－２４．８邋２４．８－３１．３邋３１．３－３７．９逦４．１０－７．６０邋７．６０－１１．１邋１１．１－１４．６邋１４．６－１８．

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本文编号：2771545