【摘要】:镉(Cd)是一种毒性极强的重金属元素,容易通过食物链进入人体对人类健康产生影响。目前,Cd已是全球性污染物质之一,土壤Cd污染问题已成为国内外学者研究的热点之一。成都平原具有人口密度大,工业化、城市化速度快,农田高度集约化利用等特点。本文以成都平原经济区为对象,采用典型采样、田间试验和室内分析,开展了农田土壤Cd含量时空分布及其污染成因,农田土壤-水稻系统Cd的迁移转化与吸收累积特征,以及农田土壤Cd污染阻控技术研究。主要研究结果如下:1、在成都平原经济区农田土壤Cd污染时空分布特征分析基础上,,选取其境内典型的工业型城乡交错区(德阳市旌阳区)进行农田土壤Cd污染评价及其空间分布影响因子剖析,探讨土壤Cd吸附缓冲特性对外源Cd污染的影响,明确了成都平原经济区农田土壤Cd污染主要成因。 (1)成都平原经济区农田土壤Cd含量整体处于轻度-中度污染水平,但空间变异大,时间累积效应明显,2002年和2012年土壤Cd含量分别为0.27mg·kg-1和0.38mg·kg-1,分别为该区域地球化学背景值(0.12mg·kg-1)的2.25倍和3.17倍。 (2)成都平原典型工业型城乡交错区(德阳市旌阳区)农田土壤Cd受地质背景值高(1960年代“老墙土”Cd0.29mg·kg-1)和人为活动强烈的双重影响。地质累积指数(Igeo)处于中等水平,潜在生态风险(Er)处于中~较重范围。农田土壤Cd污染较重的区域为天元镇、八角井镇、柏隆镇、黄许镇和孝泉镇,均为旌阳区工业集中发展区;农田(蔬菜地、水稻田等)土壤Cd含量相对较高,均显著高于当地土壤背景值(1960年代的“老墙土”为0.29mg·kg-1);全新统(灰棕色冲积物)、更系统沉积物(成都粘土)发育的土壤Cd含量相对较高;水田土壤Cd含量高于旱地,且以灰棕潮泥田Cd含量(0.49mg·kg-1)最高。主控因子分析结果表明,对农田土壤Cd污染贡献大小顺序为:距河流(石亭江)两岸距离距公路(德阿公路)两旁距离土种类型距化工厂距离成土母质。其中河流(石亭江)、公路和化工企业显著影响的横向水平距离分别是200m、400m和100m。 (3)研究区代表性农田土壤(灰棕潮泥田)对外源Cd污染的吸附缓冲容量较大,但因外源Cd2+浓度变化而存在一定差异。静态吸附解吸条件下,外源Cd400mg·kg-1是其吸附解吸特性发生显著变化的临界浓度;动态吸附平衡条件下,低浓度Cd100mg·L-1处理,土柱达到吸附饱和时间长,高浓度Cd800mg·L-1处理,土柱Cd吸附量则快速上升,土柱淋溶60个穿透容积(V/V0)左右达到吸附饱和。这说明,在外源Cd中-轻度污染下,土壤能起到明显的吸附缓冲作用,但在重污染(Cd800mg·L-1)条件下,土壤缓冲作用减弱,容易达到平衡而产生Cd污染。土柱吸附缓冲外源Cd2+容量与淋滤液pH和Ca2+变化关系密切,淋滤液pH呈短期上升(0~15天)后快速下降的特点;土柱Cd吸附量与淋滤液Ca2+间呈现出随着吸附量增大,Ca2+离解作用增强的特点。2、开展了水稻对Cd吸收累积及其区域分布特征研究,分析了水稻Cd吸收累积与土壤Cd形态变化间的关系。 (1)水稻根系是积累土壤Cd的主要部位,其Cd平均含量为0.50mg·kg-1,糙米Cd平均含量为0.15mg·kg-1,低于食品中污染物限量标准(GB2762-2012);成都平原经济区内都江堰(0.09mg·kg-1)和邛崃(0.08mg·kg-1)最低,旌阳(0.25mg·kg-1)、双流(0.19mg·kg-1)较高,超过或接近国家标准;水稻各部位Cd含量变幅大,变异系数为38.77%~75.56%,以地上部分(稻草、谷壳和糙米)Cd含量变化最明显。农田土壤Cd在水稻体内的吸收转运效率较高,水稻根系、稻草和糙米对土壤Cd的富集系数大小顺序为:根系稻草糙米。 (2)整体上呈现出农田土壤Cd含量高,其水稻糙米Cd含量也较高,但广汉的情况相反,土壤Cd含量较高(0.51mg·kg-1),但其糙米Cd含量(0.11mg·kg-1)低。糙米Cd含量与土壤Cd可交换态和碳酸盐结合态含量间呈极显著正相关,与有机物结合态Cd含量间达极显著负相关;土壤Cd向水稻籽粒中的富集迁移系数受到土壤Cd形态变化的明显影响,稻草对土壤Cd吸收累积系数与土壤Cd的形态相关性不显著。农田土壤Cd形态含量变化主要受到土壤pH值、土壤有机质和中细粉粒含量的影响。3、选取农田土壤、稻米Cd污染典型区域,进行了土壤有机-无机改良剂配合施用技术、Cd排异性水稻品种筛选研究,形成了适用于成都平原农田土壤-水稻系统的Cd污染阻控技术。 (1)农家肥或秸秆还田配合无机改良剂(海泡石、石灰和钙镁磷肥)施用,显著降低了水稻生育前期(移栽后30天,分蘖期)和生育后期(移栽后90天,成熟期)土壤可交换态Cd含量,提高了生育前期(移栽后30天)土壤铁锰氧化物结合态和有机物结合态Cd含量,特别是有机结合态Cd含量的提高,是显著降低水稻糙米Cd积累的重要原因。 从水稻产量、土壤Cd生物有效性和水稻中Cd吸收累积效率3方面综合评估,稻油轮作下的秸秆还田和稻麦轮作下的农家肥施用配合无机改良剂海泡石或石灰,是成都平原值得推广应用的稻田土壤Cd污染调控的农艺技术措施。 (2)在中-轻度Cd污染农田环境下,通过89对土壤-水稻样品,17个主栽水稻品种的比较研究结果表明,K优817、协优527和中优838糙米Cd含量超标较为严重,均超过0.3mg·kg-1。矮优82、金优527、岗优22、辐优130、Ⅱ优906、宜香优1577和金优725,属于稻米Cd吸收累积效率(富集系数和转运系数)较低的品种。综合产量水平对比分析,Ⅱ优906因同时具有较低的富集和迁移特性,是最为适宜推广应用的水稻品种;辐优130的糙米Cd含量低,但富集系数(EFs=0.65)和迁移系数(TF=0.46)较高,应当重视稻草和根茬还田过程中可能引起的土壤Cd污染风险问题。
【图文】: 图 2-1 成都平原经济区示意图Fig. 2.1 The sketch map of Chengdu Plain Economic Zone特点不仅是四川乃至我国电子工业、重型机械制造业原子能工业、家用电器制造业、光纤光缆制造业工业、化工和医药工业、食品工业的集中区域,等第三产业最发达的地区(谢圣赞 2000)。表 2-1 成都经济区社会经济结构状况1 The socio-economic structural condition in Chengdu Econ项 目 Item 1980 199n (million) 822.54 919.mestic Product(Hundred million yuan) 16.30 194.t industry (Hundred million yuan) 12.60 40.5nd industry (Hundred million yuan) 22.98 77.0d industry (Hundred million yuan) 10.72 76.4
图3-1 成都平原经济区土壤样点分布图3-1 Sample distribution of soils in Chengdu Plain econom交错区土样采集自然因素和人为活动对农田土壤重金属 Cd 积型的工业型城乡交错区—德阳市旌阳区作为研土壤类型、区域工矿企业、河流道路等的分布异等自然和社会经济影响因素,进行野外布点个研究区域成土母质、土壤类型等自然因素的基烈的方向加密布点,一共采集 149 个耕层(0-水田样品 81 个),样点分布见图 3-2。
【学位授予单位】:西北农林科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:X53
【参考文献】
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本文编号:
2685448
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