淮河流域某鎮(zhèn)農(nóng)地土壤重金屬含量特征及污染狀況評估,土壤污染論文

淮河流域某鎮(zhèn)農(nóng)地土壤重金屬含量特征及污染狀況評估,土壤污染論文重金屬對環(huán)境的污染已經(jīng)引起國際社會的廣泛關注。土壤是生態(tài)環(huán)境的重要組成部分,也是人類賴以生存的主要資源之一。農(nóng)業(yè)土壤重金屬污染不僅會對土壤生態(tài)系統(tǒng)帶來不利影響,同時也會關系到食品安全和潛在的健康風險問題。重金屬污染具有長期性、累積性、隱蔽性、潛伏性和不可逆性等特點。當重金屬的濃度超過允許濃度后,便會對生物造成毒性作用。重金屬的潛在毒性和對土壤的污染時有報道,這些重金屬主要牽涉到Cd,Cr,Pb,Zn,Fe和Cu等,更好地了解重金屬的來源、累積程度和對土壤污染程度的評估至關重要。土壤中重金屬的來源是多途徑的,首先成土母質(zhì)本身含有一定量的重金屬,另外,人類的工業(yè)和農(nóng)業(yè)活動也會使重金屬進入土壤,人類活動主要包括:垃圾燃燒、城市污水、汽車尾氣排放和農(nóng)業(yè)用地中化肥和廢水的長期使用等。本文以淮河流域某鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)土壤為研究對象,研究了農(nóng)業(yè)土壤中Cd,Cr,Cu,Ni,Pb和Zn等六種被確定為農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境中重點監(jiān)控的有害元素的含量特征,并利用富集因子法、地累積指數(shù)法和潛在生態(tài)風險指數(shù)法對各種重金屬的污染狀況進行了評價。為準確把握農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤重金屬污染狀況,發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)和農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)構造規(guī)劃的發(fā)展提供基礎科學根據(jù)。1、實驗部分1.1研究區(qū)大概情況選擇位于淮北平原南緣,淮河、潁河匯流之上的安徽省淮河流域某鎮(zhèn)土壤為研究對象。研究區(qū)氣候夏熱冬冷,四季分明,雨量充沛。研究區(qū)土壤屬普通砂礓黑土亞類。1.2樣品采集本研究在安徽省淮河流域某鎮(zhèn)的農(nóng)業(yè)土壤上進行。在各采樣斷面上進行1km1.5km網(wǎng)格布點,在采樣點布設經(jīng)過中,使采樣點盡量均勻分布,總計布點79個,實際有效采樣點為78個。在各采樣區(qū),根據(jù)詳細情況采用蛇形取樣法采取多點(5~9點),各點采集0~20cm表層土壤,將在一個采樣單元內(nèi)各采樣分點采集的土樣混合均勻制成混合樣,用四分法選取1kg作為該采樣單元的樣品,裝入聚乙烯塑料袋中,同時用GPS記錄采樣點的經(jīng)緯度坐標。采集樣品時間為2020年4月。1.3土壤樣品的分析方式方法采集的土壤樣品用木錘敲碎,攤成薄層平鋪在干凈的牛皮紙上,放在室內(nèi)陰涼通風處風干。風干后,用木滾將樣品磨碎,過20目尼龍篩,過篩的樣品全部置于聚乙烯薄膜上充分混勻。分出100g左右,用木滾進一步磨碎,全部過100目尼龍篩,充分混合均勻后,分裝于聚乙烯薄膜袋中,以備分析待用。土壤樣品使用DEENA樣品全自動消解前處理系統(tǒng)(型號DEENA,品牌ThomasCain),酸熔法(HNO3-HF-H2O2)加熱消解。采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測定土壤樣品中Cd,Cr,Cu,Ni,Pb和Zn等六種重金屬的含量,所用儀器為PerkinElmer等離子體發(fā)射儀(型號Optima8000)。1.4污染評價方式方法本文利用富集因子法、地累積指數(shù)法和潛在生態(tài)風險指數(shù)法對研究區(qū)域土壤中六種重金屬進行污染評價分析。1.4.1富集因子法富集因子(enrichmentfactor,EF)主要被應用于判定和辨別大氣、降水、土壤、湖泊沉積物等環(huán)境系統(tǒng)中的自然來源和人為來源。富集因子的計算公式可表示為EF=(ci/cn)土壤/(ci/cn)地殼(1)式中,ci為元素i的濃度,cn為參比元素的濃度。當EF1時,表示清楚沒有遭到人為影響;當EF1時,表示清楚表層土壤遭到了人為影響,EF值越大,遭到的人為影響越大。當1EF2為稍微富集,1級污染;當2EF5為中度富集(擾動),2級污染;當5EF20為顯著富集,3級污染;當20EF40為強烈富集,4級污染;當EF40為極強富集,5級污染。參比元素一般選擇地殼中含量豐富而人為污染來源較少、化學穩(wěn)定性好的惰性元素,如Fe,Al,Si,Ti,Sc和Zn等,本文選擇Zn為參比元素。地殼中元素含量采用Tay-lor的地殼中元素的豐度數(shù)據(jù)。1.4.2地累積指數(shù)法地累積指數(shù)法(indexofgeo-accumulation,Igeo)最早是1969年由Muller提出的用于評價沉積物中重金屬的含量,后來被廣泛地應用于環(huán)境中不同重金屬的污染評價。地累積指數(shù)的計算公式如下式Igeo=log2[Ci/1.5Bi](2)式中,Ci為測量得到的土壤中重金屬的含量,Bi為土壤中該重金屬的地化學背景值。地累積指數(shù)法將重金屬污染評價歸為7個級別,如表1所示。1.4.3潛在生態(tài)風險指數(shù)法。潛在生態(tài)風險指數(shù)法(potentialecologicalriskindex,RI)是由瑞典科學家Hakanson提出來的用于評價土壤中重金屬的方式方法,該方式方法考慮了重金屬的毒性和環(huán)境中的響應,是一種綜合反響土壤中重金屬對生態(tài)環(huán)境影響潛力的方式方法。RI的計算公式如下Cif=Ci/Cin(3)Eir=TirCif(4)RI=mi=1Eir(5)式中,Cif為重金屬的單項污染指數(shù),Eif為重金屬的單項潛在生態(tài)風險指數(shù),為單種重金屬的毒性相應參數(shù),元素Cd,Cr,Cu,Ni,Pb和Zn的毒性系數(shù)分別為30,2,5,5,5和1。金屬毒性污染的潛在生態(tài)風險指數(shù)和分級情況如表2所示。2、結果與討論2.1土壤中重金屬的含量分布特征研究區(qū)域土壤重金屬質(zhì)量分數(shù)的統(tǒng)計特征值如表3所示。由表3可知,不同部位土壤重金屬質(zhì)量分數(shù)差異顯著,如土壤w(Cd)為0.0487~0.2132mgkg-1,w(Cr)為39.23~90.89mgkg-1。測量得到的Cd,Cr,Cu,Ni,Pb和Zn六種重金屬元素中,除Ni的一個采樣點數(shù)據(jù)超出土壤環(huán)境質(zhì)量國家二級標準值以外,其他各元素的數(shù)據(jù)均在土壤環(huán)境質(zhì)量國家二級標準值以內(nèi),未超出土壤環(huán)境質(zhì)量國家二級標準值。研究區(qū)域農(nóng)業(yè)土壤中Cd的含量最大值為0.2132mgkg-1,最小值為0.0487mgkg-1,變異系數(shù)為32.39,變幅較大,Cd的平均值為0.1135mgkg-1,略微超出了安徽省Cd含量的背景值,為bc1的1.17倍;Cu的平均值為22.09,略微超出了安徽省Cu含量的背景值,為bc1的1.08倍。其他元素的平均值均比擬低,未超出bc1。因而,研究區(qū)域農(nóng)業(yè)土壤環(huán)境質(zhì)量狀況總體良好,除土壤中的Cd和Cu存在稍微程度的富集和污染,其他四種重金屬均未超過安徽省土壤重金屬背景值。2.2富集因子法評價本文以土壤中比擬穩(wěn)定且人為污染較小的惰性元素Zn為參比元素,土壤中c(Zn)參照Taylor給出的地殼成分數(shù)據(jù)。研究了研究區(qū)域農(nóng)業(yè)土壤中Cd,Cr,Cu,Ni和Pb等五種重金屬的富集因子,研究結果如此圖1所示。由圖1可知,各采樣點土壤中Cd,Cr,Ni和Cu四種重金屬的富集因子均在1附近,Pb的富集因子均大于1,由此可知,土壤中Cd,Cr,Ni和Cu四種重金屬主要來源于自然源,而Pb遭到一定的人為源的影響。2.3地累積指數(shù)法評價圖2顯示了研究區(qū)域農(nóng)業(yè)土壤中每種重金屬的地累積指數(shù)值的范圍和平均值。從地累積指數(shù)的平均值來看,研究區(qū)域農(nóng)業(yè)土壤中重金屬污染的強弱依次為:CdCuPbCrZnNi,由圖中能夠看到,Pb,Cr,Zn和Ni四種重金屬的所有采樣點的地累積指數(shù)均小于零,大部分采樣點的Cd和Cu的地累積指數(shù)小于零,僅存在個別采樣點的Cd和Cu在0~1之間的范圍,由地累積指數(shù)分級標準能夠判別,土壤中的Pb,Cr,Zn和Ni四種重金屬未對土壤造成污染,Cd和Cu兩種重金屬存在輕度-中等污染。2.4潛在生態(tài)風險指數(shù)法評價研究區(qū)域農(nóng)業(yè)土壤中六種重金屬的潛在生態(tài)風險系數(shù)的統(tǒng)計特征值及頻數(shù)分布如表4所示。由表中能夠看到,六種重金屬的平均潛在生態(tài)風險系數(shù)的大小順序依次CdCuPbNiCrZn。六種重金屬中除了Cd有少量采樣點的超過40以外,其他五種重金屬的均未超過40,這表示清楚部分采樣點土壤中的Cd對于生態(tài)系統(tǒng)存在稍微的風險,其他五種重金屬均未對采樣點生態(tài)系統(tǒng)造成風險。RI能夠表征重金屬元素對當?shù)氐纳鷳B(tài)系統(tǒng)的影響,能夠反映總的污染造成的生態(tài)風險。為了鑒別六種重金屬對采樣區(qū)域的綜合潛在生態(tài)風險,本文對研究區(qū)域土壤的RI進行了研究,研究結果表示清楚,六種重金屬的綜合潛在生態(tài)風險指數(shù)RI在27.3102~89.3371之間,均屬輕度綜合潛在生態(tài)風險程度。地統(tǒng)計學的結果顯示,除重金屬Cd以外,少量的采樣點的Cu存在中等-輕度污染,但是由于Cu本身毒性相對較低,因而Cu未對采樣點造成生態(tài)系統(tǒng)的風險。由此能夠看到,地累積指數(shù)法主要是考慮了各種重金屬的累積程度,而沒有把重金屬的響應因素考慮在內(nèi)。潛在生態(tài)風險指數(shù)能夠同時考慮到由單種污染物造成的生態(tài)風險和來自不同污染物對生態(tài)系統(tǒng)的總風險。3、結論(1)研究區(qū)域采樣土壤中,除w(Cd)和w(Cu)的平均值超過了安徽省土壤重金屬背景值以外,w(Cr),w(Ni),w(Pb)和w(Zn)等四種重金屬的平均值均低于安徽省土壤重金屬背景值。(2)富集因子評價法的研究結果表示清楚,研究區(qū)域土壤中Cd,Cr,Ni和Cu等四種重金屬主要來源于自然源,而Pb遭到一定的人為源的影響。(3)地累積指數(shù)評價法的研究結果表示清楚,研究區(qū)域土壤中重金屬污染的強弱依次為:Cd