城乡交错区As在农田土壤中的垂直迁移规律与潜在生态风险
编号：
河南大学2016届本科毕业论文
城乡交错区As在农田土壤中的垂直迁移规律与潜在生态风险论文作者姓名：_____黄忠振_______
作者学号：_____1203658081____
所在学院：民生学院
所学专业：环境科学
导师姓名职称：____陈志凡副教授
论文完成时间：月号
2016年月日
城乡交错区As在农田土壤中的垂直迁移规律与潜在生态风
险
1引言：
为了探究城乡交错区As在农田土壤中的垂直迁移规律与潜在生态风险我国疆域辽阔,可耕土地资源相对较少,人均可用耕地严重不足,我国面临着严重的粮食不足问题。近年来的调查研究发现,我国很多地区耕地土壤-农作物受到了严重的重金属污染,其中又有一定比例是属于重金属和As的复合污染。特别是在城乡交错区As在农田土壤中的含量都严重超过国家相关标准,给当地人们带来了严重的经济损失和健康威胁。本文研究城乡交错区As在农田土壤中的垂直迁移规律与潜在生态风险。研究土壤环境重金属污染中生物毒性较强的元素,主要包括As污染的土壤难以彻底治理,即便能够治理,也存在耗时长、费用较高等特点。因此As复合污染土壤的治理已经成为当前环境科学研究领域的一个热点和难点问题。
国内外研究现状，农业产业结构调整而产生的环境压力也存在较大差异（周根娣等1993;李莲芳等2010）。Hakanson在1980年研究了湖积物中PCB、Hg、Cd、As、Pb、Cu、Cr、和Zn等8种污染物潜在生态风险，其毒性系数（T)分别为40、40、30、10、5、5、2和1，根据污染物中最大毒性系数（TPCB=THg=40）和8种污染物的毒性响应系数之和（133）提出了E和RI的分级标准。根据研究[99-102]得出，E值风险分级的第一级上限值由非污染的污染系数（C=1）与参评污染物中最大毒性系数相乘得到，其他风险级别上限分别用上一级的分级值乘2得到。据此得到本研究E的第一生态风险（轻微风险）分级标准为<10，余者依次乘2得到。
2、材料与方法
2.1 研究区概况
先对研究城乡交错区进行高密度的表层土壤（0～20 cm）采样，采用200 m ×200 m 网格布点法，共采集表层土壤样品247个，如图2-1所示；实地取样过程中，依据土地利用情况，适当增加和减少采样点。如网格布点正好位于村庄或工厂等非农田范围内，考虑在其周围200 m外布点采样；对于灌渠附近农田适当
按一定距离（如10 m 、30 m 、50 m 、100 m ）加密采样点。土壤样品采集采用10×10 m 2内“梅花形”布设5个子样点。每个子样点采集表层土壤200 g 左右，然后将其充分混合作为该样点的分析样品，样品重1 kg 左右。所有样点均用GPS 精确定位。通过对研究区进行高密度表层采样与室内分析，对研究区土壤As 含量进行GIS 空间模拟与分布规律分析。
2.2采样点布设与样品采集
根据采样调查，统计距离污染源远近不同，土壤As 含量在靠近污染源的点与距离污染源较远的点间有显著差异。公路对土壤As 含量有明显的影响。距公路近的样点与远离公路的样点间，土壤As 含量差异显著（P<0.5）。（3）农业经济发展与结构转型的影响来看，经过10年的发展，城乡交错农业生产已经发生了较大转变，耕地面积、粮食产量和化肥施用量在绝大部分区域均呈负增长，但是农业产值、单位面积耕地农业产值和单位化肥农业产值产出均呈较大的倍数增加，这说明，城乡交错经济区在耕地面积减少的情况下，同时进行了大幅度的农业产业结构调整，粮食生产并未跟农业产值的增长同步，整个城乡交错近几年在蔬菜、水果、畜禽养殖、水产养殖等方面均发展较高，其增长速度也是呈倍数增长。
2.3方法
潜在生态风险评价采用Hakanson 提出的潜在生态风险指数(potential ecological risk index ，RI)来进行评价，计算公式为：
()∑∑∑---???? ???=?==n
j j a j i j n j j i j n j j i C C T C T E RI 111i
式中，i I R 为i 样点多种重金属综合潜在生态风险指数；j i E 为i 样点重金属j 的单项潜在生态风险指数；j T 为重金属j 的毒性系数（THg=40>TCd=30>TAs=10>TCu=TPb=TNi=5>TCr=2>TZn=1）；i
j C 为重金属j 的污
染指数；j i C 为i 样点土壤重金属j 的实测含量；j a C 为重金属j 的参比值，具体
标准见表。
表潜在生态风险划分标准
E 生态风险级别
Hakanson 本研究
<40 <10 轻微风险
40~80 10~20 中等风险
80~160 20~40 较强风险
160~320 40~80 很强风险
≥320 ≥80 极强风险
土壤沉积物的生态风险评价一直是沉积物质量管理的核心问题,其中重金属更是关注的焦点之一。许多学者运用不同的评价方法,如潜在生态风险指数法和地积累指数法,对环境污染状况进行分析。潜在生态风险指数法结合环境化学、生物毒性、地域差异性等进行综合评价,不仅反映了某一特定环境下沉积物中各种污染物对环境的影响及多种污染物的综合效应,而且用定量的方法划分出了潜在生态风险的程度,因而该法是沉积物质量评价中应用最广泛的方法之一。鉴于此,对南湾水库沉积物中Hg、As、Cd、Cu和Pb等5种生物毒性较大的重金属进行监测,运用瑞典科学家Hakanson于1980年提出的潜在生态风险指数法,评价该库在重金属综合效应下存在的生态风险,以期为城乡交错农田土壤的环境保护提供参考。
2.4数据分析
图1研究区剖面土壤As总体迁移变化规律
土壤污染等级关联值表 AS 污染等
级区域
Ⅰ Ⅱ Ⅲ
Ⅳ Ⅴ 城市工业区
0.8027 0.7971 0.7989 0.8184 0.6354 城市生活区
0.9305 0.9087 0.8721 0.7847 0.6628 交通区
0.8845 0.8826 0.8922 0.7649 0.6191 城乡交错区
0.9625 0.8881 0.8281 0.7435 0.6409 公园绿地区
0.9595 0.9176 0.8589 0.7599 0.6464
土壤环境质量评价表
3、结果与分析
城乡交错作为主要经济体，交通运输繁忙，从2002~2012年的变化情况来看，公路货物周转量和旅客周转量均显著增长，特别是第二经济圈层的新都和第三经济圈层的新津、邛崃，其货物周转量增速均达到了10倍以上，且也有较快的旅区域
AS 最大关联度 所属等级 城市工业区
0.8184 Ⅳ 城市生活区
0.9305 Ⅰ 交通区
0.8922 Ⅱ 城乡交错区
0.9625 Ⅰ 公园绿地区 0.9595 Ⅰ
客周转量增速，这些频繁的交通运输，对公路周边可能产生较大的环境压力，从而可能成为土壤重金属污染的主要贡献者。
4、讨论
4.1 迁移规律
土壤重金属和As污染主要来源于由于采矿和冶炼厂的废水,废密及降尘,尤其是有色金属矿业废弃物含有大量重金属和As,这些露天堆放的废弃物会迅速风化,并通过风吹、沉降、降雨淋溶等作用以废弃堆为中心向四周扩散,从而导致土壤重金属和As污染。据中国环境统计年报数据显示:2001年金属矿山采选工艺废水中重金属总排放量为210.5911,占工业重金属总排放量18.93%,金属矿山采选矿工艺产生的重金属污染已成为全球矿业面临最严重的环境问题之一。
大气沉降主要的大气污染源有电厂、黑色冶金、石油开采和加工、运输、有色冶金以及建筑材料幵采和生产、北方的沙尘暴等,进入大气的重金属通过干湿沉降输入到土壤和水体中。对某省一场巨大沙尘暴检测表明,重金属和As含量比平时高出好几倍在1986年1988年期间甘肃白银有色金属基地由降水和沉降输入到农田的金属铅、As等均高于灌溉水的输入量。20世纪80年代大气科学家开展了太平洋和大西洋上空大气海洋化学和有关气溶胶的实验,结果表明了某些重金属及有机化合物通过大气远距离是导致海洋污染的主要途径。所以进入到大气中的重金属可能通过大气远距离输送到更遥远的土壤中。
4.2潜在风险评论
金属离子是土壤的重要部分，一方面,沉积物通过对重金属的积累和释放,影响土壤和大气环境质量;另一方面,沉积物又是土壤生物的主要生活场所和食物来源,沉积物中的重金属直接或间接地对土壤及土壤生物致毒致害,并能通过生物富集、生物链放大等途径进一步影响到其它生物以及人,因而在重金属污染研究中具有特殊的重要性对沉积物中重金属的含量、分布和赋存状态的研究,既是查明现代水环境重金属污染的关键,又是追溯和繁演该区域重金属污染历史的主要依据。因此,对有关河流、湖泊、水库等土壤沉积物中重金属含量分布、组成特征及其潜在风险进行研究,对于了解该地区重金属污染程度和环境保护具有重要价值。
4.3结论
环境中的重金属危害通过空气、水、食物等渠道进入体内,土壤中的主要通过食物链的富集及传递作用进入人体危害人类健康。进入人体的不再以离子形式存在,而是与体内有机成分结合成金属络合物或金属螯合物,从而对人体产生危害。环境中铅、猛、铜、亲、镉等污染对成人的健康损害巨大,低剂量的这些污染物就能够使机体代谢发生紊乱,诱发疾病,甚至死亡。如Hg对大脑、神经、视力危害大;Cd会引起心脑血管疾病;Pb能伤害人体中枢和周围神经系统;AS俗称“础霜”,具有剧毒及致癌性。一旦进入机体即不易排出,在体内逐渐积累。蓄积性的大小可用生物半衰期来表示,当蓄积于体内的达到使机体发生不良机变化时的浓度称临界浓度,在体内各器官中首先达到临界浓度的器官称靴器官,在体内蓄积并不一定意味着发生毒害作用,只有达到临界浓度时才出现临床症状。过量的大多都能抑制生物酶的活性,破坏机体内正常的生物化学反应。
对植物生长的危害土壤中的无论是植物所必须的还是非必须的,当浓度过大时都会对植物的生长产生危害。吸收到植物体内的能诱导其体内产生某些对酶和代谢具有毒害作用和不利影响的物质对植物生长造成伤害。如镉、As、萊等能以植物细胞内的蛋白质和某些酶结合使其变性,引起植物代谢紊乱,甚至导致其死亡。镉还能抑制根系对氮的固定,也能降低根系对养分和水分的吸收。的胁迫有时会引起土壤中营养元素有效性的降低,甚至降低植物对如N、P、K等必要元素的吸收,较高浓度的含量有抑制植物对Ca、As、等矿物质元素的吸收和转运能力,情况严重时还可能抑制植物生长甚至导致死亡。复合污染对植物的影响是一种综合效应,复合污染效应主要表现在加和(additive)、措抗(antagonism)和协同(synergism)3种交互作用。这些作用会显著影响生物对某些特定元素的积累过程及不同生物学层次上的毒性作用。
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