河北省主要污灌土壤质量及其污染风险评价研究

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1、河北农业大学博士学位论文河北省主要灌污土壤质量及其污染风险评价研究姓名：薛占军申请学位级别：博士专业：土壤学指导教师：刘树庆20120527摘要土壤是人类生存和发展的物质基础，其质量的优劣不仅影响着农作物的产量，而且还决定着农产品的安全品质和农业发展的可持续性。然而，在水资源目益短缺和水污染不断加剧的双重压力下，长期污灌土壤的生态环境污染问题日趋凸显，并严重制约着我国农业的可持续发展。因此，本研究以河北省主要不同区域(衡水、石家庄、沧州和保定)的污灌土壤为研究对象，分析了反映土壤质量的理化性质、酶活性、重金属及其各形态含量水平和农作物的重金属污染水平，评价了污

2、灌土壤的肥力质量、环境质量、综合质量以及农作物的健康风险，指出了污灌土壤现存的主要问题，对于遏制污灌土壤环境质量的下降、调控污灌土壤肥力质量、确保污灌农作物产品安全均具有十分重要意义。所取得的主要研究结果如下：(1)河北省主要污灌土壤质地总体上属于壤土，其中衡水、石家庄和保定区域属于中壤土，沧州区域属于重壤土。对于O～20cm污灌土壤pH值而言，石家庄和保定区域50％以上的样本为中性，衡水和沧州区域80％以上的样本为碱性，但是不同区域90％以上的20～40cm污灌土壤样本仍为碱性。根据全国第二次土壤肥力状况普查结果和河北省土壤肥力状况的分级标准可知，河北省0～

3、20cm污灌土壤的有机质、全钾和速效钾含量达中等偏上水平，全氮、速效氮、全磷和速效磷含量则处于低等水平，其中石家庄区域的相对等级水平最高。O一20cm污灌土壤脲酶、过氧化氢酶、碱性磷酸酶和转化酶活性与大部分理化性质指标显著相关，石家庄和保定区域污灌土壤酶活性最高，衡水和沧州污灌土壤酶活性最低，且突出表现在土壤脲酶活性上。20～40cm污灌土壤的养分含量和酶活性均明显降低，且不同区域间的差异也显著减小。基于模糊数学法的污灌土壤肥力质量评价结果显示，衡水、石家庄、沧州和保定区域0．20cm污灌土壤肥力质量综合指数分别为0．42、O．67、0．40矛H0．61，分别

4、属于中等、较高、中等和较高的肥力等级水平。(2)河北省主要污灌土壤重金属含量的大小顺序为，Fe>Ti>Mn>Zn>V>Cr>Pb>Cu>Ni>Co>As>Sn>Cd>Hg(20～40cm土层的为Cu>Pb)，除Fe、Mn矛[1As外，其余重金属元素平均含量的最高值均出现在石家庄区域。与河北省土壤背景值相比，大部分重金属元素的累积现象较明显，突出表现在Hg、Cd、Zn干DPb元素上，且存在不同程度超中国土壤环境质量II级标准、无公害和绿色食品产地标准的样本比例，最高为Cd的44．4％，最低为Pb的8．9％。主成分分析和聚类分析结果一致表明，污灌土壤中的Cd、Cr

5、、Cu、Pb、Sn和Zn主要受人类生产活动的影响，而As、Fe、Mn、Co、Ti和vN主要受自然成土过程的影响。污灌土壤中的大部分重金属元素以残渣态和铁锰氧化态的形式存在，而可交换态(除Cd和Cr)的比例则最低。污灌土壤环境质量评价及预警结果显示，较高水平的Hg、Cd、Zn、Pb和Cu累积，在污染土壤环境的同时，也构成了严重的生态危害，其中石家庄污灌土壤的综合潜在生态风险达很强程度，预警级别达中度及重度的相对比例为57．15％；保定和沧州污灌土壤的生态风险达较强程度，预警级别达中度及重度的相对比例分别为25．00％幂16．67％；衡水污灌土壤的生态风险达中等水

6、平，94．44％的相对风险概率处于无警级别。(3)与中国食品卫生相关标准相比，污灌粮食籽粒(除棉花)主要存在Pb和Hg的超标问题，且小麦超标样本比例(8．5％和16．7％)略高于玉米的(6．0％和10．O％)；污灌叶菜类蔬菜(除菜花)主要存在Zn、Ni、Pb、Cd矛lHg的超标，其中菠菜Pb和Cd的超标样本比例高达50％以上，而白菜、油菜、香菜和韭菜的超标样本比例主要集中在10％．30％之间；根菜类蔬菜主要存在Zn、Ni、Pb和Cd的超标，除大葱外，其它根菜类的超标比例均较高，其中芥菜和白萝b的Pb超标比例均达100％，这主要与农作物对重金属的富集能力密切相关

7、。污灌农作物健康风险评价结果显示，除芥菜Pb和玉米Ni的单一重金属健康风险指数(删，)接近1外，其它农作物的HRI均小于1。但是，玉米、芥菜、菠菜、白萝b、香菜和油菜可食部分所有重金属的综合健康风险指数THQ>I，表明这些污灌作物具有较高的健康风险，尤其是对儿童。结合污灌农作物可食部分重金属含量与土壤重金属形态间的相关性和食品卫生标准中重金属含量的最大允许量获得，种植粮食和蔬菜作物的污灌土壤重金属Pb、Zn、Cd、Cr的交换态临界含量分别为4．47mgkg～、10．99mgkg一、O．27mgkg～、42．38mgkg‘1和8．45mgkg～、16．38mgk

8、g～、0．15mgkg一、52．97m