成都平原农用土壤重金属污染现状及防治对策_李富华

第DOI28卷第:10.1440期34/j.cnki.schj.2009.04.014

2009年　8月

四　川　环　境

SICHUANENVIRONMENT

Vol.28,No.4August2009

·环境对策·

成都平原农用土壤重金属污染现状及防治对策

李富华

(四川省环境保护科学研究院,成都　610041)

　　摘要:随着工业化进程的加快和农业生产中化肥和农药不合理施用使得农用土壤重金属污染风险逐渐增大。本文对成

都平原农用土壤和农作物重金属污染现状进行了综述,发现农用土壤和蔬菜中重金属污染均以Pb、Cd和Hg三种元素为主。分析了重金属离子在土壤—植物系统中迁移的一般规律及其影响因子,分析了农用土壤重金属污染的主要原因,为预防和防治污染提供了一些建议。关　键　词:农用土壤;蔬菜;重金属污染;防治

中图分类号:X53　　　　文献标识码:A　　　　文章编号:1001-3644(2009)04-0060-05

StatusQuoofHeavyMetalPollutionofAgriculturalSoilinChengduPlainandtheControlCountermeaures

LIFu-hua

(SichuanResearchInstituteofEnvironmentalProtection,Chengdu610041,China)

　　Abstract:Withtherapidindustrializationandtheimproperuseofthelargeamountofchemicalfertilizersandpesticides,the

riskofheavymetalpollutioninagriculturalsoilwascrescent.ThepapersummarizedthecurrentstatusofheavymentalpollutionofagriculturalsoilinChengduPlainofSichuanProvince.ItwasfoundthattheagriculturalsoilsandthevegetablesmainlywerepollutedbyPb,CdandHg.Thegeneralruleandaffectingfactorsofheavymetalionsmigrationinthesoil-plantsystemaswellasthemaincausesofthepolluttionwereanalyzed,basedonwhich,suggestionsforpreventingandcontrollingtheheavymetalpollutionwasproposed.

Keywords:Agriculturalsoil;vegetables;heavymetalpollution;control

　　成都平原位于四川盆地西部,北以龙门山麓为界,南止于龙泉山脚下,面积6500km,是我国西南部开发较早的地区之一,素享“天府之国”

的美誉,是我国著名的农业生产基地。这块富饶的土地处于四川省的中心地带,经济发达,长期的人类活动给土壤环境质量带来了不可小视的影响,尤其是工业“三废”的排放、农药和化肥的施用、不合理的耕作制度等,土壤重金属污染风险逐渐增大,重金属通过土壤和大气进入蔬菜和农作物,再经食物链进入人体,给人体健康带来潜在危害。有研究结果表明,在被污染的土壤里生产出的蔬菜的有毒物质含量可达土壤中有害物质含量的3～6倍。

收稿日期:2009-01-05作者简介:李富华(1974-),女,山西临汾人,2007年毕业于四川

农业大学生物化学与分子生物学专业,博士,工程师,研

究方向为环境经济学与环境科学。

2

因此,了解和研究成都平原农用土壤重金属污染状况及其对农产品质量的影响,对于政府制定针对性措施,保护土壤环境质量,保障农产品的安全和人体健康具有非常重要的现实意义。

本文对成都平原农用土壤重金属污染现状及其对主要农作物(包括蔬菜)污染的影响进行了综述,并分析了土壤重金属污染的主要原因,为进一步保护农用土壤环境质量和防治土壤重金属污染提出了对策。

1　成都平原农用土壤重金属污染现状评价

土壤重金属污染评价的方法很多,主要有:地质累积指数法[3]

[1]

、潜在生态危害指数法

[2]

、脸谱

4期　　　　　　李富华:成都平原农用土壤重金属污染现状及防治对策

[4]

61

负荷指数法、沉积物富集系数法和次生相富集系数法等。

[5]

姚学良等曾报道:成都市金牛区的金牛、营门口、苏坡、永丰、桂溪、保和、圣灯、青龙、

2

和平9个乡的50km调查范围的农业土壤中:耕地已全部被汞(Hg)污染,重污染区(超标2倍以上)面积达77%,中污染区(0.5～2倍)面积占20.5%,轻污染区(0.5倍以内)只占2.5%。铅(Pb)中度污染耕地面积占45.0%,轻污染区面积47.5%。此外,镉(Cd)、砷(As)、铬(Cr)等有害重金属污染的耕地面积约在50%以上。这说明,2002年成都金牛区9个乡主要农作物和城市菜园、果园作物区土壤已经受到了重金属的严重污染。

[6]

刘红樱等采用尼梅罗综合污染指数法,参照国家土壤环境质量标准,将成都地区的土壤重金属综合污染划分为1个土壤安全区和4个土壤污染区,其中成都市区土壤重金属污染主要为Hg、Cd和Pb,邛崃山东坡和龙门山为Cd、Ni、Cr、Cu和Zn,彭州-青白江为Ni、Hg和Cd。并发现土壤污染区的蔬菜和人发中Hg含量明显高于土壤安全区。

[7]

谭婷等采用地质累积指数法评价了成都平原土壤Pb污染程度,结果表明:新都区污染较严重,在调查的15个样点中有73.3%样点受到了Pb污染。其次是广汉、新津、温江。广汉90.9%的土壤已经达到了中度污染;新津、温江全部样点均达到中度污染,彭州有44.4%的点处于中度污染的状态。德阳、郫县、成都、崇州、双流的绝大多数点是从无污染到中度污染的过渡状态,污染程度较轻。

[8]

刘重芃等采用Hakanson潜在生态危害系数法评价了成都市农业土壤重金属污染状况。综合所有元素生态危害指数而言,成都市农业土壤生态危害级别为中等生态危害。就单个金属生态危害因子而言,Hg和Cd达到中等生态危害程度,Pb、As、Cu、Zn、Cr达到轻微生态危害。

尽管学者们采用了不同的方法对成都平原土壤环境质量和土壤重金属污染评价的结果不尽相同,但是其土壤重金属污染的主要特征元素基本一致,即成都平原农用土壤的重金属污染以Pb、Cd和Hg三种元素为主。

Cd有较强的吸收富集能力,而芹菜对Pb、Cd吸收能力较强。

[10]

施泽明等对成都郊区典型蔬菜莴笋、红薯的采样分析表明,对照无公害蔬菜质量标准,莴笋茎重金属元素无超标,莴笋叶中Pb污染最重,污染指数达到2.26,Pb超标68.75%、Hg超标18.75%,红薯Pb超标14.29%、Cr超标35.70%。

[11]

与1992年傅绍清等的研究比较,蔬菜叶中重金属含量有较大幅度的增加。总的来说,茎叶类蔬菜对重金属的富集能力总体上高于块茎类蔬菜;蔬菜中Cu、Cd、Zn为高富集元素;Hg、As、Cr为中等富集元素;低富集元素为Pb。

[12]

王昌全等以食品中重金属限量卫生标准评价成都平原稻麦轮作栽培模式下种植的小麦和水稻籽粒重金属累积情况。结果表明,小麦籽粒中的Cd、Cr、Cu、Pb分别超标14.71%、8.7%、6.5%和17.4%,水稻籽粒仅有Pb和Cd含量超标10.9%和8.7%。

以上综述表明,随着社会经济的发展,成都地区蔬菜中重金属元素污染的种类和程度呈不断增长趋势。成都平原主要蔬菜中重金属污染也是以Pb、Cd和Hg三种元素为主;且不同蔬菜品种富集重金属的能力不同,一般茎叶类蔬菜对重金属的富集能力高于块茎类蔬菜。

3　重金属在土壤—植物系统中迁移的相关性及影响因素

3.1　土壤中活性态重金属的积累特征

土壤中重金属总量仅能给出重金属在土壤中的富集信息,不能反映该元素在土壤中的存在状态、迁移能力及其生物有效性。植物吸收重金属与重金属在土壤中存在的形态有关。活性态重金属是指可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机物结合态的总和,即重金属总量中除残渣态以外的4种形态含量的总和,它能在一定程度上表示重金属对作物的有效性。

[13][12]

代天飞等和王昌全等对成都平原土壤中活性态重金属的含量及其组成的分析结果表明:土壤中重金属活性最高的是Cd,其次分别为Pb、Zn、Cu,最低的是Cr。3.2　不同植物器官对重金属累积特征

[13]

代天飞等研究表明:成都平原各重金属元素在油菜各器官的分布存在一定的差异。Pb、Cd在油菜各部位的累积规律均为壳部>茎部>根部>籽粒;Cr、Cu的累积规律均为根部>壳部>籽粒>茎>2　成都平原农产品重金属污染现状

　　罗晓梅等研究发现:成都市某蔬菜批发市

场及生产基地的蔬菜中,Cd和Pb是主要污染元素,超标率分别为29.4%和22%。不同蔬菜品种,、[9]

62

　　　　　　　　　　　　　　　　　　四川环境28卷

3.3　作物籽粒与土壤中重金属活性态含量的相关性研究

油菜籽粒中Cu与土壤中的活性态Cu呈显著正相关;根部中的Pb、Cr、Cd、Cu、Zn重金属与土壤中的活性态重金属均呈负相关关系;油菜壳部和茎部的Cd、Cu、Pb、Cr、Zn重金属与土壤活性

[13]

态重金属有一定的相关性,但相关性不显著。

[12]

王昌全等研究结果表明,稻-麦籽粒中Cd

含量受到土壤中各活性形态Cd含量的影响。除铁锰氧化态Cd和有机物结合态Cd含量分别对小麦和水稻籽粒中Cd的累积表现出负效应外,其余均为正效应。可交换态Cu含量对稻-麦籽粒Cu累积的效应最大,其次受碳酸盐结合态Cu含量的影响。稻-麦籽粒Pb含量的累积受土壤各活性态Pb

含量影响效应的差异不甚明显。稻-麦籽粒Zn含

量与土壤各活性态Zn含量间无显著线性关系。

[14]

杨远等的研究结果表明,水稻籽粒中Cd、Cu、Pb、Zn、Ni与土壤中重金属含量呈极显著正相关,与Hg没有相关性。这说明水稻籽粒中Cd、Cu、Pb、Zn、Ni的聚集,主要归因于水稻土中重金属的聚集和迁移。3.4　pH值对重金属在植物系统聚集特性影响

pH值的大小显著影响土壤中重金属的存在形

+

态和土壤对重金属的吸附量。土壤pH值越低,H越多,重金属被解吸的越多,其活动性就越强,加

[14]

大了土壤中重金属向生物体内迁移的数量。3.5　不同元素间的抗结与协同作用对重金属迁移特性的影响

除pH外,元素之间的相互作用也影响着重金属的迁移活动,具体表现为抗结作用与协同作用。所谓抗结,就是土壤中某种元素的存在可能抑制作物对另一种元素的吸收,反之,协同作用是某种元素的存在可能促进作物对另一种元素的吸收。杨远[14]

等研究发现,Cd-Pb-Cu-Zn-As交互作用时,Pb促进滞留的Cd的活性,而进一步向茎叶、籽粒中迁移;Zn、As有促进Cd向地上部分转移的作用,促进水稻籽粒吸收Cd的功能;Cu、Cd交互作用,两者之间相互协作,共同促进作物吸收。但是Hg抑制Cd的活化和转移。

此外,土壤Eh值、土壤物质的化学组成、土壤质地、土壤重金属元素含量与水溶态含量、施肥

[15]

对重金属元素迁移也有影响。

属污染以Pb、Cd和Hg为主。分析土壤重金属污染的原因主要有以下几个方面。4.1　燃煤的使用

燃煤的大量使用是成都平原土壤重金属Hg污染的重要因素之一。已有研究表明,燃煤已成为大气汞的最主要来源,而且大气汞浓度与土壤汞含量

[16]

呈显著的正相关。成都市属于典型的燃煤城市,1999年燃煤占总能源44.8%,到2000年占

[17]

32.8%,虽然比例有所减少,但燃煤总量仍呈上升趋势。加之现今成都市仍有大量燃煤工厂,污染物排放量很大,土壤无以自我净化。另外,居民长期使用蜂窝煤,所造成的污染也是不容忽视的。4.2　工业“三废”排放及大气和酸雨沉降

工业“三废”排放后,随大气和酸雨沉降进入土壤是造成土壤重金属污染的一个重要原因。如:一些硫铁矿和高硫煤(S含量5%～18%)的主产区,原料矿和燃料煤中与S共生或伴生的多种微量元素,如Hg、Pb、Zn、Cd、F、Sr等,可能通过燃烧随二氧化硫烟雾的排放而进入大气,再形成大气降尘和酸雨沉降,一起进入农田土壤,既造成了土壤的严重酸化,也造成土壤重金属的污染。4.3　农田污水灌溉

长期污灌是造成土壤重金属污染的另一个重要原因。尽管我省一直致力于境内5个干流和32个小流域的污染治理,但是有些地区境内的小流域长期受采矿、冶金、化工、电力等行业的工业污水的污染,水质比较恶劣,重金属含量较高,因此,这样的污水灌溉很容易导致重金属在农田和稻田长期富集,易造成土壤重金属污染。4.4　交通运输

汽车运输是公路沿线土壤重金属污染的一个重要来源。许多研究表明:高速公路两边的土壤“病情”严重,公路两侧100m范围内都属于“污染带”,主要是Hg和Pb等重金属含量超标,对土壤的污染可深达30cm。专家研究认为污染来源于汽车尾气排放的Pb、未燃尽的四乙基铅残渣及汽车轮胎磨损产生的粉尘进入土壤。4.5　农药、化肥和污泥的施用

在农业生产中,农药、化肥、污泥的施用,也是加剧土壤重金属污染的主要途径之一。在化肥中,生产磷肥的原料磷矿石的成分复杂,多含有较高的重金属组分;而且制造过程中的酸化工艺使重金属活性大幅提高。如:过磷酸钙、磷矿粉、钙镁磷肥等肥料中含有镉、砷、铅、铬等重金属元素。从2004～2006年,随着耕地面积减少,四川省化[18]

4　成都平原土壤重金属污染的主要原因

,

4期　　　　　　李富华:成都平原农用土壤重金属污染现状及防治对策

2

63

由2004年的549.92kg/hm增加到2006年的

2

582.54kg/hm,磷肥施用强度由2004年的107.25

22

kg/hm增加到2006年为115.53kg/hm。农药中所含重金属元素以Hg、As和Pb较多,如:含有机汞制剂有赛力散、西力升等,含有机砷制剂有稻脚青、苏农6401,含砷铅的砷酸铅、亚砷酸铅等,含其它重金属的农药如:代森铅。故长期大量施用化肥、农药可导致土壤重金属的积累和污染。

5　加强土壤重金属污染防治的一些建议

针对目前四川省成都平原农用土壤重金属污染的现状,笔者认为,可以从以下几方面加强四川省土壤环境质量保护和土壤重金属污染防治工作:5.1　强化环保意识,加强土壤重金属污染的管理

土壤重金属污染具有隐蔽性、长期性和不可逆性等特点,目前,大多数人还没有意识到土壤重金属污染对农产品安全和人体健康造成的潜在危险。今后应加强宣传教育,提高群众的环保意识,使人们充分意识到农药、化肥不合理的使用和不科学的污水灌溉造成污染的严重性,调动广大公民参与到防治土壤重金属污染的行动中来。注重管理,严格化肥中污染物质的监测检查,防止化肥带入土壤过量的有害物质。5.2　制定《土壤污染防治法》迫在眉睫

土壤重金属污染不仅对农产品的安全和人体健康带来潜在威胁,同时,土壤污染造成土壤质量恶化,使生物多样性降低,污染物经过挥发、渗透、径流进入大气和水体环境,引起一系列次生环境问题。虽然若干法律中有一些关于土壤污染防治的零星规定,但都是分散而不系统的,缺乏可操作性的具体法律制度,不能从根本上为土壤防治提供有力的法律保障。在土壤污染防治法制定中,应格外重视对生产活动中土壤污染的预防,加快制定土壤标准制度、源头控制制度、污染土壤管理制度和土壤污染应急制度。5.3　调整能源结构,减少原煤的使用量

优化能源结构,在进一步实施“节能优先”战略的基础上,实行能源多元化、清洁化发展,大力改善和调整能源结构。5.4　加强工业“三废”的治理,严格执行排放标准5.5　科学进行污水灌溉

工业废水种类繁多,成分复杂。因此在利用污水灌溉农田之前,应按照《农田灌溉水质标准》,免了对土壤的污染。5.6　合理使用化肥和农药,增施有机肥,重视高效低毒低残留农药和生物农药的开发

根据土壤的特性、气候状况和农作物生长发育特点,配方施肥,严格控制有毒化肥的使用范围和用量。增施有机肥,提高土壤有机质含量,可增强土壤胶体对重金属和农药的吸附能力。在农业生产中,不仅要控制化学农药的用量,还要改进农药剂型,严格限制剧毒、高残留农药的使用,重视低毒、低残留农药和生物制剂的开发与生产。5.7　加强重金属污染超富集植物的筛选和研究工作

采用植物修复技术治理土壤重金属污染具有治理效果的永久性、治理成本低廉和无二次污染等诸多优点,因此,在倡导绿色技术的今天,采用植物修复技术对重金属污染土壤进行修复以及作为修复材料的超富集植物成为国际学术界研究的热点。尽管到目前为止,人们已经发现了不少的超富集植物,但由于具有生物量小,生长慢等一些缺点而不能大面积种植应用于实践。采用分子生物学和基因工程等手段培育生长快、生长量大的超富集植物品种,是今后有广阔应用和发展前景的工作。

　　根据不同的重金属元素在作物和蔬菜中的富集能力的明显的差异,有选择地栽培作物,进行合理的蔬菜基地规划,以减少作物对土壤重金属的吸收富集。

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(上接第54页)

1

0.9404

0.86561S1

1

1

0.6409

10.94490.74980.0.0.0.97370.73010.85260.5399

4　结　论

　　应用多级模糊模式识别模型进行水质量分类评价,克服了最大隶属度原则所不适用的地方,以相对隶属度、隶属函数为基础理论,使隶属度、隶属函数的计算更容易,使评价模型的建立具有准确性、科学性,同时评价过程简单明了。在考虑指标权重时,既考虑了指标本身的权重,也计入了指标的超标权重,更为实际地表示了样本各个指标对于水质分类级别的相对隶属度。

运用级别特征值作为样本对模糊概念归属状态

0.0.251270.0.72730.54350.84620.69230.75570.5038

0.18180.38460.2519

根据公式(10)计算得到各指标权向量:V=[0.66470.2790.0563]

利用公式(11)得到A矩阵:

0.66470.26237

0.04873

0.66470.271660.048

0.426010.20370.0304

0.66470.263630.04221

判断的相对指标时,利用了级别状态变量h的全部相对隶属度信息,使水质样本j归属于何种级别更为全面与客观。同时,还可直接看出各水质样本或各评价单元的优劣程度,这是其他评价方法所不及的。

由A矩阵,利用公式(12)计算可得归一化矩阵W:

0.681180.26888

0.04994

0.675260.645370.275980.308590.048760.04605

0.684880.271630.04350

0.0.0.利用矩阵W、R和S,设定P=2,利用公式(14)求样本集对模糊概念A的各级相对隶属度矩阵U:

0.15110.14100.05410.15410.14650.0465

0.14710.09070.11500.2050

0.04910.16460.0.22480.02490.0.07850.24630.0.29350.15730.0.18950.09340.参考文献:

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由此我们可以得评判结果H:

H=[1　2　3　4　5]×U=[1.8662　1.97664　2.8557　2.0495　3.1377]

由此我们得出结论:长江干流在四川攀枝花、重庆朱沱和四川宜宾凉姜沟三处的水质属Ⅱ级,而四川乐山岷江大桥和四川泸州沱江二桥两处的水质属Ⅲ级。