工矿源与有机肥源污染菜地重金属污染特征研究

来源 :南京农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:allsky_
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工矿业的快速发展是菜地土壤重金属污染的主要因素之一。有研究发现部分工矿源污染菜地中土壤及蔬菜可食部存在重金属超标问题。其次,有机肥的大量使用也会给蔬菜安全生产带来重金属污染隐患。重金属于土壤-蔬菜系统内的运移因其种类、赋存形态等因素而变化,不同污染源的重金属由于其自身形态及所处环境,进入系统后造成的污染程度可能存在差异。因此,本文选取多个工矿源与有机肥源污染菜地为研究对象,通过大田原位试验研究工矿源和有机肥源重金属在土壤中的积累量、形态赋存、有效性及蔬菜对重金属的吸收富集特点,评价其在土壤-蔬菜系统中的转移能力强弱,以期为蔬菜生产中重金属污染风险评价提供科学理论依据,研究结果如下:(1)本研究筛选长江三角洲某铅锌矿、钢铁厂、冶炼厂、铜矿等工矿源周边污染菜地,采集了小白菜、芫荽、生菜、菠菜、蒜苗、芹菜、包菜、莴苣、空心菜、苋菜、木耳菜和韭菜等12种叶菜植株及根际土壤。结果发现,工矿源污染菜地土壤Cd、Pb、Cu、Zn全量范围(mg.kg-1)分别为 0.327~5.681、16.15~908.32、34.35~121.37和 100.19~1047.40,与土壤风险筛选值(GB 15618-2018)相比,土壤中Cd含量达筛选值的1.28~8.27倍,铅锌矿和铜矿污染菜地土壤Pb含量达1.72~4.13倍,铅锌矿与冶炼厂污染菜地Zn含量为1.69~1.78倍。蔬菜可食部的 Cd、Pb、Cu、Zn含量(鲜基重,mg.kg-1)分别为 0.026~0.662、0.064~1.110、0.271~2.338和1.081~19.443,除冶炼厂外其余蔬菜Cd含量是食品安全国家标准(GB2762-2017)的1.18~1.68倍,除钢铁厂外,Pb含量为标准的1.53~2.05倍。(2)由七步连续提取结果可得,工矿源污染土壤中Cd、Pb、Cu、Zn的残渣态(F7)占比普遍较高,分别为11.59%~57.09%、14.58%~52.76%、42.32%~63.47%和25.08%~77.87%。其次,Cd的离子交换态(F2)、碳酸盐结合态(F3)和铁锰氧化态(F5)占比较高,可达6.24%~34.17%、2.56%~38.73%和7.32%~33.92%。Pb、Cu、Zn则是弱有机结合态(F4)和铁锰氧化态(F5)占比较高,分别可达 11.05%~39.18%和 19.87%~60.88%,9.66%~17.57%和 11.07%~39.88%,1.05%~14.89%和15.38%~37.05%。工矿源污染土壤中Cd与Pb生物有效性较强,有效态(F1+F2+F3)占比可达10.72%~59.84%和2.51%~27.73%。(3)筛选长江三角洲内常年使用鸡粪、猪粪的多处大型蔬菜基地,采集了小白菜、芫荽、生菜、菠菜、蒜苗、芹菜、包菜、莴苣、苦苣、茼蒿、油麦菜和韭菜等12种叶菜植株及根际土壤。有机肥源污染菜地土壤Cd、Pb、Cu、Zn含量范围分别为 0.328~1.341、12.94~64.45、31.71~100.02 和 107.67~322.42。与土壤风险筛选值相比,有机肥污染土壤中Cd、Cu、Zn超标率为100%、18.52%和25.93%。与食品安全国家标准相比,蔬菜可食部的Cd、Pb、Zn超标率为3.70%、29.63%和 7.41%。(4)有机肥源污染土壤中Cd、Pb、Cu、Zn的F7和F4占比均普遍较高,分别可达 14.96%~48.36%、5.33%~46.77%、19.80%~52.27%、22.94%~63.78%和 19.09%~41.99%、14.68%~31.47%、21.44%~41.48%、9.98%~31.85%。其次,四种重金属的F5占比较高,分别可达8.40%~35.14%、20.41%~59.99%、13.19%~32.94%、10.93%~23.42%。有机肥源污染土壤中Cd与Zn的生物有效性较强,有效态占比分别可达3.95%~37.34%和4.65%~28.51%。(5)工矿源污染土壤中Cd、Pb、Cu、Zn平均含量分别是有机肥源污染土壤的2.01、8.25、1.31和1.70倍。工矿源污染蔬菜Cd、Pb含量高于有机肥源,分别达6.08和1.70倍,而有机肥源蔬菜的Cu、Zn含量分别为工矿源的1.59和1.26倍。工矿源土壤中Cd和Pb的F2、F3占比均值为有机肥源的3.18、1.36和2.49、1.20倍。有机肥源土壤中Cu的F2占比为工矿源的2.76~5.25倍。工矿源土壤Zn的F2占比为有机肥源的1.29~1.94倍。有机肥源土壤中Cd、Cu、Zn的F4占比为工矿源的2.38、2.15和2.78倍。有机肥源土壤中Cd、Pb、Cu、Zn强有机结合态(F6)占比为工矿源的1.72、2.71、1.37和2.09倍。Cd在工矿源和有机肥源土壤中具有高流动和中等流动风险;Pb具有中等和低流动风险;Cu均具有低流动风险;Zn具有低流动和中等流动风险。两种源污染土壤均具有中等潜在风险,然而工矿源土壤的mRAC显著高于有机肥源。(6)转移系数(TF)用来衡量土壤-蔬菜系统内重金属被蔬菜吸收的难易水平。TFtotal和TFavail分别以土壤重金属全量与有效态含量为参比计算而得。工矿源污染系统中Cd-TFtotal和TFavail均值较有机肥源高出390.89%和191.16%;而有机肥源系统中Cu、Zn的TFtotal和TFavail较工矿源分别高出132.25%、104.83%和59.88%、74.54%。在土壤-蔬菜系统内,工矿源Cd转移能力更强,而有机肥源Cu、Zn转移能力更强。工矿源污染系统中可食部的Cd与土壤生物有效态的Cd呈现极显著相关,而有机肥源污染系统中可食部Cd与土壤生物有效态Cd呈现极显著相关,Cu和Zn呈现显著相关。为了保证叶菜食用安全,在工矿源污染土壤中推荐种植芫荽与菠菜,而在有机肥源污染土壤中推荐种植芫荽、菠菜、芹菜、茼蒿和油麦菜。
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