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近年来,农产品安全事件的频频曝光,引起了社会各界对农产品质量安全的广泛关注和极大忧虑。农产品产地是农产品生产的源头,直接影响产出农产品的质量和安全水平,确保产地环境安全是保障农产品质量安全的最基本和最首要环节。我国农产品产地分布广阔,不同产地环境中污染物的来源多样,污染物种类、扩散途径、以及污染范围差异较大。目前对我国省、市、县等不同区域尺度产地环境质量的空间格局缺乏深入了解,对产地环境中污染物的扩散迁移途径、空间分布规律及其变化趋势等还缺乏系统、深入的研究。而且现行的产地评价标准仅在宏观尺度上规定了土壤、灌溉水和大气的等环境要素及农产品质量控制指标及监测范围,却在一定程度上忽略了产地环境污染的复杂性和多样性。本研究以省域为尺度,以高速公路沿线、化工园区周边、城乡结合地带和地质异常区四类重金属污染高风险区为主要研究区,选择沪宁和京沪高速、苏中和苏南地区三个石化园区和农药园区、南京和淮安城乡结合地带垃圾填埋场、以及灌云灌南地质异常区农田作为典型研究区,对这些区域农田土壤和作物中重金属含量进行系统监测。分析了四类重金属污染风险区农田土壤和作物(水稻、小麦、叶菜)中重金属污染特征,构建了四类风险区产地适宜性评价模型,并对江苏省四类风险区进行了产地适宜性评价。在此基础上,研制了基于WebGIS的高风险农田产地适宜性信息管理系统,探讨了重金属污染风险区农田产地安全管理体系构建的技术方法。以期能为全省及我国类似农区重金属污染高风险区农产品产地安全管理提供理论依据和技术方法体系。主要研究结果如下: (1)高速公路沿线、化工园区周边、城乡结合地带和地质异常区农田土壤重金属污染特征存在较大差异。高速公路沿线两侧农田土壤仅少数样点Cd含量超过了国家土壤环境质量二级标准,Pb、Cr和Zn含量均未超标。不同路段Cd污染指数随车流量的增加而显著增加;公路旁Cd污染指数随与公路距离增加而不断下降。石化园区周边农田土壤Hg和Cd污染较重,超标率分别为36.0%和88.7%;农药园区周边则除了Cd、Hg超标之外,Cu污染也较为严重,Cd、Hg和Cu超标率分别为91.7%、16.8%和15.1%。两类园区周边土壤中Cd污染范围最大,其次是Pb。Hg、Cd和Cu的污染指数表现两种趋势:随与园区距离增加而不断降低,或者先在一定距离内增加再逐渐降低。城乡结合地带垃圾填埋场周边农田土壤中仅Cd存在超标,超标率达到99.0%。Cd污染指数随垃圾填埋场距离增加而逐渐降低。地质异常区农田土壤中,除了Hg之外,As、Pb、Cd和Cr四种重金属含量均值都高于江苏省土壤背景值,少量土壤样品中As和Cd含量超标。 (2)沪宁和京沪高速沿线水稻和小麦籽粒部分样品中Pb和Cd含量超出国家限量标准,超标率在3.7%-27.5%之间。不同路段水稻籽粒中Pb和Cd污染指数以及小麦籽粒中Cd污染指数随车流量增加而显著增加。水稻和小麦籽粒中Pb和Cd污染指数随与公路距离增加先增加再逐渐降低。石化园区周边水稻和小麦籽粒主要是Pb和Cr含量存在超标,超标率在46%-100%之间。Pb污染程度和污染范围均大于Cr。农药园区周边部分水稻籽粒样品中Hg、Pb和Cr超标,小麦籽粒样品中除了这三种重金属外,还存在Cd超标的现象,这些重金属的超标率在1.9%-56.7%之间。农药园区周边同样是Pb污染最重,其次是Cr。两类园区周边水稻和小麦籽粒中Pb、Cr等重金属污染指数均随与农药园区距离增加先在一定距离内增加再逐渐降低。城乡结合地带垃圾填埋场周边蔬菜样品中Pb和Cd存在超标的现象,超标率分别为40%和60%。Pb和Cd污染指数均表现出与垃圾填埋场距离增加而降低的趋势。地质异常区小麦籽粒重金属污染最为严重,存在As、Pb和Cd存在超标,超标率分别为11.5%,23.1%和50%。水稻籽粒仅少量样品As含量超标,蔬菜仅少量样品Cd含量超标,超标率均低于10%。 (3)四类重金属污染风险区作物和土壤中重金属污染指数的相关性分析显示,沪宁和京沪高速沿线水稻和小麦中,仅沿线水稻籽粒Zn污染指数与土壤Zn污染指数呈显著的正相关关系,其他水稻和小麦重金属污染指数与相应的土壤重金属污染指数均没有显著的相关性。这表明,沪宁和京沪高速沿线水稻和小麦中重金属污染指数的高低并不是主要取决于土壤重金属污染程度,还可能受到土壤理化性质等其他因素的影响。在石化园区周边,水稻和小麦籽粒中的Hg和Cd污染指数均与土壤污染指数显著相关;在农药园区周边,水稻和小麦籽粒中Hg、Pb、Cd和Cr污染指数均与土壤中重金属污染指数表现出显著的相关性;且相关系数均较高。这表明,两类化工园区周边水稻和小麦籽粒中重金属污染指数主要取决于土壤重金属污染程度。城乡结合地带垃圾填埋场周边蔬菜中Pb和Cd污染指数与土壤中Pb和Cd污染指数相关性不显著;蔬菜中Cr污染指数表现出显著的随土壤Cr指数线性增加的趋势。在地质异常区,水稻籽粒中As污染指数表现出随土壤As污染指数增加而先增加再降低的趋势,且相关性显著;水稻籽粒中Pb和Cr污染指数与土壤Pb和Cr污染指数相关性不显著。小麦籽粒中As、Pb和Cr污染指数与对应的土壤重金属污染指数均没有显著的相关性。蔬菜中仅Hg污染指数与与土壤Hg污染指数表现出显著的线性关系。 (4)在上述分析的基础上,构建了四类风险区农田产地适宜性评价模型,并采用这些模型,以水稻、小麦和叶菜为对象,对全省四类风险区农田产地适宜性进行了综合评价。评价结果显示,化工园区周边不适宜区农田所占比例最高,不适宜区约占园区周边总评价面积的13.6%,欠适宜区约占总评价面积的18.8%。其次是高速公路沿线,不适宜区约占沿线总评价面积的6.0%,欠适宜区约占总评价面积的41.0%。城乡结合地带不适宜区比例与高速公路沿线相近,不适宜区约占总评价面积的5.2%,欠适宜区约占总评价面积的29.1%。地质异常区内产地没有不适宜区,主要是欠适宜区和适宜区,欠适宜区约占总评价面积的13.2%。 (5)从产地环境监测网络构建、产地监测信息采集与组织、适宜性评价方法体系构建以及农产品产地信息管理系统的设计四个方面分析了重金属污染风险区产地安全管理体系构建的技术方法和策略。根据江苏省当前高速公路、化工园区、城乡结合地带和地质异常区的空间分布格局以及这些重金属污染风险区周边土地利用和作物生产现状,设计了全省这四类重金属污染风险区产地环境监测网络。针对产地监测数据的采集与组织,从重金属污染风险区的界定、数据采集内容、数据采集时间和部门、数据规范四个方面分析了规范化采集要明确的主要的内容。针对产地适宜性评价,从重金属污染风险区土壤、大气和灌溉水环境要素重金属污染物扩散分布模型和水稻、小麦等作物重金属累积分布模型两个方面分析了重金属污染风险区产地适宜性评价方法体系的构建框架。同时还提出了一种基于WebGIS技术的农产品产地安全信息管理系统设计方案。系统主要设计了地图浏览、数据查询、数据统计、产地监测信息管理和产地适宜性信息管理五类功能;系统的体系结构采用客户层、中间业务处理层和服务器数据层三层体系结构,系统数据库设计为索引表、属性表和数据表三层结构。并采用C#和MapXtreme作为开发平台对系统进行了初步实现,该系统可以将农产品产地安全管理中的地图、监测数据、文字档案、图片和视频信息等不同类型空间信息和属性信息有效结合起来,以便进行信息的查询、统计和综合管理,并以网页的形式进行直观的显示和发布。