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不同类型农药园区周边农田土壤—作物重金属分布特征及评价研究

作　者: 石宁宁
导　师: 丁艳锋
学　校: 南京农业大学
专　业: 作物栽培学与耕作学
关键词: 农药园区土壤作物重金属分布特征空间变异风险评价
分类号: X833
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

产地环境是农产品生产的基础,并对农产品的质量安全产生直接的影响,而农田土壤是农产品产地环境的重要组成部分。近年来,随着全球经济的发展,农田土壤的工业污染越来越受到关注,各种化工园区的废水、废气、废渣等废物的排放对周围农田土壤-作物系统产生了明显影响。本研究以除草剂、杀菌剂、杀虫剂不同类型农药园区为例,通过对园区周边农田大范围的土壤和作物(水稻与小麦)样点的对应采集,分析了样品Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn、Hg和As等8种土壤重金属有效态和全量、土壤pH、土壤有机质、作物中Cd、Cr、Cu、Pb、Zn、Hg和As等7种重金属含量,从而明确了不同类型农药园区周边农田土壤-作物重金属污染状况、分布特征及相互关系,对化工园区周边农产品安全及农业生产的合理布局具有重要的参考价值和实际指导意义。研究结果表明：1.不同类型农药园区周边土壤重金属分布特征及来源分析以江苏省自然背景值为评价标准,除草剂为主农药园区周边土壤中Hg、Cu、Cd和Pb平均含量超过自然背景值,其中Hg和Cu含量最高；杀菌剂为主农药园区周边农田土壤中Zn、Cu、Pb和Cd平均含量均超过自然背景值,其中Zn和Cu含量最高；杀虫剂为主的农药园区周边土壤中Cd、Cu、Hg和Pb平均含量超过自然背景值,其中Cd和Cu含量最高。以国家土壤环境质量二级标准(GB15618-1995)为评价标准,除草剂为主的农药园区周边土壤中Cd、Cr、Ni、Pb、Zn、As6种重金属的单项污染指数平均值均小于1,而Hg和Cu大于1,分别为1.59和1.05；杀菌剂为主的农药园区周边农田土壤中八种重金属平均含量均小于1,除Cr、As和Ni以外,其他元素均出现了超标情况,超标率介于9.91%-18.95%之间；杀虫剂为主的农药园区周边土壤中除Cd和Hg以外的6种重金属的单项污染指数平均值均小于1,Cd是研究区表层土壤重金属污染的主要因子。三种类型农药园区周围土壤重金属污染指数的空间分布为园区周边200m-1000m最大,并呈现出东南和西北方向的重点分布带,且随园区距离增加呈先上升、后下降、最后趋于平稳的趋势,其原因与主导风向有关。不同类型农药园区周边土壤重金属来源：结合相关分析与主成分分析推测三种农药园区周边土壤重金属的来源,除草剂类型农药园区周边土壤中Zn、Ni、Cr、Pb和As等元素主要来源于成土母质,Hg、Cu和Cd等元素主要与人类活动有关；杀菌剂类型农药园区周边土壤中Cd、Hg、Ni、Cr和As等元素主要来源于成土母质,Zn、Cu和Pb等元素主要与人类活动有关；杀虫剂类型农药园区周边土壤中Ni和As等元素主要来源于成土母质,Cd、Cr、Cu、Pb、Zn和Hg等元素主要与人类活动有关。2.不同类型农药园区对周边作物籽粒重金属含量分布的影响与国家标准食品中污染物的限量相比较,三个农药园区周边水稻精米与小麦面粉中7种重金属含量的平均值均没有超标,作物基本处于清洁水平；但从最大值来看,三个农药园区周边水稻精米与小麦面粉中部分重金属含量的最大值均超标,并且园区周边作物籽粒重金属大于对照区,说明作物籽粒在不同程度上受到该农药园区的重金属污染。作物籽粒重金属的空间分布为：三种农药园区周边水稻精米与小麦面粉中重金属含量,在东南方向和西北方向上重金属含量最大。不同方向上作物重金属含量大致趋势是随与农药园区距离的增加呈先上升、后下降、最后趋于平稳的变化,这个与土壤重金属随园区距离变化趋势是一致的。3.不同类型农药园区周边土壤重金属有效态、全量与作物重金属的相关分析本研究结果显示,作物籽粒所含重金属与其所对应土壤重金属有效态含量具有显著的相关性。对于不同重金属,小麦对Cu和Zn两种元素吸收能力高于水稻,而对Pb、Cd和Hg三种元素吸收能力低于水稻；对于不同作物,小麦对各种重金属的吸收能力的强弱为:Cu>Zn>Hg>Cd>Pb,水稻对各种重金属的吸收能力的强弱为:Hg>Cu>Cd>Zn>Pb。因此,对于不同类型的化工园区,应根据园区污染特征选择不同作物类型,并对不同作物进行重点重金属含量的监测,可有效的防止土壤与作物重金属的污染,而危害人类健康。

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中文摘要 7-9ABSTRACT 9-12第一章文献综述 12-30 1 土壤重金属污染研究 12-15 1.1 国外土壤重金属污染研究 12-13 1.2 国内土壤重金属污染研究 13-15 2 土壤重金属的来源 15-18 2.1 工业活动 16 2.2 农业活动 16-17 2.3 大气沉降 17-18 2.4 污水灌溉 18 2.5 固体废弃物 18 3 土壤重金属污染对农产品和人体健康的影响 18-22 3.1 土壤重金属污染对农作物的影响 18-19 3.2 土壤重金属在农作物中的分布特征 19-20 3.3 土壤重金属污染对人体健康的影响 20-22 4 本课题来源及研究内容、目的和技术路线 22-24 4.1 本课题来源 22 4.2 目的及意义 22-23 4.3 研究内容 23 4.4 技术路线 23-24 参考文献 24-30第二章除草剂农药园区周边土壤-作物重金属分布特征及其评价 30-54 1 引言 30-31 2 材料与方法 31-35 2.1 除草剂类型农药园区概况 31 2.2 仪器和试剂 31 2.3 试验方法 31-32 2.4 土壤与作物样品的采集 32 2.5 土壤与作物样品处理与重金属分析方法 32-33 2.6 评价方法及标准 33-34 2.7 数据处理 34-35 3 结果与分析 35-50 3.1 土壤重金属含量结果与统计分析 35-36 3.2 土壤重金属含量的距离变化 36-37 3.3 土壤重金属单因子污染指数分析 37-39 3.4 土壤重金属单因子污染指数的空间变异性分析 39-41 3.5 土壤重金属污染指数的空间分布特征分析 41-43 3.6 土壤重金属综合污染指数分析 43-44 3.7 土壤重金属主成分分析结果 44-46 3.8 作物籽粒重金属含量的分布特征与分析 46-47 3.9 作物籽粒重金属含量的距离变化 47-49 3.10 土壤重金属有效态、全量与作物籽粒重金属的相关分析 49-50 4 结论 50-52 参考文献 52-54第三章杀菌剂农药园区周边土壤-作物重金属元素分布特征及相关分析 54-70 1 引言 54-55 2 材料与方法 55-56 2.1 某杀菌剂农药园区概况 55 2.2 仪器和试剂 55 2.3 试验方法 55 2.4 土壤与作物样品的采集 55 2.5 样品处理与重金属分析方法 55 2.6 评价方法及标准 55 2.7 数据处理 55-56 3 结果与分析 56-68 3.1 土壤重金属含量描述性分析 56-57 3.2 土壤重金属含量的距离变化 57-58 3.3 土壤重金属单因子污染指数分析 58-59 3.4 土壤重金属单因子污染指数的空间变异性分析 59-60 3.5 土壤重金属污染指数的空间分布特征分析 60-63 3.6 土壤重金属主成分分析结果 63-64 3.7 作物籽粒重金属含量的分布特征与分析 64-65 3.8 作物籽粒重金属含量的距离变化 65-67 3.9 土壤重金属有效态、全量与作物籽粒重金属的相关分析 67-68 4 结论 68-69 参考文献 69-70第四章杀虫剂农药园区周边土壤-作物重金属空间分析及污染评价 70-88 1 引言 70-71 2 材料与方法 71-72 2.1 杀虫剂类型农药园区概况 71 2.2 仪器和试剂 71 2.3 试验方法 71 2.4 土壤与作物样品的采集 71 2.5 土壤与作物样品处理与重金属分析方法 71-72 2.6 评价方法及标准 72 2.7 数据处理 72 3 结果与分析 72-84 3.1 土壤重金属含量描述性分析 72-73 3.2 土壤重金属含量的距离变化 73-74 3.3 土壤重金属污染指数分析 74-75 3.4 土壤重金属污染指数的空间变异性 75-76 3.5 土壤重金属污染指数的空间分布特征分析 76-78 3.6 土壤重金属主成分分析 78-80 3.7 作物籽粒重金属含量的分布特征 80-81 3.8 作物籽粒重金属含量的距离变化 81-83 3.9 土壤重金属有效态、全量与作物籽粒重金属的相关分析 83-84 4 结论 84-85 参考文献 85-88第五章结论与展望 88-90 1 结论 88 2 创新点 88-89 3 尚待解决的问题 89 4 研究展望 89-90致谢 90-92附:硕士期间已发表的相关论文 92

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