（环境科学专业论文）通辽市污灌区土壤重金属的空间分布特征及迁移转化规律的研究.pdf

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为我的试验开展提供了便利条件和莫大的帮助，在此向张师傅表示衷心的感谢。 另外也感谢家人朋友，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学业。 对两年来所有给过我帮助的人再次致以我最诚挚的谢意! 中文摘要 中文摘要 摘要：目前，由污灌引发的重金属污染问题受到越来越多的关注。由于重金属会 通过“土壤一作物一食物链威胁人类健康，因此研究重金属的迁移转化意义重 大。 本文采用通辽市污灌农田现场调研以及室外盆栽试验和室内土柱试验的污灌 模拟系统研究相结合的方式，对重金属在土壤植物体系的迁移转化规律进行 探讨，并得到以下结论： ( 1 ) 对通辽市的灌渠两侧农田进行大尺度调研，共设9 5 个表层土采样点， 监测重金属c d 、c r 、h g 、p b 、a s 、n i 、c u 和z n ，调研结果表明：7 个采样点的 h g 和5 个采样点的c d 超过土壤环境质量标准的二级标准值。 ( 2 ) 对通辽市重点污灌区孔家乡的重金属含量进行空间分布特征分析。 采用网格布点法共设3 9 个采样点，利用k r i g i n g 最优内插法，绘制各种监测项目 浓度的等值线图，结果表明：a s 、c u 、p b 和z n 沿着灌渠的等值线较高，而h g 、 c r 和c d 没有此分布特点。其中，1 个采样点的c d 和2 个采样点的h g 超过土 壤环境质量标准的二级标准值。 ( 3 ) 在室内土柱试验中，分别以清水、污水厂出水、低浓度重金属( c r 、c u 、 h g ) 配水、高浓度重金属配水进行土柱淋滤，试验结果表明，重金属浓度在土层 3 5 c m 5 5 c m 出现峰值。c r 和c u 随着土层深度增加，含量明显降低，而h g 却未有 随着土层加深而下降的趋势。 ( 4 ) 室外盆栽试验中，在土壤被重金属c r 的污染下( 三种c r 浓度，分别为 1 0 0 、2 0 0 、3 0 0 m g k g 土) ，玉米均不能正常生长发育，重金属c r 在玉米体内的分 布情况为：根 叶 茎 籽粒。在不同浓度( 分别为0 、1 、2 5 、5 、1 0 m g l ) 的重金 属c d 的水质灌溉玉米的胁迫试验中，玉米中c d 的分布情况为：根 茎 叶 籽粒。 关键词：重金属；空间分布；迁移转化；盆栽试验；土柱试验；玉米 分类号：x 8 2 5 a b s t r a c t a bs t r a c t a b s t r a c t ：c u r r e n t l y , t h eh e a v y m e t a l sp o l l u t i o nc a u s e db yi r r i g a t i o ni sp a i dm o r e a n dm o r ea t t e n t i o n t h eh e a v ym e t a l sw i l lt h r e a t e nh u m a nh e a l t ht h r o u g h ”s o i l p l a n t f o o d ”c h a i n s os t u d yt h em i g r a t i o na n dt r a n s f o r m a t i o no fh e a v ym e t a l si ss i g n i f i c a n t i nt h i sp a p e r , a sw e l la si n v e s t i g a t e dt h eh e a v ym e t a l si nt h ew a s t e w a t e r - i r r i g a t e d a r e ao f , t o n g l i a o ，w es t u d yt h et r a n s f o r m a t i o na n dm i g r a t i o no fh e a v ym e t a l si nt h es o i l p l a n t ss y s t e m ，、) i r i t hp o te x p e r i m e n ta n ds o i lc o l u m n ，a n dt h ef o l l o w i n gc o n c l u s i o n s ： ( 1 ) r e s e a r c ho nt h el a r g e - s c a l es e w a g e - i r r i g a t i o na r e a , t o n g l i a o ，晰t l l at o t a lo f9 5 s u r f a c es o i ls a m p l e sg o n gt h ei r r i g a t i o nc h a n n e l ，m o n i t o rh e a v ym e t a l so fc d ，c r , h g ， p b ，a s ，n i ，c ua n dz n t h er e s u l t ss h o w e dt h a t ：7s a m p l es i t e so fr i ga n d5s a m p l es i t e s o fc da r ea l le x c e e d e ds e c o n d a r ys t a n d a r dv a l u eo f ”s o i le n v i r o n m e n t a lq u a l i t y s t a n d a r d ” ( 2 ) t oa n a l y s i ss p a t i a ld i s t r i b u t i o no fh e a v ym e t a lc o n t e n to fk o n g j i ac o u t r yw h i c h i r r i g a t e d 、历t l lw a s t e w a t e rf o ral o n gt i m e u s i n gp l u md i s t r i b u t i o nm e t h o dw i t hat o t a l o f3 9 s a m p l i n gp o i n t s ，t h r o u g hk r i g i n ga n a l y s i s ，r e n d e r i n gt h ec o n t o u rm a po f c o n c e n t r a t i o no ft h em o n i t o r i n gp r o j e c t ，t h er e s u l t ss h o w e dt h a t ：t h ec o n t e n t so fa s ，c u , p ba n dz ni sh i g h e ra l o n gt h ei r r i g a t i o nc h a n n e l s ，w h i l eh g ，c ra n dc dd on o t b e s i d e s ， 1s a m p l ep o i n to fc da n d2s a m p l ep o i n t so fh gw e r ee x c e e d e ds e c o n d a r ys t a n d a r d v a l u eo f ”s o i le n v i r o n m e n t a lq u a l i t ys t a n d a r d ( 3 ) i nt h el a b o r a t o r ys o i lc o l u m ne x p e r i m e n li r r i g a t i n gt h es o i lc o l u m n 埘t ht h e c o n c e n t r a t i o no fw a t e r , w a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n te f f l u e n t ，al o wc o n c e n t r a t i o no f h e a v ym e t a l s ( c r , c u , h g ) ，ah i g hc o n c e n t r a t i o n so fh e a v ym e t a l s ，r e s p e c t i v e l y , r e s u l t s s h o w e dt h a ti th a sam a x i m u mv a l u eo fh e a v ym e t a l sb e t w e e n3 5 c m 5 5 e ms o i l n e c o n t e n to fc ra n dc ud e c r e a s e dw i t hs o i ld e p t h , w h i l eh gd on o t ( 4 ) i nt h eo u t d o o rp o te x p e r i m e n t , c o r nc o u l d n tg r o wn o r m a l l yu n d e rt h ep o l l u t e d s o i lb yd i f f e r e n tc o n t e n tc ro f10 0 ，2 0 0a n d3 0 0m g k gs o i l 1 1 1 ed i s t r i b n t i o no fh e a v y m e t a lc ri nc o m i s ：r o o t l e a f s t e m g r a i n 。i r r i g a t e db yd i f f e r e n tc o n c e n t r a t i o n so fc d ( r e s p e c t i v e l y0 ，l ，2 5 ，5 ，10r a g l ) ，t h ed i s t r i b u t i o no fh e a v ym e t a lc d i nc o l t ii s ：r o o t s t e m l e a f g r a i n k e y w o r d s ：h e a v ym e t a l s ；s p a t i a ld i s t r i b u t i o n ；m i g r a t i o na n dt r a n s f o r m a t i o n ；p o t e x p e r i m e n t ；s o i lc o l u m ne x p e r i m e n t ；m a i z e c i a s s n o ：x 8 2 5 目录 目录 中文摘要v a b s t r a c t v i i 1引言l 1 1 综述1 1 1 1 污灌的定义1 1 1 2 国内污灌的发展及现状2 1 1 3 国外污灌发展及现状3 1 1 4 污灌存在的问题一4 1 2 污灌土壤重金属污染现状研究4 1 2 1 重金属的定义4 1 2 2 土壤重金属污染现状4 1 2 3 土壤重金属污染的危害5 1 2 4 研究土壤重金属污染的意义6 1 2 5 污灌土壤重金属污染研究现状6 1 2 6 污灌的发展前景一1 1 1 3 课题来源及意义一1 1 1 3 1 研究区域概况。1 1 1 3 2 通辽市水资源及污灌现状1 1 1 3 - 3 研究目的及意义1 2 1 4 研究内容及技术路线13 2通辽市污灌地区重金属污染现状调查及空间分布特征1 5 2 1 研究区域概况l5 2 2 调研方案及分析方法1 6 2 2 1 调研方案1 6 2 2 2 土壤样品采样及处理方法。18 2 2 3 样品分析指标及方法18 2 2 4 数据处理一2 0 2 3 水质分析2 0 2 3 1 污水处理厂出水水质分析2 0 北京交通大学硕士学位论文 2 3 2 灌渠水质分析2 1 2 4 灌渠两侧重金属污染状况调研分析2 4 2 4 1 评价标准及方法2 4 2 4 2 平行灌渠采样带重金属污染状况分析2 6 2 4 3 垂直灌渠采样带重金属污染状况分析2 9 2 4 4 土壤剖面重金属污染状况分析3 2 2 4 5 大尺度调研灌渠两侧重金属超标情况3 5 2 5 孔家乡灌区重金属污染现状分析。3 5 2 5 1 孔家乡土壤理化性质3 5 2 5 2 孔家乡灌区污染指数法评价3 6 2 5 3 孔家乡灌区重金属的空间分布特征3 6 2 6d 、结4 0 3 重金属迁移转化的土柱试验一4 3 3 1 试验方案及装置一4 3 3 1 1 供试土壤4 3 3 1 2 土柱及装填4 3 3 1 3 试验方案4 4 3 2 供试土壤基础理化性质4 5 3 3 试验结果与分析。4 5 3 3 1 重金属c r 在土柱中的分布4 5 3 3 2 重金属c u 在土柱中的分布4 7 3 3 3 重金属h g 在土柱中的分布4 9 3 4 小结。5 1 4重金属生物利用率的研究。5 3 4 1 试验方案及装置5 3 4 1 1 供试材料5 3 4 1 2 试验方案5 4 4 2 样品采集、处理及分析方法一5 6 4 2 1 样品采集5 6 4 2 2 样品制备及分析方法5 6 4 2 3 样品分析方法5 7 4 3 试验结果与分析5 7 4 3 1 玉米对重金属c r 的生物利用率5 7 目录 一 4 3 2 胁迫试验重金属c d 的迁移行为6 2 4 4 小结6 7 5 结论与展望6 9 5 1 结论6 9 5 2 展望7 0 参考文献7 1 作者简历7 7 独创性声明7 9 学位论文数据集8 1 引言 1 引言 1 1 综述 我国是农业大国，农业生产是我国的用水大户，但我国水资源总量不足、时 空分布不均、加之水污染日益严重，因而用水资源短缺的问题在农业生产中显得 尤为突出。 由于降雨时空分布不均，我国大部分地区农业对灌溉的依赖性很大。农业用 水占总用水的7 5 。我国水资源供需矛盾的主要问题是农业用水量大。 随着我国经济的飞速发展，城市化进程的加快，工业的发展离不开水，同时， 农业生产更需要水，工业、农业争水越来越成为社会及经济发展的制约因素，原 始资源型缺水问题日益突出，特别是在我国北方干旱和半干早地区，工业与农业 争水的现象尤其严重，而与此同时，我国各个城市污水排放量正在逐年迅速增长。 城市污水的排放不仅污染了环境，而且让宝贵的水资源白自流失，浪费大量水源。 在水资源严重短缺面前，这也是我国许多地方特别是北方干旱、半干旱地区，污 水灌溉势在必行的原因。因此，在进行全国水资源综合规划中，摸清不同地区、 不同发展阶段的农业需水状况，对分析节水潜力和制定水资源合理配置方案至关 重要。 城市污水的农田回灌是开源节流、减轻水体污染程度、改善生态环境、解决 城市缺水及农业缺水问题的有效途径之一。污水农灌能够产生的经济、社会和生 态效益。因此，作为农田灌溉用水的重要替代水源之一，城市污水是缓解农业缺 水的一个行之有效的方法。 1 1 1 污灌的定义 所谓污水就是经过人类活动使水质在物理性质、化学性质及生物性质方面发 生变化的水。污水可分为工业污水、生活污水、农业污水等。污水灌溉就是利用 处理过的工业污水、生活污水来灌溉农田【到。 污水灌溉主要是以作物对水资源的利用为目的，以期获得增加农作物的产量 和提高农产品质量。污水用于农业灌溉，总结起来具有以下几方面的效益【l 捌： 水量较稳定，受季节、雨量、丰水枯水年的影响小，保证率高：不必去除污水 中n 、p 、k 、c a 、m g 等污染物，需要的投资和运行费用也较低，同时起到增水 增肥的作用；需水量大，能够形成规模效益；经过土壤一植物的过滤、吸收、 吸附、生物净化作用，可去除污水中的有害物质，减轻排放后对水体的污染。 北京交通大学硕士学位论文 缓解了水源短缺的矛盾。尤其我国北方农业用水量紧缺，而工业和生活用水需求 在不断上升，这就要求农业部门一方面要提高水分的生产效率；另一方面，应寻 找可替代的水源。污水灌溉被大多数学者认为是解决当前农业用水水源不足的主 要途径。 1 1 2 国内污灌的发展及现状 污水资源化是解决农业灌溉水源不足的一项重要而有效的措施。我国利用生 活污水和人畜粪尿灌溉农田的历史悠久，开始于1 9 5 7 年，污水灌溉的发展过程主 要随工业及城市废水排放量的增加及农业用水形式日趋紧张而增加。1 9 5 8 年我国 的城市污水处理与利用被列为国家科研课题，从此开始了规模化的引污灌溉。有 些学者将我国污水灌溉的发展划分为起步、稳定发展和快速发展三个阶段1 & 3 , 4 1 ： 引言 污灌区饮水及全国食物安全，关键是如何兴利除弊，科学适度地开展污水灌溉。 1 1 3 国外污灌发展及现状 目前，污水灌溉技术在世界很多地区都被应用。 法国把污水用于灌溉的时间已接近一个世纪，尤其是巴黎。工业和生活废水 处理后的主要用途就是用于农业灌溉。法国政府非常重视污水灌溉对农产品品质 影响问题，专门成立了污灌健康指导协会( c s h p f ) 。定期发布信息知道农民正确进 行污水灌溉，并对各地污水灌溉情况进行监督。政府还指导人们根据不同类型的 污水分别对不同种类的灌溉对公园景观灌溉、果树、谷类、树木、草坪及高尔 夫球场都有不同的水质指标限制【3 】。 美国于2 0 世纪7 0 年代初开始大规模建设污水处理厂，随后即开始回用污水。 一些地方已经将废水回用于灌溉，同时还用于回灌地下水层。目前，美国有许多 城市回用污水，污水回用总量中6 2 用于农业灌溉，6 用于地下水回灌【2 1 。 日本一般不直接利用处理过的污水作为灌溉水源，而是将其排入河流，作为 河流的基流或排入灌排系统中，进行淡化后再度用于灌溉。利用污水灌溉，对其 水质要求甚为严格，必须不伤害作物和土壤。日本在乡镇建有许多小型污水处理 厂，利用处理过的生活污水进行灌溉，经济义实用。日本从1 9 7 7 年实行农村污水 处理计划以来，已建成约2 0 0 0 个污水处理厂，处理过的污水各项指标都达到污水 处理水质标准。日本农村污水处理协会设计、推广的污水处理装置体积小、成本 低且操作简单，十分适用于农村。一般每1 0 0 0 个农村人口可建立一个污水处理厂， 最大的厂可处理l 万人左右的污水。处理后的污水水质稳定，多是引入农田进行灌 溉水稻或果园，也可以将处理后的污水排入灌溉渠道，稀释后再灌溉农作物。从 污水中分离出来的污泥经脱水、浓缩和改良后，运至农田可以作肥料3 1 。 以色列是一个严重缺水的国家，污水灌溉开始于2 0 世纪四五十年代污水处 理的方法是将二级处理后的清水储存于水库中，储存时间一般在2 个月以上。这 一方面解决了污水排放时间与农业利用时间不协调的矛盾，另一方面，贮存过程 中的沉淀、分解等作用，改善了水质，处理后的污水达到限制性灌溉用水的标准。 若调节恰当，一些处理水可达非限制灌溉水的标准。处理后的污水进行灌溉可能 会引起农产品污染、品质下降破坏土壤结构，污染地下水源、导致病菌流行等 问题。因此以色列政府和有关部门先后组织市政、环保、卫生和农业等行业的科 技人员围绕着污水农业利用问题开展了大量的研究工作。同时以色列政府和科 研人员还十分重视长期污灌对土壤、水体等环境影响的研究。建立了一些较长期 的检测试验点。并不定期地对全国污灌土壤进行普查，以评价污灌的效果，确定 3 北京交通大学硕士学位论文 合理的污灌技术和标准3 1 。 西班牙格纳达省的沿海地区【4 】广泛种植热带果树，并采用滴灌方式对果树进行 污水灌溉，总面积为8 0 0 0 1 1 i l l 2 。 1 1 4 污灌存在的问题 国内外的一些学者认为，污水用于灌溉能够提高土壤肥力，节省肥料并且提 高农产品产量【3 1 。但一些调查试验表明，由于城市污水排放与灌溉需求间存在时空 上的矛盾，且因为成份复杂，一些地区对污水的处理不重视，对污水灌溉存在着 认识误区，污水灌溉存在的突出问题是灌溉水质严重超标、污水处理技术水平低 下、污水灌溉管理工作零乱、污水灌溉面积盲目发展、污水灌溉相应的理论与技 术科研工作相对滞后【4 】。从而造成土壤污染，其中最值得注意的是土壤中重金属累 积问题。尤其是当含有超标重金属的污水对农田进行灌溉时，就会导致重金属在 土壤中的积累，从而被农作物富积，通过食物链进入人体，危害健康。灌溉土壤 一旦被污染，将难以治理，也会带来一系列的水土环境、生态安全等问题。 1 2 污灌土壤重金属污染现状研究 1 2 1 重金属的定义 重金属系指密度在4 0 以上的约6 0 种元素或密度在5 0 以上的4 5 种元素。砷、 硒虽然是非金属，但它们的毒性以及某些性质与重金属相似，所以将砷、硒列入 重金属污染物范围内。环境污染方面所说的重金属主要是指生物毒性较强的汞 ( h g ) 、镉( c d ) 、铅( p b ) 、铬( c r ) 及砷( a s ) ，还包括具有毒性的重金属锌( z n ) 、铜( c u ) 、 钴( c o ) 、镍( n i ) 、锡( s n ) 等污染物。 1 2 2 土壤重金属污染现状 土壤是环境的重要组成部分，也是人类获取食物和其它再生资源的物质基础。 土壤是天然的净化器，它能把大量有机物最终分解为二氧化碳和水，以及各种土 壤基肥的其他组成部分，但是土壤的净化和缓冲能力是有限度的，当施入的废弃 物超过土壤的自净力时，就会破坏土壤的正常机能，使之失去自然生态平衡，从 而严重影响农作物的产量和品质。随着工业、城市污染的加剧和农用化学物质种 类、数量的增多，土壤污染问题日益突出。由于重金属在土壤中不仅可迁移性差、 滞留时间长、不能被微生物降解，而且大部分具有生物毒性，可经过水、植物等 介质以及生物链系统最终影响到人类健康。因此土壤中重金属污染问题已经成为 4 引言 当今污染物污染行为的重要内容。 土壤重金属污染物的来源很广泛，包括：随大气沉降进入土壤的重金属；随 污水灌溉、污泥施肥进入土壤的重金属；随化肥、农药的使用进入土壤的重金属 及随固体废弃物进入土壤的重金属；随工业矿藏的不断开采、加工和利用而引起 的土壤重金属污染；由燃煤而引入的重金属；交通运输中机动车尾气排放的重金 属等。其中由污灌引入农田的重金属对农作物的影响是最为直接的。长期引用污 水灌溉农田，土壤中的有机污染物及重金属含量超过土壤吸持和农作物吸收能力， 则会造成土壤板结、肥力下降、土壤的结构和功能失调，使土壤生态系统平衡受 到破坏，土壤生物群落结构衰退，多样性下降，产生环境生态问题。土壤重金属 污染具有隐蔽性、长期性和不可逆转性的特点，因此在治理和修护上存在较大的 难度【5 】o 许多调查研究表明，常年不合理的污灌引起严重的土壤有机污染、重金属污 染和酸碱盐污染，据我国农业部进行的全国污灌区调查，在约1 4 0 万l l i n 2 的污水 灌区中，遭受重金属污染的土地面积占污水灌区面积的6 4 8 ，其中轻度污染的占 4 6 7 ，中度污染的占9 7 ，严重污染的占8 4 t 6 1 。随着工农业的发展，土壤和 农作物中的重金属污染问题越来越突出，部分地区土壤重金属污染现象已经非常 严重。根据农业部环境监测系统近年的调查，我国2 4 个省( 市) 城郊、污水灌溉区、 工矿等经济发展较快地区的3 2 0 个重点污染区中，污染超标的大田农作物种植面 积为6 0 6 万h m 2 ，占监测调查总面积的2 0 ；其中重金属含量超标的农产品产量 与面积约占污染物超标农产品总量与总面积的8 0 以上，尤其是p b 、c d 、h g 、 c u 及其复合污染最为突出1 5 j 。 1 2 3 土壤重金属污染的危害 重金属在土壤中的迁移性很小，不容易随水淋滤，不易被微生物降解，常常 富集在土壤中，有的甚至可能转化成毒性更强的化合物( 如甲基汞化合物) 。重金 属在土壤及生物体内累积不易被察觉，属于潜在危害。土壤重金属污染具有隐蔽 性、长期性和不可逆性的特点。土壤中有害重金属积累到一定程度，不仅会导致 土壤退化，农作物产量和品质下降，而且还可以通过径流、淋失作用污染地表水 和地下水，恶化水文环境，并可能直接毒害植物或通过食物链途径危害人体健康【7 】 首先，土壤重金属污染会影响植物的生长发育，进而影响农作物的产量和质 量。如镉是危害植物生长的有毒元素，镉与巯基氨基酸和蛋白质的结合引起氨基 酸蛋白质的失活，甚至导致植物的死亡。另外，镉还能减少根系对水分和养分的 吸收，抑制根系对氮的固定。农作物受重金属影响，会导致惨重的经济损失。陈 北京交通大学硕士学位论文 同斌报道，全国每年因重金属污染减产粮食1 0 0 0 万t 以上，被重金属污染的粮食 每年也多达1 2 0 0 万t ，合计经济损失至少2 0 0 亿元。 其次，土壤重金属污染会影响土壤生态结构和功能的稳定，直接破坏土壤的 正常功能。研究表明，重金属污染的土壤，其微生物生物量比正常使用粪肥的土 壤低得多，并且减少了土壤微生物群落的多样性。 最后，土壤重金属污染影响人类健康。重金属在作物的可食用部位积累后， 易通过食物链传递给人类，危害人类健康。砷被广泛用于杀虫剂和除草剂，通过 对内蒙古、山西等地砷中毒与环境关系的研究，证明自然和人为的作用，能将环 境中砷释放出来，增加水的毒性，加剧砷中毒的发生并导致癌症发生【5 】。铅能伤害 人的神经系统，特别对幼儿的智力发育有极其不良的影响。镉的毒性很大【2 】，若在 人体内蓄积，会引起泌尿系统功能的变化，还会影响古河发育。上个世纪九十年 代，日本富山县因土壤受到镉污染，而引发该地区居民发生的一种叫“痛痛病” 的公害病，至今回忆起来仍令人痛惜。土壤重金属污染对人类的健康造成的威胁 已引起世界各国科学工作者的高度关注。 1 2 4 研究土壤重金属污染的意义 随着工业的发展及城市化程度的不断提高，河流污染日益加重，清洁水资源 日趋紧张。水资源分布不均衡，供求矛盾尖锐，尤其是干旱和半干旱地区，水资 源严重匮乏，使污水成为农业灌溉用水的重要组成部分。此外，污灌不仅提供了 充足的灌溉水源，解决了农业缺水问题，而且减轻水体污染程度，改善生态环境， 使水资源循环利用，响应了国家的环境治理、走可持续发展道路的基本国策。然 而，污水中含有大量的重金属元素，重金属大多有变价的特征，在水体中易迁移 转化，在土壤中富集而分散，易通过食物链最终在人体的不同部位富集。因此调 查污灌区重金属污染状况对保护人类身体健康，促进农业发展，推广无公害粮食、 蔬菜的种植面积具有重要意义瞵j 。 1 2 5 污灌土壤重金属污染研究现状 污灌将导致农田土壤中污染物的积累，向地下水运移或通过作物向食物链传 输，土壤植物系统的污染将给人类健康带来潜在风险，一般认为，人类体内的重 金属主要通过“土壤作物食物”途径摄入。因此，随着污水灌溉面积的 不断扩大与污灌年限的延长及水质污染日趋严重，污水灌溉对农田土壤环境、作 物生长以及人类健康的影响也越来越受到人们的普遍关注。 6 引言 1 2 5 1 重金属在土壤中的累积 鞍山市城郊分布着大片的污灌区，这些地区是城市环境污染的主要影响地区。 诸献雨【9 】为了定量了解和掌握城郊污灌区农地土壤中主要有毒金属含量和有机氯 农药等的残留量，在鞍山市环境监测中心站对城郊的污水灌溉区土壤中p h 、铜、 铅、铬、汞、砷、六六六、滴滴涕进行了分析，通过利用单项指数法，求出各个 单项指标后，再运用权重法秋初其综合指数，结论表明：污灌区耕层土壤环境质 量达标率6 0 ，除镉和汞超标外，其他因子均符合国家土壤环境质量标准中 二级标准值；认为超标原因与污水灌溉有关，由于北方年降水量少，地表径流量 小，对土壤的冲洗较弱，而且重金属在土壤中较难降解，故土壤的主要污染因子 为重金属。 张书海等【8 j 认为土壤中重金属元素的含量对人体健康影响很大，于是在淮阴市 环境监测中心站于1 9 9 3 年至1 9 9 7 年选择某污灌区中0 6 6 7 h m 2 的蔬菜田及其邻近 的某一地下水灌区中0 6 6 7 h m 2 的蔬菜田按梅花布点法分别布设8 个测点对其土 壤中的总镉、总汞、总砷、总铬和总铅进行监测。结果表明，地下水灌区5 年来 综合污染指数变化不大，污染等级属安全级，说明该灌区没有受到重金属污染； 而污灌区的综台污染指数逐年增高，1 9 9 5 年、1 9 9 6 年、1 9 9 7 年均达警戒级，说明 该污灌区土壤中的重金属有一定积累，农作物受到的污染不容忽视。指出在污灌 区用适度的污水灌溉农田虽然可行，但长期利用污水灌溉，污水中的总镉、总铬 和总砷等污染物在土壤中易产生沉积，对土壤产生一定污染，应采取有效的防治 措施。 胡文等【1 0 1 采用野外定点连续采样和室内分析相结合的方法，对北京市凉水河 污灌区土壤中c u 、z n 、c r 、p b 、n i 等重金属在土壤中的累积及其化学形态进行了 系统研究。结果表明，凉水河污灌区土壤中重金属的质量分数均高于北京地区 的土壤背景值，特别是c u 和p b 分别达到北京市土壤环境背景值的3 4 7 倍和4 5 3 倍，凉水河污灌区土壤已经发生明显的重金属累积。土壤重金属元素之问相关 分析表明研究地区存在重金属复合污染，土壤有机质，土壤重金属显著相关表明 污灌可能是导致土壤重金属富集的重要原因；土壤各理化性质与土壤重金属相关 性表现不一致，土壤重金属富集与迁移的影响因素复杂多样。t e s s i e r 连续提取 法测定土壤5 种重金属的形态分布规律均为：残渣态 氧化态( 即铁锰氧化物结合 态) 还原态( 即有机物结合态) 酸溶态( 即碳酸盐结合态) 可交换态，铁锰结 合态含量较高与污水中铁锰含量较高具有一定的关系；凉水河污灌区重金属潜在 迁移能力顺序为：c u z n p b n i c r 。综合分析各土壤重金属富集状况、形态分 布及其生态毒性，c u 和p b 是凉水河污灌区土壤中需要优先控制的重金属。 吴燕玉等【1 1 1 1 9 9 0 到19 9 5 年选择生物气候带及土壤条件截然不同的4 个生态站 7 北京交通大学硕士学位论文 对重金属负荷污染( c d 、p b 、c u 、z n 、a s ) 进行了田间迁移动态试验研究，结果 表明3 年来表土中重金属元素含量缓慢下降输出量最大支出项目为从表层向下 迁移量可比作物地上部分带去量高出几十至数百倍。此外，还发现从元素特性来 看，c d 向土壤下迁移量多，p b 迁移最少，c u 居中；酸性越强c d 、p b 、c u 、z n 淋失率越大，a s 的迁移情况则随p h 而异，i t 在p h 为2 0 - - 一5 0 条件下，a s 的迁移 随p h 升高而加强，当p h 为5 0 - - 7 0 时，土壤对a s 吸附达最大值，当p h 7 时， a s 的迁移又加大。 有些污灌区以国家环境质量为评价标准时，重金属含量低于国家标准，但是 以该地区土壤背景值为评价标准时，会发现各重金属有不同程度的积累。周振民 等【1 2 】分别参照国家土壤环境质量二级标准和土壤背景值对开封市污灌区土壤重金 属污染状况进行了评价，结果表明，以二级标准为评价标准，评价结果为安全级 别，以土壤背景值为评价标准，评价结果为轻度污染。但污灌区重金属含量明显 超过清灌区重金属含量，p b 污染已达到中等污染水平。茹淑华【l8 】利用田间调查、 对比采样和室内分析相结合的方法，研究了河北省典型污灌区土壤和农作物的重 金属污染状况。结果表明：与国家二级土壤标准比较，清灌区土壤重金属含量均 低于国家标准；污灌区土壤重金属含量基本上处于国家允许范围，但存在个别样 点土壤重金属c d 超标的情况。与清灌区以及河北省背景值相比，污灌区土壤重金 属c u 、z n 、p b 、c d 和c r 含量均有不同程度的积累，且存在个别样点土壤重金属 c d 超标的情况。污灌区土壤c d 和z n 含量沿汶河流域自上向下呈明显的下降趋势。 4 个污灌县土壤主要以c d 累积比较明显。 1 2 5 2 重金属对蔬菜的影响 植物对土壤中重金属的吸收是比较复杂的过程，主要包括被动转移和主动转 移两种。植物种类、土壤理化性质、重金属种类和含量水平及形态都会影响植物 对重金属的吸收。重金属通过食物链进入人体及牲畜中而得以富集，并对其健康 产生危害。 卢桂兰等【1 3 】对北京市通州污灌区土壤重金属进行监测，指出与二十世纪7 0 年 代末监测结果相比，凉水河两岸的土壤中重金属c u 、p b 、c r 和c d 略有增高的趋 势，而重金属a s 则有所下降。对调查区中蔬菜心里美、丝瓜、莴笋、胡萝b 、油 菜、大白菜中的重金属c u 、p b 、c r 、c d 、a s 含量进行分析，结果表明，虽然各 重金属在不同的蔬菜中有不同的积累量，但是被调查地区蔬菜样品中重金属的含 量均达到食品卫生标准，污灌区作物尚未受到严重污染。近三年的比较来看，通 州污灌区土壤中多数重金属含量处于上升趋势，所以污水灌溉对该地区土壤的污 染应引起足够重视。 8 引言 1 2 5 3 污灌重金属对水稻的影响 我国是亚洲栽培水稻的起源地之一，近三分之二的人口以稻米为主食。然而， 随着由于现代化社会经济的迅猛发展，水源短缺，污灌面积不短扩大，遭受污染 的农田随之逐年增加，土壤植物环境系统污染问题突出，其中的水稻污 染问题也日益受到关注。 姜虎生等【1 4 】通过对沈抚灌区李石开发区水稻田土壤水稻系统重金属含量 测定以达到监测灌区污染状况的目的；分别对污水灌溉区和井水灌溉区按梅花布 点法分别布设5 个测点，采用原子吸收分光光度法对其土壤和水稻中的h g 、c d 、 p b 、c u 等重金属的含量进行了分析测定，并与国家土壤质量标准进行比较；结果 表明，井水灌区和污灌区土壤h g 、c d 含量较高，p b 、c u 含量稍高，土壤重金属 含量污灌区整体上比井灌区高，污染较为严重，虽然井灌区相对好于污灌区，但 是由于多年污灌，一方面土壤中c d 、h g 本底较高，一方面地下水含有较高的c d 、 h g ，因此井灌区重金属含量也很高。水稻系统内也有一定的重金属累积，分布规 律大致为：土壤 根 叶 茎 籽粒。 吴燕玉等【l5 】应用田间试验和笳栽试验，研究表明，在接近土壤环境质量标准 低浓度水平下，水稻能够发育正常，减产幅度小于1 0 ，但土壤c d 、p b 临界值下 降，籽实中c d 、p b 、z n 吸收系数提高，对人体潜在危险性加大。 蒋彬等【l6 j 针对水稻精米中铅镉砷含量基因型差异进行研究，发现水稻籽实吸 收重金属存在基因型的差异，不同的水稻基因型稻米中含量差异极为显著，稻米 中镉含量与锰、铁元素的含量呈显著性负相关，三者的含量与铬、镍、钼、钴的 含量极显著相关，三者与氨基酸的相关性小，认为通过遴选低铅、低镉、低砷的 水稻基因品种，可以改善环境污染给人带来的危害。 1 2 5 4 污灌重金属对玉米的影响 齐志明掣1 7 】通过在北京东郊所进行的清、污水灌溉田闻试验，着重探讨了污 灌条件下，不同灌水水平和施肥量对夏玉米生长和产量的影响。结果表明，与清 水灌溉相比，污水灌溉：对夏玉米的生长发育具有一定的抑制作用；对夏玉 米的产量和干物质量的影响要大于对株高和叶面积指数的影响：无肥处理比施 肥处理的产量要高5 2 。茹淑华等【1 8 】研究发现玉米秸秆中的c u 、z n 、p b 、c d 和 c r 含量均高于籽粒。玉米籽粒对重金属的吸收能力为z n c d c u p b c r 。 1 2 5 5 污灌重金属对小麦的影响 王晓等采用等离子体质谱法测定了徐州市北郊农业区小麦籽粒和土壤中的 9 北京交通大学硕士学位论文 重金属含量，并对二者间的相关性进行了分析。结果表明，小麦籽粒中的n i 、c u 、 z n 检出率达1 0 0 ，与食品卫生标准相比，超标率分别为1 0 0 、0 、9 1 1 ； c d 、c r 和p b 的检出率分别达6 3 6 、4 5 4 和9 1 1 ，超标率均为9 1 1 。土壤 中c d 与小麦籽粒的c d 含量有显著相关性，相关系数达0 8 3 7 。茹淑华等【1 8 】研究 发现小麦秸秆中的p b 、c d 和c r 含量均高于籽粒，c u 含量与籽粒基本相当，z n 含量则明显低于籽粒