【doc】苏南某市农田土壤有毒有害元素分布状况及影响因素

【doc】苏南某市农田土壤有毒有害元素分布状况及影响因素 苏南某市农田土壤有毒有害元素分布状况 及影响因素 土壤(Soils),2005,37(2):47= 苏南某市农田土壤有毒有害元素分布状况及影晌因素? 安琼董元华王辉 (中国科学院南京土壤研究所南京210008) 摘要本研究选择工业化与城市化水平较高,且工农业经济发展水平相对较平衡,具有蔬菜种植较长历 史的苏南某市为试点区,重点探讨农田土壤重金属污染状况与分布规律,以及土壤利用方式,轮作方式,作物品 种及种植年限对土壤重金属污染状况及分布规律的影响.研究结果表明供试区土壤中各种重金属含量离散较大, HAs,Pb,Cr,Cd,Cu含量范围分别为0.05—2.35,4.28—42.90,22.50—106.50,49.80—101.70,0.092.16 和l5.O0125.40mg&g.试区土壤有毒有害元素Cd,Pb,cu及zn比杭州近郊土壤中的含量低,Ni含量较高; 除cu外,试区土壤有毒有害元素含量(均值)As,cd,Pb和zn含量均低于香港菜园土;轮作方式和不同作物的 种植对土壤中部分有毒有害元素的积累有一定的影响,但影响并不突出:蔬菜种植年限对土壤中有毒有害元素的 积累有明显的影响作用,轻度熟化菜园土中有毒有害元素的含量明显高于中等熟化菜园土. 关键词有毒有害元素:农田;菜地:水稻土;种植年限 中图分类号X144 多年来由于农药,化肥的大量使用和工农业污 染物的排放,农业污染问题己引起公众的日益关注. 随着我国进入WTO,农产品输入国对进口农产品标 准的提高,及我国人民生活水平的提高,国内市场 对无公害农产品也有了更高的要求.因此,对土壤 的环境质量现状进行系统的调研,综合分析和分类, 对于高品质农产品的生产是至关重要的. 本研究以苏南工业化与城市化水平较高的某市 为试验区,对该市农田土壤环境质量和污染状况进 行系统的调研,初步揭示土壤环境质量演变状况, 污染特点及发展趋势.试区地处长江下游,成土母 质为长江冲积物,其中部分重金属背景值较高.成 土过程中,母质中的重金属进入土壤中,成为土壤 中重金属固有的背景值. 本文侧重探讨供试区土壤中尤其是蔬菜地土壤 中有毒有害元素As,Cd,Cr,Cu,Hg,Ni,Pb和 Zn的分布状况,以及轮作方式,蔬菜种植及种植年 限对土壤有毒有害元素分布的影响. 1与方法 1.1供试土壤 以网格法在全市农田土壤范围内均匀布点为采 样点,并用GPS定位采得菜地土壤样77个,其 中大棚菜地土壤样13个,蔬菜基地土壤样14个, 传统菜地土壤样50个;网格中无菜地者取水稻土, 共12个,土壤类型分别为菜园土(肥熟旱耕人为土) 和黄泥土(渗育水稻土).多点采集耕层土壤,混匀, 置入布质土样袋.土样风干,磨碎,过100目筛,待 用. 1.2测试方法与质量控制 待测8种有毒有害元素是:As,Cd,Cr,Cu, Hg,Ni,Pb和Zn.测试方法均按照相应的中华人 民共和国国家执行,标准列如下:Pb,Cd的测 定一石墨炉原子吸收分光光度法(GB/T17141-1997) 川 ;总cr的测定一火焰原子吸收分光光度法 (GB厂r17137—1997)J;Ni的测定一火焰原子吸收分 光光度法(GB/T17139—1997)TM;总Hg的测定一冷原 子吸收分光光度法(GB/T17136-1997)【4】;总As的测 定一硼氢化钾一硝酸银分光光度法(GB/T17135— 1997)J;Cu,Zn的测定一火焰原子吸收分光光度 法(GB/T17138—1997)j.使用的重金属标准土壤样 品代号为GSS.1,每批样品(约20个)中带标样12 个,并且随机取20%的测试样品作重复测试样,以 此对测试结果的质量作控制. 2结果与讨论 试区土壤重金属含量情况列入表1.由表l可 见:试区土壤中As含量范围为4.3,42.9mg/kg, ?本研究为国家重点基础研究发展规划项目(2002CB410805)和中国科学院知识 创新工程重要方向项目(~CX3一s~-4zT)的部分研究内容. l48土壤第37卷 绝大部分样品含量<10mg/kg,仅传统菜地个别样品 中As含量>40mg/kg;Cr含量范围为49.8—101.7 mg/kg,不同利用方式土壤中cr,Hg,Ni,zn分布 并无明显差异;Cu含量范围为15.0,125.4mg/kg, 蔬菜基地和大棚菜地土壤中Cu含量略高;传统菜 地土壤中的Pb略高于其他利用类型土壤;水稻田及 传统菜地土壤中的Cd含量相近,而蔬菜基地和大 棚土壤中的Cd略高,最高点为1.67mg/kg,出现在 蔬菜基地.曾有研究者提出:土壤利用方式不同, 土壤重金属污染有明显差异.水稻土中Zn,Cd, As,菜园土中Cu,Pb及果园土中Ni,Hg含量为最 高.在本研究中发现,供试区土壤的4种不同利用 方式对土壤中有毒有害元素积累的影响并不十分突 出. 表1试区土壤有毒有害元素的含量(mg/kgdw,n=89) Table1Contentsofharmfulchemicalelementsinthesoilsofthetestedarea(mg/kgdw,n=89) AsCdCrCuNiPbZn 总体 (n=89) 水稻田 (n=12) 传统菜地 (n=50) 蔬菜基地 (n=l4) 大棚蔬菜地 (n=l3) 均值7.20.369.835.4 范围4.3,42.90.1,1.749.8,101.715.0—125.4 标准差3.990.1910.4716.14 均值7.00.371.735.4 范围5.9,8.00.2,0.454.2,101.722.2,59.2 标准差0.60.114.710.3 均值7.70.368.832.1 范围4.4,42.90.1,0.852.1,85.917.3,70.7 标准差5.30.110.19.1 均值6.60.474.842.4 范围4-3,8.80.2,1.757.3,89.2l5.0—125.4 标准差1.40.48.927.4 均值6.10.466.840.0 范围4.3,8.10.2,0.749.8,84.821.4,1I1.1 标准差1.10.18.823.6 有文章报导【8】,杭州近郊土壤重金属含量Cd为 0.447,6.63mg/kg,均值为1.35mg/kg;Pb为3.6, 1127.6mg/kg,均值为137-3mg/kg~Cu为1O.5, 187.8mg/kg,均值为48.8mg/kg;Zn为44.9,1127.6 mg/kg,均值为186.2mg/kg;Ni为16-2,41.5 mg/kg,均值为26.3mg/kg.相比较之下,本试区土 壤中Cd,Pb,Cu及Zn的含量均较低,Ni含量较 高.就蔬菜基地土壤有毒有害元素含量而言,有资 料介绍重庆市蔬菜基地土壤重金属含量情况【9J:As, Cd,Cr,Hg,Pb的范围分别为0.97,25.05, 0.005,1.180,21.25,93.8,0.028,0.669和6.5, 45-3mg/kg,均值分别为7.03,0.231,47.92,0.185 试区蔬菜基 和21.09mg/kg.与本研究相应值比较, 地土壤中有毒有害元素的检出范围和均值都明显高 于重庆,尤其是Cr,Pb,其主要原因应为经济发达 地区污染所致.在香港菜园土壤中As,Cd,Cu, Pb和Zn含量(均值)分别为13.5,1.27,19.8,43-3 和62.4mg/kgu,与之相比,本试区土壤除Cu含 量(均值35.4mg/kg)相对较高外,其他几种元素 均低于香港菜地土壤的相应值. 供试区土壤中Cu含量较高的原因可能有多方 面,其中之一应是小化工厂的排污所至;当地农田 土壤中重金属含量偏高的另一个可能的主要原因 是:大量施用Cu和Zn等重金属含量很高的有机肥. 欧洲的报道指出,有机肥,化肥和农药的大量使用, 是土壤中Cu和Zn污染的主要途径?".由于畜禽饲 料及其添加剂中往往含有大量的Zn和Cu,其难以 被完全吸收而排出,由畜禽粪便制成的复合肥,Zn 和Cu含量通常较高,长期大量施用有机肥无疑会 提高土壤重金属含量,因而由肥料造成的土壤有毒 有害元素污染应引起必要的关注.我国施用有机肥 有着悠久的历史和丰富的经验,从对环境的污染看, 无论是化肥还是有机肥,只要施用不当,均会出现 污染.过量施用化肥是有害的,但有机肥若用量过 大,腐熟不全,施用季节不当,也会对土壤和其他 环境产生污染.特别应注意的是,目前有机肥来源 48 他8?2??3乃4n诎肛 5654 9327 m3粥 ,珈一?,",跏一? 一453 ?一叭?……一nn.000 第2期安琼等:苏南某市农田土壤有毒有害元素分布状况及影响因素149 已发生了质的变化,尤其是集约化畜禽养殖场的畜 禽粪便已成为有毒物质集中的"毒品"库.在畜禽饲 料中,由于大量添加Cu,Fe,Zn,Mn,Co,Se和 I等元素,使得许多未被畜禽吸收的微量矿物元素又 从畜禽粪便中排出体外,严重污染环境.据报道, 我国饲料厂和养殖场普遍采用高Cu,高Fe和高zn 等微量元素添加剂.据我们2002年对江苏省近百家 大中型畜禽养殖场的调查研究资料,饲料中重金属 污染较严重,除Cu,Zn含量较高外,Pb,Cr和Cd 也超标;因生物富集作用,粪便中重金属含量较饲 料要高出数倍以上,Zn为1.0—6.6倍,Cu为1.0—4.4 倍,Pb为1.0,3.0倍,Cd为2.0,4.0倍,Cr为2.0 10.0倍,粪便中部分重金属含量超标数倍.当前 农业上使用的有机肥有不少是来自含化学激素或重 金属等饲料饲养的畜禽排泄物,不少企业制造的商 品有机肥的原料也不纯净.因此,有机肥也会变成 引发土壤污染的根源. 轮作方式对土壤中部分重金属的积累有一定的 影响,如图1所示:水稻一油菜轮作土壤中,Pb, Cr,Cu,Ni,Zn略高于其他轮作方式,其原因可能 是为保证油菜产量,通常要向土壤中施入大量的专 用肥,由此有毒有害元素随之进入土壤.此外,在 棉花一荷兰豆轮作的土壤中,As含量较高.我们认 为,就成土母质而言,该地区As含量很低,但在 2O世纪8O年代前,棉花种植过程中曾使用过含As 农药(以拌种为主),致使As在土壤中积累.此外, 除种葱,韭,蒜及叶菜的土壤中Pb,Cu,Zn略高 外(图2),在传统蔬菜地和露天蔬菜基地土壤中,未 发现不同蔬菜的种植对重金属积累有明显的影响. 而在大棚土壤中发现常年种植茄果类的土壤中部分 有毒有害元素含量略高于种植西瓜的土壤(图3). 张民等人【l列曾提出:一般连续种植3O年以上并 且施用了较多有机肥的菜园土,原母质得到极大改 变,多发育成厚熟菜园土;连续种植2O,3O年的多 为中度熟化菜园土;种植lO,2O年的多为轻度熟化 菜园土,在分类上仍属于原母质的土类.按此分类, 本供试区种植lO年左右的传统菜地为轻度熟化菜 园土,而种植2O年以上的为中等熟化菜园土,供试 区轻度熟化菜园土中有毒有害元素的含量明显高于 中等熟化菜园土(图4).究其原因,可能为:种植 年限>20年的蔬菜地大多为老的自留地,处于农舍 附近,少有重金属类污染物进入,而种植lO年左右 的蔬菜地,多在城镇附近,其产品主要为满足市场 bo 誊 钿 鼍 g V 咖{ 钿 勺 bo bo 暑 加 l I蜜PbCrNiCuZ" 元素 图1不同轮作方式土壤中部分重金属的分布 Fig.1DistributionofSONICheavymetalsinthesoils underdifferentcroprotationpatterns PbCrNiCuZn 元素 图2种植不同蔬菜的传统菜地土壤中重金属分布 Fig.2Distributionofsomeheavymetalsinsoilsgrowing differentvarietiesofvegetables —HgAsPbCrCdCuNi 元素 图3种植不同作物的大棚土壤中有毒有害元素含量情况 Fig.3Contentsofsome,harmfulelementsingreenhousesoils growingdifferentvarietiesofvegetables 需要,因此化肥的投入量大,且承受的工业污染较 重,因此土壤中有毒有害元素含量更高. 按照GB/T18407.1-2001《农产品质量安全:无公 害蔬菜产地环境要求》中所列各种有毒有害元素在 土壤中的最高允许值对供试区土壤环境质量现状进 行评价,发现试区土壤中Cd含量超标点位最多, 000000O 蛐如?m:.:会鲫加?如加如加mo I50土壤第37卷 l60 l40 120 日 00 80 60 40 20 0... _,-HgAsPbCrCACuNiSeZn 元素 图4种植年限不同的传统蔬菜地土壤中有毒有害元素含量 Fig.4Conte~ntsofSOII~harmfulelementsinvegetablesoils Differentindurafionofcultivation 而且超标点位多位于河流旁边.我们分析此状况认 为:土壤中有毒有害元素主要来源之一应是灌溉水. 试区因成土母质为长江冲积物,部分有毒有害 元素的背景值较高.随着人类活动的增强,尤其是 小型电镀厂,金属加工厂的"三废"无序排放,最终 使相当部分重金属进入农田土壤.而劣质肥料的使 用也是重金属进入农田土壤的一个重要途径.有毒 有害元素是土壤环境中一类具有潜在危害的污染 物,在土壤中一般不易随水淋滤,不可生物分解, 一 些元素还可生物富集,某些重金属如Hg在土壤 中还转化为毒性更大的甲基化合物.与其他污染物 一 样,由于有毒有害元素对土壤污染的隐蔽性,使 人们不易觉察或注意,并且一旦其毒害作用表现出 来就难以消除.对一些严重的点位,可采取适当的 修复技术,对土壤进行治理,以防止通过食物链进 入人体. 3结论 (1)试区土壤有毒有害元素Cd,Pb,Cu及Zn 比杭州近郊土壤中的含量低,Ni含量较高;与香港 菜园土壤相比,试区土壤有毒有害元素含量(均值) 除Cu外,As,Cd,Pb和Zn含量均低于香港菜园 土: (2)轮作方式和不同作物的种植对土壤中部分 有毒有害元素的积累有一定的影响,但影响程度并 不突出; (3)蔬菜种植年限对土壤中有毒有害元素的积 累有明显的影响作用,轻度熟化菜N~e有毒有害 元素的含量明显高于中等熟化菜园土. 参考文献 1中华人民共和国国家标准.土壤质量一铅,镉的测定:石 墨炉原子吸收分光光度法(GB/T17141—1997).北京:中 国标准出版社.1997 2中华人民共和国国家标准.土壤质量一总铬的测定:火 焰原子吸收分光光度法(GB/T17137—1997).北京:中国 标准出版社.1997 3中华人民共和国国家标准.土壤质量一镍的测定:火焰 原子吸收分光光度法(GB/T17139—1997).北京:中国 标准出版社.1997 4中华人民共和国国家标准.土壤质量一总汞的测定:冷 原子吸收分光光度法(GB/T17136—1997).北京:中国标 准出版社.1997 5中华人民共和国国家标准.土壤质量一总砷的测定:硼 氢化钾一硝酸银分光光度法(GB/T17135—1997).北京: 中国标准出版社,1997 6中华人民共和国国家标准,土壤质量一铜,锌的测定:火 焰原子吸收分光光度法(GB/T17138,1997).北京:中国 标准出版社.1997"-, 7苏年华,张金彪,王玉.福建省重金属污染及其评价. 福建农业大学,1994,24(4):434—439 8王美青,章明奎.杭州市城郊土壤重金属含量和形态的 研究.环境科学,2002,22(5):603—608 9李其林.黄昀,赵中金,骆东奇.重庆市蔬菜基地土壤 重金属含量情况.土壤,2001,33(3):159—162 10陈同斌,黄铭洪,黄焕忠.周海云.香港土壤中的重金 属含量及其污染现状.地理.1997,52(3):228—236 11StannersD.BourdeauPEurope'SenvironmenttheDobris assessement.Copenhagen:EuropeanEnvironmentAgency. 1995,146—171 12张民,龚子同.我国菜园土壤中某些重金属元素的含量 与分布.土壤,1996,33(1):85—93 第2期安琼等:苏南某市农田土壤有毒有害元素分布状况及影响因素l5l DISTRIBUTIoNoFlRMFULCHEMICALELEMENTSIN AGRICULTURALSOILOFSOUTHJIANGSU,CHINA ANQiongDONGYuan—huaWANGHui (InstituteofSoilScience,ChineseAcademyofSciences,Nanjing210008) AbstractThefocusofthisresearchistodiscussdistributionofsomeharmfulchemicalelementsinfarmland. asaffectedbysoilutilization,croprotation,varietyofcropsorvegetationanddurationofcultivation.Resultsshowthat contentsofharmfulchemicalelementsvarygreatlyinthetestfieldsfrom0.05to2.35forHg,4.28to42.90forAs. 22.50to106.50forPb,49.80to101.70forCr,0.09to2.16forCdand15.00to125.40mg/kgforCu.Thecontentsof Cd,Pb,CuandZninthetestfieldsarelowerthaninthat,respectively,inthevegetablesoilinHangzhou.butthe contentofNiistheopposite.ComparedwiththoseinvegetablesoilinHongKong,theaveragecontentsofAs,Cd,Pb andZnarelower,butCuisanexception.Croprotationandcropdiversityhasadefinitebutinsignificantinfluenceon accumulationofsometoxicheavymetalsinsoil,whereasdurationofcultivationhasamuchobviousone.Contentsof harmfulchemicalelementsinvegetablesoilslowinmellownessareobviouslyhigherthaninthosemoderatein meI】owness. KeywordsHarmfulchemicalelements,Farm,Vegetableland,Paddy,Durationofcultivation