苍南县主要农产品与产地环境重金属污染调查及评价-丁能飞.docx

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1、浙江大学农业与生物技术学院 硕士学位论文 苍南县主要农产品与产地环境重金属污染调查及评价 姓名：丁能飞 申请学位级别：硕士 专业：农业推广 指导教师：田光明；傅庆林 20081101 摘要 本论文以苍南县十三个农产品基地作为研究对象，分析了农产品、 土壤与水环境的重金属污染状况并进行了评价，探明农产品受污染的成 因，叨确了土壤中重金属含量对农产品重金属污染的影响。本论文得到的 结论主要如下： 1.苍南县主耍农产品安全性状况：金乡、腾洋、马站与宜山等四个 水稻生产基地的稻米综合污染指数均小于 a 7,都属于清洁水平，稻米中 主耍污染因子为Pb。 4个蔬菜生产基地的蔬菜综合污染指数均小于 . 7,

2、 因此均为清洁蔬菜。，五个水产品生产基地中紫菜已经遭到中度污染，主耍 受到 As的污染，缢蛏尚清洁，但已经处于污染警戒等级，而鲢鱼属清洁 水产晶。 2“ 农产品产地环境质量状况：四个水稻生产基地环境质量达到清洁 水平，适合发展安全稻米生产。四个蔬菜生产基地环境质量达到清洁水平， 适合发展安全蔬菜生产，但金乡的土壤中汞污染指数达到了 1.0,处于污 染临界水平，己经受到萊的污染 威胁 .。五个水产品生产基地环境质量为清 洁水平，适合发展安全水产品生产，但大渔基地的养殖水汞污染指数已到 1.0, 正受到汞污染的危险。 3. 土壤重金属含量对农产品重金属污染的影响：稻米中 Hg、 As和 Cd 含量

3、分别与土壤中 Hg、 As和 Cd含量成显著正相关，稻米中 Hg、 As和 Cd 主要来源于土壤 ;蔬菜中 Hg和 As含量分别与土壤屮 Hg和 As含量没有显 著的相关性，表明蔬菜中 Hg和 As受其他因素的影响更多，土壤中 Pb和 Cd未被蔬菜吸收而产生污染；水产品与底泥中 Hg、 As、 Cu均没有显著相 关性， Cr、 Cd、Pb在底泥中有检出，而 Pb在水产品中都没有检出， Cr 和 Cd也在多个水产品样品中无检出，说明养殖区底泥的重金属不是水产 品中重金属的主要来源。 关 键 词 ： 农 产 品 产 地 环 境 重 金 属 污 染 评 价 Abstract The situatio

4、n of heavy metal pollution of soil, water and agricultural products in 13 bases of agricultural products of Cangnan county was analyzed and evaluated. The aim of the research is to prove up the cause of heavy metal pollution of agricultural products and the impact of the heavy metal content of soil

5、on agricultural products. Following conclusions were achieved: 1. The quality condition of main agricultural products: the synthesis pollution indexes of 4 paddy bases (Jingxiang, Tengyang, Mazhan and Yishan) and 4 vegetable bases were under 0.7 which were under the safe-food standard. The main poll

6、ution element of paddy was Pb. The laver from 5 aquatic product bases had been polluted by heavy metal As. The razor clam and silver carp were still under safe-food standard while the razor clam had been polluted slightly. 2. The quality condition, of agricultural environment: The environments of 4

7、paddy bases and 4 vegetable bases were clean which can develop green-food. The Hg pollution indexes of soil in Jingxiang exceed 1.0 suggesting these spots had been polluted by heavy metal Hg. The environments of 5 aquatic bases were clean which can develop green-food. The Hg pollution indexes of Day

8、u exceed 1.0 suggesting these spots were in danger of heavy metal pollution. 3. The impact of the heavy melal content on agricultural products: There were significantly positive correlations between the concentrations of Hg, As and Cd in paddy and the content of them in paddy soils, which meant the

9、sources of Hg, As and Cd in paddy were paddy soil. There were no significantly correlations between the concentrations of Hg and As in vegetable and the content of them in vegetable soils which meant the main sources of Hg and As in vegetable were not soil. Pb and Cd in the soil had not been absorbe

10、d by vegetable on them. There were no significantly correlations between the concentrations of Cr, Cd and Pb in aquatic products and the content of them in aquatic soils. The content of Cr, Cd and Pb in aquatic soils had been tested while there were no Pb in all aquatic products and Cr, Cd in most a

11、quatic products, which suggested the heavy metal of soil were not the main source of heavy metal of aquatic products. Key words: agricultural product, environment, heavy metal, pollution, assessment 致谢 本研究在导师田光明教授和傅庆林研究员的悉心指导下完成的。论文从选题、设讣 到最后的论文撰写定稿，得到了两位导师的精心指导和修改。两位导师渊河的专业知识、 严茆的治学态度、认真负责和勤奋敬业的精神，

12、使我深受感动。值此论文完成之际，我 以最诚挚的心意向两位导师表示衷心的感谢！ 在实地调査与采样过程中，得到了苍南县科技局、农业局、水产研究所领导的大力 支持，在此对他们表示衷心的感谢！在论文的撰写、资料查询和数据整理过程中得到了 林义成、郭彬、刘探、包崇来、胡天华同志的大力帮助，在此向他们表示诚挚的感谢！ 在浙江大学学习期间，得到了林良夫老师、袁熙贤老师、马永芳老师和王晓燕老师 的义心和 帮助，在此向他们表示衷心的感谢！ 衷心感谢所有支持和帮助我工作、学习与生活的老帅、领导、同事和別友们！ 最后，向参加本论文答辩和评阅的各位专家、教授致以最诚挚的谢意！ 丁能飞 2008年 11月 1文献综述

13、1.1重金属污染的现状 随着世界人口的快速增长、工业生产规模的不断扩大和城市化的快速发展，环境 污染问题已经被越来越多的人们所关注，特别是含有重金属的物质通过各种途径迸 入环境，参与土壤 -水体 -生物系统的循环，并通过食物链逐级富集进入人的食物链， 对人体的健康与安全构成严重的威胁。重金属是指密度大于 Sg/cm1*的一类金属元素， 人约有 45种，环境污染方而所说的重金属，实际上主要是指汞 (Hg)、 镉 (Cd)、 铅 (Pb)、 铬 (Cr)、 以及类金属砷 (As)等生物毒性显著的重金属，也包括具有一定毒性的一般重 金如如锌 (Zn)、铜 (Cu)、 钴 (Co)、 镇 (Ni)、

14、锡 (Sn)等 （ 王宏镔 ， 2005)。 日前，世界各国均存在不同程度的重金属污染。据估计，过去 50年中全世界排放 到环境巾的 Cd达到 2.2万 t、 Cu约 93.9万 t、 Pb为 78.3万 t、 Zn为 135力 (Singh， 2003)。 一些国家如英国、美国、瑞典、加拿大、澳大利亚等国土壤屮重金属镉、铅、铜、锌 浓度与欧共体推荐的最大量相比都出现了不同稈度的污染 firuk等 (1998)报道，多 瑙河匈牙利境内的重金属污染严重 ,尤其是 As， Zn ,Hg ,Cd ,Cr等，在靠近城市、工 业区及主要支流的重金属浓度显著增高。在美国与墨西哥交界带的 Kiorande流

15、域由 于沿河两岸的矿产开采和冶炼废水的污染，水体及沉积物中重金属含量严重超标 (Kios Arana， 2003)。 “ 我国重金属污染情况也比较严重。据统计， 1992年我国约有 1.3万 hm2耕地受到镉 的污染，涉及 11个省市的 25个地区；约有 15个省市的 3.2万 hm2耕地受到汞的污染。 1998 年我国由于重金属污染而引起的粮食减产达 1000万 t。 根据农业部环保监测系统 2000 年对全国 24个省市 329个严重污染的 8223万亩土壤调査发现 :大田类农产品，其中重金 属超标占污染土壤和农作物的 80%。 2000年对全国 2. 2亿吨粮食调査发现，粮食中重金 属超

16、标10% (卢声， 2004)。中国北方大城市的蔬菜基地和部分商品粮基地也 存在着 不同程度的重金属污染，如北京、天津、西安、沈阳、济南、长春、郑州等地；南方 相对较轻，如福州、宁波、上海、武汉、成都等地。土壤重金属污染将会造成生态系 统的严重破坏。从中 0上壤资源状况看，到 2000年底屮国人均耕地仅为 0.1 hm2,肋且 随肴今后屮国经济社会的发展如生态退耕、农业结构调整及自然灾害损毁等，丄壤资 源将进一步减少 （ 张从， 2000)。囚而如何有效地控制及治理土壤重金屈的污染，改 良七壤质量，将成为生态环境保护工作中非常重要的一项内容。 1.2农产品中重金属的来源 农产品中的重金属主要来

17、源于土壤、空气以及地表水等，其中来自土壤的重金属 占的比例较大。 1.2.1污水灌溉与污泥施用 污水灌溉在我闺北方严重缺水地区如北京、天津、沈阳较为普遍，陈怀满等 (1999)报道表明，我国北方地区约占全国污灌面积的 90%以上，南方地区的污灌而 积仅占 6%，其余在西北和青藏。陈丙义 （ 2003)的试验表明，利用含重金属的矿坑水 (金属含量平均为 Cd 0.023, Cu 0.04, Ph 0.47， Zn 3.8mg/L)进行污灌后，土壤 Cd含量由 ft. 37增至 12. lmg/kg; Cu含量由 31增至 133mg/kg; Pb含量由 44增至 160 mg/kg; Zn 由

18、121 增至 37 Omg/kg。 污泥的不合理施用也会造成土壤污染，使农产品重金属含量超标。污泥中虽然含 有大量的有机质和氮、磷、钾等营养元素，但同时也含有大量的重金属，随着大量的 市政污泥进入农 HI,使农田中的重金属的含量在不断增高。污泥施肥可导致十壤中 CfK Hg、Cr、 Cu、 Zn、 Ni、 Pb含量的增加，且随污泥施用量的增多，累积污染越严逛。 Cd、 Cu、Zn可引起水稻、蔬菜的污染； Cd、 Hg可引起小麦、玉米的污染；污泥增加，青菜 中的Cd、 Cu、 Zn、 Ni、 Pb含量也增加 （ 杨居荣， 1984)。 Anthony (1997)研究表明， 用城市污水、污泥改良

19、土壤的同时，土壤重金属 Hg、 Cd、 Pb等的含量也明显增加。 许多研究指出，污泥的施用可使土壤重金属含量有不同程度的增加，其增加的幅度与 污泥中的重金属含量、污泥的 M用量及土壤管理有关。 1.2.2矿山开采、冶炼 金属矿山的开采、冶炼、重金属尾矿、冶炼废渣和矿渣堆放等，可以被各种酸溶 浸出含有金属离子的矿山酸性废水，随着矿山排水和降雨使之带入水 环境 (如河流等） 或直接进入上壤，从而间接或肓接地造成十壤重金屈污染。江西乐安江沾口 一 中洲由 T遭受徳兴铜矿的污染，水体及土壤中的重金属 Cu, Pb, Zn, Cr含量增岛，至鄱阳湖 段重金属含量逐渐降低（刘文新等， 1999)。 美国科

20、罗拉多州罗拉多流域受采矿的影 响，土壤重金属元素 Cd,Zn,Pb， As的浓度，以污染源为最髙，之后随着与污染源距离 延长而逐渐降低 （ Deacon, 1999)。 1.2.3大气沉降 大气屮的重金属主要来源于工业生产、汽车尾气排放及汽车轮胎磨损产生的大量 含重金属的有害气体和粉尘等。它们主要分布在工矿的周围和公路、铁路的两侧。大 气中的大多数重金属是经自然沉降和雨淋沉降进入土壤的。如瑞典中部 Falun市区的 铅污染，它主要来自于市区铜矿工业厂、硫酸厂、汕漆厂、采矿和化学工业产生大量 废物，由于风的输送，这些细微颗粒的铅，从工业废物难扩散至周围地区 (Lin， 1998)。 李湘洲 (2

21、003)在研究长株潭公路所做的实验结果表明，三个公路旁蔬菜采样地中铅含 量 (平均值 )达 46.05、 21.61、 14.38 呢 /1，超过食品卫生标准卬 82715 81)中铅含量 1. 00mg/kg数十倍，而相应二个采样点的土壤铅量也分别为 161.55mg/kg、 119.41mg/kg、 87.53mg/kg。 1. 2. 4化肥、农药与地膜的施用 化肥、农药与地膜是重要的农用物资，对农业生产的发展起了重耍的推动作用， 氾长期不合理施用，也会导致土壤重金属污染。重金属元素是肥料中报道最多的污染 物质。氮、钾肥料中重 金属含量较低，磷肥中含较多的有害重金属。许多研究表明， 随着磷

22、肥及复合肥的大量施用，土壤有效 Cd的含量不断增加，作物吸收 Cd量也相应 增加。据马耀华等 （ 1998)对上海地区菜园土研究发现 :施肥后， Cd的含量从 0. 13mg/kg 上升到 0.32rag/kg。 美国橘园每年施磷量为 175kg/hra2,36年后土壤 Cd含量从 0.07mg/kg上升到 l.Omg/kg;新西兰在同一地点施用磷肥 50年后， i;壤 Cd含量由 0.39mg/kg提高到 0.85mg/kg (Taylor, 1997)。有一些农药在其组成中含有 Hg、 As、 Cu、 Zn等重金属：如西力生 (C2H5HgCl)与赛力散 (C6H5HgC00H)是主要汞制

23、剂农药，上海 郊区从 1951年到 1976年共使用纯汞农药 92. 76t， 平均每公顷耕地承受汞农药为 250g(乔显亮， 2000); 些含 Cu和 Zn的农药，被大量用于果树和温室作物，常常会 造成土壤 Cu、Zn的超标，如在莫尔达维亚，葡萄生长季节要喷 5-12次波尔多液或类 似的制剂，每年约有 6000-8000吨的铜施入土壤；而砷化物在农业中被用作浓虫剂、 杀菌剂和除草剂，如果经常施用含 As农药，土壤屮 As的残留量会叨显增加，突 W密 执安州土壤中 As含量达到 112mg/kg (Anl.hmiy, 1997)。 近年来，地膜生产过程 屮加入 了含有 Cd、 Pb的热稳定剂

24、，也增加了土壤重金属的污染。 1.3重金属 ? 染的危舍 1. 3. 1重金属污染对植物的危害 重金属进入土壤后被吸附，或被植物和其他生物吸收，并危害食草动物。有些 重金屈是农作物生长的微量营养元素，如铜、锌、锰、钼、钴等，这些元素在低浓度 吋，对各种酶系产生催化作用而促进植物的生长，但在高浓度时也会破坏植物正常的 代谢功能，引起植物的发育障碍并影响对其它元素的吸收和代谢。对镉、铅、镍、汞 等元素而言，常常会使植物出现生长毒理毒害，造成植物死亡 （ Blaser, 2000)。农 业环境中重金属污染会随着大气、水土由植物的花器、叶片、根系等部位进入植物体， 不仅影响农产品的安全性，而且有可能对

25、植物体产生伤害。同时由于农业环境中的重 金属污染尤其是土壤重金属污染不易发现，具有隐蔽性和潜伏性，不易降解，不可逆 性和长期累积性，造成的后果尤其严重 (夏家淇 ， 1996;李波等， 2005;邵学新等， 2006) 重金属对植物的毒性影响主要有以下几方面的影响： 对种子萌发的影响 Peralta等 (2001)研究了 Cd(N03)2、 1： 2 207对苜蓿种子的萌发影响。结果表明， Cd2+、 Cr6+明显抑制苜蓿种子的萌发，当 Ccf浓度从 5 mg/L升到 40 mg/L时 ,苜蓿种子的萌 发率从 100%降低到了 55%，当 Cr6+浓度从 5 rog/L升到 40 mg/L时，

26、苜蓿种子的萌发率从 100%降低到了 40%。李丽君等 （ 2001)研究了不同浓度的 Cd2+对玉米萌发影响。结果表 明，当 Cd2+浓度为 0.5 1.0mg/L时， Cd2+可以促进玉米种子的萌发，提高玉米的发芽势 和发芽率，促进玉米芽与幼根的生长；高浓度的 Cd2+不利于玉米萌发和生长。 CcT对玉 米根生长的影响大于对芽生长的影响。 对作物生长和生理生化过程的影响 日本发现，大豆对土壤镉很敏感，土壤含镉 5mg/kg以上即可使大豆发生新梢黄化 现象，土镉含量更高吋可出现茎端停止伸长，萎缩，叶脉和叶柄组织出观紫揭色 。 Cd 的屯性主耍是破坏与呼吸及其他生理过程有关的碳酸酊酶，各种脱氢酶和磷酸酶，以