贵州省罗甸北部喀斯特地区土壤和农作物中镉的分布特征及风险评价

摘要

贵州省罗甸北部属于典型的喀斯特地区,呈高镉(Cd)地质背景、土壤贫瘠并且农业活动频繁.为探究研究区土壤和农作物中是否存在Cd超标,是否对当地居民产生潜在健康风险,特展开以村镇为单位的小尺度采样,利用地统计学和ArcGIS技术分析喀斯特地区土壤和农作物中Cd含量特征、空间分布规律、污染程度和来源,并进行健康风险评价.研究结果如下: (1)根据土壤Cd含量水平空间分布得出:喀斯特地区耕地土壤、林地土壤Cd含量几何均值分别为1.33mg·kg-1、1.57mg·kg-1;非喀斯特地区耕地土壤、林地土壤Cd含量几何均值分别为0.27mg·kg-1、0.22mg·kg-1.土壤Cd含量总体特征为:喀斯特区＞非喀斯特区,两者含量呈显著性差异(P＜0.05),说明研究区喀斯特地区土壤中出现了Cd的富集,且喀斯特区Cd含量趋势为:林地土壤>耕地土壤.喀斯特区耕地土壤Cd含量垂向分布规律得出:表层土壤(0~10cm)Cd元素有明显累积现象,其含量普遍高于中层和深层土壤. (2)半变异函数分析表明,土壤Cd含量具有较强空间自相关,以结构性空间变异为主,控制因素主要为自然因素.根据空间分布规律看出,研究区土壤Cd含量低值区与非碳酸岩出露的非喀斯特地区重合(沫阳镇、交砚乡),Cd呈无污染风险和低潜在生态风险,中值风险区和高值风险区在空间上与碳酸盐岩大面积出露的喀斯特地区有很好的耦合度,Cd呈轻度-重度污染风险和中等-极强潜在生态风险,尤以木引镇西部、罗沙乡和栗木乡Cd污染风险最为突出. (3)喀斯特区玉米、水稻籽粒Cd含量均值分别为0.033mg·kg-1、0.109mg·kg-1,非喀斯特区玉米、水稻籽粒Cd含量均值分别为0.01mg·kg-1、0.08mg·kg-1,均低于食品安全标准中Cd的限量值,在不同岩性分区中,水稻Cd均值高于玉米,两者有显著性差异(P<0.05),且单因子指数均值低于1. (4)在研究区各乡镇中,共有15件农作物样品超标,超标率为9.68%.水稻富集Cd的能力高于玉米,其中,玉米的富集系数为0.98%,属于弱富集,水稻富集系数为3.74%,属于中度富集.从农作物空间分布特点看,玉米Cd含量较高的地区位于边阳镇南部,水稻Cd含量较高的地区位于栗木乡东南部和董当乡的西部.将研究区农作物与土壤的Cd含量空间分布图进行对比发现,两者均无明显的相关性.说明土壤Cd含量高低对作物吸收和作物可食部分体内Cd含量的积累关系并不显著. (5)健康风险评价表明,喀斯特区Cd含量在不同暴露途径下对成人和儿童的非致癌风险和致癌风险均高于非喀斯特区.在喀斯特区,Cd含量对成人不存在非致癌风险,但对当地儿童存在潜在的非致癌风险,且致癌风险是成人和儿童可接受的范围.在非喀斯特地区,Cd含量对成人和儿童不存在非致癌风险,且致癌风险也均在可接受范围.儿童Cd的致癌风险和非致癌风险均高于成人;且成人和儿童农作物Cd经口摄入途径下的风险值最大,其中水稻风险值最高.

目录

第一章 绪论

1.1 喀斯特地区研究现状

1.2 土壤和农作物Cd的来源及危害

1.2.1 Cd的主要来源

1.2.2 Cd的危害

1.3 Cd的评价方法研究

1.3.1 污染评价方法

1.3.2 基于GIS和地统计学的评价

1.3.3 健康风险评价方法

1.4 选题依据和研究意义

1.5 研究目标和内容

1.5.1 研究目标

1.5.2 研究内容

1.5.3 技术路线图

第二章 材料与分析方法

2.1 研究区概况

2.1.1 地质地貌

2.1.2 土壤类型

2.1.3 水文气候

2.2 样品采集及分析测试

2.2.1 表层土壤样品采集

2.2.2农作物样品采集

2.2.3土壤剖面样品的采集

2.2.4 样品的处理测试

2.3 数据处理与图形制作

2.4 Cd含量评价标准

第三章 土壤Cd的含量特征与空间分布

3.1 土壤pH值分布特征

3.2 土壤Cd含量描述性统计分析

3.3 土壤Cd半变异函数分析

3.4 土壤Cd空间分布特征

3.4.1 土壤样点Cd含量空间分布

3.4.2 土壤Cd含量空间插值分析

3.5 土壤Cd的垂向分布特征

3.6 小结

第四章 农作物Cd的含量分布特征

4.1 农作物籽粒Cd的含量特征

4.2 农作物Cd的生物富集特征

4.3 农作物Cd的空间分布特征

4.3.1 水稻Cd含量空间分布

4.3.2 玉米Cd含量空间分布

4.4 不同地区农作物中Cd含量特征

4.5 土壤和农作物中Cd含量相关性分析

4.6 小结

第五章 土壤和农作物Cd污染风险评价

5.1 土壤Cd污染现状评价

5.1.1 土壤Cd单项污染指数评价

5.1.2 土壤Cd地累积指数评价

5.2土壤Cd潜在生态风险评价

5.3 农作物Cd单因子指数评价

5.4 土壤和农作物Cd的健康风险评价

5.4.1 暴露模型及参数的选择

5.4.2 健康风险评价模型

5.4.3 健康风险评价结果与分析

5.5 Cd污染风险区识别与管控

5.6 小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

附录

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