不同秸秆利用农业循环模式下重金属Pb、Cr、Cd、As的分配特征及其评价

摘要

在我国的农业生产中，每年都有数量庞大的秸秆资源不能被有效利用，循环农业的发展可以有效的实现秸秆的资源化，将其变废为宝。农田循环、农菌循环和农牧循环是河南省的三种常见的农业循环模式。但是在这些循环模式中不仅仅存在营养元素的迁移传递，重金属等有害元素也随之而发生迁移，从而胁迫农作物的生长造成粮食减产，并通过食物链进入人体直接危害人类健康。
　　本研究以农田循环、农菌循环和农牧循坏三种循环模式为载体，针对2013-2014年小麦和玉米两季作物秸秆，采用秸秆直接粉碎还田、秸秆栽培食用菌后还田、秸秆过腹还田等形式，采集相应农作物的土壤、秸秆、籽粒，食用菌的菌料、食用菌体、菌渣，以及畜牛的饲料、牛肉、牛粪样品，利用电感耦合等离子发射光谱法(ICP)测定样品中重金属Pb、Cr、Cd、As含量，以摸清重金属在三种农业循环链中的分配特征，并通过单项污染指数法和内梅罗综合污染指数法来评价重金属的污染风险，通过不同循环模式间富集系数和重金属转运率的对比对，不同循环链中重金属控制措施进行深入探讨。
　　通过对研究的分析与讨论，得到主要结论如下:
　　1.在小麦-玉米两熟农田秸秆直接还田的农田循环模式中，四种重金属在土壤中的含量没有超过《土壤环境质量标准》(GB15618-1995)中的规定，其中重金属Cr和Cd在小麦和玉米的根系中含量比土壤有明显上升，表现出来一定程度的富集;Pb和As则没有这个现象;重金属从农作物的根系到茎叶再到籽粒，其含量依次降低，但是在小麦籽粒和玉米籽粒中Pb和As的污染风险较高;在一个循环周期后，农田土壤中四种重金属的含量Cr为持平，Pb、Cd和As有小幅下降。
　　2.在利用作物秸秆栽培食用菌，并将菌渣再还田的农菌循环模式中，重金属在食用菌菌料中的含量和相应农作物秸秆中的含量相近，而食用菌中重金属含量较低，其大部分残留在菌渣中;菌渣还田后，土壤中四种重金属的含量都处于《土壤环境质量标准》(GB15618-1995)限量标准以下，农作物的根系对Pb和As没有明显的富集，而重金属Cr和Cd的含量较土壤则出现了大幅升高;同时籽粒中的重金属含量低于茎叶，其中只有玉米籽粒中的Pb具有轻度污染风险。
　　3.在利用作物秸秆饲喂畜牛，牛粪再还田的农牧循环中，饲料中的重金属含量略高于对应秸秆中的含量，牛粪中的重金属含量基本上和饲料中的持平;小麦季和玉米季秸秆饲喂畜牛的牛肉的重金属含量都远低于我国食品卫生标准《食品中污染物限量》(GB2762-2005)中的规定;牛粪还田后，重金属Pb、Cr、Cd和As在土壤中的含量低于《土壤环境质量标准》(GB15618-1995)限量标准值，在农作物体内重金属含量均为根系＞茎叶＞籽粒，对籽粒的重金属污染风险评价均为未污染。
　　4.经单项污染指数法和内梅罗综合污染指数法对三种秸秆利用循环模式中不同环节重金属污染状况评价显示，在土壤重金属没有超标的情况下，小麦和玉米籽粒易受重金属Pb和As的污染;对此三种循环模式，农菌循环中从秸秆向食用菌迁移的重金属量要高于农牧循环中从秸秆向牛肉中的迁移，所以农菌循环中食用菌更容易受到重金属污染;三种农业循环模式中重金属浓度富集系数最高的部位是农作物的根系，重金属转运率最高的是农作物的茎叶，因此根、茎叶应该是农业循环中重金属迁移阻控的关键节点。

目录

摘要

1 引言

1．1 研究背景

1．2 研究现状

1．2．1 当前中原经济区的农业循环概况

1．2．2 农业循环中重金属Pb、Cr、Cd、As污染的来源及危害

1．2．3 农业循环中重金属的污染现状

1．2．4 农业循环中重金属的迁移方式

1．2．5 重金属污染评价方法

1．2．6 不同农业循环模式下重金属污染治理措施的研究

1．3 研究的目的及意义

1．4 技术路线

2 材料与方法

2．1 试验设计

2．2 样品处理与测定

2．2．1 试验样品的前处理

2．2．2 重金属含量的测定

2．2．3 样品中重金属含量的计算方法

2．3 重金属污染评价标准与方法

2．3．1 试验中采用的重金属污染限量标准

2．3．2 重金属污染风险评价方法

2．3．3 重金属富集系数

2．3．4 重金属转运率

2．4 数据统计分析

3 结果与分析

3．1 农-田循环中重金属的分配特征及污染风险评价

3．1．1 农-田循环中重金属Pb的分配特征

3．1．2 农-田循环中重金属Cr的分配特征

3．1．3 农-田循环中重金属Cd的分配特征

3．1．4 农-田循环中重金属As的分配特征

3．1．5 农-田循环中重金属Pb、Cr、Cd、As污染的风险评价

3．1．6 农-田循环中重金属Pb、Cr、Cd、As的富集规律

3．2 农-菌循环中重金属的分配特征及污染风险评价

3．2．1 农-菌循环中重金属Pb的分配特征

3．2．2 农-菌循环中重金属Cr的分配特征

3．2．3 农-菌循环中重金属Cd的分配特征

3．2．4 农-菌循环中重金属As的分配特征

3．2．5 农-菌循环中重金属Pb、Cr、Cd、As污染的风险评价

3．2．6 农-菌循环中重金属Pb、Cr、Cd、As的富集规律

3．3 农-牧循环中重金属的分配特征及污染风险评价

3．3．1 农-牧循环中重金属Pb的分配特征

3．3．2 农-牧循环中重金属Cr的分配特征

3．3．3 农-牧循环中重金属Cd的分配特征

3．3．4 农-牧循环中重金属As的分配特征

3．3．5 农-牧循环中重金属Pb、Cr、Cd、As污染的风险评价

3．3．6 农-牧循环中重金属Pb、Cr、Cd、As的富集规律

4 讨论与结论

4．1 讨论

4．1．1 不同循环模式下重金属分配特征比较

4．1．2 不同循环模式下重金属污染风险评价比较

4．1．3 不同循环模式下重金属迁移阻控关键环节讨论

4．2 结论

4．3 研究展望

参考文献

致谢

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