湘江中下游有色矿冶区农田土壤与河流沉积物重金属污染特征研究

摘要

湖南是有色金属之乡，湘江中下游相对密集的矿冶生产活动对周边农田土壤和农作物（蔬菜和稻米）、湘江河流沉积物和河水影响很大。本研究以湘江中下游有色矿冶区农田土壤、蔬菜、稻米、河流沉积物和河水为研究对象，探讨金属元素在有色矿冶区土壤-蔬菜体系和河流沉积物-河水体系中的污染状况及其环境活性；研究土壤pH值、有机质、质地、铁铝氧化物等基本理化性质、土壤中重金属活性组分的分布特征，阐明重金属在土壤中的交互作用行为及其在典型污染土壤剖面中迁移特征；河床和河岸沉积物中重金属的生物有效性、潜在风险以及河岸沉积物剖面中重金属的迁移特征。研究结果如下： 湖南有色矿冶区农田土壤、蔬菜和稻米中主要污染元素为As、Cd、Cu、Pb和Zn，其中矿冶区农田土壤中As、Cd、Pb和Zn平均含量（几何均值）远高于我国土壤环境质量标准（GB 15618-1995）Ⅱ级标准，尤以Cd （11.13 mg kg-1）、Pb （742.24 mg kg-1）和Zn （966.42 mg kg-1）显著；蔬菜中Cd、Pb、As平均含量依次为0.37、1.42、0.17 mg kg-1，稻米中Cd、Pb、As平均含量依次为0.46、6.04、0.58 mg kg-1，这些含量均明显超过我国食品卫生标准（GB 2762-2005）。蔬菜土壤中Cd活性组分以酸可提取态为主，As、Cu和Pb以可还原态为主，Zn以酸可提取态和可还原态为主；Cd、Cu和Pb的可提取态含量与土壤全量之比依次高达61.71％、43.14％和48.84％； As、Cd、Cu、 Pb、Zn有效性组分之间存在明显的复合污染效应，土壤中Cd、Cu和Zn可提取态含量与蔬菜中Cd、Cu、Zn含量之间均存在显著正相关关系（P<0.05）。蔬菜土壤中酸可提取态Cd与Ca、Cu、 Fe、Zn之间，Pb与Cu、Zn、Fe之间，可还原态As与Fe、Mn含量之间，Pb与Fe、Mn含量之间存在显著的相关性（P<0.05）。土壤中可提取态Cd的含量明显受土壤pH影响而Pb活性含量随土壤中有机质和铁铝氧化物含量的减少而升高。典型污染土壤剖面中Cd和Pb可提取态含量与土壤全量之比远远超过As和Zn，表明Cd和Pb的环境活性明显高于As和Zn，Cd和Pb对周边环境和人体健康具有更大的潜在风险。尤其是株洲和衡阳土壤剖面中As、Cd、Pb和Zn的污染特征明显与矿冶活动相关，土壤表层中As、Cd、Pb和Zn含量越高，剖面中的下渗越剧烈。 湘江株洲-长沙段河水中As、Cd和Pb平均含量略高于地表水环境质量标准限量（Ⅲ类）（GB 3838-2002）；河流沉积物中主要污染元素为As、Cd、Pb和Zn，河岸沉积物中Cd、Pb和Zn的平均含量（算术均值）依次为94.08、1520.94和2122.48 mg kg-1，河床沉积物中As、Cd、Pb和Zn的平均含量依次为582.27、64.74、1056.83和2272.77mg kg-1。与《农用污泥中污染物控制标准值》（GB 4284-84）中在酸性土壤（pH<6.5）上的规定值相比，河岸沉积物中Cd、Pb和Zn与河床沉积物中As、Cd、Pb和Zn完全超标。株洲.长沙段河岸沉积物中As、Cd、Cr、Cu、Fe、Mn和Zn含量顺着河道方向呈现显著增加而河床沉积物中Cd Cu、Cr、Pb和Zn含量沿着河道方向趋势平稳。河流沉积物中Pb和Zn主要以酸可提取态和可还原态存在，Cd主要以酸可提取态存在；酸可提取态和可还原态Cd、Pb、Zn含量比例可占其总量的31％-80％。湘江中下游河流沉积物潜在的健康风险主要来源于沉积物中的Cd。株洲-长沙河段上游河岸沉积物剖面各个采样深度中As、Cr、Cd、Cu、 Pb和Zn含量都低于下游剖面相应深度相应元素的含量。As和Cr在沉积物剖面中含量分布变化很大，且在湘潭河段的上游河岸沉积物中As和Cr含量很高，而Pb和Zn变化不明显。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章概述

1.1土壤重金属污染

1.1.1来源

1.1.2研究现况

1.2河流沉积物重金属污染

1.2.1来源

1.2.2研究现况

1.3湘江中下游流域环境现状

1.3.1自然地理条件

1.3.2社会及经济概况

1.3.3有色金属矿产资源特征

1.3.4湘江中下游水体重金属污染

1.4本研究意义和主要内容

1.4.1研究意义

1.4.2研究内容

1.4.3技术路线

第二章材料与方法

2.1样品采集

2.1.1土壤和蔬菜样品

2.1.2河水和河流沉积物样品

2.2样品处理

2.2.1预处理

2.2.2消煮与提取方法

2.3测试与分析

2.3.1实验设备

2.3.2测试方法

2.4河流沉积物潜在环境风险评估

2.5数据统计与分析

第三章湘江中下游有色矿冶区农田土壤重金属污染特征

3.1农田土壤、蔬菜和稻米中元素含量

3.1.1农田土壤矿物学特征

3.1.2农田土壤基本理化性质

3.1.3土壤元素含量及其污染特征

3.1.4蔬菜和稻米中重金属含量

3.2蔬菜土壤中重金属环境活性与相互作用

3.2.1土壤元素形态分布与环境活性

3.2.2土壤毒性元素与矿质营养元素活性形态的相互作用

3.2.3土壤基本理化性质对重金属活性的影响

3.2.4土壤与蔬菜中重金属相关分析

3.3典型污染土壤剖面中重金属的迁移特征

3.3.1剖面土壤的基本理化性质

3.3.2土壤剖面中重金属的分布特征

3.4小结

第四章湘江株洲-长沙段河流沉积物重金属污染特征

4.1河水重金属污染水平

4.2河流沉积物重金属污染状况

4.3河流沉积物重金属形态分布特征

4.4典型河岸沉积物剖面重金属空间分布

4.4.1河岸沉积物剖面重金属污染状况

4.4.2河岸沉积物剖面中重金属形态分布

4.5小结

第五章结论与建议

5.1结论

5.2建议

参考文献

致谢

附录