长江三角洲典型城乡交错区土壤重金属平衡及生态效应

摘要

随着中国城市化进程的加快，城乡交错区重金属污染问题越来越受到人们的关注。在具体的农业生产系统内，通过研究重金属输入、输出的途径及各途径的量化分析，能准确了解该系统中重金属污染及平衡情况，从而掌握重金属元素的积累趋势，为生态污染风险和农业可持续发展的评估提供重要依据。城乡交错区既是城市食物的王要供给区，又是接纳城市废弃物的主要场所，强烈的人为活动影响着该地区的生态环境。其中在这些地区零散分布的小型蔬菜生产系统，由于高投入、高输出的生产模式以及暴露于各种工业活动下，其生态环境已受到了不良影响，有可能危及到生产者和消费者的健康。本文以经济高速发展长三角地带的南京和无锡两个城乡交错区为例，通过两年的野外调查、输入输出物定量观察、系统内物质的重金属分析等工作，研究了典型农业型和典型工业型城乡交错区小型蔬菜生产系统重金属平衡状况，探讨了在目前重金属污染情况下的生态效应，做了相关的生态效应评价。主要结论如下： (1)城乡交错区蔬菜生产系统种植管理过程中重金属输入途径包括化肥，有机肥和灌溉水的输入，其中有机肥的施用是生产系统中重金属输入的最主要来源。 南京观察菜地种植管理过程中重金属输入通量Cu为1382+1292 g/hm<'2>，Pb为248±144 g/hm<'2>，Zn为4342+2768 g/hm<'2>，Cd为6.6±4.1 g/hm<'2>。无锡观察地输入通量Cu为3864±2002g/hm<'2>,Pb为245.3±156.5g/hm<'2>,Zn为6175±2690g/hm<'2>、Cd为7.86±4.4g/hm<'2>。与欧洲地区农业生产系统重金属年输入量情况(Landner，et al，2004：Moolenaar，1998；van Noort，et al．，2001)相比，研究区重金属输入通量比较高。 (2)城乡交错区蔬菜生产系统重金属平衡通量方面，综合大气沉降、土壤径流淋溶等因素进行生产系统风险评价结果表明，观察地块土壤重金属Cu、Zn、Cd存在较高污染风险。 南京观察蔬菜地四种重金属年平衡量都表现出盈余，即输入量大于输出量，各菜地盈余量Cu为1300.1±1254.9 g/hm<'2>，Pb为222.8±138.1 g/hm<'2>，Zn为3804.5±2620.4 g/hm<'2>，Cd为 4.9±3.9 g/hm<'2>。不同强度管理地块由于有机肥施用量的差异导致菜地土壤重金属平衡量差异，高强度的种植管理会加剧土壤重金属污染。 无锡观察蔬菜地的重金属Cu、Zn、Pb输入量大于输出量，表现为盈余，平衡通量Cu为3577±2150g/hm<'2>、Pb为511.3±234.8g/hm<'2>、Zn为4922±3504g/hm<'2>。由于施用的肥料尤其是有机肥量较大和接受较多的大气沉降量，露天地块Cu、Zn、Pb盈余量明显大于大棚地块(p<0.05)，而且种植年限短的表现更明显。露天地块Cd平衡表现为盈余，平衡通量为6.35±3.12g/hm<'2>。。而大棚地块Cd输出量大于输入量，输出量是总输入量的3.9-4.9倍。管理方式不同造成平衡量的差异，露天地块比大棚地块风险更大。 (3)参照国家土壤环境二级标准(GB15618-1995)，平衡试验初期观察地块土壤重金属含量均未超过此安全标准，但平衡试验后期部分表层土壤重金属含量已出现污染超标的现象。通过研究区蔬菜地土壤与水稻土壤分析比较，说明高强度的蔬菜种植管理不仅导致了土壤酸化，还导致了土壤重金属的明显积累。 (4)南京和无锡研究区蔬菜重金属污染状况不同，但主要都是叶菜类存在污染现象。南京研究区只有叶菜类中菠菜Pb超标，超标率9.5％，无锡研究区蔬菜重金属污染情况较严重，叶菜类中苜蓿、空心菜、苋菜、青菜分别有Zn、Pb、Cd含量超标现象，超标率33.3％。而两研究区的所有根茎类和瓜果豆类蔬菜重金属含量都处于安全级别。健康风险评价结果表明，研究区蔬菜特别是叶菜类存在安全隐患，尤其是无锡研究区蔬菜安全风险更大。

目录

声明

摘要

引言

第一章文献综述

第一节城乡交错区研究概述

1.1城乡交错区概念

1.2城乡交错区的焦点问题

第二节城乡交错区蔬菜生产系统重金属研究现状

2.1城乡交错区土壤重金属污染的研究现状

2.2蔬菜中重金属污染的研究现状

第三节元素平衡的研究和生态效应研究进展

3.1农田生态系统元素平衡研究现状

3.2农田生态系统重金属元素平衡

3.3生态污染评价研究进展

3.4重金属污染的风险评估

第二章研究材料及研究方法

第一节研究区域概述

第二节资料收集、样品采集和分析

2.1资料收集、观察地块的设置

2.2管理活动的观测和记录

2.3样品采集

2.4样品分析

第三节研究方法

3.1数据处理和统计分析

3.2评价标准

3.3评价方法

第三章典型农业型城乡交错区蔬菜生产系统重金属平衡

第一节试验的设置和基本情况

1.1平衡试验观察地块的选择

1.2观察地块的种植和管理资料

1.3观察地块土壤基本性质和重金属含量

第二节蔬菜生产系统重金属平衡

2.1蔬菜生产系统重金属输入状况

2.2蔬菜生产系统重金属输出状况

2.3蔬菜生产系统重金属平衡状况

第三节蔬菜地土壤重金属污染风险评价

第四章典型工业型城乡交错区蔬菜生产系统重金属平衡

第一节试验的设置和基本情况

1.1平衡试验观察地块的选择

1.2观察地块的种植和管理资料

1.3观察地块土壤基本性质和重金属含量

第二节蔬菜生产系统重金属平衡

2.1观察蔬菜地重金属输入

2.2观察蔬菜地重金属平衡

第三节蔬菜地土壤重金属污染风险评价

第五章研究区蔬菜生产系统重金属污染评价

第一节土壤重金属污染评价

1.1蔬菜地块土壤重金属评价

1.2蔬菜地剖面土壤重金属

第二节蔬菜重金属污染评价

2.1蔬菜中重金属含量

2.2蔬菜重金属污染评价

2.3蔬菜的健康风险评价

第六章结论与展望

第一节结论

第二节展望

参考文献

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致谢