菜园土壤重金属污染特征及蔬菜食用安全性评价

摘要

随着工农业的发展和城市化进程的加快，农业土壤尤其是菜园土壤已经越来越受到重金属的严重污染，由于重金属污染在土壤中具有长期性、隐蔽性和不可逆性，并且可以通过食物链传递，严重危害人类身体健康。因此，开展菜园土壤和蔬菜重金属污染的研究具有特别重要的意义。
　　本学位论文由6章组成。
　　第1章，用100多篇文献系统地综述了目前菜园土壤及蔬菜重金属污染的研究现状。尤其介绍了土壤及蔬菜重金属污染的评价研究、土壤重金属污染源的解析方法、土壤重金属形态的分析研究，以及土壤重金属原位钝化的修复措施。
　　第2章，采集了福建省27个县市168份菜园表层土壤样品，测定了土壤样品中重金属（Pb、Cd、Hg、Cr、As、Cu、Zn和Ni）的含量，分别采用内梅罗综合污染指数法、地质累积指数法和潜在生态风险评价法对土壤重金属污染进行评价分析。结果表明，所采集的菜园土壤存在着不同程度的重金属污染，尤其受到Cd、Hg和Pb的污染；潜在生态风险评价结果表明，仅有泉州石狮(QZSS)和泉州晋江(QZJJ)采集的土壤样品处于生态安全，而漳州龙海(ZZLH)、漳州漳浦(ZZZP)、泉州南安(QZNA)、福州晋安(FZJA)、福州苍山(FZCS)、福州台江(FZTJ)和三明永安(SMYA)地区采集的土壤样品都处于高度生态危害状态。此外，还有11个采样点的土壤样品中重金属污染也处于较严重的生态危害状态。总体上，Hg和Cd的潜在生态危害最大，其次为Pb。而Cu、Zn、Cr、Ni和As除个别区域存在潜在生态危害外，一般不构成生态危害。
　　第3章，对采集的196份蔬菜样品进行重金属含量的测定，以无公害蔬菜安全标准（GB18406.1-2001）判别蔬菜重金属含量的超标率，并通过暴露风险评估指数进行蔬菜重金属污染的食用安全性评价。结果表明，所采集的蔬菜样品中Pb、Cd和Hg的超标率分别为20.9％、14.8%和9.69%；重金属在各类蔬菜中的累积规律为：叶菜类>根茎类>瓜果类，而叶菜类中苋菜和芥菜污染最严重。此外，蔬菜对土壤中的Cd表现出极强的吸收和累积能力。暴露风险评估表明：泉州德化(QZDH)和三明永安(SMYA)采集的蔬菜样品中Pb的潜在暴露风险指数最大（HQ分别为1.61和0.851）；漳州市郊(ZZSJ)采集的蔬菜样品中Cd存在一定的潜在风险（HQ=0.517）；而漳州龙海(ZZLH)和福州仓山(FZCS)采集的蔬菜样品中Hg的HQ分别为0.516和0.526，也有一定的风险。
　　第4章，通过相关性分析、因子分析和聚类分析等多元统计方法，研究了菜园土壤重金属污染的特征及来源。结果表明，所采集的菜园土壤重金属Ni和Cr的含量呈近似正态分布，Cu、As、Hg和Cd含量呈正偏态分布，而Pb和Zn含量总体上也呈正态分布。因子分析表明As、Ni和Cu主要来源于土壤母质，在菜园土壤中污染较轻；而Pb、Cd、Zn和部分Cu主要为人为污染，尤其是农用物资的使用和大气降尘带来的污染；菜园土壤Hg和Cr则主要源于燃煤的贡献。通过聚类分析进一步阐明了不同区域土壤重金属的污染特征和来源。
　　第5章，通过改进的BCR连续提取法测定了菜园土壤重金属各形态的含量和分布。结果表明，土壤中Cd和Zn的酸可提取态含量分别占总量的36.6%和21.2%，而其它重金属主要以残渣态和可氧化态形式存在，如Pb的酸可提取态不足2%（德化浔中达到13%除外）。此外，酸可提取态的Pb、Cd、Zn含量与蔬菜中相应元素的含量存在一定的相关性。其中，Pb为显著相关（r=0.952,P＜0.01），而Cd和Zn的相关系数为0.66和0.61（P＜0.01）。
　　第6章，通过盆栽试验，考察了几种化学改良剂对土壤Pb、Cd和Hg污染的原位钝化修复效果。结果表明，施用不同的化学改良剂均可有效地降低蔬菜可食部位对土壤重金属的吸收，但改良剂种类及浓度对土壤重金属的钝化效果差异较大。其中，施加氢氧化钙、硫化钠和活性炭均可使蔬菜Pb的含量降低30%～40%；而施加沸石可以使蔬菜Cd含量降低40%以上；施加腐殖酸可降低蔬菜Hg含量达75%以上。

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第1章 引言

1.1 土壤重金属污染与食品安全

1.2 土壤重金属污染评价

1.3 蔬菜重金属食用安全性评价

1.4 土壤重金属污染源研究方法

1.5 土壤重金属形态分析方法

1.6 土壤重金属的钝化修复措施

1.7 论文选题依据和本研究的主要内容

第2章 福建省菜园土壤重金属含量及污染评价

2.1 采样点概况

2.2 实验材料

2.3 实验方法

2.4 结果与讨论

2.5 本章小结

第3章 福建省蔬菜重金属污染及食用安全性评价

3.1 实验材料

3.2 实验方法

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

第4章 福建省菜园土壤重金属污染特征及源分析

4.1 多元统计方法

4.2 数据统计分析

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

第5章 福建省菜园土壤重金属赋存形态特征

5.1 实验材料

5.2 实验方法

5.3 结果与讨论

5.4 本章小结

第6章 菜园土壤重金属钝化修复研究

6.1 实验材料

6.2 实验方法

6.3 结果与讨论

6.4 本章小结

第7章 总结与展望

7.1 总结

7.2 创新点

7.3 展望

参考文献

致谢

附录

研究生期间发表的学术论文