典型农耕区土壤-作物系统重金属污染及健康风险评估——以长丰县庄墓镇为例

摘要

本文以庄墓镇农田土壤-作物系统重金属为研究对象,在10个行政村的农田和菜地布设162个采样点位,采集小麦、油菜和蔬菜及其对应土壤样。在对土壤和作物中重金属Cr、Cu、Pb、Zn和 As含量分析测试的基础上,对土壤-作物系统重金属分布特征、污染程度、重金属关联性及土壤重金属污染来源进行解析,并对土壤重金属潜在生态风险和作物重金属健康风险进行评估。主要研究内容及成果如下:
　　(1)研究区土壤Cu、Pb、Zn和As含量平均值均超过了安徽省土壤元素背景值,超标倍数分别为1.20、1.46、1.64和1.44倍;Kriging空间插值模拟结果显示,土壤Cu和Pb均呈现出由东向西含量逐渐增加的趋势,Cr、Zn和As高含量区呈斑块状分布在庄墓镇境内。
　　(2)内梅罗污染指数法评价结果显示:土壤重金属污染程度排序为:Zn>Pb>As>Cu>Cr,其中Cu、Pb、Zn和As属于轻度污染;10个行政村土壤重金属污染程度排序为:庄墓村>刘浅村>金桥村>张圩村>杨湾村>薛桥村>侯集村>枣林村>李庄村≈徐岗村;蔬菜中 Pb属于重度污染,Cr属于中度污染,Cu、Zn和 As为无污染,10种作物重金属污染程度排序为:小麦>油菜>香菜>苋菜>包菜>韭菜>洋葱>香葱>蚕豆>蒜头。
　　(3)多元统计分析结果显示:作物与对应土壤重金属存在一定的偏相关性,其中香葱与对应土壤的偏相关性最强;小麦、油菜、苋菜、香葱、蚕豆和蒜头的部分重金属,在显著水平下与土壤中重金属存在线性回归关系。农田土壤重金属主成分分析得到3个主成分,第一成分为TN、TP和 OM,第二成分为Cu和Pb,第三主成分包括As和Zn,3者均受人类活动影响较大。
　　(4)基于区间数理论的土壤重金属潜在生态风险评价结果表明,杨湾村和张圩村属于高风险等级,其他各村庄则均处于中等风险;基于梯形模糊数的土壤潜在生态风险评价结果表明,农田土壤重金属总风险R? I期望区间为[16.65,53.96],处于中等风险,As处于中等风险,Cr、Cu、Pb和Zn处于轻微风险。
　　(5)基于盲数理论的粮食作物重金属健康风险评价结果显示:成人和儿童摄入小麦重金属的健康风险排序均为:Pb>Cr>Cu>Zn>As,其中 Pb和 Cr均可能会对成人和儿童产生慢性毒性风险效应,成人和儿童食用研究区蔬菜的健康风险值TTHQ分别为4.30和9.55,说明长期食用研究区蔬菜可能会对人群健康产生负面影响。

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第一章 绪论

1.1 研究目的和意义

1.2 土壤-作物系统重金属污染研究进展

1.3 研究内容和技术路线

第二章 研究区概况及分析测试方法

2.1 研究区概况

2.2 样品的采集与制备

2.3 实验仪器与试剂

第三章 庄墓镇土壤-作物系统重金属分布特征

3.1 庄墓镇土壤-作物系统重金属含量分布特征

3.2 基于Kriging方法的土壤重金属空间分布插值模拟

3.3 本章小结

第四章 土壤-作物系统重金属多元统计分析及来源解析

4.1 土壤-作物系统偏相关分析

4.2 土壤-作物系统重金属多元逐步线性回归

4.3 土壤重金属相关性分析

4.4 基于主成分分析的土壤重金属来源解析

4.5 本章小结

第五章 庄墓镇农田土壤-作物系统重金属污染程度评价

5.1 基于内梅罗污染指数的土壤重金属污染程度评价

5.2 基于内梅罗污染指数的蔬菜重金属污染程度评价

5.3 本章小结

第六章 庄墓镇农田土壤生态风险评价

6.1 基于区间数的土壤重金属潜在生态危害指数模型

6.2 基于梯形模糊数的庄墓镇土壤潜在生态风险评价模型

6.3 重金属生态风险预警评估

6.4 本章小结

第七章 基于盲数的作物重金属健康风险评价

7.1 农作物重金属的富集特征

7.2 基于盲数理论的作物重金属污染健康风险评价

7.3 本章小结

第八章 结论与展望

8.1 结论

8.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文