土壤-農(nóng)作物系統(tǒng)中重金屬遷移與污染控制,土壤污染論文

土壤-農(nóng)作物系統(tǒng)中重金屬遷移與污染控制,土壤污染論文當(dāng)前，環(huán)境污染已成為當(dāng)代人所關(guān)心的焦點問題，華而不實人類對礦產(chǎn)資源的開發(fā)和利用所引起的重金屬污染是主要污染源之一。礦山開采使原來深埋于地下的礦石暴露于地表，造成礦石中重金屬元素釋放到環(huán)境中，導(dǎo)致當(dāng)?shù)丶爸苓叺纳鷳B(tài)環(huán)境遭到毀壞。環(huán)境中所含有的重金屬元素會對土壤產(chǎn)生直接影響，土壤中的有害重金屬累積至某種程度就會對土壤、農(nóng)作物產(chǎn)生毒害，不僅致使土壤退化、農(nóng)作物減產(chǎn)及質(zhì)量下降，而且還會通過食物鏈對人們的生命與健康產(chǎn)生危害。最為嚴(yán)重的是，這些污染是極其隱蔽的、存在時間長且具有不可逆性等。有相關(guān)的報道稱，我們國家兒童鉛中毒發(fā)病率在51.6%左右，而且鉛的毒性能一直持續(xù)至成人，短時間內(nèi)是不可逆轉(zhuǎn)的。因而，對礦區(qū)土壤和農(nóng)作物重金屬污染展開深切進入調(diào)查研究顯得尤為重要。1我們國家礦山土壤和農(nóng)作物重金屬污染現(xiàn)在狀況我們國家土壤重金屬污染現(xiàn)象特別嚴(yán)重。研究表示清楚，我們國家遭到重金屬污染的農(nóng)田面積大概有2?500萬m,每年有多達1?200萬t的糧食遭到重金屬污染，這樣便造成糧食減產(chǎn)達1?000多萬t,總計造成最少200億元的經(jīng)濟損失。農(nóng)業(yè)部以前調(diào)查了我們國家24個省市中的320個土壤污染嚴(yán)重區(qū)域，結(jié)果表示清楚，污染土壤和農(nóng)作物中土壤重金屬超標(biāo)率達80.0%.我們國家有約140.0萬hm的面積遭到污染，而在總污染面積中遭受重金屬污染的土地面積占到64.8%,之中輕度污染占比46.7%,中度污染占比9.7%,嚴(yán)重污染面積占比8.4%,華而不實又以汞和鎘的污染面積最大。如今全國大概有1.3萬hm耕地遭到鎘的污染，牽涉11個省市的25個地區(qū);約有3.2萬hm的耕地遭到汞的污染，牽涉15個省市的21個地區(qū)。張德剛等人于2020年對云南個舊某錫礦山山地土壤和主要農(nóng)作物進行野外調(diào)查采樣，發(fā)現(xiàn)采樣區(qū)農(nóng)作物中鉛、鎘、鉻、銅和鋅含量分別是國家食品安全標(biāo)準(zhǔn)9.70~89.70、1.15~9.10、0.20~5.40、0.08~2.66和0.13~1.27倍，研究區(qū)農(nóng)作物中鉛、鎘和鉻污染嚴(yán)重〔(云南個舊錫礦山山地土壤及作物中重金屬污染分析〕〕。房輝等于2018年取樣測定了云南會澤廢棄鉛鋅礦土壤和植物中重金屬元素鉛、鋅、鎘的含量，結(jié)果表示清楚:復(fù)墾地和撂荒地的土壤重金屬含量均超過國家三級標(biāo)準(zhǔn);復(fù)墾地中鎘、鋅和鉛3種重金屬的總含量分別為國家三級標(biāo)準(zhǔn)的35.00、28.00和11.30倍；鉛鋅礦廢棄地污染指數(shù)為鎘鋅鉛，3種重金屬均到達重污染級〔(云南會澤廢棄鉛鋅礦重金屬污染評價〕〕。彭敏等于2018年對蘭坪鉛鋅礦周邊地區(qū)土壤及農(nóng)作物重金屬采取隨機抽樣方式方法，發(fā)現(xiàn)土壤中鉛、鎘、鋅超標(biāo)率分別為70.0%、65.0%、35.0%,農(nóng)作物中鉛、鎘、鋅超標(biāo)率分別為100.0%、92.0%、37.0%,蘭坪地區(qū)土壤和農(nóng)作物的污染情況均為鉛鎘鋅〔(蘭坪鉛鋅礦周邊地區(qū)土壤及蔬菜重金屬污染現(xiàn)況研究〕〕。宋雁輝等于2020年對云南個舊市乍甸鎮(zhèn)農(nóng)田土壤和農(nóng)作物重金屬污染現(xiàn)在狀況進行了野外調(diào)查及評價，結(jié)果表示清楚，農(nóng)田土壤鉛、鋅、銅、鎘、砷質(zhì)量比均超出GB?15618-1995(土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)〕二級標(biāo)準(zhǔn)，汞未檢出，該地區(qū)農(nóng)田呈現(xiàn)以砷、鎘為主多種重金屬復(fù)合污染，89.0%的農(nóng)作物砷超標(biāo)〔(云南個舊多金屬礦區(qū)農(nóng)田土壤-作物系統(tǒng)重金屬污染現(xiàn)在狀況:以乍甸鎮(zhèn)為例〕〕。賴燕平等于2007年對粵西某硫鐵礦區(qū)與硫酸廠周邊菜地生長的毛豆、芋頭、玉米和花生中鈦、鉛、銅和鎳的含量進行了比照研究，結(jié)果表示清楚，采礦區(qū)和利用硫鐵礦生產(chǎn)硫酸廠區(qū)周邊的菜地土壤的鉛含量為43.2~177.1mg/kg;硫酸廠邊菜地的4種農(nóng)作物鈦總含量均分別高于采礦區(qū)和沉淀池周邊菜地相應(yīng)的農(nóng)作物，對附近居民的身體健康有潛在危害〔(廣西錳礦恢復(fù)區(qū)食用農(nóng)作物重金屬污染評價〕〕。付紅波等于2018年收集了廣州南沙、中山這一塊圍墾農(nóng)田農(nóng)作物以及其根際土壤樣品，對重金屬的質(zhì)量分?jǐn)?shù)進行測定，測試顯示，這些土壤樣品中的銅、鉛、鎘、鎳、鉻和鋅含量都比廣東省對應(yīng)的土壤環(huán)境背景值要高，農(nóng)作物中銅、鉛、鎘、鎳、鉻和鋅含量的樣品超標(biāo)率分別為0.0%、28.9%、2.6%、48.3%、12.3%和6.1%.由此能夠看出，珠三角灘涂附近的圍墾農(nóng)田土壤以及農(nóng)作物重金屬污染問題比擬嚴(yán)重，土壤污染以鎘為主，而農(nóng)作物污染則以鎳、鉛、鉻為主。對黑龍江省佳木斯郊區(qū)農(nóng)業(yè)土壤重金屬〔鎘、汞、砷、鉛和鉻〕監(jiān)測和分析顯示，重金屬鎘、汞、砷、鉛和鉻質(zhì)量分?jǐn)?shù)比照三江平原土壤微量元素背景值，均有不同程度累積與升高〔(珠三角灘涂圍墾農(nóng)田土壤和農(nóng)作物〕〕。王爽等于2018年對礦業(yè)活動頻繁的陜西潼關(guān)農(nóng)田土壤和主要農(nóng)作物小麥和玉米中的汞、鎘、鉛、銅、鋅和砷元素的污染現(xiàn)在狀況進行了調(diào)查，結(jié)果表示清楚，潼關(guān)農(nóng)田土壤主要遭到汞、鎘、鉛的污染，超標(biāo)率分別為89.8%、57.1%和12.2%,研究區(qū)83.6%的土壤已經(jīng)遭到不同程度的重金屬污染。以上不同研究者采取不同的評價標(biāo)準(zhǔn)，都發(fā)如今所研究的土壤和農(nóng)作物中重金屬有很明顯的富集現(xiàn)象，有些地區(qū)富集已經(jīng)超過國家的安全標(biāo)準(zhǔn)，對人們的健康及生命構(gòu)成了威脅〔(陜西潼關(guān)農(nóng)田土壤及農(nóng)作物重金屬污染及潛在風(fēng)險〕〕。2礦區(qū)土壤、農(nóng)作物中重金屬來源采礦、礦物運輸、尾礦等產(chǎn)生的有害氣體和粉塵是空氣中重金屬的主要來源。礦山、工礦附近以及公路兩邊是其主要分布地?？諝庵写蟛糠种亟饘俳?jīng)過自然的沉降以及雨淋沉降流入到土壤圈。開采金屬礦山、冶煉以及冶煉廢渣和礦渣堆放等，隨著礦山的排水與降水讓其流入水環(huán)境中或者直接流入土壤，這樣便能間接或直接地導(dǎo)致土壤重金屬污染。農(nóng)作物是人們生活中不可缺少的物質(zhì)，也是極其重要的經(jīng)濟作物。造成農(nóng)作物重金屬污染的主要原因是農(nóng)業(yè)土壤遭受重金屬污染，土壤中含有重金屬元素是導(dǎo)致農(nóng)作物殘留重金屬元素的物質(zhì)基礎(chǔ)。由于當(dāng)代工業(yè)的快速發(fā)展，環(huán)境污染加重，工業(yè)三廢、城市生活排放物的排放以及含有金屬的農(nóng)藥、化肥的不正確應(yīng)用，很大程度上加劇了城郊的環(huán)境壓力，給人類健康帶來很多的潛在威脅。3土壤-農(nóng)作物系統(tǒng)中重金屬遷移轉(zhuǎn)化機制重金屬在土壤-農(nóng)作物系統(tǒng)中的遷移轉(zhuǎn)化機制特別復(fù)雜，除了與農(nóng)作物種類和器官相關(guān)外，還與土壤環(huán)境條件、組成物質(zhì)、重金屬本身性質(zhì)、含量以及重金屬在土壤中的存在形態(tài)、土壤的類型等有關(guān)。3.1農(nóng)作物種類和器官農(nóng)作物種類不同，對重金屬的富集能力有明顯差異，較多的研究發(fā)現(xiàn)葉菜類農(nóng)作物重金屬超標(biāo)率較高。1994年，王麗鳳等的調(diào)查結(jié)果表示清楚，沈陽市農(nóng)作物中重金屬含量大小順序為葉菜類根莖類瓜果類〔(沈陽市蔬菜污染調(diào)查及防治途徑研究〕〕。同一種農(nóng)作物在不同的器官中對同一種重金屬富集含量也有所不同，張志權(quán)等以為，鉛被吸收后一般累積在更新周期較長的器官中〔(定居植物對重金屬的吸收和再分配〕，2001〕。李學(xué)德等發(fā)現(xiàn)，菠菜葉片和根對鎘的積累量相近，但均高于莖中的;而鉛的積累量則依次為根莖葉片〔(合肥市蔬菜中鉛、鎘和銅污染現(xiàn)在狀況評價〕，2004〕。李非里等通過對鎘在辣椒的不同部位富集含有量的調(diào)查結(jié)果表示清楚，鎘的積累量依次為根莖葉果實〔(貴陽市郊菜園土-辣椒體系中重金屬的遷移特征〕，2007〕。3.2土壤環(huán)境條件如今大部分研究者以為，土壤的pH值是影響農(nóng)作物富集重金屬的重要因素。由于土壤膠體所帶電荷是負電荷，而大部分的金屬離子所帶電荷為正電荷，因而土壤pH值越高，就會有越多的金屬離子被吸附，流入至農(nóng)作物體內(nèi)會更少。3.3重金屬的種類、含量以及在土壤中的存在形態(tài)土壤中的各種重金屬大部分都是以2種形態(tài)存在的:一種是游離態(tài)，另一種是以不同種形態(tài)的礦物質(zhì)結(jié)合在一起構(gòu)成。農(nóng)作物吸收游離態(tài)的重金屬是非常容易的，結(jié)合態(tài)的重金屬構(gòu)造比擬穩(wěn)定，難以被農(nóng)作物直接汲取。農(nóng)作物中重金屬含有的量跟土壤中的重金屬含有量的關(guān)聯(lián)性比擬好，然而不同的重金屬之間存在一定的差異性。武淑華等于2002年經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，農(nóng)作物里含有的鎘、鉛等重金屬跟土壤中含有的重金屬存在明顯的正相關(guān)性〔(蔬菜中重金屬含量與土壤質(zhì)量的關(guān)系〕〕。然而，1993年，樊小林等在分析陜西省西安市郊區(qū)各類農(nóng)作物的重金屬含量跟土壤中重金屬含量的相關(guān)性時，發(fā)現(xiàn)除了大辣椒的含有銅跟土壤有效銅和全銅、韭菜含鉛量與土壤有效鉛以及西紅柿、青蔥、大辣椒含鉻量跟土壤有效鉻含量存在明顯的相關(guān)性〔P0.05〕以外，其余農(nóng)作物各個元素吸收量與土壤中對應(yīng)元素總含量和有效量都沒有明顯的相關(guān)性〔(土壤和蔬菜中重金屬含量的研究〕〕。由此可見，土壤中所含有的重金屬的量增加，并沒有直接顯著影響到重金屬在農(nóng)作物里面的富集量。農(nóng)作物對重金屬的富集，遭到多種因素影響，例如農(nóng)作物對重金屬的選擇性、土壤的理化性質(zhì)以及其他環(huán)境因素等。3.4土壤類型的影響土壤的類型和性質(zhì)有很大差異，如有機質(zhì)含量、酸堿度、孔隙度、酶活性和CEC等理化特性不同，多會直接影響重金屬在土壤中的遷移與固定，進而影響農(nóng)作物對其吸收與富集。岳振華等于1992年對在灰菜園土、紅菜園土、潮菜園土3種類型土壤生長的農(nóng)作物中重金屬含量進行了測定，結(jié)果表示清楚，灰菜園土中重金屬富集含量最高，其次是紅菜園土，潮菜園土最弱〔(菜園土中重金屬和氟的遷移積累及蔬菜對重金屬的富集作用〕〕。4土壤-農(nóng)作物系統(tǒng)中重金屬污染控制措施4.1改進土壤重金屬污染的途徑傳統(tǒng)治理重金屬污染土壤的方式方法主要有客土法、吸附沉淀法、熱處理法等物理方式方法和化學(xué)淋洗法、絡(luò)合物浸提法、電動修復(fù)法等化學(xué)方式方法，這些方式方法對污染土壤的改進和治理固然具有一定的理論意義，但在實際應(yīng)用上往往都存在某些局限。汪雅谷等對重金屬污染的菜區(qū)進行客土改進試驗，結(jié)果表示清楚，青菜體內(nèi)的重金屬殘留量平均下降了50.0%~80.0%.但是該方式方法工程量大，投資高，難以大規(guī)模推廣，同時易導(dǎo)致土壤肥力下降，只適宜用于小面積的土壤污染〔(客土改進菜區(qū)重金屬污染土壤〕，1990〕。新發(fā)展起來的植物修復(fù)技術(shù)是一種能有較好的生態(tài)效益，又能有長久的經(jīng)濟效益的土壤修復(fù)方式方法，已成為污染生態(tài)學(xué)研究和開發(fā)的熱門。在實際改進土壤重金屬污染應(yīng)用中，能夠?qū)⑸鲜龃胧┡浜鲜褂?，單一的使用某一種效果不好，配合使用能夠提高對土壤和農(nóng)作物重金屬污染的控制效果。4.2控制農(nóng)作物重金屬污染的對策經(jīng)過應(yīng)用改進劑、抑制劑等減小土壤污染物的擴散性、水溶性