苏北地质异常区土壤和作物重金属富集特征及产地环境安全风险评价

论文摘要

20世纪末期以来,随着我国农产品生产能力的逐步提升,农产品总量日益递增,农产品供求基本平衡,丰年有余,但质量安全问题仍存在较大隐患。农产品生产、加工与销售是影响农产品质量安全的三大环节,其中生产环节最为重要。近年来,我国农田产地环境调查研究发现,局部地区农田耕层土壤重金属富集是影响当地农产品质量安全的重要因素之一。在江苏省,地球化学调查研究的最新研究结果显示,江苏省局部地区农田耕层土壤重金属含量也存在富集现象,对农产品质量安全存在潜在风险。除了工矿企业排放、汽车尾气等人类活动污染之外,土壤母质地质异常也是引起江苏省局部地区耕层土壤重金属富集的重要原因之一,尤其是在江苏省北部地区。然而,苏北地区也是江苏省重要的农产品生产区,其粮食和蔬菜年产量均超过全省总产量的50%。在以往的研究中,大多关注化工企业、公路交通等人类活动对周边产地环境和农产品安全的影响,而对地质异常引起的耕层土壤重金属富集对农产品质量安全的潜在风险研究较少。因此,本研究选择江苏省北部典型地质异常区,系统分析了苏北地质异常区内土壤和主要农产品重金属含量的基本特征及其潜在风险,以期能为江苏省北部地质异常区产地环境以及农产品质量安全的监测和评价提供参考。本研究的主要结果如下：1.通过对江苏省北部典型地质异常区(连云港灌云灌南地区、徐州丰县沛县地区、淮安的盱眙西部地区)农田土壤采样监测发现,苏北地区地质异常区耕层土壤主要存在As、Pb、Cr、Cd和Cu元素富集。这些重金属元素含量均高于全省背景值和平均值,但尚没有超过国家土壤质量二级标准。2.地质异常区内采集的水稻样品中,大米和米糠Hg和Cd含量均小于国家限量标准,但是部分样品的大米和米糠中As、Pb或Cr含量已经超出国家限量标准。小麦籽粒中Hg和Cr含量均没有超过国家限量标准,但部分样品中的As、Pb和Cd含量已经超过了国家限量标准。在地质异常区采集的大蒜、莴苣、韭菜、四季葱和小白菜样品中,这些蔬菜产品器官中重金属含量均较低,远远小于国家限量标准。这些结果表明,地质异常区耕层土壤As、Pb等重金属富集对区内水稻和小麦存在一定的安全风险,但是对区内蔬菜的安全风险较小3.进一步对地质异常区土壤中重金属含量和大米(As、Pb、Cr)、小麦籽粒(As、Pb、Cd)、蔬菜(As、Hg、Cd)中重金属含量的相关性分析发现,地质异常区大米和蔬菜中三种重金属含量和土壤重金属含量相关性均较低。地质异常区内小麦籽粒中cd含量和土壤cd含量表现出较强的相关性,土壤中Cd含量能够解释67%的小麦籽粒中cd含量的变异。但是小麦籽粒中As和Pb含量与土壤中二者含量相关性较弱。因此,在对地质异常区土壤重金属富集潜在风险的评价中,可以采用土壤Cd含量作为地质异常区评价小麦籽粒中cd含量安全风险的参考；而对其他重金属元素,则还要综合考虑有效态含量、土壤理化性质以及生产管理措施等因素对水稻、小麦和蔬菜作物吸收和累积土壤中这些重金属元素的影响。4.在上述研究的基础上,对研究区内土壤重金属含量风险及农产品质量安全产地适宜性进行了综合评价。在研究区内,大部分地区土壤重金属含量处于安全水平,适合进行绿色和无公害农产品生产,其面积约占整个研究区域的88%；局部地区土壤重金属含量处于中等风险水平,主要分布盱眙西南部和灌云灌南沿新沂河两岸的局部地区,对部分可食性农产品可能存在一定的安全风险,其面积约占研究区总面积的12%；而处于高风险水平的区域仅在盱眙西南部有小片分布,其面积仅占整个研究区总面积的0.1%,在该区内则不适合进行可食性农产品生产。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究进展
• 1.2.1 土壤重金属污染现状
• 1.2.2 土壤重金属污染主要来源
• 1.2.3 土壤重金属污染与农产品安全
• 1.2.4 作物对土壤中重金属的富集特征
• 1.2.5 农产品质量安全产地适宜性评价
• 第二章 研究区概况与研究方法
• 2.1 研究区概况
• 2.2 研究内容
• 2.3 研究方法
• 2.4 研究思路
• 第三章 苏北地质异常区土壤重金属富集特征
• 3.1 材料与方法
• 3.2 江苏省不同地区表层土壤重金属富集特征
• 3.3 苏省不同地区表层和深层土壤重金属含量比较
• 3.4 苏北地质异常区表层土壤重金属富集特征
• 3.5 讨论与结论
• 第四章 苏北地质异常区作物重金属富集特征
• 4.1 材料与方法
• 4.2 地质异常区水稻重金属富集特征
• 4.3 地质异常区小麦重金属富集特征
• 4.4 地质异常区蔬菜重金属富集特征
• 4.5 讨论与结论
• 第五章 苏北地质异常区作物与土壤重金属含量相关性分析
• 5.1 材料与方法
• 5.2 地质异常区水稻与土壤重金属含量相关性分析
• 5.2.1 地质异常区水稻与土壤As含量相关性
• 5.2.2 地质异常区水稻与土壤Pb含量相关性
• 5.2.3 地质异常区水稻与土壤Cr含量相关性
• 5.3 地质异常区小麦与土壤重金属含量相关性分析
• 5.3.1 地质异常区小麦与土壤As含量相关性
• 5.3.2 地质异常区小麦与土壤Pb含量相关性
• 5.3.3 地质异常区小麦与土壤Cd含量相关性
• 5.4 地质异常区蔬菜与土壤重金属含量相关性分析
• 5.4.1 地质异常区蔬菜与土壤As含量相关性
• 5.4.2 地质异常区蔬菜与土壤Hg含量相关性
• 5.4.3 地质异常区蔬菜与土壤Cd含量相关性
• 5.5 讨论与结论
• 第六章 苏北地质异常区农产品产地环境安全风险评价
• 6.1 材料与方法
• 6.2 地质异常区土壤重金属含量风险评价
• 6.3 地质异常区无公害农产品产地适宜性评价
• 6.4 地质异常区绿色农产品产地适宜性评价
• 6.5 讨论与结论
• 第七章 讨论、结论与展望
• 7.1 讨论
• 7.2 主要结论
• 7.3 研究展望
• 参考文献
• 致谢