铜陵矿区农田土壤及水稻的重金属污染现状研究

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重金属元素污染已成为破坏农田土壤环境的重要因素,并直接或间接危害到人体健康。安徽省铜陵市作为我国主要的矿业城市,环境污染较为严重。铜、金等多金属矿床的开发和冶炼过程中产生的尾矿、矿渣和矿业酸性废水,已成为铜陵矿区农田土壤环境重金属污染的重要来源。本文是在土壤学、生态学、环境地球化学等学科基础上,通过细致的野外工作和室内分析,系统分析了铜陵矿区农田表层和深层土壤中重金属含量和形态的污染状况和空间分布特征,并对相应土壤农作物(水稻)中重金属含量进行了研究。首次运用Matlab软件模糊推理系统(FIS)对铜陵矿区农田表层土壤重金属污染进行了评价。结果表明:该矿区农田表层土壤普遍受到了重金属不同程度的污染,特别是在新桥河、顺安河和洋河沿岸,部分样品已呈现严重污染,这从一方面证明了引用污水灌溉农田是该区土壤重金属污染的主要来源;不同元素污染程度主要表现在Cd污染最严重,平均含量已达到其参考的土壤环境背景值的20.21倍,其次是Cu,也达到4.04倍,其它各元素依次为Pb>As>Zn>Hg。通过对铜陵矿区农田土壤垂直剖面重金属元素含量在垂直方向上的变化研究表明:土壤中Hg、Cd、Cu和Pb元素在表层出现明显富集,各元素总量在不同深度均明显高于土壤自然背景值,Hg、Cd、Cu、Pb和Zn在垂向上呈递减趋势,且在横向上主要以洋河、顺安河和新桥河为中心向四周递减,而As和Cr的变化主要体现在横向上;各元素在存在形态上,除Cd在0-90cm以离子交换态为主外,其它各元素在不同深度都以残渣态为主,且不同形态在总量中的百分含量随深度变化明显不同。对粳米和相应土壤中各重金属含量研究表明:粳米样品中主要超标元素为Cd,且其污染点主要分布在新桥河、顺安河上游和洋河流域,与对应土壤污染规律一致。部分样品中的Pb和As超标,Hg、Cu、Zn、Cr未对农作物(水稻)产生影响;粳米中重金属元素含量不仅与土壤中元素含量相关,还受土壤的pH值、土壤中元素的形态、不同元素的分配关系以及其它理化性质的影响;土壤中的Zn、Cd、Cu元素相对较易于被水稻籽实吸收,而Pb、Cr则不易被吸收。评价区土壤重金属元素潜在生态危害大小顺序为:Cd>As>Cu>Pb>Hg>Cr>Zn。高潜在生态危害区主要在新桥河流域(ATⅠ-28、ATⅠ-30、ATⅠ-31、ATⅡ-18-ATⅡ-25),与土壤污染评价结果基本一致。通过对农田表层土壤各重金属总量之间以及总量与有效态之间的相关性分析得出,多数重金属总量之间有较高的相关性,这种较高的相关性在一定程度上反映了元素污染程度的相似性或污染元素有相似的来源,这种相似性在铜陵矿区主要表现在污水灌溉。
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