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[关键词] 重金属污染 土壤 水 防治
[中图分类号] X52 [文献标识码] A [文章编号] 1003-1650 (2013)08-0230-01
重金属对水体及土壤的污染形势是很严峻的,据资料显示,每年我国有1200万吨粮食收到不同程度的不同重金属的污染,直接经济损失超过200亿元,每年能多养活4000万人,并且这一数字还在逐年增长,这些污染大都是由于土壤或灌溉用水受重金属污染而造成,重金属污染有着较强的不可预见性,因此对其防治有很大的困难,而预防才是王道。
一、重金属的来源及其种类
1.重金属的来源
重金属的主要来源还是工业污染,当然,或多或少也有来自交通以及我们生活垃圾的污染,在工业污染中,来自化工行业的污染占了相当大的比例,其次就是发电厂、钢铁厂,最常见的就是工业中的三废:废水、废弃、废渣,三废当中含有大量的重金属及其化合物,不经处理便直接排放,直接导致水资源和土壤污染,当人们用了这种被污染的水去灌溉庄稼,在被污染的土地上种庄稼,就会严重影响庄稼的收成,重金属也就随植物链传到人类,对人们的健康造成了严重的影响[1]。近几年,有环保学者提出:中国的化工企业的工艺、设备、技术研发较落后,是造成污染严重的主要原因,而人为的环保意识以及地方保护环保意识的淡薄,加剧了污染,强化治理迫在眉睫。生产企业应放眼未来,倡导环保,化工生产过程尽量使用少污染和无污染的原材料。
2.重金属的分类
2.1汞污染
汞是一种唯一的在常温下为液态的金属,在自然界中普遍存在,一般动物植物中都含有微量的汞,因此我们的食物中,都有微量的汞存在,可以通过排泄、毛发等代谢,不影响健康。
但是,随着工农业的迅速发展,目前国内对汞的需求量还是很高的,问题在于这些重金属用完之后生成的其氧化物或杂质如何处理,过量的汞如何处理,这些都是问题的关键之处,据调查,每年因汞中毒而死亡的人数并不在少数,如何防范含汞废水进入农业用水系统,已经迫在眉睫,是我们不得不去面对的问题。
2.3铅污染
铅是一种柔软的白色金属,是我国最早发现的元素之一,很容易生锈,但不失光泽,铅在工业中最重要的用途就是制造蓄电池,因此,水资源和土壤中铅污染的主要来源就是人们对废弃蓄电池的随意丢弃,而铅的化合物,常被用于合成五彩缤纷的颜料,在铅的众多化合物中,最重要的就是四乙基铅,常用于汽油防爆剂,铅的毒性随量而增大,其主要是通过人的皮肤接触,或者是消化道、呼吸道等进入人体器官,铅含量多者可引起器官病变,铅的主要毒性表现在贫血,神经受到损伤或者造成肾功能不全,生活中的铅给我们带来了无限的色彩和快乐,但是食物中的铅却能给人带来痛苦。
二、重金属对水体及土壤污染现状
1.重金属对水体污染现状
水体中重金属污染物的来源十分广泛,最主要的是工矿企业排放的废物和污水。由于这些工厂排放的污染物数量大,分布范围广,因而受污染的区域很大,较难控制,危害严重[2]。重金属在人体内能和蛋白质及各种酶发生强烈的相互作用,使它们失去活性,也可能在人体的某些器官中富集,如果超过人体所能耐受的限度,会造成人体急性中毒、亚急性中毒、慢性中毒等,对人体会造成很大的危害。在我国,最近的一起重金属污染事件是2011年3月中旬,浙江台州市路桥区峰江街道,一座建在居民区中央的“台州市速起蓄电池有限公司” 引起168名居民血铅超标,是近几年来浙江发生的最严重的一次重金属污染事件,其原因就是电池公司将含有大量铅的废水排入河渠,渗入地下,居民喝了地下水之后铅严重超标,而作为最大的洋垃圾市场,台州市每年从垃圾中拆解的价值高达200亿人民币,但是拆解之后的剩余物却随意丢弃,丢弃的重金属垃圾对空气和水资源造成了严重的污染。目前,我国的重金属对水体的污染正在逐年加剧,如若不采取措施,不过十几年的时间,我们将生活在一个被重金属污染的世界,想治理都治理不完。
二、重金属对水体污染的防治措施
1.加快含重金属废水废气治理
废水和废气是化工行业最普遍的污染物,也是和人类息息相关的一些污染,针对这些废水和废气,怎么处理成为了一个棘手的问题,对于废水的处理,目前,有三种最为让人接受的方法,物理处理法,即利用污染物的物化性质来除掉废水中的污染物,化学处理法,是指利用化学反应原理处理或回收废水中的溶解物或胶体中的物质,包括中和,氧化,还原絮凝法。最后一种方法是生化处理法,这种方法是指利用微生物在废水中对有机物进行氧化分解的新陈代谢过程,包括活性污泥法,生物滤池,氧化塘等方法。
2.强化含重金属固体废物污染防治
固体废弃物是化工三废中种类最多数量最大的一种污染物,其每年排出的数量有数亿吨,破坏了植被,排入水源,对农业用水造成了严重的污染,进一步转化就会进入大气,化工废渣的种类繁多,成分复杂,处理方法并不像废水废气那样有成套的系统和装置。而是根据其化学组成选用不同的方法,对于有机化工废物的处理,目前,采用较多的方法有热分解法,焚烧法和再生利用法,近几年发展最受欢迎的是再生利用法,将废物经过多次的回收利用,将其中有用成分提取出来,加工成其他产品。其次就是对无极废物的处理,其主要方法有3种,分别是可以作为二次原料资源,或者是提取其中的有用成分用于农业生产,对那些没有什么利用价值或者已经提取有用成分的部分废物,可以再加工为建筑材料。
三、结论
目前,我国重金属对水体污染已经相当严重了,尤其是化工行业,是最主要的重金属污染源中,如若不及时治理,将对国民经济造成严重损失,对人们的身心健康造成巨大的伤害,因此,解决重金属污染问题已经迫在眉睫。
参考文献
[1] 李然. 水环境中重金属污染研究概述. 四川环境, 1997(16): 18-22.
[2] 李振. 浅谈重金属水污染现状及监测进展. 企业论道.
为研究滏阳河沿岸周围土壤重金属含量及其污染状况,选取了滏阳河邯郸市区段沿岸包括邯郸市油漆厂、龙湖公园和邯山广场八个取样点,每个取样点采集10份,共采集土壤80份。采用火焰原子分光光度法测定其中铅、镉的含量,了解滏阳河邯郸市区段沿岸土壤中重金属污染状况,为社会提供治理环境污染的科学依据。实验数据表明,本次检测的80个土壤样品中铅、镉的阳性率分别为86%和66%,说明这些地点的土壤均不同程度受到了重金属的污染。
【关键词】土壤;滏阳河;污染;重金属;邯郸市
1. 滏阳河沿岸土壤重金属污染的研究背景
随着经济的不断发展,我国的城市化是发展的必然趋势。根据《中国新型城市化报告-2011》,2011年的中国内地城市化率首次突破50%,达到了51.3%[1]。这意味着中国城镇人口首次超过农村人口,中国城市化进入关键发展阶段。城市是一个复合生态系统,也是一个极不稳定的人工生态系统[2],其中土壤作为人类赖以生存与发展的物质基础,也是城市生态系统地球化学循环的重要环节[3]。
城市土壤重金属污染,主要指Hg、Cd、Pb、Cr以及类金属砷(As)等生物毒性显著的元素,也包括具有一定毒性的元素,如Zn、Cu、Co、Ni、Mn,、Sn、Mo等[4]。城市化过程中伴随大量含有重金属元素的工业"三废"、机动车废气和生活垃圾等污染物的排放,这些污染物直接或间接进入城市土壤,造成城市土壤的重金属污染,而且重金属很难被生物降解,通过吞食、吸入和皮肤吸收等途径进入人体,对人特别是儿童的健康造成危害[5]。
2滏阳河污染概况
滏阳河属海河流域子牙河系,全长402公里,是一条防洪、灌溉、排涝、航运等综合利用的骨干河道。发源于太行山东麓邯郸市峰峰矿区和村,在邯郸市境内段为最上段,自东武仕水库流经磁县、邯郸县、邯山区、丛台区、永年县、曲周县、鸡泽县至邯邢边界长约119公里,流域面积2747平方公里,其中东武仕水库坝下2407平方公里[6]。
20世纪70年代后,随着邯郸市经济的不断增长和滏阳河沿岸人口的不断增加,环境保护和水资源管理相对滞后,随着生活污水和工业废水的大量排入,致使滏阳河水质不断恶化,严重影响了工业用水和邯郸市民的生活用水[5-8]。因此治理污染,建立良好的水环境,已成为治理滏阳河的当务之急。目前,对于滏阳河邯郸市区段沿岸土壤铅、镉污染状况的研究报道甚少,为此,对滏阳河邯郸市区段沿岸土壤重金属铅、镉的污染状况进行调查与分析,旨在对该区域内控制铅、镉污染提供参考依据。
3实验方法和实验仪器
采用盐酸-氢氟酸-高氯酸全分解的方法,使土壤的矿物晶格遭到破坏,使待测元素全部进入试液中。之后在约1%的盐酸中,加入适量的KI,试液中的Pb2+、Cd2+与I-形成稳定的离子化合物,可被甲基异丁基甲酮(MIBK)萃取。将有机相注入火焰,使铅、镉化合物解离为处于基态的原子,从空心阴极灯发射的基态原子蒸气产生选择性吸收的谱线,在最佳条件下,测定铅、镉的吸光度。
⑴一般实验室仪器和以下仪器。
⑵原子吸收分光光度计(带有背景校正装置)
⑶铅空心阴极灯。
⑷镉空心阴极灯
⑸乙炔钢瓶
⑹空气压缩机。应备有除水、除油和除尘装置。
4结果与分析
4.1土壤样品中铅的含量
8个取样点中的铅检测结果见表4
8个取样点中的镉检测结果见表58.2结论
①滏阳河邯郸市区段沿岸土壤中,油漆厂周围土壤的铅、镉含量均或多或少高于其他七个地点,两个公路交叉口周围土壤铅镉含量也较高,生活区包括邯钢罗二生活区和罗城头村的含量不高,滏阳公园、龙湖公园和邯山广场的铅镉含量最低。
②邯郸市油漆厂土壤铅、镉含量超出了国家土壤环境质量达到了三级标准,联纺路与达康路交叉口、人民路与滏河大街交叉口一些样本的镉含量也达到了国家三级标准,说明这些地区受污染较严重,其他地点均未显示超标,说明所受污染并不严重,对周围居民的影响也较小,但仍应当引起有关部门的重视。
参考文献
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关键词:土壤污染;现状;危害;治理措施
1土壤污染概念
土壤是指陆地表面具有肥力、能够生长植物的疏松表层,其厚度一般在2m左右。土壤不但为植物生长提供机械支撑能力,并能为植物生长发育提供所需要的水、肥、气、热等肥力要素。近年来,由于人口急剧增长,工业迅猛发展,固体废物不断向土壤表面堆放和倾倒,有害废水不断向土壤中渗透,汽车排放的废气,大气中的有害气体及飘尘不断随雨水降落在土壤中。农业化学水平的提高,使大量化学肥料及农药散落到环境中,导致土壤遭受非点源污染的机会越来越多,其程度也越来越严重,在水土流失和风蚀作用等的影响下,污染面积不断扩大。因此,凡是妨碍土壤正常功能,降低农作物产量和质量,通过粮食、蔬菜、水果等间接影响人体健康的物质都叫做土壤污染物[1-2]。
当土壤中有害物质过多,超过土壤的自净能力,引起土壤的组成、结构和功能发生变化,微生物活动受到抑制,有害物质或其分解产物在土壤中逐渐积累,通过“土壤植物人体”,或通过“土壤水人体”间接被人体吸收,达到危害人体健康的程度,就是土壤污染。
2我国土壤污染现状与危害
2.1土壤污染的现状
目前,我国土壤污染的总体形势严峻,部分地区土壤污染严重,在重污染企业或工业密集区、工矿开采区及周边地区、城市和城郊地区出现了土壤重污染区和高风险区。土壤污染类型多样,呈现出新老污染物并存、无机有机复合污染的局面。土壤污染途径多,原因复杂,控制难度大。土壤环境监督管理体系不健全,土壤污染防治投入不足,全社会防治意识不强。由土壤污染引发的农产品质量安全问题和逐年增多,成为影响群众身体健康和社会稳定的重要因素[3]。
2.2土壤污染的危害
2.2.1土壤污染导致严重的直接经济损失。初步统计,全国受污染的耕地约有1000万hm2,有机污染物污染农田达3600万hm2,主要农产品的农药残留超标率高达16%~20%;污水灌溉污染耕地216.7万hm2,固体废弃物堆存占地和毁田13.3万hm2。每年因土壤污染减产粮食超过1000万t,造成各种经济损失约200亿元。
2.2.2土壤污染导致生物产品品质不断下降。因农田施用化肥,大多数城市近郊土壤都受到不同程度的污染,许多地方粮食、蔬菜、水果等食物中镉、砷、铬、铅等重金属含量超标或接近临界值。每年转化成为污染物而进入环境的氮素达1000万t,农产品中的硝酸盐和亚硝酸盐污染严重。农膜污染土壤面积超过780万hm2,残存的农膜对土壤毛细管水起阻流作用,恶化土壤物理性状,影响土壤通气透水,影响农作物产量和农产品品质。
2.2.3土壤污染危害人体健康。土壤污染会使污染物在植物体内积累,并通过食物链富集到人体和动物体中,危害人体健康,引发癌症和其他疾病。
2.2.4土壤污染导致其他环境问题。土壤受到污染后,含重金属浓度较高的污染土容易在风力和水力作用下分别进入到大气和水体中,导致大气污染、地表水污染、地下水污染和生态系统退化等其他次生生态环境问题。
3造成土壤污染的原因
3.1过量施用化肥
我国每年化肥施用量超过4100万t。虽然施用化肥是农业增产的重要措施,但长期大量使用氮、磷等化学肥料,会破坏土壤结构,造成土壤板结、耕地土壤退化、耕层变浅、耕性变差、保水肥能力下降、生物学性质恶化,增加了农业生产成本,影响了农作物的产量和质量;未被植物吸收利用和根层土壤吸附固定的养分,都在根层以下积累或转入地下。残留在土壤中的氮、磷化合物,在发生地面径流或土壤风蚀时,会向其他地方转移,扩大了土壤污染范围。过量使用化肥还使饲料作物含有过多的硝酸盐,妨碍牲畜体内氧气的输送,使其患病,严重导致死亡[4]。
3.2农药是土壤的主要有机污染物
全国每年使用的农药量达50万~60万t,使用农药的土地面积在2.8亿hm2以上,农田平均施用农药13.9kg/hm2。直接进入土壤的农药,大部分可被土壤吸附,残留于土壤中的农药,由于生物和非生物的作用,形成具有不同稳定性的中间产物或最终产物无机物。喷施于作物体上的农药,除部分被植物吸收或逸入大气外,约有1/2左右散落于农田,又与直接施用于田间的农药构成农田土壤中农药的基本来源。农作物从土壤中吸收农药,在植物根、茎、叶、果实和种子中积累,通过食物、饲料危害人体和牲畜的健康。
3.3重金属元素引起的土壤污染
全国320个严重污染区约有548万hm2土壤,大田类农产品污染超标面积占污染区农田面积的20%,其中重金属污染占80%,粮食中重金属镉、砷、铬、铅、汞等的超标率占10%。被公认为城市环境质量优良的公园存在着严重的土壤重金属污染。汽油中添加的防爆剂四乙基铅随废气排出污染土壤,使行车频率高的公路两侧常形成明显的铅污染带。砷被大量用作杀虫剂、杀菌剂、杀鼠剂和除草剂,硫化矿产的开采、选矿、冶炼也会引起砷对土壤的污染。汞主要来自厂矿排放的含汞废水。土壤组成与汞化合物之间有很强的相互作用,积累在土壤中的汞有金属汞、无机汞盐、有机络合态或离子吸附态汞,所以,汞能在土壤中长期存在。镉、铅污染主要来自冶炼排放和汽车尾气沉降,磷肥中有时也含有镉[5]。
3.4污水灌溉对土壤的污染
我国污水灌溉农田面积超过330万hm2。生活污水和工业废水中,含有氮、磷、钾等许多植物所需要的养分,所以合理地使用污水灌溉农田,有增产效果。未经处理或未达到排放标准的工业污水中含有重金属、酚、氰化物等许多有毒有害的物质,会将污水中有毒有害的物质带至农田,在灌溉渠系两侧形成污染带。
3.5大气污染对土壤的污染
大气中的二氧化硫、氮氧化物和颗粒物等有害物质,在大气中发生反应形成酸雨,通过沉降和降水而降落到地面,引起土壤酸化。冶金工业排放的金属氧化物粉尘,则在重力作用下以降尘形式进入土壤,形成以排污工厂为中心、半径为2~3km范围的点状污染。
3.6固体废物对土壤的污染
污泥作为肥料施用,常使土壤受到重金属、无机盐、有机物和病原体的污染。工业固体废物和城市垃圾向土壤直接倾倒,由于日晒、雨淋、水洗,使重金属极易移动,以辐射状、漏斗状向周围土壤扩散。
3.7牲畜排泄物和生物残体对土壤的污染
禽畜饲养场的厩肥和屠宰场的废物,其性质近似人粪尿。利用这些废物作肥料,如果不进行物理和生化处理,则其中的寄生虫、病原菌和病毒等可引起土壤和水域污染,并通过水和农作物危害人群健康。
3.8放射性物质对土壤的污染
土壤辐射污染的来源有铀矿和钍矿开采、铀矿浓缩、核废料处理、核武器爆炸、核实验、燃煤发电厂、磷酸盐矿开采加工等。大气层核试验的散落物可造成土壤的放射性污染,放射性散落物中,90Sr、137Cs的半衰期较长,易被土壤吸附,滞留时间也较长。
4我国土壤污染的治理措施
4.1施用化学改良剂,采取生物改良措施,增加土壤环境容量,增强土壤净化能力
向土壤中施用石灰、碱性磷酸盐、氧化铁、碳酸盐和硫化物等化学改良剂,加速有机物的分解,使重金属固定在土壤中,降低重金属在土壤及土壤植物体的迁移能力,使其转化成为难溶的化合物,减少农作物的吸收,以减轻土壤中重金属的毒害。针对有机物污染,用植物、细菌、真菌联合加速有机物降解。针对无机物污染,利用植物修复可以把一部分重金属从土壤中带走。
增加土壤有机质含量、砂掺粘改良性土壤,增加和改善土壤胶体的种类和数量,增加土壤对有害物质的吸附能力和吸附量,从而减少污染物在土壤中的活性。发现、分离和培养新的微生物品种,以增强生物降解作用。
4.2强化污染土壤环境管理与综合防治,大力发展清洁生产
控制和消除土壤污染源,组织有关部门和科研单位,筛选污染土壤修复实用技术,加强污染土壤修复技术集成,选择有代表性的污灌区农田和污染场地,开展污染土壤治理与修复。重点支持一批国家级重点治理与修复示范工程,为在更大范围内修复土壤污染提供示范、积累经验。合理利用污染土地,严重污染的土壤可改种非食用经济作物或经济林木以减少食品污染。科学地进行污水灌溉,加强土壤污灌区的监测和管理,了解水中污染物的成分、含量及其动态,避免带有不易降解的高残留污染物随机进入土壤。
增施有机肥,提高土壤有机质含量,增强土壤胶体对重金属和农药的吸附能力。强化对农药、化肥、除草剂等农用化学品管理。增施有机肥同时采取防治措施,不仅可以减少对土壤的污染,还能经济有效地消灭病、虫、草害,发挥农药的积极效能。在生产中合理施用农药、化肥,控制化学农药的用量、使用范围、喷施次数和喷施时间,提高喷洒技术,改进农药剂型,严格限制剧毒、高残留农药的使用,大力发展高效、低毒、低残留农药。大力发展生物防治措施。
大力推广闭路循环、无毒工艺,以减少或消除污染物的排放。对工业“三废”进行回收净化处理,化害为利,严格控制污染物的排放量和浓度。大力推广和发展清洁生产。
针对土壤污染物的种类,种植有较强吸收能力的植物,降低有毒物质的含量,或通过生物降解净化土壤,通过改变耕作制度、换土、深翻等手段,施加抑制剂改变污染物质在土壤中的迁移转化方向,减少农作物的吸收,提高土壤pH值,促使镉、汞、铜、锌等形成氢氧化物沉淀。
根据土壤的特性、气候状况和农作物生长发育特点,既要防治病虫害对农作物的威胁,又要把化肥、农药对环境和人体健康的危害限制在最低程度。利用物理、物理化学原理治理污染土壤。大力开展植树造林,提高森林覆盖率,维护森林生态系统平衡。
4.3调控土壤氧化还原条件
调节土壤氧化还原电位,使某些重金属污染物转化为难溶态沉淀物,控制其迁移和转化,降低污染物的危害程度。调节土壤氧化还原电位主要是通过调节土壤水分管理和耕作措施实现。
4.4改变耕作制度,实行翻土和换土
改变耕作制度会引起土壤环境条件的变化,消除某些污染物的危害。对于污染严重的土壤,采取铲除表土和换客土的方法;对于轻度污染的土壤,采取深翻土或换无污染客土的方法。
4.5采用农业生态工程措施
在污染土壤上繁殖非食用的种子、种经济作物,从而减少污染物进入食物链的途径;或利用某些特定的动植物和微生物较快地吸走或降解土壤中的污染物质,从而达到净化土壤的目的。
4.6工程治理
利用物理(机械)、物理化学原理治理污染土壤,是一种最为彻底、稳定、治本的措施,但投资大,适于小面积的重度污染区,主要有隔离法、清洗法、热处理、电化法等。近年来,把其他工业领域,特别是污水、大气污染治理技术引入土壤治理,为土壤污染治理研究开辟了新途径。
5参考文献
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走进园区后发现,这里的环境污染很严重。露天堆积的废品如山,粗加工作坊排放的废水、废渣肆意污染水体和土壤。据园区工作人员介绍,这些废弃物中含有严重危害人们健康的镉、铅等重金属。
工业园区还有很多再生造纸厂,它们排放的、经除污处理后的碱性有机物质滤泥量非常多,已经堆成了一个个小山包。
附近的村民们还反映,近几年村民癌症、骨病等发病率逐年上升。联想到地理教材“人类与地理环境协调发展”中讲述日本富山县农民的“镉米”事件,我们产生了这样一个疑问:园区及周边的村民种植的蔬菜中是否也含有镉与铅这些“致命杀手”?有什么方法来解决这一问题?
带着一连串的问题,我们选定了“废品大市场环境污染与治理研究调查”作为课题。
一、园区调查与研究内容
调查园区环境,查阅文献、走访专家,了解蔬菜吸收镉、铅的情况,找出对镉、铅吸收量相对较少的蔬菜种类,探寻降低蔬菜吸收镉、铅的新种植技术。寻找当地富集镉、铅的植物,修复再生资源工业园区污染了的生态环境。
二、研究过程
再生资源场边污染区的范围包括北山、黎兴等11个行政村,中心市场辖地面积5平方千米,我们的课题试验仅以中心市场所在位置北山村的调查材料为代表。
1.再生资源工业园场边北山村村民重大疾病情况调查
再生资源工业园区中心市场在紧靠京珠高速的新开镇北山村,近几年来,该村村民重大疾病发病率逐年攀升,据人民医院提供的数据统计,肝癌、肺癌、骨癌等癌症病发生率达到了总人口的10%,调查统计情况见表1。
从表1的疾病调查统计数据可以看出:2007年与2000年相比,骨病的发生率增加了3倍;呼吸道疾病的发生率增加了10倍,新生儿缺陷症发病率增加了7倍,癌症发病率增加了24倍。
中医院的医护人员认为,镉、铅污染都是引起这几类疾病高发的主要原因。
我们在进一步的调查中发现,北山村还存在“土法炼铅”的粗加工作坊,这种“土法炼铅”的废渣中镉、铅含量特别高,炼铅厂的老板们只顾挣钱,没有采取任何环保措施,废渣随处乱倒,北山村的菜地、稻田、山土中随处可见。
联想到村民们的发病率直线上升,我们认为“土法炼铅”肯定有问题,为了验证这一猜想,我们决定对其进行进一步调查和研究。
2.设计实验方案
我们在网上进行文献查询,获取了重金属污染的相关资料,摘录了数篇铅与镉对人体健康危害的文献,还来到市农业局、市环保局以及市蔬菜办,向专家们请教,农业局环保站的谢博士为我们介绍了土壤取样与水体取样的基本方法及原理。
环保局的工作人员对我们提出的课题很感兴趣,不仅鼓励我们,还为我们的课题实验提供了材料和技术上的帮助。
在他们的指导下,我们确立了如下两个实验方案。
(1)检测实验:水、土壤抽样检测
水样:分别采集再生资源工业园区南边北山村菜农灌溉用的场区排污水、废电瓶炼铅厂总排污口污水、再生资源工业园区地下水(井水水样)各 400ml,作为检测标本,在24小时内送至湖南省检测分析中心进行检测。
土样:采用五点取样法分别从再生资源工业园区南边北山村菜园土、稻田土、山地土的采样点中各取两个土样(500g),作为标本送至湖南省检测分析中心进行检测。
水样样本检测数据显示:井水中镉、铅含量均未超标,说明地下水暂未受污染;废品收购大市场内的排污水中有一定的铅含量,但未超标;电瓶炼铅厂总排污口周围所取的废水样本中铅的含量超标,超标率近3倍。但调查发现,该种排污水的量不大,而且经过沉降池处理后对植物与人体的影响不太大。
土样检测结果显示,北山村重度污染(超标27倍以上)的蔬菜土面积占全村蔬菜地总面积的35%,中、轻度污染区蔬菜土面积占全村蔬菜地总面积的65%,其中重度污染的土壤样本取自北山村“土法炼铅”作坊附近的菜地与稻田土。
从上述数据可知,再生资源场边北山村土壤中镉、铅的含量较高,污染严重。
村民们这几年发病率升高,致病源是不是镉、铅含量较高的土壤?种植在园区周边的蔬菜是否吸收了镉与铅?我们来到北山村的蔬菜种植场,采集了当地9种主要的蔬菜样本送到湖南省检测分析中心检测其镉、铅含量。
被检测的蔬菜不论在污染区还是在非污染区,它们对镉、铅都表现出相同趋势的不同富集能力,即菠菜>芹菜>韭菜>莴笋>小白菜>苋菜>甘蓝>胡萝卜>土豆。
检测结果显示,在污染区重金属严重超标(超标倍数大于30倍以上)的有菠菜、芹菜;中度超标(超标倍数在2至4倍之间)的有韭菜、小白菜、苋菜、莴笋;轻度超标(超标倍数在2倍以下)的有甘蓝、胡萝卜,在土豆中未检出镉与铅。
因此,我们向当地政府建议:在再生资源场边中、轻度污染的土壤上大量种植土豆或轻度富集的甘蓝、胡萝卜等根茎类蔬菜,用以替代其他严重超标的绿叶菜。这一安全绿色种植方案,得到当地政府的认可。
(2)探究试验:利用野生高富集植物吸收土壤的镉、铅,修复被污染的土壤。
有关资料显示,许多野生植物能富集镉、铅、锶、铬等重金属元素,尤其是在土壤和大气中重金属含量较高的环境中生长的野生植物。于是我们决定用种植野生植物来减少土壤中的镉、铅元素,从而修复被污染的再生资源场边农业可耕地。
①试验材料:北山村的菜园土,非污染野生高富集植物幼苗(平江县盘石村)。
②试验方法:盆栽法。
选取直径约30cm的普通花盆约15个,从北山村污染区的稻田土中取150kg土壤作为培养土,按每盆5kg给每个花盆装上培养土,并于当天从平江盘石镇的乡村中采集非污染的有代表性的5种野生植物幼苗,分别为马齿苋、荠菜、蕨菜、野生苎麻、芥菜。每个品种幼苗10株,栽培在花盆中,每个品种种植3盆,采用污染区的地表水进行浇灌,并配合正常的肥水管理。
培植60天后,将上述样本送至湖南省检测分析中心进行检测,试验检测结果见表2。
表2的检测结果显示,五种野生植物的铅吸收量大小为:野生苎麻>芥菜>马齿苋>荠菜>蕨,五种野生植物镉吸收量的大小为:野生苎麻>芥菜>荠菜>马齿苋>蕨,说明5种野生植物中对铅、镉的富集能力最强的是野生苎麻。
三、研究结论
[关键词] 福建茶园 土壤环境质量 营养元素 无机污染物 有机污染物 评价
茶是一种有益健康的饮料,进入21世纪,随着环球绿色消费的蓬勃兴起,人们对茶叶的数量和质量要求不断提高。因此,在茶园土壤、茶叶生产加工等方面有了很多有益的研究和探讨。本文结合全国土壤污染状况调查项目,通过采集的107个土壤样本,较全面地调查了福建省茶园土壤环境质量状况,评价了茶园土壤养分丰缺状况,摸清了茶园土壤主要污染物,评价了茶园土壤环境质量等级及污染水平,为福建省无公害茶叶、绿色茶叶、有机茶叶产品生产基地建设提供数据支撑。
1 样品采集与测试
1.1 样品采集与制备
以《土壤环境监测技术规范》HJ/T166-2004为依据,按照目前福建茶园实际分布情况和面积大小,采集福建省闽东、闽南、闽北、闽中四大茶区107个土壤样本,土类类型中红壤占81.3%,水稻土占7.5%,黄壤占7.5%,赤红壤占3.7%。采样点设在茶叶生产基地内,每个采样点按梅花点布点法采集0~20cm、20~40cm土层土样,采样量为1kg。采用GPS记录中心点位置。用于分析有机污染物的样品只采集0~20cm土层土样,去除表面杂物,装入棕色玻璃瓶中,胶带封口,贴上标签;其它的样品采用竹制工具采集0~20cm、20~40cm土层土样,去除表面杂物,装入塑料袋,贴上标签。采样点位见图1。多环芳烃、酞酸酯分析土样贮存于4℃冰箱保存2~3天,其它项目分析土样按照土壤样品制备要求风干、粉碎并用四分法分取压碎样品,全部过孔径20目尼龙筛,将上、下层土样等量混合备用,根据需要再细磨至60目、100目、200目供测试用。
1.2 样品测试方法
土壤样品中全氮、碱解氮、有效磷、有效钾、pH值、有机质、阳离子交换量采用1999年颁布的林业标准,分别为LY/T1228、LY/T1299、LY/T1233、LY/T1236、LY/T1239、LY/T1237、LY/T1243;全磷、全钾采用X荧光射线法;颗粒组成采用吸管法;铅、铜、锌、镉、锰采用原子吸收法;砷、硒、汞、锑、铋采用原子荧光光谱法;氟采用离子选择电极法;有效氟采用水溶液提取离子选择电极法测定;有效砷、有效硒采用0.5mol/L磷酸二氢钠提取,原子荧光光谱法测定;有效汞、有效铅、有效铜、有效铬、有效镉、有效锰、有效镍、有效锌、有效钒、有效钴采用0.5mol/L HCL提取原子荧光光谱法和等离子体发射光谱法测定;六六六、滴滴涕采用气相色谱法;多环芳烃采用USEPA8310高效液相色谱法;酞酸酯采用USEPA8270色谱-质谱联用仪。按《NY/T395-2000 农田土壤环境质量规范技术要求》全程序空白值测定的批内标准偏差计算得出的检出限均在方法要求的检出限以下;使用X射线荧光法测定的全钾、全磷数据检出率达100%,符合规范要求(90%为合格)。采用采样平行、分析平行控制精密度;无机物采用有证标物分析、回收率、实验室间比对等质控措施,有机物采用有证标物分析、参加能力验证、质控考核方法控制准确度。
2 结果与评价
2.1 茶园土壤养分水平现状
土壤氮、磷、钾、碱解氮、有效磷、有效钾、有效铜、有效锰、有效锌、有机质、pH值、阳离子交换量含量高低与茶叶产量、品质关系密切,是茶树生长、发育必需的营养元素,根据茶园土壤肥力指标和优质高效高产的指标[1]评价得出:
2.1.1 福建省茶园土壤有机质整体水平较丰富,碱解氮含量较高,阳离子交换量低,土壤整体偏酸,钾元素、土壤微量元素锰、铜元素亏缺,有效磷、有效锌含量高低较平均,见表1。
2.1.2 福建省茶园土壤养分丰缺比较:研究区土壤有机质平均含量18.8g/kg、全氮0.850g/kg,与全国水平相当,碱解氮平均含量96.2mg/kg,有效磷15.4mg/kg,高于全国水平;有效锌<1.0mg/kg的占20.8%,优于全国水平;有效钾43.2mg/kg,低于全国水平,也大大低于日本、东非、肯尼亚等国家的平均水平[2];有效锰<30mg/kg(严重缺锰)的达82.1%,而浙江茶园土壤有效锰<30mg/kg(严重缺锰)的茶园仅占30%以上[3]。
2.1.3 硒与植物的生长发育有着密切的关系。根据环境背景值数据手册,福建茶园土壤硒含量大于0.4mg/kg的高硒茶园占31%,土壤硒含量中等的占32%。可见福建省茶园土壤硒含量总体水平较高,高硒茶园主要分布在宁德和泉州。
2.1.4 其它如钴、镍、钒、铋、锑等元素目前尚未被证明是茶叶生长必需的营养元素,相关报道较少,它们对茶树生长、发育的影响有待研究。
2.2 福建省茶园土壤无机元素污染现状
采用单项污染指数评价方法,依据GB15618-1995(二级)、NY/T853-2004茶园土壤环境质量、DB35/T 859-2008福建省农业土壤重金属污染分类标准,以及福建土壤背景值[4],评价福建茶园土壤无机元素污染现状,结果表明:(1)测定15种无机元素,除了砷、铬、镍、钒、氟外,其它金属元素均较土壤背景值高;(2)金属总量最大超标率排序结果为:铅>钒>钴=硒=镉>汞=锌=镍;有效态超标率排序结果为:有效铅>有效镉,见表2;(3)金属最大超标倍数为:硒1.89倍,汞1.83倍,铅1.15倍,镉1.13倍,有效铅1.06倍,有效镉1.09倍。(4)依据超标率、超标倍数,结合金属生物毒性响应因子系数,参考值Hg(40),Cd(30),Pb(20),Cr(15),As(15),Cu(10),可以得出福建茶园土壤主要无机污染物为铅、镉;汞为茶叶“三品”严格控制的污染物,应重点监控;其它如钒、钴、硒、锌等元素虽然是茶叶生长的营养元素或是与茶树生长密切相关的元素,但超标会影响茶树生长、发育,应适当关注;铋、锑缺少评价标准,有待进一步研究。
2.3 福建省茶园土壤有机污染物状况
福建茶园土壤六六六总量ND~15.85μg•kg-1,滴滴涕总量0.03~62.76μg•kg-1,符合国家土壤环境质量标准(GB15618- 1995)中的二级标准含量(六六六总量:500μg•kg-1,滴滴涕总量:500μg•kg-1),与四川、安徽、江苏、湖南、湖北等省茶园数据比较,福建省茶园土壤六六六(HCHs)和滴滴涕(DDTs)农药残留整体上处于相对较低的水平,见表3;与1997年福建茶园土壤数据比较,HCHs和DDTs残留有所下降,但DDTs残留部分有新引入茶园的,可能与滴滴涕或三氯杀螨醇产品的使用有关[5],应引起高度重视。
福建茶园土壤多环芳烃(PAHs)总量在0.622μg/kg~812μg/kg之间,平均为48.4μg/kg,见表4,按照加拿大农业环境部长会议制定的未超标标准,即土壤中单个PAHs化合物(BaA,Bap,BbF,DBA,IP,Na,Phe,Pyr) 含量不得超过100μg •kg-1来衡量, 均未超标;以荷兰土壤中PAHs 含量的标准, 即10 种PAHs 化合物(An,BaA,BkF,Bap,Chry,Phe,FluA,IP,Na和BghiP) 含量之和大于1000μg •kg-1为污染土壤的临界值,均未超标[6];但参照荷兰的标准(Bapeq:32.96μg•kg-1),合格率 97.8%。
福建茶园土壤酞酸酯类化合物以邻苯二甲酸二(2-乙基已基)酯(DEHP)和邻苯二甲酸二正丁酯(DnBP)为主,DEHP检出率75%,含量范围在ND~991µg•kg-1之间,合格率100%(DEHP控制值4.35 mg•kg-1);DnBP检出率为71%,含量在ND~176µg•kg-1之间,合格率97%(DnBP控制值0.081mg•kg-1);邻苯二甲酸二正辛酯(DnOP) 检出率56%,含量在ND~10.7µg•kg-1之间,合格率100%(DnOP控制值1.2 mg•kg-1);邻苯二甲酸丁基苄基酯(BBP)、邻苯二甲酸二乙酯(DEP)、邻苯二甲酸二甲酯(DMP)未检出。
2.4 福建省茶园土壤环境质量评价
采用综合因子污染指数评价,对茶园土壤无机元素进行评价,得出:(1)应用不同标准进行评价,综合污染指数PN≤0.7占83.18%~88.68%,茶园土壤环境质量总体质量优良,污染程度为安全,污染水平为清洁,见表4。(2)采用DB35/T 859-2008 (有效态)评价,综合污染指数PN≤0.7占的比例较其它总量标准略高,由于金属有效态能够体现茶树吸收土壤中的形态,更具有实际意义。
3 结论
3.1 福建省茶园土壤营养物质中,有机质整体水平较丰富,碱解氮含量较高,阳离子交换量低,土壤整体偏酸,钾元素、土壤微量元素锰、铜元素亏缺,有效磷、有效锌含量高低较平均。与国内其它茶园相比较,有机质、全氮基本一致,碱解氮、有效磷、有效锌略高;有效钾略低;与日本、东非、肯尼亚等国家茶园相比较,有效钾含量低,且差距较大;与浙江茶园相比较,有效锰缺乏占的比例高于浙江茶园。
3.2 福建茶园土壤无机污染物中,出现超标的金属有铅、钒、钴、硒、镉、汞、锌、镍,超标率排序结果为铅>钒>钴=硒=镉>汞=锌=镍;有效铅>有效镉;主要控制的金属污染物以有效态评价结果为依据,即主要控制铅、镉;汞为茶叶“三品”严格控制的污染物,应重点监控;镍为重金属,对镍超标的茶园仍应引起重视;其它如钒、钴、硒、锌等元素虽然是茶叶生长的营养元素或是与茶树生长密切相关的元素,但超标会影响茶树生长、发育,应适当关注;铋、锑缺少评价标准,有待进一步研究。
3.3福建茶园土壤有机污染物中,六六六、滴滴涕总量符合GB15618-1995国家土壤环境质量标准中的二级标准(六六六总量500μg•kg-1、滴滴涕总量500μg•kg-1);多环芳烃(PAHs)总量基本符合荷兰的标准(Bapeq:32.96μg•kg-1)标准,合格率 97.8%;酞酸酯以美国土壤中PAEs治理标准[7](酞酸酯各组分分别为2.0~50mg•kg-1)评价,福建茶园土壤酞酸酯类化合物全部小于该治理标准,以美国土壤中PAEs控制标准[7](酞酸酯各组分分别为0.020~4.35mg•kg-1)评价,福建省茶园土壤中邻苯二甲酸二正丁酯(DnBP)合格率97.0%;其余的组分合格率100%。
3.4 综合因子污染指评价得出福建省茶园土壤环境质量83.18%质量优良,污染程度为安全,污染水平为清洁。
参考文献:
[1] 韩文炎,阮建元,林智等.茶园土壤主要营养障碍因子及系列茶树专用肥的研制[J]. 茶叶科学,2002,22(1):70-74,65.
[2] 杨冬雪,钟珍梅,陈剑侠,等.福建省茶园土壤养分状况评价[J].海峡科学, 2010, (6):129-131.
[3] 韩文炎,石元值等.茶园钾素研究进展与施钾技术[J].中国茶叶, 2004, 1:22-24.
[4] 陈振金,陈春秀,刘用清,等.福建省环境背景值研究[J].环境科学, 1991, 13(4):70-75.
[5] 杨冬雪,潘敏,马玉凤.茶园土壤中有机氯农药残留调查及评价[J].茶叶科学,2009,(4):27-30.
[6] 倪沁颜,杨冬雪,孔德贤,等.福建省茶园土壤中多环芳烃的分布、来源分析及生态风险评价[J].中国环境监测,2009,25(6):90-93.