农田土壤污染治理研究

农田土壤污染治理研究（共10篇）

农田土壤污染治理研究 篇1

污染土壤修复技术的研究起步于20世纪70年代后期。在过去的30年期间,欧洲及美国、日本、澳大利亚等国家纷纷制定了土壤修复计划,巨额投资研究了土壤修复技术与设备,积累了丰富的修复技术与工程应用经验,成立了许多土壤修复公司和网络组织,使土壤修复技术得到了快速的发展。我国的污染土壤修复技术研究起步较晚,在“十五”期间才得到重视,列入了高技术研究规划发展计划[1],其研发水平和应用经验都与发达国家存在相当大的差距。近年来,顺应土壤环境保护的现实和土壤环境科学技术的发展需求,科学技术部、国家自然科学基金委、中国科学院、环境保护部等部门有计划地部署了一些土壤修复研究项目和专题,有力地促进和带动了全国范围的土壤污染控制与修复科学技术的研究与发展工作。期间,以土壤修复为主题的国内一系列学术性活动也为我国污染土壤修复技术的研究和发展起到了很好的引领性和推动性作用。土壤修复理论与技术已成为土壤科学、环境科学以及地表过程研究的新内容。土壤修复学已经成为一门新兴的环境科学分支学科,修复土壤学也将发展成为一门新兴的土壤科学分支学科[2]。

1 我国农田土壤污染态势

总体上,我国土壤环境污染形势严峻[1]。在一些经济发达地区,耕地土壤中持久性毒害物质已经大量积累,部分农田、菜地重金属(镉、汞、砷等)、农药(滴滴涕等)、多环芳烃、多氯联苯、二恶英等持久性有机污染物复合污染突出,影响粮食生产和农产品质量安全。在一些矿区、油田区及其周边土壤中重金属和有机污染也相当严重,对周边生态安全和人体健康构成威胁。一些湿地不仅是生物栖身地和生态敏感区,而且也是污水和废弃物的汇集地,污染严重,影响生物多样性和生态安全。在高强度的资源和能源利用与污染物排放过程中,我国土壤污染的范围在扩大,土壤污染物的种类在增多,出现了复合型、混合型的高风险污染土壤区,呈现出从污灌型向与大气沉降型并重转变,城郊向农村延伸,局部向区域蔓延的趋势。从有毒有害污染发展至有毒有害污染与养分过剩、土壤酸化的交叉,形成点源与面源污染共存、生活污染、种植养殖业污染和工矿企业排放叠加、各种新旧污染与次生污染相互复合/混合的态势,危及粮食生产与质量安全、生态环境安全和人体健康,迫切需要治理和修复。

2 农田土壤污染原因

2.1 农田的外源污染因素

农田外源污染是我国工业化、城市化对农业生产环境造成的污染。固体废弃物是主要的污染源,按其来源不同,主要分为工业废物、矿业废物、农业废物、城市垃圾、放射性废物和传染性废物等几大类。矿业污染是一个高污染的行业,我国95%以上的能源,80%以上的工业原料,70%以上的农业生产资料都来自矿产资源。这些矿产资源的开采为我国的经济发展做出了巨大的贡献,为国家经济建设提供了能源和原材料,也使矿产开发成为当地工业经济的重要支柱。近年来,随着我国社会经济的高速发展,人均矿产资源消耗量还将有相当程度的增长,在这种势态下,庞大的人口对矿产资源的需求压力潜伏着资源危机和生态危机。然而,由于生产工艺落后,对尾矿以及金属冶炼过程产生的废弃物处置不当,越来越多的放射性污染物进入到土壤中,这些放射性污染物除可直接危害人体外,还可以通过生物链和食物链进入人体,在人体内产生内照射,损伤人体组织细胞,引起肿瘤、白血病和遗传障碍等疾病。同时造成周边地区大气、水及土壤环境污染,部分地区出现土壤板结、粮食减产等现象,土壤生态系统原有的生态平衡也遭到不同程度的破坏[3,4,5,6,7]。城市废水的排放也是农业污染的重要因素。城市化的快速发展使得城市工业、生活污水排放不断增加,有80%以上的废水未得到任何处理或处理达标率低,导致江河水体和农田灌溉水受污染,进而污染土壤或使土壤的理化性质变差[7]。

2.2 农田的自身污染因素

作为现代农业的一个重要特征是化肥的大量使用。但使用不合理就会引起土壤的污染,由于施肥方法、施肥量、施肥时间的不合理,肥料利用率很低,植物不但不能进行良好的利用吸收,反而会使大量的肥料停留在土壤中,造成对土壤的污染。氮、磷、钾肥是常施用的作物肥料,其中由于作物根系的选择吸收,吸收的NH4+大大高于酸根离子,使较多的酸根残留于土壤中,造成土壤酸化,降水下渗,引起土地贫化,最终破坏土壤结构。

农药残留也是导致土壤污染的一个重要因素。大量使用农药,虽然控制了病虫害,但大部分农药会残留于环境中,造成潜在的环境威胁。有的农药会代谢为更毒或致癌的化合物,最终会通过食物链和生物链富集到几十倍,甚至几十万倍,对生态系统和人体健康形成潜在的威胁。

污水灌溉、畜禽养殖、“白色污染”也是导致农田土壤污染的因素。没有经过处理的生活污水和工业废水中含有一些重金属等许多有毒有害的物质;畜禽粪便等废弃物的排放没有得到合理的处理;由于田间塑料地膜大量残留在农田中,这些物质的分子结构非常稳定,长期下去,污水灌溉、畜禽养殖、“白色污染”会导致土壤生态与结构功能改变。

3 污染土壤修复技术

我国土壤污染防治与修复技术的研发需要针对国内土壤污染特征与发展趋势,既要满足土壤污染问题的解决,也要联系国家的经济社会发展现状和相关的技术研发基础与条件。

经过近10多年的研究与应用[8],包括生物修复、物理修复、化学修复及其联合修复技术在内的污染土壤修复技术体系已经形成,并积累了不同污染类型场地土壤综合工程修复技术应用经验,出现了污染土壤的原位生物修复技术和基于监测的自然修复技术等研究的新热点。

3.1 污染土壤生物修复技术

土壤生物修复技术,包括植物修复、微生物修复、生物联合修复等,在进入21世纪后得到了快速发展,成为绿色环境修复技术之一。

3.1.1 植物修复技术

从20世纪80年代以来,利用植物资源与净化功能的植物修复技术迅速发展[9]。植物修复技术是目前最热门的研究技术,它是指利用绿色植物来去除环境中的污染成分或将其转化为无毒的物质的过程。它是利用植物根系吸收水分和养分的过程来吸收、转化污染物,以达到清除污染、修复或治理的目的植物修复技术包括利用植物超积累或积累性功能的植物吸取修复[10]、利用植物根系控制污染扩散和恢复生态功能的植物稳定修复、利用植物代谢功能的植物降解修复、利用植物转化功能的植物挥发修复、利用植物根系吸附的植物过滤修复等技术。可被植物修复的污染物有重金属、农药、石油和持久性有机污染物、炸药、放射性核素等。其中,重金属污染土壤的植物吸取修复技术在国内外都得到了广泛研究。

近年来,我国在重金属污染农田土壤的植物吸取修复技术应用方面在一定程度上开始引领国际前沿研究方向。但是,虽然开展了利用苜蓿、黑麦草等植物修复多环芳烃、多氯联苯和石油烃的研究工作,但是有机污染土壤的植物修复技术的田间研究还很少。有机化合物能否被植物吸收,并在植物体内发生转移,取决于有机化舍物的亲水性、可溶性、极性和分子。有机污染物的植物修复技术最初用于清除TNT的污染,但现在已在许多方面得到应用。植物修复技术不仅应用于农田土壤中污染物的去除,而且同时应用于人工湿地建设、填埋场表层覆盖与生态恢复、生物栖身地重建等。近年来,植物稳定修复技术被认为是一种更易接受、大范围应用、并利于矿区边际土壤生态恢复的植物技术,也被视为一种植物固碳技术和生物质能源生产技术。

3.1.2 微生物修复技术

微生物能以有机污染物为唯一碳源和能源或者与其他有机物质进行共代谢而降解有机污染物。利用微生物降解作用发展的微生物修复技术是农田土壤污染修复中常见的一种修复技术。在我国,已构建了农药高效降解菌筛选技术、微生物修复剂制备技术和农药残留微生物降解田间应用技术;也筛选了大量的石油烃降解菌,复配了多种微生物修复菌剂,研制了生物修复预制床和生物泥浆反应器,提出了生物修复模式[1]。在污染土壤的微生物修复技术中,主要是通过微生物的代谢活动将其降解转化。在去除重金属污染方面,利用土壤中的某些微生物对重金属具有吸收、沉淀、氧化和还原等作用从而降低土壤中重金属的毒性。据报道,日本发现一种嗜重金属菌,能有效地吸收土壤中的重金属,但存在土壤与细菌分离这个比较棘手的问题。如果得到妥善解决,将是一种有很大发展前景的处理方法。

3.2 污染土壤物理修复技术

物理修复是指通过各种物理过程将污染物(特别是有机污染物)从土壤中去除或分离的技术。热处理技术是应用于工业企业场地土壤有机污染的主要物理修复技术,包括热脱附、微波加热和蒸气浸提等技术,已经应用于苯系物、多环芳烃、多氯联苯和二恶英等污染土壤的修复。

3.2.1 热脱附技术

热脱附是用直接或间接的热交换,加热土壤中有机污染组分到足够高的温度,使其蒸发并与土壤介质相分离的过程。目前欧美国家已将土壤热脱附技术工程化,广泛应用于高污染的场地有机污染土壤的离位或原位修复。但是诸如相关设备价格昂贵、脱附时间过长、处理成本过高等问题尚未得到很好解决,限制了热脱附技术在持久性有机污染土壤修复中的应用。

3.2.2 蒸气浸提技术

土壤蒸气浸提(简称SVE)技术是去除土壤中挥发性有机污染物(VOCs)的一种原位修复技术。它将新鲜空气通过注射井注入污染区域,利用真空泵产生负压,空气流经污染区域时,解吸并夹带土壤孔隙中的VOCs经由抽取井流回地上。抽取出的气体在地上经过活性炭吸附法以及生物处理法等净化处理,可排放到大气或重新注入地下循环使用。深入研究土壤多组分VOCs的传质机理,精确计算气体流量和流速,解决气提过程中的拖尾效应,降低尾气净化成本,提高污染物去除效率,是优化土壤蒸气浸提技术的需要。

3.3 污染土壤化学/物化修复技术

相对于物理修复,污染土壤的化学修复技术发展较早,主要有土壤固化———稳定化技术、淋洗技术、氧化———还原技术、光催化降解技术和电动力学修复等。在污染土壤的化学修复技术中,相对于生物和物理修复技术是一项发展相对成熟的修复技术。其中电化学动力修复技术是利用土壤和污染电动力学性质对环境进行修复的新技术。最新研究表明电动力学技术也能够直接去除有机污染物,其与生物修复优化组合有可能成为高效“绿色”修复技术,这种技术具有安装方便、操作简单和成本低廉的特点,而且不影响生态环境,是非常有发展前景的一个环境修复技术。

3.3.1 固化———稳定化技术

固化———稳定化技术是将污染物在污染介质中固定,使其处于长期稳定状态,是普遍应用于土壤重金属污染的快速控制修复方法,对同时处理多种重金属复合污染土壤具有明显的优势。我国一些冶炼企业场地重金属污染土壤和铬渣清理后的堆场污染土壤也采用了这种技术。国外已有利用水泥固化———稳定化处理有机与无机污染土壤的报道。

3.3.2 淋洗技术

土壤淋洗修复技术是将水或含有冲洗助剂的水溶液、酸/碱溶液、络合剂或表面活性剂等淋洗剂注入到污染土壤或沉积物中,洗脱和清洗土壤中的污染物的过程。淋洗的废水经处理后达标排放,处理后的土壤可以再安全利用。这种离位修复技术在多个国家已被工程化应用于修复重金属污染或多污染物混合污染介质。由于该技术需要用水,所以修复场地要求靠近水源,同时因需要处理废水而增加成本。研发高效、专性的表面增溶剂,提高修复效率,降低设备与污水处理费用,防止二次污染等依然是重要的研究课题。

3.3.3 氧化———还原技术

土壤化学氧化———还原技术是通过向土壤中投加化学氧化剂(Fenton试剂、臭氧、过氧化氢、高锰酸钾等)或还原剂(SO2、Fe O、气态H2S等),使其与污染物质发生化学反应来实现净化土壤的目的。通常,化学氧化法适用于土壤和地下水同时被有机物污染的修复。运用化学还原法修复对还原作用敏感的有机污染物是当前研究的热点。

3.3.4 光催化降解技术

土壤光催化降解(光解)技术是一项新兴的深度土壤氧化修复技术,可应用于农药等污染土壤的修复。土壤质地、粒径、氧化铁含量、土壤水分、土壤p H值和土壤厚度等对光催化氧化有机污染物有明显的影响。高孔隙度的土壤中污染物迁移速率快,粘粒含量越低光解越快;自然土中氧化铁对有机物光解起着重要调控作用;有机质可以作为一种光稳定剂;土壤水分能调解吸收光带;土壤厚度影响滤光率和入射光率。

3.3.5 电动力学修复

电动力学修复(简称电动修复)是通过电化学和电动力学的复合作用(电渗、电迁移和电泳等)驱动污染物富集到电极区,进行集中处理或分离的过程。电动修复技术已进入现场修复应用。近年来,我国也先后开展了铜、铬等重金属、菲和五氯酚等有机污染土壤的电动修复技术研究[1]。电动修复速度较快、成本较低,特别适用于小范围的粘质的多种重金属污染土壤和可溶性有机物污染土壤的修复;对于不溶性有机污染物,需要化学增溶,易产生二次污染。发展电动强化的复合污染土壤联合修复技术将是值得研究的课题。

4 结语

污染土壤的修复是以去污染、复质量、再利用、保安康为目的的。土壤修复往往是控污、减污、降毒、化险的综合净化过程。但是,土壤修复也是耗人力、物力和财力的过程。只有做好土壤污染防控管理工作,才能避免或减少这样的消耗。因而,为了促进我国土地复垦及生态重建,应加强立法,建立健全土地复垦法规、制订更加具体的政策和措施,开展深入的科学和技术研究,建立监督检查管理体系以及加强国际合作,充分利用国外先进的技术和资金,全面推动我国土地复垦及生态重建工作向深度和广度发展。

摘要：我国土壤污染形势严峻,土壤酸化、盐渍化严重,重金属含量高及农药施用不当等严重威胁了农业生产的可持续发展和人类健康安全。鉴于我国土壤污染仍比较严重,应从减少土壤污染物投入、土壤修复技术研究等多方面着手改变土壤污染现状,并通过外源和自身因素来分析农田土壤污染成因,借鉴国内外修复技术,有效治理受污染的农田土壤。

关键词：农田土壤,污染,生态治理,修复技术

参考文献

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农田土壤污染治理研究 篇2

目的为评价沈阳西郊污水灌溉区农田土壤镉污染状况,为镉污染土壤的合理利用提供依据.方法分别采集0～10 cm、10～20 cm和20～30 cm土层农田土壤样本,对土壤全镉和有效镉含量状况进行分析,采用内梅罗指数法评价农田土壤镉的污染程度.结果宁官、高明、胡孤家和四台子农田土壤均受到重度镉污染,宁官全镉含量高达2.89 mg/kg,有效镉含量达0.91 mg/kg,以土壤背景值和土壤环境质量标准中的.二级标准为参照,宁官土壤镉污染指数分别为17.02和9.65.结论用全镉或有效镉含量为指标对土壤质量进行评价,沈阳西郊污水灌溉区农田土壤镉污染十分严重,已不再适合于种植农作物,必须禁止污水灌溉,同时要通过工程、生物及化学措施进行长期的污染治理.

作 者：王世斌 姜勇 梁文举 WANG Shi-bin JIANG Yong LIANG Wen-ju 作者单位：王世斌,WANG Shi-bin(中国科学院沈阳应用生态研究所,辽宁,沈阳,110016;中国科学院研究生院,北京,100039)

姜勇,梁文举,JIANG Yong,LIANG Wen-ju(中国科学院沈阳应用生态研究所,辽宁,沈阳,110016)

农田土壤污染治理研究 篇3

关键词：硅肥；磷肥；重金属污染；土壤修复

中图分类号：S156.99 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2016）05-0007-03

Cd是植物的非必需元素。和其他重金属元素相比，植物根系吸收的Cd更容易向植物体内其它部位转移，并和植物细胞质膜上的蛋白质相结合，改变蛋白质构型，直接对膜上蛋白活性造成影响，从而对植物产生很强的毒性作用，强烈抑制植株和细胞生长。当植物组织中的Cd达到一定浓度时，就会对植物细胞质膜透性、水分代谢、光合作用、呼吸作用、碳水化合物代谢、氮素代谢、核酸代谢、酶活性等生理生化作用造成伤害，从而影响植物正常生长发育。

硅是高等植物中重要的无机组成成分，也是植物生长不可缺少的元素。大量的研究发现，硅在改善植物生长条件、抑制重金属毒害等方面有重要作用。作物吸收硅肥后，在体内形成硅化细胞，使茎、叶表层细胞壁加厚，角质层增加，从而提高防虫抗病能力，进而提高农作物质量和产量。磷酸盐化合物是一种比较有代表性的重金属稳定剂，对降低污染土壤中重金属毒性及生物危害性有很好效果。在重金属污染的土壤中，含磷物质能与重金属发生作用，形成稳定性很高的化合物。磷酸盐施入土壤后，通过离子交换、水解等化学过程，使重金属毒害作用减弱。

1 硅对土壤Cd影响研究现状

硅是植物体组成的重要营养元素。大部分植物体都含有大量硅，生产1 000 kg稻谷，水稻地上部分SiO2的吸收量达150 kg，超过水稻吸收氮、磷、钾的总和。硅对禾本科作物有“三抗三促”作用，即抗倒伏，抗病虫害，抗干旱，促进光合作用，促进根系生长发育，促进养分有效利用。此外，硅是品质元素，有改善农产品品质的作用，使产品色香味俱佳，且耐贮存及运输。硅能减少磷肥在土壤中的固定，同时有活化土壤中的磷及促进磷在植物体内运转的作用，从而提高磷肥利用率和作物结实率。

1.1 与重金属形成化合物

向重金属污染的土壤中施加硅肥后，肥料中的硅酸根离子能够与土壤中的Cd、Hg、Pb等重金属发生化学反应，形成硅酸盐化合物沉淀下来，不易被植物吸收。研究表明，硅酸和铝离子在溶液中可形成各种离子形态的硅酸铝盐，其中部分以阳离子形态的低分子硅酸铝存在。杜彩琼的研究指出，硅会引起铝聚合作用和沉淀作用。苏以荣等研究者认为，硅酸可降低溶液中毒性离子浓度，生成的硅酸铝复合物活性低，对植物毒性小，能够显著抑制毒性离子对水稻的胁迫，使根系生长得到明显改善，其中高分子态硅酸的效应更为明显。有研究者推测，硅和重金属镉也有可能相互结合，形成Si-Cd复合物形态，从而降低Cd的毒害性。但土壤和植物中硅对Cd是否也存在这种解毒机制，需更进一步探讨和验证。

1.2 阻碍植株体内的重金属向地上迁移

研究表明，硅可以提高某些植物对Cd的抵御能力，改善因Cd影响造成的植物生长缓慢。它阻碍Cd迁移，使大部分Cd聚集在根部，限制其从根部迁移到茎部。这可能由于硅和木质素一样是细胞壁的重要组成成分，提高细胞壁的紧密性和坚固性，使Cd离子进入细胞时形成一个自然防御机制，但营养物质却还可以继续向上迁移供植物生长。蔡德龙等进行室内盆栽试验时发现，施加硅肥能够抑制水稻对镉的吸收，并随硅肥施用量增加，抑制作用有增强趋势。秦淑琴和黄庆辉进行的水培试验表明，硅对水稻根系镉的吸收量无明显影响，但明显降低镉向地上部迁移。高柳青和杨树杰的水培试验研究表明，硅在一定浓度条件下能有效抑制Cd，Zn的吸收，受镉污染的小麦根、叶及全株的镉浓度施硅比缺硅处理的均有不同程度降低，而较高或较低浓度的硅，其抗重金属Cd，Zn效果较弱。也有研究表明，硅能抑制低浓度Cd处理，阻碍Cd向地上部迁移，但对高浓度的Cd处理，硅却促进Cd向小麦地上部迁移。在Cd等量情况下，施硅极显著降低玉米根、茎、叶吸收Cd的绝对量及全株总吸收量。然而近年也有研究表明，施硅虽能显著降低玉米地上部和根部的Cd浓度，但由于施硅显著提高了玉米生物量，因此，随Cd加入量的提高，硅可显著增加玉米地上部和根部的总Cd量。

1.3 降低重金属活性

最近，有研究者对植物抗氧化酶系和抗氧化剂进行考察，认为硅参与植物新陈代谢、生理过程或结构组成，从而增强植物抗各种生物和非生物胁迫的能力。施硅肥增加作物和蔬菜根际氧化能力，通过氧化Cd，Pb等微量元素减少其溶解度，从而抑制作物对它们的吸收，有效地防止重金属对蔬菜污染。日本科学家首先报道硅能减轻过量Fe，Mn对水稻的毒害，其机制主要是硅提高根系氧化能力，使Fe，Mn在根系表面被氧化沉积而防止被过量吸收，从而降低水稻对Fe，Mn的吸收。同时，蒸腾率下降可增强水稻对Fe，Mn毒害的忍耐力。针对同一水稻品种，加硅处理的根系氧化力均较无硅处理高。

1.4 抑制植物吸引重金属

硅能使植物根际周围土壤pH增加，使重金属形成不溶性化合物沉淀下来，降低重金属活性及植物吸收量，但也有学者不这样认为。陈晓婷等研究发现，施用硅肥能略微提高土壤pH值，而抑制小白菜对重金属吸收的主要机制并不是提高土壤值，可能是硅增加土壤对重金属离子的吸附能力，从而降低土壤重金属的有效性。顾明华的研究也认为，硅的加入能提高培养液的pH值进而促进离子沉淀。溶液中的Cd2+在pH大于6.0时会形成沉淀，当溶液pH大于7.5时，这些沉淀物很难溶出。因此人们普遍认为，硅与重金属作用的机理是硅提高土壤pH值，使硅酸根与Cd，Pb，Hg等重金属发生化学反应生成不易被吸收的硅酸盐沉淀，从而抑制重金属镉等的活性。

1.5 改变土壤中重金属形态

杨超光等研究认为，硅酸盐缓解土壤中Cd对植物毒害的机制除了提高土壤pH和钝化Cd活性外，硅本身降低土壤和植物中Cd的活性也可能是另一重要机制。陈怀满也认为，活性硅本身可能是抑制镉吸收的一个重要因素。杨超光等用连续提取法对Cd进行形态分组，研究结果证明，在保持土壤pH不变的情况下，施硅处理能显著降低土壤中交换态和铁锰结合态Cd，显著提高碳酸盐结合态和残渣态Cd的含量。也有研究人员认为，硅肥能抑制小白菜对重金属Cd的吸收，可能是由于增加了土壤对重金属离子的吸附能力，降低土壤重金属的有效性，因此不能忽视硅的结合作用。杨超光等的研究还发现，玉米根中累积Cd的浓度要远大于玉米的茎和叶，这可能是由于根系具有阻止Cd向地上部运输的过滤机制。

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2 磷对Cd的影响研究现状

目前用含磷物质修复土壤中的重金属，是使用比较广泛并且非常有用的一种方法。含磷物质对重金属的作用主要是通过磷酸盐的固定诱导，使其从活性形态转化为稳定形态，从而达到固定重金属的作用。土壤中的磷影响Cd的生物效应主要机制包括环境化学机制和生理生化机制两种：前者主要是土壤中重金属离子直接被磷酸盐吸附，磷酸根阴离子诱导的间接吸附作用，及重金属离子与土壤溶液中的磷酸根形成磷酸盐沉淀等；后者主要指重金属离子与磷形成的金属磷酸盐在植物体细胞壁与液泡的沉淀作用，降低了金属离子在植物体内的长距离输送。

2.1 磷对土壤Cd的环境化学机制

一部分人认为，施入磷肥使土壤对重金属的吸附强度增大，更容易形成金属磷酸盐沉淀，从而降低重金属的生物有效性。磷酸盐通过表面络合和共沉淀作用固定土壤中的Cd，磷酸盐会将Cd吸附到土壤颗粒表面，大量的二价Cd离子通过交换作用进入羟基磷灰石晶格内部形成稳定状态。Jakub Matusik研究了不同磷酸盐化合物对Cd离子的固定作用，认为pH是降低Cd有效性的主要影响因素，当土壤pH值在6.75～9.00时，更有利于形成镉磷酸盐 ，从而使土壤中的Cd浓度降低99%；当土壤pH值在1～5时，磷酸盐对镉的吸附不超过80%，X射线衍射及SEM—EDS—EBSD分析土壤时只发现Cd5H2（PO4）4·4H2O存在；而当土壤pH值超过7时，Cd（H2PO4）2，Cd3（PO4）2和Cd5H2（PO4）4·4H2O三种镉磷酸盐混合物共同存在当土壤pH值超过8.5时，将生成无定型结构的镉磷酸盐沉淀。Wang等为了确切研究磷酸盐对Cd作用效果，通过室内实验往土壤中添加Ca（H2PO4）2，毒性特征流失过程结果表明，Cd的有效浓度下降，其下降比例达到95%以上。Thawornchaisit等研究了不同类型的磷酸盐对Cd的作用，研究结果表明，土壤Cd的修复稳定主要取决于含磷材料的种类。

2.2 磷对土壤Cd的生理生化机制

王林等的研究表明，施用磷酸盐可以使污染土壤中的Cd由活泼交换态向稳定残渣态转化。重金属Cd以残渣态存在，能有效降低其在土壤中的移动性和生物有效性。杨志敏等认为，当土壤pH值在6.0时，增加磷浓度能明显降低小麦和玉米体内的Cd含量；无论介质中的Cd浓度高低，通过提高供磷水平均能显著抑制细胞对Cd的吸收积累，且大部分Cd被截留在细胞壁内。Karblene研究不同农田管理措施条件下，马铃薯、黑麦草植株的Cd含量变化发现，增施磷肥能明显降低植物体内Cd含量，降低幅度在41%左右。He和Singh在燕麦、黑麦草、胡萝卜和菠菜上也得到类似的研究结果。然而，也有研究表明，增加土壤供磷量会促进植株对Cd的积累。而在水田试验中，熊礼明的研究结果表明，增加磷酸盐能提高水稻植株的Cd含量。对于溶液培养的植株，Iwao指出增加磷酸盐对玉米Cd吸收无明显影响。另有人认为，磷肥中的Ca2+，Mg2+等与重金属离子产生竞争吸附，从而活化重金属离子。熊礼明等则认为，在旱地上无论土壤缺磷与否，施用磷肥（不改变土壤pH值）对小麦黑麦草吸Cd无明显影响；但在淹水条件下，磷酸盐却抑制土壤Cd从交换态向络合态转化，其有效性因而提高，作物地上部分含Cd量施磷后明显增加，且施磷提高水稻对Cd毒害的抗性。

2.3 磷对植物吸收Cd的抑制作用

此外，植物体内吸收较多的磷，也会导致磷营养吸收失衡，抑制植物对重金属元素吸收。孙健等在pH小于7的水稻土中施用钙镁磷肥，发现钙镁磷肥能够显著减少土壤中有效镉含量及水稻对镉的吸收量。这些学者的研究认为，磷酸盐能够使重金属对植物的毒性作用降低，减少植物吸收重金属。大部分研究表明，磷对植物吸收Cd有一定影响，可以在适当条件下应用其作为Cd污染土壤的改良剂。

3 结语

改良Cd污染土壤是亟待解决的重要问题之一，探讨土壤Cd污染修复方法与措施具有重要的理论意义和实践意义。随着对农田土壤重金属污染认识的深入，对农田土壤重金属修复提出更高要求。单一修复技术很难对污染进行理想修复，因此需要将各种修复技术合理结合起来，真正在土壤污染修复方面取得突破性进展。向Cd污染的土壤中施用Si和P都会不同程度起到修复作用，而同时使用Si和P对土壤中Cd的影响研究相对较少，探讨研究两者共同的改良作用具有重要的现实意义。

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Abstract： In order to reduce the hazards of heavy metal Cd to the soil， this paper introduced the influencing mechanism of using of Si and P in the soil Cd and the principle of Cd hazard mitigation by Si and P， and discussed the measures of controlling soil contamination by compound method， providing a theoretical basis for using the compound method to control soil Cd contamination.

Key words： silicon fertilizer； phosphate fertilizer； heavy metal pollution； soil remediation

农田土壤污染治理研究 篇4

1 农田地膜使用与残膜治理现状

1.1 农田地膜使用量大

地区是典型的绿洲生态农业, 从20世纪80年代末, 地膜覆盖技术逐渐的被广泛应用到各种农作物种植和农业生产, 从蔬菜、棉花发展到玉米、果树等种植领域, 覆盖面积不断增大, 其显著的保温、保墒、保土、压碱等优良特性给农业增产增收带来巨大经济效益, 地区1992年农用塑料薄膜使用量为7096t, 2011年地膜覆盖面积39.48万hm2, 地膜使用量为21330t, 到2015年地膜覆盖栽培面积59.99万hm2, 地膜年使用量达32825t。

1.2 农田地膜残留污染较重

随着地膜用量逐年增加, 农田残膜降低土壤含水量, 削弱抗旱能力, 引起次生盐渍化, 造成土壤板结且肥力下降, 阻碍土壤对农作物水分、养分供应, 种子受残膜包裹发芽率难以保证, 最终影响作物产量。地区2000年制定《阿克苏地区农田残留地膜清理实施意见》, 每年分别在春播和冬灌前对地区农田地膜污染情况进行调查, 从调查结果来看, 棉花地残留量最高, 主要在种植棉花面积较大的阿瓦提县和沙雅县。

1.3 实施了中央农业清洁生产示范项目

自2012—2015年连续4a中央财政安排专项资金, 在阿克苏市等8个县市开展了中央旱作农业技术推广农田废旧地膜污染综合治理项目, 建设复播玉米、棉花地废旧地膜污染综合治理示范区, 引导示范区农户推广使用0.01mm厚度以上农用地膜;企业进行厂房基础设施、生产加工设备购置以及残膜回收站点等建设, 提高了地区废旧地膜回收和再利用能力, 使项目区的农田残膜回收率达到80%以上。

2 存在的问题

2.1 地膜厚度不够, 易老化难清理

1992年国家对农田地膜厚度规定的技术标准是0.008±0.003mm。据调查, 农民为节约成本, 购买一些生产企业销售的0.006mm厚度地膜, 使每亩地使用量从0.008mm地膜3.5~4kg降低到3.2~3.5kg。按照国家标准, 农膜厚度应达到0.008 mm以上, 2014年新疆地膜新标准发布会召开后, 推广使用0.01mm地膜, 但农民为降低生产成本, 仍有部分使用0.008 mm及以下的超薄膜, 由于超薄膜强度低, 易老化破碎, 种植季节过后, 多成碎片状, 难以从农田中清理出来, 致使农田残膜量越来越多。

2.2 回收措施疲软, 优惠政策乏力

没有强制性的措施约束企业或个人交售残膜, 现有的回收利用优惠政策施惠面小, 没有形成良性的市场机制, 农田中大量的废旧农膜得不到捡拾, 加工企业缺原材料, 大部分企业因原料紧缺, 处于半饱和状态, 生产季节性普遍, 效益不高。

2.3 回收机械与农业生产不相适应, 回收率低

现行的废旧农膜回收以人工捡拾为主, 废旧农膜机械化回收率不到30%。对废旧农膜的清理回收, 人工拣拾残膜回收成本高于收益, 再生利用过程中能耗大, 残膜处理加工中产生的二次污染物多, 且由于杂质原因只能作为添加料, 价格上没有竞争优势, 生产企业无法靠市场效益支撑发展, 只能依赖政府资金扶持。地区残膜回收机械主要有播前回收机械 (弹齿式) 和拔秆起膜机, 播前回收机械适合在春耕春播期间使用, 效果也不理想;而拔秆起膜机的使用又受到农业生产条件的制约, 回收的地膜、秸秆等杂物无法分离, 现有残膜回收机械在技术上不完全成熟, 具有局限性, 导致残膜回收率无法进一步提高。

3 农田地膜治理对策

3.1 提高认识, 加强宣传

从2016年5月1日起, 新疆正式实施农田地膜管理条例, 拒绝超薄地膜生产销售使用, 规定废旧地膜要做到100%回收。各级农业部门要以自治区地膜新标准发布为契机, 继续通过广播电视专栏、远程电教平台、门户网站、农业信息网等媒体和发放宣传单等方式加大宣传, 讲解农业清洁生产知识, 使广大农牧民能够自觉使用0.01mm以上地膜, 积极回收残留地膜, 切实提高各级部门和农民治理农田地膜的认识和自觉性。

3.2 加强监管, 严把农用地膜生产、销售和使用关

要组织农业、工商、质检、环保等部门开展联合检查, 加强对地膜生产企业、地膜流通环节的监管力度, 明令禁止企业生产0.01mm以下农用地膜, 坚决查处销售不合格地膜, 对仍在生产不符合标准的地膜生产企业责令停产整顿, 对于销售不符合新标准的地膜一律要求退回生产厂家, 并对经营者实施经济处罚, 在地膜使用过程中, 发现有农户使用不合格地膜不予播种。

3.3 积极探索废旧地膜回收利用的长效机制

地区农田地膜污染治理工作得到中央和自治区高度重视, 我们要把农田地膜综合治理项目实施好, 在管长远、管根本上多投入, 在科技攻关上下功夫, 要推广使用0.01mm以上加厚地膜, 对交回废旧地膜的农民, 在购买新标准地膜时进行补贴或给予价格优惠, 通过贴息、技改项目、资源综合利用企业所得税优惠等政策, 扶持建立一批废旧农田地膜回收加工企业, 建立企业回收、农户参与、政府监管、市场化推进的农田残膜回收再利用体系。

3.4 不断改进耕作技术

进一步完善土地倒茬轮作制度, 积极推广有利于回收的覆膜方式和适期揭膜技术, 提高地膜回收率。

3.5 示范推广新一代全生物可降解地膜

可降解地膜是农业科技发展的最新成果, 各级部门应在试验成功的区域, 要有计划的推广使用可降解膜, 据兵团农业技术推广总站王林试验示范发现, 在棉花之外的作物种植上, 可降解地膜效果比较理想, 比如土豆种植, 与聚乙烯地膜相比实现了5%~6%的增产;在棉花种植上, 却减产10%左右, 因此, 地区推广使用可降解地膜, 既要加大开发力度, 也要加快改进残膜回收技术, 在花生、玉米等多根系作物种植中, 应鼓励使用可降解膜。由于不同环境下降解速度不同, 不同作物对可降解的时间要求也不一样, 一区一种一配方是最终的目标。

3.6 制定治理残膜污染实施办法、任务和奖惩制度

把残膜的治理工作纳入地州、县市、乡镇目标管理考核范围, 认真督促检查, 严格执行“不拾不春播、不清不秋耕”的措施。采用“揭、搂、拾、扫”的综合治理办法, 加大残膜回收力度, 落实奖励措施, 做到一手抓地膜覆盖技术推广, 一手抓废旧残膜污染治理, 为子孙后代留下一片净土。

参考文献

[1]严昌荣, 梅旭荣, 何文清, 等.农用地膜残留污染的现状与防治[J].农业工程学报, 2006, 22 (11) :269-272.

[2]地膜残留, 难题咋解[N].人民日报, 2016-5 (15) .

农田土壤污染治理研究 篇5

基于BP模型的南通市农田土壤重金属空间分布研究

摘要：利用采样点实测数据,借助BP神经网络模型并结合GIS技术对江苏省南通市农田土壤重金属的空间动态分布进行了详细地描述.结果表明,BP神经网络模型能够智能地学习各个采样点的空间位置与该点各重金属含量之间的.映射关系,并能够稳健地对各个空问插值点处的土壤重金属含量进行预测.运用Arcgis进行的分析结果显示,在该地区Pb和As造成的污染最严重,其他重金属污染相对较轻.其中南通市区、海门市和启东市重金属富集最严重;南通大部、通州、如东大部分地区含量较少,含量最少的地区是如皋市和海安县.在运用神经网络模型进行空间插值了解重金属空间动态分布的基础上,可以根据污染的分布状况确定农产品的生产布局和规划.作 者：胡大伟    卞新民    王书玉    付卫国    HU Da-wei    BIAN Xin-ming    WANG Shu-yu    FU Wei-guo  作者单位：南京农业大学农学院,南京210095 期 刊：安全与环境学报  ISTICPKU  Journal：JOURNAL OF SAFETY AND ENVIRONMENT 年，卷(期)：, 7(2) 分类号：X82 关键词：环境工程    BP神经网络模型    GIS技术    土壤重金属    南通市    空间分布    空间插值   

农田土壤污染治理研究 篇6

1 农田土壤重金属监测技术分析

土壤重金属污染监测为农田土壤防治提供现实依据,帮助人们准确了解农田土壤污染现状,有针对性地提出修复、防治措施。目前,用于土壤重金属污染监测的方法主要有实验室监测和现场快速监测两类[1]。

1.1 实验室监测

实验室监测是一种较为传统的土壤监测技术,该技术主要是通过对监测样本农田的土壤采样,并对样本进行监测,从而分析农田土壤中的重金属成分。目前,实验室中对土壤监测的方法主要如下。

1.1.1 原子吸收光谱法。

通过蒸气相中被测金属基态原子对其原子共振辐射的吸收强弱来测定被测土壤样品中金属元素含量。原子吸收光谱法具有适用范围广、灵敏度高等优点,但不足之处是对多种元素的直接测定效果较差,操作复杂,成本较高。

1.1.2 原子荧光光谱法。

利用原子蒸气吸收一定波长的光辐射后被激发,并发射原子荧光,在满足试验条件后,辐射强度与被监测样土中的分析物原子浓度呈正比,根据荧光波长分析土壤中的重金属元素。该法简便、易操作、灵敏度高,但不足之处是应用范围较小,需要添加特定试剂方能达到荧光分析目的。

1.1.3 电化学分析法。

化学分析法是实验室监测方法中最基础的监测方式,也是最准确的监测技术[2]。以电化学分析法为例,该方法主要是基于物质在溶液中和电极上的电化学性质所建立的一种分析方法,具有操作便捷、易自动化操作、快速且灵敏的优点,但不足之处是容易受到一定的离子干扰。

1.2 现场快速监测技术

农田土壤的实验室监测常常受到空间、运输、储存等因素影响,不仅需要大量的人力、物力,还常常需要较长时间。因此,现场快速监测技术近年来受到人们的关注,现场快速监测技术被逐渐开发并应用到了农田土壤的监测中。

1.2.1 激光诱导击穿光谱技术监测(LIBS)。

该方法是经过聚透镜系统传输到激光器,在样品表面高能量光斑,由激光器提供光源激发出等离子状态,光学采集系统将采集到的等离子体的发射普线,通过光纤把光学信号传导至光谱仪,进行时间和空间的分辨,根据测量的等离子体发射光谱的波长和强度,由计算机分析待测样土元素的组成及其含量。LIBS可以在同一时间对待测样品中的多个元素进行分析,效率高,分析方便,可以做到连续监测。其不足之处是该技术对诸如环境气体压力、种类、被测样土物理或化学性质等因素依赖较多,对现场试验测定的条件要求较高。

1.2.2 磁化率技术。

在对农田土壤成分监测分析的过程中,磁化率能够快速监测出土壤的磁化程度、水分和有机岩等数据。磁化率监测技术监测土壤所得到的磁化率越高,说明该土壤中的重金属含量越高,利用监测土壤磁化程度来监测土壤被重金属所污染的程度。与其他常规的化学方法相比,磁化率监测仪器结构紧凑、易携带,灵敏度高、重复性好,不需要大批量土壤样品采集、效率高等诸多优势。不足之处是磁化率不能准确判断农田土壤中的重金属污染来源和单一污染元素的污染程度。

2 农田土壤重金属监测质量保证

2.1 提升实验室监测质量

在实验室中对样土进行监测,要提高该监测质量,首先要做到对样土采集的准确性,保证所采集的样土具有一定的代表性,根据对样品的分析最终判断区域内的土壤重金属污染现状;其次是尽量降低干扰性,即无论是样土的采集还是后期的试验数据分析都要尽量排除外界干扰,监测人员要全身心地投入到监测工作中;再次是在样土分析过程中,进一步拓宽分析范围,积极利用线性分析来完善监测数据,提高监测质量。

2.2 做好监测各环节的质量控制

依据《土壤环节监测技术规范》《土壤环节质量标准》和《农田土壤环境质量监测技术规范》等要求,做好农田土壤监测每个环节的质量控制。一是样品制备。含水率和土壤颗粒粒度是影响制备样品分析的重要因素,应设置多个土壤样品监测其平均含水率,保证土壤粒度小且均匀,提高分析结果的可靠性。二是消解试剂的选择。在选择土壤消解试剂时尽量考虑其纯度(可通过空白试验消除试剂误差)和试剂的种类,可考虑硝酸-氢氟酸-高氯酸的多元混酸消解法作为土壤消解方法[3]。三是提升系统分析精密度,采用适当的平行样进行控制。

2.3 其他

综合上述各种方法的优势和不足,要提升农田土壤监测质量,还需要解决好如下问题。一是二次污染及安全问题。要把操作安全和二次污染作为农田土壤重金属污染监测首要考虑的问题,监测操作前要严格进行人员培训,实际操作时要对测试样品的强酸、强碱进行消解,防止二次污染。二是效率及成本问题。无论是实验室监测还是现场监测,衡量监测效果和质量的重要指标之一便是监测所需的时间,要提升样品的快速处理效果,以及多种元素并行高效检测。便携式重金属检测仪器价格较高,难以普及推广,在满足监测质量和效果的前提下,研发低成本、便携式设备。三是检测限问题。评价检测手段的重要指标是要保证这一技术具有良好的重复性和低检测限,提高检测的稳定性和灵敏度。

3 结语

随着工程化、城市化进程的加快,农田土壤所受到的重金属污染形势十分严峻,既产生了严重的环境污染,也影响到了广大群众的身心健康。因此,需在不断改进土壤重金属监测技术的基础上,探索改进监测技术方法,提升监测质量,保障土壤安全。

摘要：农田土壤是粮食作物赖以生存的自然资源,因此需做好农田土壤保护工作,使其免受重金属污染。而这就需要广大环境监测人员掌握先进的检测技术和方法,不断提高监测质量,及时分析农田土壤重金属污染现状,为采取相关保护对策提供现实依据。

关键词：土壤,重金属,污染监测,质量控制

参考文献

[1]龚海明,马瑞峻,汪昭军.等.农田土壤重金属污染监测技术发展趋势[J].中国农学通报,2013(2):140-147.

[2]季晓春.关于农田土壤重金属污染监测技术发展趋势研究[J].农业与技术,2015(13):30.

农田土壤污染治理研究 篇7

随着工业化进程的不断加快, 农田土壤不断地遭到了重金属污染, 因此, 要不断地研发重金属污染的监测设备, 增强监测方式, 从而改进农田土壤重金属污染的现状。因为重金属具有难降解、有毒性等特点, 因此, 阻碍了我国农田产量的提高。同时, 由于农田中含有重金属, 也会危害人们的身体健康, 基于此发展农田土壤的重金属污染监测技术是必要的。

1 在农田土壤重金属污染下利用实验室进行监测

实验室监测方法就是在现场进行取样, 根据样本进行监测, 分析土壤中的重金属的成分, 依据物理实验法、化学实验法、光度法等进行分析, 从而提炼出精准的数据。在实验室进行监测的过程中, 一是应保证样品的准确性, 根据土壤样品进行分析, 从而提高数据的精密性。二是要降低干扰性, 在进行监测的过程中, 要排除外界的因素, 从而全身心的投入到监测工作中去。三是在分析的过程中, 拓宽分析的范围, 利用线性分析完善监测数据[1]。

1.1 光度法

光度法就是依据光学类的监测设备进行分析, 分析土壤中的离子成分, 从而确定土壤中的重金属的成分, 光度法与光谱法一同被应用于土壤重金属成分的监测中, 然而, 在进行光度法的监测过程中, 要依据实际情况选择土壤的监测方法。在不适合用光度法进行监测的时候, 要应用化学实验法进行监测。

1.2 化学分析法

化学分析法是实验室监测方法中最基础的监测方式, 同时, 也是最准确的监测技术, 根据土壤中提取的重金属成分利用化学仪器以及化学剂量进行分析, 通过实验的方式提高监测数据。在化学分析的过程中不仅节省了实验成本, 还提高了数据的精密性, 因此, 在试验检测技术中运用化学监测手段是必要的。

2 在土壤污染区域进行现场监测

现场监测是对土壤重金属污染的区域进行监测, 在农田土壤受到大面积的污染过程中, 要利用现场监测手段进行监测, 摒弃传统的监测法。因此, 在进行农田土壤的监测过程中, 要依据实际情况选择监测技术, 从而实现结果的准确性。在现场监测技术中最为主要的就是激光诱导击穿光谱技术。

2.1 激光诱导击穿光谱技术

激光诱导击穿光谱技术是新开发的一项技术, 主要针对现场土壤成分的监测, 在监测的过程中将样品进行分析, 经过会聚透镜系统传输到激光器中, 激光器为其提供光源, 从而激发出等离子状态, 激光器将数据通过电源传送到计算机上。同时, 在样品进行光学采集系统的监测时, 要经过光纤将数据传输到光谱仪上, 通过脉冲延时器监测土壤中的重金属成分, 然后将数据传送在计算机上, 因此, 将这两个数据结果相结合, 将产生了精密的数据。

2.2 磁化率技术监测

随着激光诱导击穿光谱技术的不断发展, 磁化率技术监测逐渐的被应用在现场监测, 由于磁化率现场监测的手段简便, 在对土壤成分进行分析的过程中, 能够检测出将土壤中的磁化程度、水分、有机岩等数据。因此, 对于磁化率较高的土壤, 其含有的重金属含量也就越高, 通过监测土壤中的磁化程度来监测土壤被污染的程度。在现场监测的技术中, 磁化率技术监测具有简单、快捷的特点, 因此, 更容易实施, 从而有助于提高监测的工作效率[2]。

3 农田土壤重金属污染监测技术发展的意义

随着时代的不断发展, 农田土壤重金属污染的监测技术也在不断的更新, 因此, 要依据土壤的实际情况进行监测。同时, 要充分了解实验室监测与现场检测的相同点与不同点, 掌握实验室监测的主要技术方法, 在进行实验室监测的时候, 由于监测时间较长, 土壤经过化学试剂以及物理试剂等, 很容易造成土壤的二次污染。然而在现场技术的监测过程中, 由于监测方式简单、便捷, 因此提高了监测的工作效率, 也保障了土壤的污染程度。基于此, 要不断地改进土壤监测的技术, 强化土壤监测的手段。土壤对于农田的发展有着重要的意义, 应不断地改善土壤的质量, 以便于提高我国的农业产量, 促进我国的经济水平的增长。

4 结语

土壤对于提高我国的农业产量有着重要的作用, 然而, 随着工业化的不断发展, 土壤不断地遭到了重金属的侵蚀, 降低了我国农田的产量。因此, 要不断的改进土壤重金属的监测技术, 不仅在实验中寻找监测手段, 还应在现场增强监测技术, 从而提高土壤的质量。

参考文献

[1]龚海明, 马瑞峻, 汪昭军等.农田土壤重金属污染监测技术发展趋势[J].中国农学通报, 2013, 29 (2) :140-147.

农田土壤污染治理研究 篇8

1材料与方法

调查范围包含环洪泽湖邻近[3]的淮安市淮阴区、泗阳县、泗洪县、洪泽县和盱眙县,调查常规农作物生产地的土壤。针对各种土地利用类型及其所在区域的代表性,照顾到样点的匀称性,共设置27个样点。于2013,2014年3月下旬进行取样,主要是在作物的生长期间对土壤进行采样。一年生作物土壤采样深度是0 ~ 20 cm,多年生作物土壤采样深度则为0 ~ 40 cm。土壤的采集方法也有三种,分别是梅花形、 棋盘形、蛇形。梅花形采样法适用的田块面积小,土壤分布比较均匀,地势相对平坦; 棋盘形采样法适用的田块则是中等面积,土壤分布不够均匀,地势相对平坦; 蛇形采样法适用的田块则是要有着较大的面积,土壤分布不够均匀,地势不够平坦。混合土样每种分别采集1 kg,装到塑料袋中密封,贴好标签。将拣除异物后的土壤样品摊晾在室内自然风干,将风干土拣去玻璃、植物的根茎、石块等杂物后,磨碎过100目尼龙筛,采用常规方法测定各种重金属含量。

2评价方法和评价标准

选用目前国内普遍采用的方法———单项污染指数法进行评价,计算公式: Pi= Ci/ Si。

式中: Pi为区域第i种重金属的单项污染指数, Ci为第i种重金属元素含量的实测值( mg /kg) ,Si为第i种重金属含量的评价标准值( mg·kg- 1) 。若Pi> 1,则表示该区域受到污染。

根据国家绿色食品生产地与无公害食品生产地土壤重金属标准,对土壤重金属污染状况进行评价。 这些年来,我国无公害食品与绿色食品的申报体系以及验证体系愈加完善,食品要取得无公害或者绿色食品标志的话就必定要经过相关验证,内容涉及食品生产基地环境质量评价与产品质量评定。对于生产基地,环境质量评价重点对两种标准进行评价,一种是无公害食品生产地标准,一种是绿色食品生产地评价标准( 见表1) 。无公害和绿色食品生产地评价标准对进行无公害农业与绿色农业的选址具有指导作用。土壤分级标准参照《绿色食品产地环境质量评价纲要 ( 1994年) 》,由中国绿色食品发展中心制定,见表2。

mg·kg- 1

3环洪泽湖农田土壤污染地域分布特征

3.1汞污染分布特征

最近几年,发现偏远湖泊中鱼的汞含量升高是由大气汞经长距离传输和沉降造成的,大气汞可经过干湿沉降进入土壤,土壤中的汞通过复杂的物理化学反应,绝大部分以各种形式滞留在土壤中,部分被植物吸收,一小部分在特定的条件下以气态汞的形态释放到大气中。由此可见,土壤既是汞的源头,又是汞的汇集地,是汞生物地球化学循环中十分重要的一环; 因此,土壤汞污染的研究也是近期相当热门的一门研究科学,并且取得了很大的收获。农田土壤中汞污染分布特征见图1。

由图1可以看出,土壤中汞含量较高的是泗洪县和洪泽县的农田,泗阳县和盱眙县次之,淮阴区最低。

3.2镉污染分布特征(见图2)

镉是一种危险的环境污染元素,含隔的污染物渗入土壤的路径多种多样,它会降低农作物的质量与产量,进而经食物链危害人类健康,并进一步恶化大气与水环境质量; 正因为如此,世界各国都对隔的防治产生了足够的重视。镉污染的控制和治理以及土壤质量的改良将是生态环境保护工作的重要内容。 试验主要分析镉污染产生的原因,进而提出防治的办法,旨在为降低土壤中的镉污染、改善土壤环境生态质量提供依据。由图2可以看出,泗阳、泗洪县农田土壤中镉含量较高,洪泽、盱眙县次之,淮阴区最低。

3.3铅污染分异特征(见图3)

随着全球人口的快速增长、工业化和城市化的快速发展,重金属污染已成为中国乃至世界农田土壤中严重污染问题,铅污染就包含在其中。据2003年国家环保总局提供的数据显示,我国将近1 /5的耕地面积受到了铅污染。土壤铅污染导致种植作物吸收的重金属铅超标; 作物吸收的铅可以经由食物链进入人体,并在人体内富集,随着人体铅积蓄量的增加会危害人体正常生理功能和健康。可见土壤重金属铅修复已迫在眉睫。从图3可以看出,不同区域农田土壤铅含量的顺序由高到低依次是盱眙 > 泗洪 > 洪泽 > 泗阳 > 淮阴。

3.4铬污染分布特征(见图4)

伴随着人类活动加剧和城市规模的扩大,由于历史上经济结构的不合理,许多城区工业企业带来了严重的环境问题,尤其是土壤重金属污染问题越来越受到人们的重视。由图4可以看出,泗洪、洪泽县农田土壤中铬含量较高,淮阴县最低,盱眙、泗阳县介于他们之间 。

3.5砷污染分布特征(见图5)

砷污染,顾名思义,是由砷或由其化合物所引起的环境污染。并且这种环境污染的方式也是各不相同,如开采砷和含砷金属、日常冶炼产生的废弃物中含有砷,有些农药中也含有砷,这些都能造成土壤污染。在土壤中,砷会不断地进行累积,并通过土壤渗透到农作物中,对农作物产生很大的危害,引起粮食危机。当然,砷并不只是这一种危害,砷与砷化物还能够直接危害人体,比如通过水、大气、食物这些途径。由图5可以看出,土壤中砷含量最高的是泗阳县的农田,淮阴区和泗洪县次之,洪泽县和盱眙县农田土壤中砷含量较低。

4单项污染因子评价结果(见表3、表4)

通过表3和表4可知,不论以这两种重金属评价标准中的哪一种计算方法进行计算,在淮阴区、泗阳县、泗洪县、洪泽县、盱眙县的砷、铅、铬污染指数均小于0. 7,也说明环洪泽湖地区的土壤并没有受到砷、 铅、铬的污染; 而淮阴、泗阳、泗洪、洪泽、盱眙的汞和镉污染指数均大于3,说明环洪泽湖地区的土壤受到汞和镉的重度污染。

5结语

农田土壤污染治理研究 篇9

20 世纪 50 年代起, 人们在用大型机械进行土壤耕作时发现有益的耕作常被土壤压实和侵蚀所抵消, 土壤耕层不是越耕越好, 而是土壤环境被破坏越来越严重[1,2,3,4,5]。

近年来,随着我国农业机械化水平的迅猛发展,大型拖拉机及其配套机具以及大型联合作业机具不断涌现,农田作业机械对土壤的机械压实成为农业机械化发展所不能回避的问题。因此,应运用适当的方法对现行机械耕作对土壤压实后的相关参数的变化进行分析研究,有利于对其压实特征及其危害进行正确的分析和评价, 同时也对农业机械在设计制造时充分采用减轻或避免机械压实的技术提供了有益的理论支持[6,7,8,9]。

由于土壤种类、自然条件和作业方式的多样性,其差异性很大,所以不同土壤类型的压实很难进行比较, 研究结果差异也相对较大, 但其总的变化趋势是一致的[4]。即使对同一地区同一块试验田的土壤进行机械压实测试,但是由于农田作业机具的多样性、作业方式的变化,及其通过次数不同,很难进行全部内容的实际试验测试。基于以上原因,本文用简单的试验装置对土壤的机械压实进行模拟试验,分析农田作业机械对土壤参数的压实影响[10,11,12]。

1 模拟试验装置设计

轮式拖拉机是一种农田作业中应用最为广泛的机械,轮胎在与地面接触印痕在静止状态下为椭圆形,在田间行走后的印痕为长条,试验中用一长方形木块来模拟拖拉机在田间行走后的印痕。轮式行走装置对土壤的压实,主要取决于轮胎的载荷和接地比压[13]。在选定木块面积后,通过改变在木块上所加配重的大小来模拟轮胎的载荷和接地比压,即模拟不同接地比压的拖拉机对土壤的压实情况,每一种按地比压下通过压实的次数来模拟拖拉机在田间的通过次数。拖拉机驱动轮胎的宽度在112～467mm范围之间[13],考虑到轮胎中心对土壤的压实较两侧重,同时考虑到取土环刀尺寸(高20mm,直径约62mm),所选木块的最大木块宽为80mm,为了简化试验数据的处理 ,木块面积取为100cm2 ,则木块的长度为125mm。模拟试验装置如图1所示。

1 .模拟木块 2.支撑木块 3.承重板

配重加在承重板上面,为了防止承重板在试验过程中对土壤的压实,在承重板与模拟木块之间用支撑木块支撑。为了加载平稳,承重板应尽量大些,加载配重时应缓慢加载,以防止产生冲击力从而造成试验误差。

2 试验条件和方案

2.1 试验目的

通过模拟试验装置来测取轮式作业机械在田间工作过程中在不同接地比压、不同的通过次数对不同深度的土壤容重、含水率、坚实度的参数,对轮式作业机械对土壤参数的压实影响总的变化趋势进行分析研究。

2.2 试验条件

试验在陕西杨凌西北农林科技大学机电学院试验田进行,土壤类型为塿土,试验田用上海50拖拉机旋耕两遍,耕深为20～25cm。试验分两天完成,平均气温20℃,室内空气湿度是30%。

仪器和设备包括 TE-3型土壤硬度计、土壤容重仪、卷尺、直尺、电子天平和土样盒等。土壤原始参数测取结果如表1所示。

2.3 实验方案

农业用拖拉机驱动轮轮胎胎压,即接地比压的范围为0.8～1.6kgf/cm2 [13],在试验中选用接地比压分别为1.0,1.2,1.4,1.6kgf/cm2。根据模拟木块接地面积,则所加配重分别为100,120,140,160kg。在每个配重下进行压实1次,2次和4次的土壤压实模拟实验,在不同配重和压实次数下分别测量土壤平均坚实度和0～10cm,10～20cm深度的土壤含水率和土壤容重参数。

3 试验结果分析

3.1 土壤压实对土壤含水率的影响

在改变接地比压和压实次数后分别在0～10cm和10～20cm两个土壤深度范围内取土,3次重复试验,测得在不同接地比压和压实次数下土壤的平均含水率。试验结果如表2及图2和图3所示。

通过图表可以看出,接地比压和土壤压实次数变化所引起的土壤含水率的变化不管在土壤浅层还是在土壤深层都不大,说明轮式农用机械在作业过程中接地比压和通过次数对土壤的含水率的影响不明显。

3.2 土壤压实对土壤容重影响

在测取土壤含水率的同时也可测得在不同接地比压和压实次数下的土壤容重,试验结果如表3及图4和图5所示。

通过上述图表分析可以看出,随着接地比压的增大,表层土壤容重明显增大,在同一接地比压下土壤被压实1次和2次时土壤容重变化较大,但在2次压实后对土壤进一步压实则土壤的容重变化不明显。在图5中看出接地比压和土壤压实次数变化在土壤深层引起的土壤容重的变化不大。 这说明轮式作业机械在作业过程中轮胎的接地比压对表层土壤的压实增大,则对土壤的比阻增加。

3.3 土壤压实对土壤坚实度的影响

在不同接地比压和压实次数情况下,测得在土壤深度为0～20cm的土壤平均坚实度,试验结果如表4和图6所示。

通过上述图表分析可以看出,随着压实次数和接地比压的增加,土壤平均坚实度明显增大;在同一接地比压下土壤被压实1次和2次时土坚实度变化较大,但在2次压实后对土壤进一步压实则土壤的坚实度变化不明显。

4 结论

1)用试验装置对土壤的机械压实进行了模拟试验,极大简化了试验过程,可以对农田作业机械对土壤参数的压实影响的总的变化趋势进行分析。

2)模拟试验研究表明,轮式农用机械在作业过程中接地比压和通过次数对当时土壤的含水率的影响不明显。

3)模拟试验结果表明,随着接地比压的增大,土壤平均坚实度和表层土壤容重明显增大;在同一接地比压下土壤被压实1次和2次时土壤的坚实度和容重变化较大,但在两次压实后对土壤进一步压实则土壤的坚实度和容重变化不明显;接地比压和土壤压实次数变化在土壤深层引起的土壤容重的变化不大。

摘要：为了简化农田作业机械对土壤压实的试验过程,对轮式作业机械对土壤参数的压实影响总的变化趋势进行分析。用简单的试验装置对轮式作业机械对土壤的压实进行模拟试验,模拟试验测取了不同接地比压,不同通过次数下土壤含水率、容重和坚实度3项指标的变化。试验表明:接地比压和通过次数对当时土壤的含水率的影响不大;接地比压对土壤坚实度和表层土壤容重的影响较大;土壤被压实1次和2次时土壤的坚实度和容重有较大的影响;接地比压和土壤压实次数对深层土壤的容重影响不大。

农田土壤污染治理研究 篇10

本研究通过对位于我国中部某省份某市有色金属加工产业园周边农田土壤重金属污染现状进行调查, 分析其污染特征, 并运用单因子指数法和内梅罗综合污染指数法进行评价, 为本区域的规划和重建提供最新的基础资料。

1 研究区域概况

某市有色金属加工产业园成立于2006年5月, 区域面积25.05km2, 周围临近区域包括城村、大营村等11个村庄和黄河湿地保护区。区域属温带大陆性季风气候, 常年主导风向为东风, 土壤类型以褐土为主。

2 材料和方法

2.1 土壤样品的采集与制备

研究区域常年主导风向为东风, 以此为依据由东向西共设置了7个采样单元, 如图1所示。S1至S6采样单元设在产业园周边农田内, S7采样单元设置在黄河湿地保护区内, 其中S1至S4采样单元为裸土, S5至S7采样单元有草本植物生长。对选定的7个采样单元于2013年9月进行采样, 每个采样单元设3个采样点, 取表层土, 采样深度为0cm-20cm, 每个混合样采集1kg-2kg, 装入干净的聚乙烯 (PE) 袋中并编号。

2.2 土壤样品的前处理与分析

土壤样品采集后置于实验室内自然风干, 用静电吸附方法清除样品中细小的植物须根。风干后的土样经研钵研碎, 取部分土壤过100目筛, 测定土壤p H值和重金属Pb、Cd、Cr、As、Hg含量, 每份样品做3个平行样, 取其算术平均值。

土壤化学性质测定方法:土壤重金属Pb、Cd、Cr、As、Hg含量分别根据《土壤质量铅、镉的测定》 (GB/T17141-1997) 、《土壤总铬的测定火焰原子吸收分光光度法》 (HJ491-2009) 、《土壤质量总汞、总砷、总铅的测定》 (GB/T22105.2-2008) , 采用盐酸-硝酸-氢氟酸-高氯酸全分解法, 经火焰原子吸收分光光度计测定。

2.3 土壤重金属污染评价标准与方法

2.3.1 土壤环境质量评价标准

采用《土壤环境质量标准》 (GB15618-1995) 二级标准作为土壤环境质量评价标准。

2.3.2 单因子指数法

单因子指数法[7]是评价土壤中的某一污染物的污染程度常用方法之一。其计算公式为:

式中, Pi为土壤中污染物i的单项污染指数, ci为污染物i的实测浓度 (mg·kg-1) , si为污染物i的土壤评价标准 (mg·kg-1) 。

2.3.3 内梅罗综合污染指数法

在实际情况中, 常出现多种污染物同时污染某一区域土壤的现象, 单因子指数法难以表示整体污染水平, 而内梅罗综合指数法[7]可全面反映土壤中多种污染物综合污染水平, 也突出了污染最严重的污染物给环境造成的危害。其计算公式为:

式中Pn为内梅罗污染指数; (ci/Si) max为各污染物中最大的污染指数; (ci/Si) ave为各污染物中污染指数的算术平均值。

根据内梅罗综合污染指数法可将土壤环境质量划分为5个等级, 如表1所示。

3 结果与讨论

3.1 有色金属加工产业园土壤重金属含量

有色金属加工产业园周边农田各采样点土壤重金属含量统计结果见表2。比较各采样点重金属含量可以看出, Pb、Cd和Cr在S7的平均浓度最高, 分别为32.1mg·kg-1、0.199mg·kg-1和71.0mg·kg-1。As在S3的平均浓度最高, 为12.4mg·kg-1。Hg在S4的平均浓度最高为0.064mg·kg-1。从地理位置上看, S1-S6位于产业园附近, S7位于距离产业园200m的黄河湿地保护区内。而S1-S6土壤中重金属的含量相对较小, 这说明并不是产业园附近的土壤重金属含量最高, 土壤中的重金属含量与当地的气象条件有直接关系[8]。相关研究证明, 有色金属加工厂排放的废烟废气中含有大量的重金属粉尘, 是周围土壤中重金属的主要来源[9,10]。S7位于产业园的下风向, 故其土壤中重金属含量高于其它采样点土壤中的重金属含量。

Pb、Cd、Cr、As、Hg的中国土壤元素背景值 (A层) [11]分别为26.0mg·kg-1、0.097mg·kg-1、61.0mg·kg-1、11.2mg·kg-1、0.065mg·kg-1, 将各采样点土壤重金属含量与其相比较, 可以得出:各采样点土壤中的Hg含量均未超过土壤背景值。而S1、S2、S3、S4、S6和S7这6个采样点土壤Cd含量均超过了土壤背景值, 是土壤背景值的1.14~1.42倍, S3、S4、S5和S7这4个采样点土壤As含量均超过了土壤背景值, 是土壤背景值的1.02~1.11倍。这说明, 产业园附近土壤已经受到了不同程度的污染, 特别是Cd的污染最严重。但是将各采样点土壤中Pb、Cd、Cr、As、Hg等5种重金属含量均未超过《土壤环境质量标准》 (GB15618-1995) 二级标准要求, 即该地区土壤适用于一般农田、蔬菜地、果园等, 土壤中重金属含量基本上不会对植物和环境造成危害和污染。

3.2 土壤重金属污染评价

将Pb、Cd、Cr、As、Hg等5种土壤重金属按照单因子污染指数法和内梅罗综合污染指数法, 评价标准依据《土壤环境质量标准》 (GB15618-1995) 二级标准, 评价结果见表2。对某有色金属加工产业园周边不同方位土壤环境质量进行中单因子指数评价, 评价数据表明, 产业园周围土壤均受到了重金属Pb、Cd、Cr、As和Hg不同程度的污染, 土壤重金属污染贡献依次为:As>Cr>Cd>Pb>Hg。

对各采样点内梅罗综合污染指数进行分析, 各采样点位污染情况依次是S3>S7>S4>S5>S2>S6>S1。各采样点位的污染程度均较小, 属于安全级别。结合产业园常年主导风向为东风以及该地区地势平坦开阔的实际情况分析, 7个采样点的土壤重金属污染水平最严重的是处于下风向的S3和S7, 污染水平较轻的为上风向的S1和S6, 这是因为工业粉尘是造成该地区土壤重金属污染的主要原因, 粉尘通过自然沉降, 蓄积在周边土壤所造成的。通过以上分析, 某市有色金属加工产业园的土壤环境污染防治与治理的工作重点为加大对有色金属加工企业的废气治理力度, 减少无组织排放源, 采取有效的抑尘措施, 抑制产业园周边土壤重金属污染程度进一步加重;也可以在产业园外缘栽种草本植物, 可以吸收固定粉尘。

4 结论

通过调查及评价某有色金属加工产业园周边农田土壤中Pb、Cd、Cr、As、Hg等5种重金属含量, 得到如下结论。

4.1某有色金属加工产业园周边土壤环境状况良好, Pb、Cd、Cr、As、Hg含量的最大值均低于《土壤环境质量标准》 (GB15618-1995) 二级标准。

4.2土壤中5种重金属的含量和单因子污染指数的结果表明, 该区域土壤都受到了Pb、Cd、Cr、As、Hg不同程度的污染, 土壤重金属污染贡献依次为:As>Cr>Cd>Pb>Hg。

4.3所选研究点位的土壤内梅罗污染指数均小于0.7, 属于清洁安全等级。重金属污染指数由大到小的顺序为S3>S7>S4>S5>S2>S6>S1, 污染相对严重的区域位于产业园的下风向, 说明重金属污染物是通过大气降尘进行迁移的。

参考文献

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[2]郑国璋.关中灌区农业土壤重金属污染调查与评价[J].土壤通报, 2010 (2) :473–478.

[3]刘勇, 岳玲玲, 李晋昌.太原市土壤重金属污染及其潜在生态风险评价[J].环境科学学报, 2011 (6) :1285–1293.

[4]卢少勇, 焦伟, 金相灿, 等.环太湖河流沉积物重金属污染及其稳定度分析[J].环境科学, 2010 (10) :2311-2314.

[5]Lei M, Zhang Y, Khan S, et al.Pollution, fractionation, and mobility of Pb, Cd, Cu, and Zn in garden and paddy soils from a Pb/Zn mining area[J].Environmental Monitoring Assessment, 2010 (168) :215-222.

[6]Bermea O M, Alvarez E H, Lozano R, et al.Spatial distribution of heavy metals in top soils around the industrial facilities of Cromatos de Mexico, Tultitlan Mexico[J].Bulletin of Environment Contamination and Toxicology, 2010 (85) :520-524.

[7]杜艳, 常江, 徐笠.土壤环境质量评价方法研究进展[J].土壤通报, 2010 (3) :749-756.

[8]杜平.铅锌冶炼厂周边土壤中重金属污染的空间分布及其形态研究[D].北京:中国环境科学研究院, 2007.

[9]刘芬, 刘文华, 娄涛, 等.土壤镉污染与冶炼烟气的相关性研究[J].湘潭矿业学院学报, 2003 (3) :88–91.

[10]孙小静, 许世远, 王军.降尘重金属及其对区域土壤重金属累积的贡献[C].地理学与生态文明建设--中国地理学会2008年学术年会论文摘要集:59.