山东省基本农田土壤重金属含量分布特征及其环境容量研究

论文摘要

工业发展、城市化以及农用化学用品的大量使用使土壤重金属污染日益严重。大面积土壤重金属污染导致农作物产量和产品品质下降,极大损害了人们的身体健康。研究重金属环境容量分布特征及动态变化有助于正确认识并合理利用有限的土壤环境容量。本论文在查阅资料和实地调查的基础上,在占山东省90%三大主要土类（棕壤、褐土、潮土）基本农田布设60个采样点,采集耕层土壤,分析土壤样品中Cu、Zn、Pb、Cd有效态含量和全量。研究山东省土壤重金属分布特征和活性情况。根据土壤背景值和临界值资料,研究山东省土壤环境容量分布特征并与上世纪80年代研究结果比较,获得其变化动态。其目的是,为区域制定土壤环境质量标准、农田灌溉用水标准、污泥施用量标准等提供基础数据。为区域土壤环境质量评价、土壤污染物预测、重金属总量控制等提供科学依据。本文获得主要研究结果如下:（1）60个样点中,位于曲阜防山、济南市济阳县、文登市、海阳市、枣庄市的5个样点的Cu全量超过了国家二级标准,占调查样点8.33%,其余样点均低于国家土壤二级标准;位于青岛市平度市云山镇的1个样点的Zn全量超过了国家二级标准,占调查样点1.67%,其余样点均低于国家土壤二级标准;位于防山、苍山县两个样点的Pb全量值超过了国家二级标准,占调查样点3.33%;Cd的全量均低于国家土壤二级标准。总起来说,全省农田土壤调查范围内10%样点Cu有效态含量低于Cu缺乏临界值,属于较低的肥力水平,88.3%样点能够达到中等及以上肥力水平,所以从Cu有效态含量水平上来说,山东省农田土壤肥力水平总体上是可以的。（2）山东省土壤重金属综合污染指数为0.1051-1.4742。在调查的60个采样点中有10%样点属于轻度污染,90%样点土壤环境质量状况良好。综合污染指数最大值出现在枣庄市山亭区、泰安宁阳县、曲阜防山、临沂苍山县、济南济阳县、文登市均出现P综>1的样点。进一步追根求源,控制土壤污染是十分必要的。（3）山东省近20年来农田土壤重金属其中Pb元素变化幅度最大,尤其是在褐土中,近20年全量增加了5.81倍,Cd元素在棕壤中变化幅度最小,20年仅增加了1.33倍;四种重金属元素在三种土壤中变化幅度最大的是褐土,其次是潮土,变化幅度最小的是棕壤。近20年山东省农田土壤Cu有效态数值略有升高。褐土、潮土、棕壤中Zn的有效态数值增加了数十倍,其增长幅度巨大。有效态数值的大小与人类健康的关系更加密切,应引起我们的高度重视。土壤Cu的有效性指数降低,Zn有效性指数则大幅增加,（4）山东省三种土壤中各种重金属元素的静态环境容量排序均为:Pb>Zn>Cu>Cd。褐土中的Pb静态环境容量最大,达到了528.21 kg·hm-2。Cu元素的相对环境容量并不是很高,高容量区较少,Zn元素的相对环境容量还是比较高的,中等环境容量以上的占了2/3,Pb元素的相对环境容量是比较高的,有2/3都属于中、高容量区,Cd元素全部属于中容量区或者高容量区,总体来说单元素的相对环境容量值还是比较大的。综合相对环境容量值还不是很高,有半数属于中容量区,低容量区占据1/3以上,高容量区仅3个,分别位于枣庄市山亭区、青岛的平度市和青岛的莱西市,超载区1个,位于曲阜境内。（5）对山东省重金属环境容量年限预测的研究中,假定了污染物的三种输入量,当输入量等于控制输入量时,在一定的时间内会达到极限年限,当输入量大于控制输入量时,导致极限年限明显缩短,此时达到环境容量年限的长短主要取决于不同重金属在不同土壤类型中残留率的不同。严格遵循年输入量低于年控制容量的原则,才能实现生态的可持续发展,实行总量控制是防止和治理土壤污染有效可行的措施。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题的意义
• 1.2 国内外土壤环境容量研究进展综述
• 1.2.1 土壤环境容量
• 1.2.2 土壤环境容量分异
• 1.2.3 土壤重金属环境容量研究现状及其存在的问题
• 1.2.4 土壤环境容量研究在土壤污染控制和土壤环境管理中的意义
• 1.3 主要研究内容
• 1.3.1 山东省基本农田土壤重金属分布特征及其环境质量研究
• 1.3.2 近20 年山东省基本农田土壤重金属含量变化特征研究
• 1.3.3 山东省基本农田土壤重金属环境容量研究
• 1.3.4 山东省基本农田土壤重金属环境容量预测
• 1.4 技术路线
• 1.5 主要创新之处
• 第二章 山东省农田土壤重金属分布特征及其环境质量研究
• 2.1 引言
• 2.2 研究区域土壤概况
• 2.3 研究方法
• 2.3.1 布点采样
• 2.3.2 分析方法
• 2.3.3 土壤环境质量综合评价方法
• 2.3.4 数据处理
• 2.3.5 制图方法
• 2.4 结果与讨论
• 2.4.1 山东省农田土壤理化性质
• 2.4.2 山东省基本农田土壤重金属全量分布特征
• 2.4.3 山东省土壤重金属有效态含量分布特征
• 2.4.4 山东省农田土壤中重金属环境质量综合评价
• 2.5 结论
• 第三章 近20 年山东省土壤环境质量变化特征研究
• 3.1 引言
• 3.2 材料与方法
• 3.2.1 土壤样本
• 3.2.2 对比资料
• 3.2.3 研究方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 近20 年山东省基本农田土壤重金属全量变化特征
• 3.3.2 山东省土壤重金属有效态含量变化特征
• 3.3.3 有效性指数变化特征
• 3.3.4 土壤理化性质、全量与有效态间的相关性分析
• 3.4 结论
• 第四章 山东省农田土壤重金属环境容量研究
• 4.1 引言
• 4.2 研究方法
• 4.2.1 土壤重金属环境容量
• 4.2.2 土壤重金属环境容量分级
• 4.2.3 制图方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 山东省农田土壤重金属静态环境容量
• 4.3.2 山东省农田土壤重金属相对环境容量
• 4.3.3 山东省土壤重金属综合相对环境容量分布特征
• 4.4 结论
• 第五章 山东省土壤重金属环境容量预测
• 5.1 引言
• 5.2 研究方法
• 5.2.1 土壤重金属环境容量预测方法
• 5.2.2 土壤重金属安全容量确定
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 输入量等于控制输入容量山东省土壤重金属环境容量预测
• 5.3.2 输入量大于控制输入容量山东省土壤重金属环境容量预测
• 5.4 结论
• 第六章 全文结论
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及参与的课题
• 参考文献
• 致谢