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[關鍵詞] 重金屬污染 土壤 水 防治
[中圖分類號] X52 [文獻標識碼] A [文章編號] 1003-1650 (2013)08-0230-01
重金屬對水體及土壤的污染形勢是很嚴峻的,據資料顯示,每年我國有1200萬噸糧食收到不同程度的不同重金屬的污染,直接經濟損失超過200億元,每年能多養活4000萬人,并且這一數字還在逐年增長,這些污染大都是由于土壤或灌溉用水受重金屬污染而造成,重金屬污染有著較強的不可預見性,因此對其防治有很大的困難,而預防才是王道。
一、重金屬的來源及其種類
1.重金屬的來源
重金屬的主要來源還是工業污染,當然,或多或少也有來自交通以及我們生活垃圾的污染,在工業污染中,來自化工行業的污染占了相當大的比例,其次就是發電廠、鋼鐵廠,最常見的就是工業中的三廢:廢水、廢棄、廢渣,三廢當中含有大量的重金屬及其化合物,不經處理便直接排放,直接導致水資源和土壤污染,當人們用了這種被污染的水去灌溉莊稼,在被污染的土地上種莊稼,就會嚴重影響莊稼的收成,重金屬也就隨植物鏈傳到人類,對人們的健康造成了嚴重的影響[1]。近幾年,有環保學者提出:中國的化工企業的工藝、設備、技術研發較落后,是造成污染嚴重的主要原因,而人為的環保意識以及地方保護環保意識的淡薄,加劇了污染,強化治理迫在眉睫。生產企業應放眼未來,倡導環保,化工生產過程盡量使用少污染和無污染的原材料。
2.重金屬的分類
2.1汞污染
汞是一種唯一的在常溫下為液態的金屬,在自然界中普遍存在,一般動物植物中都含有微量的汞,因此我們的食物中,都有微量的汞存在,可以通過排泄、毛發等代謝,不影響健康。
但是,隨著工農業的迅速發展,目前國內對汞的需求量還是很高的,問題在于這些重金屬用完之后生成的其氧化物或雜質如何處理,過量的汞如何處理,這些都是問題的關鍵之處,據調查,每年因汞中毒而死亡的人數并不在少數,如何防范含汞廢水進入農業用水系統,已經迫在眉睫,是我們不得不去面對的問題。
2.3鉛污染
鉛是一種柔軟的白色金屬,是我國最早發現的元素之一,很容易生銹,但不失光澤,鉛在工業中最重要的用途就是制造蓄電池,因此,水資源和土壤中鉛污染的主要來源就是人們對廢棄蓄電池的隨意丟棄,而鉛的化合物,常被用于合成五彩繽紛的顏料,在鉛的眾多化合物中,最重要的就是四乙基鉛,常用于汽油防爆劑,鉛的毒性隨量而增大,其主要是通過人的皮膚接觸,或者是消化道、呼吸道等進入人體器官,鉛含量多者可引起器官病變,鉛的主要毒性表現在貧血,神經受到損傷或者造成腎功能不全,生活中的鉛給我們帶來了無限的色彩和快樂,但是食物中的鉛卻能給人帶來痛苦。
二、重金屬對水體及土壤污染現狀
1.重金屬對水體污染現狀
水體中重金屬污染物的來源十分廣泛,最主要的是工礦企業排放的廢物和污水。由于這些工廠排放的污染物數量大,分布范圍廣,因而受污染的區域很大,較難控制,危害嚴重[2]。重金屬在人體內能和蛋白質及各種酶發生強烈的相互作用,使它們失去活性,也可能在人體的某些器官中富集,如果超過人體所能耐受的限度,會造成人體急性中毒、亞急性中毒、慢性中毒等,對人體會造成很大的危害。在我國,最近的一起重金屬污染事件是2011年3月中旬,浙江臺州市路橋區峰江街道,一座建在居民區中央的“臺州市速起蓄電池有限公司” 引起168名居民血鉛超標,是近幾年來浙江發生的最嚴重的一次重金屬污染事件,其原因就是電池公司將含有大量鉛的廢水排入河渠,滲入地下,居民喝了地下水之后鉛嚴重超標,而作為最大的洋垃圾市場,臺州市每年從垃圾中拆解的價值高達200億人民幣,但是拆解之后的剩余物卻隨意丟棄,丟棄的重金屬垃圾對空氣和水資源造成了嚴重的污染。目前,我國的重金屬對水體的污染正在逐年加劇,如若不采取措施,不過十幾年的時間,我們將生活在一個被重金屬污染的世界,想治理都治理不完。
二、重金屬對水體污染的防治措施
1.加快含重金屬廢水廢氣治理
廢水和廢氣是化工行業最普遍的污染物,也是和人類息息相關的一些污染,針對這些廢水和廢氣,怎么處理成為了一個棘手的問題,對于廢水的處理,目前,有三種最為讓人接受的方法,物理處理法,即利用污染物的物化性質來除掉廢水中的污染物,化學處理法,是指利用化學反應原理處理或回收廢水中的溶解物或膠體中的物質,包括中和,氧化,還原絮凝法。最后一種方法是生化處理法,這種方法是指利用微生物在廢水中對有機物進行氧化分解的新陳代謝過程,包括活性污泥法,生物濾池,氧化塘等方法。
2.強化含重金屬固體廢物污染防治
固體廢棄物是化工三廢中種類最多數量最大的一種污染物,其每年排出的數量有數億噸,破壞了植被,排入水源,對農業用水造成了嚴重的污染,進一步轉化就會進入大氣,化工廢渣的種類繁多,成分復雜,處理方法并不像廢水廢氣那樣有成套的系統和裝置。而是根據其化學組成選用不同的方法,對于有機化工廢物的處理,目前,采用較多的方法有熱分解法,焚燒法和再生利用法,近幾年發展最受歡迎的是再生利用法,將廢物經過多次的回收利用,將其中有用成分提取出來,加工成其他產品。其次就是對無極廢物的處理,其主要方法有3種,分別是可以作為二次原料資源,或者是提取其中的有用成分用于農業生產,對那些沒有什么利用價值或者已經提取有用成分的部分廢物,可以再加工為建筑材料。
三、結論
目前,我國重金屬對水體污染已經相當嚴重了,尤其是化工行業,是最主要的重金屬污染源中,如若不及時治理,將對國民經濟造成嚴重損失,對人們的身心健康造成巨大的傷害,因此,解決重金屬污染問題已經迫在眉睫。
參考文獻
[1] 李然. 水環境中重金屬污染研究概述. 四川環境, 1997(16): 18-22.
[2] 李振. 淺談重金屬水污染現狀及監測進展. 企業論道.
為研究滏陽河沿岸周圍土壤重金屬含量及其污染狀況,選取了滏陽河邯鄲市區段沿岸包括邯鄲市油漆廠、龍湖公園和邯山廣場八個取樣點,每個取樣點采集10份,共采集土壤80份。采用火焰原子分光光度法測定其中鉛、鎘的含量,了解滏陽河邯鄲市區段沿岸土壤中重金屬污染狀況,為社會提供治理環境污染的科學依據。實驗數據表明,本次檢測的80個土壤樣品中鉛、鎘的陽性率分別為86%和66%,說明這些地點的土壤均不同程度受到了重金屬的污染。
【關鍵詞】土壤;滏陽河;污染;重金屬;邯鄲市
1. 滏陽河沿岸土壤重金屬污染的研究背景
隨著經濟的不斷發展,我國的城市化是發展的必然趨勢。根據《中國新型城市化報告-2011》,2011年的中國內地城市化率首次突破50%,達到了51.3%[1]。這意味著中國城鎮人口首次超過農村人口,中國城市化進入關鍵發展階段。城市是一個復合生態系統,也是一個極不穩定的人工生態系統[2],其中土壤作為人類賴以生存與發展的物質基礎,也是城市生態系統地球化學循環的重要環節[3]。
城市土壤重金屬污染,主要指Hg、Cd、Pb、Cr以及類金屬砷(As)等生物毒性顯著的元素,也包括具有一定毒性的元素,如Zn、Cu、Co、Ni、Mn,、Sn、Mo等[4]。城市化過程中伴隨大量含有重金屬元素的工業"三廢"、機動車廢氣和生活垃圾等污染物的排放,這些污染物直接或間接進入城市土壤,造成城市土壤的重金屬污染,而且重金屬很難被生物降解,通過吞食、吸入和皮膚吸收等途徑進入人體,對人特別是兒童的健康造成危害[5]。
2滏陽河污染概況
滏陽河屬海河流域子牙河系,全長402公里,是一條防洪、灌溉、排澇、航運等綜合利用的骨干河道。發源于太行山東麓邯鄲市峰峰礦區和村,在邯鄲市境內段為最上段,自東武仕水庫流經磁縣、邯鄲縣、邯山區、叢臺區、永年縣、曲周縣、雞澤縣至邯邢邊界長約119公里,流域面積2747平方公里,其中東武仕水庫壩下2407平方公里[6]。
20世紀70年代后,隨著邯鄲市經濟的不斷增長和滏陽河沿岸人口的不斷增加,環境保護和水資源管理相對滯后,隨著生活污水和工業廢水的大量排入,致使滏陽河水質不斷惡化,嚴重影響了工業用水和邯鄲市民的生活用水[5-8]。因此治理污染,建立良好的水環境,已成為治理滏陽河的當務之急。目前,對于滏陽河邯鄲市區段沿岸土壤鉛、鎘污染狀況的研究報道甚少,為此,對滏陽河邯鄲市區段沿岸土壤重金屬鉛、鎘的污染狀況進行調查與分析,旨在對該區域內控制鉛、鎘污染提供參考依據。
3實驗方法和實驗儀器
采用鹽酸-氫氟酸-高氯酸全分解的方法,使土壤的礦物晶格遭到破壞,使待測元素全部進入試液中。之后在約1%的鹽酸中,加入適量的KI,試液中的Pb2+、Cd2+與I-形成穩定的離子化合物,可被甲基異丁基甲酮(MIBK)萃取。將有機相注入火焰,使鉛、鎘化合物解離為處于基態的原子,從空心陰極燈發射的基態原子蒸氣產生選擇性吸收的譜線,在最佳條件下,測定鉛、鎘的吸光度。
⑴一般實驗室儀器和以下儀器。
⑵原子吸收分光光度計(帶有背景校正裝置)
⑶鉛空心陰極燈。
⑷鎘空心陰極燈
⑸乙炔鋼瓶
⑹空氣壓縮機。應備有除水、除油和除塵裝置。
4結果與分析
4.1土壤樣品中鉛的含量
8個取樣點中的鉛檢測結果見表4
8個取樣點中的鎘檢測結果見表58.2結論
①滏陽河邯鄲市區段沿岸土壤中,油漆廠周圍土壤的鉛、鎘含量均或多或少高于其他七個地點,兩個公路交叉口周圍土壤鉛鎘含量也較高,生活區包括邯鋼羅二生活區和羅城頭村的含量不高,滏陽公園、龍湖公園和邯山廣場的鉛鎘含量最低。
②邯鄲市油漆廠土壤鉛、鎘含量超出了國家土壤環境質量達到了三級標準,聯紡路與達康路交叉口、人民路與滏河大街交叉口一些樣本的鎘含量也達到了國家三級標準,說明這些地區受污染較嚴重,其他地點均未顯示超標,說明所受污染并不嚴重,對周圍居民的影響也較小,但仍應當引起有關部門的重視。
參考文獻
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關鍵詞:土壤污染;現狀;危害;治理措施
1土壤污染概念
土壤是指陸地表面具有肥力、能夠生長植物的疏松表層,其厚度一般在2m左右。土壤不但為植物生長提供機械支撐能力,并能為植物生長發育提供所需要的水、肥、氣、熱等肥力要素。近年來,由于人口急劇增長,工業迅猛發展,固體廢物不斷向土壤表面堆放和傾倒,有害廢水不斷向土壤中滲透,汽車排放的廢氣,大氣中的有害氣體及飄塵不斷隨雨水降落在土壤中。農業化學水平的提高,使大量化學肥料及農藥散落到環境中,導致土壤遭受非點源污染的機會越來越多,其程度也越來越嚴重,在水土流失和風蝕作用等的影響下,污染面積不斷擴大。因此,凡是妨礙土壤正常功能,降低農作物產量和質量,通過糧食、蔬菜、水果等間接影響人體健康的物質都叫做土壤污染物[1-2]。
當土壤中有害物質過多,超過土壤的自凈能力,引起土壤的組成、結構和功能發生變化,微生物活動受到抑制,有害物質或其分解產物在土壤中逐漸積累,通過“土壤植物人體”,或通過“土壤水人體”間接被人體吸收,達到危害人體健康的程度,就是土壤污染。
2我國土壤污染現狀與危害
2.1土壤污染的現狀
目前,我國土壤污染的總體形勢嚴峻,部分地區土壤污染嚴重,在重污染企業或工業密集區、工礦開采區及周邊地區、城市和城郊地區出現了土壤重污染區和高風險區。土壤污染類型多樣,呈現出新老污染物并存、無機有機復合污染的局面。土壤污染途徑多,原因復雜,控制難度大。土壤環境監督管理體系不健全,土壤污染防治投入不足,全社會防治意識不強。由土壤污染引發的農產品質量安全問題和逐年增多,成為影響群眾身體健康和社會穩定的重要因素[3]。
2.2土壤污染的危害
2.2.1土壤污染導致嚴重的直接經濟損失。初步統計,全國受污染的耕地約有1000萬hm2,有機污染物污染農田達3600萬hm2,主要農產品的農藥殘留超標率高達16%~20%;污水灌溉污染耕地216.7萬hm2,固體廢棄物堆存占地和毀田13.3萬hm2。每年因土壤污染減產糧食超過1000萬t,造成各種經濟損失約200億元。
2.2.2土壤污染導致生物產品品質不斷下降。因農田施用化肥,大多數城市近郊土壤都受到不同程度的污染,許多地方糧食、蔬菜、水果等食物中鎘、砷、鉻、鉛等重金屬含量超標或接近臨界值。每年轉化成為污染物而進入環境的氮素達1000萬t,農產品中的硝酸鹽和亞硝酸鹽污染嚴重。農膜污染土壤面積超過780萬hm2,殘存的農膜對土壤毛細管水起阻流作用,惡化土壤物理性狀,影響土壤通氣透水,影響農作物產量和農產品品質。
2.2.3土壤污染危害人體健康。土壤污染會使污染物在植物體內積累,并通過食物鏈富集到人體和動物體中,危害人體健康,引發癌癥和其他疾病。
2.2.4土壤污染導致其他環境問題。土壤受到污染后,含重金屬濃度較高的污染土容易在風力和水力作用下分別進入到大氣和水體中,導致大氣污染、地表水污染、地下水污染和生態系統退化等其他次生生態環境問題。
3造成土壤污染的原因
3.1過量施用化肥
我國每年化肥施用量超過4100萬t。雖然施用化肥是農業增產的重要措施,但長期大量使用氮、磷等化學肥料,會破壞土壤結構,造成土壤板結、耕地土壤退化、耕層變淺、耕性變差、保水肥能力下降、生物學性質惡化,增加了農業生產成本,影響了農作物的產量和質量;未被植物吸收利用和根層土壤吸附固定的養分,都在根層以下積累或轉入地下。殘留在土壤中的氮、磷化合物,在發生地面徑流或土壤風蝕時,會向其他地方轉移,擴大了土壤污染范圍。過量使用化肥還使飼料作物含有過多的硝酸鹽,妨礙牲畜體內氧氣的輸送,使其患病,嚴重導致死亡[4]。
3.2農藥是土壤的主要有機污染物
全國每年使用的農藥量達50萬~60萬t,使用農藥的土地面積在2.8億hm2以上,農田平均施用農藥13.9kg/hm2。直接進入土壤的農藥,大部分可被土壤吸附,殘留于土壤中的農藥,由于生物和非生物的作用,形成具有不同穩定性的中間產物或最終產物無機物。噴施于作物體上的農藥,除部分被植物吸收或逸入大氣外,約有1/2左右散落于農田,又與直接施用于田間的農藥構成農田土壤中農藥的基本來源。農作物從土壤中吸收農藥,在植物根、莖、葉、果實和種子中積累,通過食物、飼料危害人體和牲畜的健康。
3.3重金屬元素引起的土壤污染
全國320個嚴重污染區約有548萬hm2土壤,大田類農產品污染超標面積占污染區農田面積的20%,其中重金屬污染占80%,糧食中重金屬鎘、砷、鉻、鉛、汞等的超標率占10%。被公認為城市環境質量優良的公園存在著嚴重的土壤重金屬污染。汽油中添加的防爆劑四乙基鉛隨廢氣排出污染土壤,使行車頻率高的公路兩側常形成明顯的鉛污染帶。砷被大量用作殺蟲劑、殺菌劑、殺鼠劑和除草劑,硫化礦產的開采、選礦、冶煉也會引起砷對土壤的污染。汞主要來自廠礦排放的含汞廢水。土壤組成與汞化合物之間有很強的相互作用,積累在土壤中的汞有金屬汞、無機汞鹽、有機絡合態或離子吸附態汞,所以,汞能在土壤中長期存在。鎘、鉛污染主要來自冶煉排放和汽車尾氣沉降,磷肥中有時也含有鎘[5]。
3.4污水灌溉對土壤的污染
我國污水灌溉農田面積超過330萬hm2。生活污水和工業廢水中,含有氮、磷、鉀等許多植物所需要的養分,所以合理地使用污水灌溉農田,有增產效果。未經處理或未達到排放標準的工業污水中含有重金屬、酚、氰化物等許多有毒有害的物質,會將污水中有毒有害的物質帶至農田,在灌溉渠系兩側形成污染帶。
3.5大氣污染對土壤的污染
大氣中的二氧化硫、氮氧化物和顆粒物等有害物質,在大氣中發生反應形成酸雨,通過沉降和降水而降落到地面,引起土壤酸化。冶金工業排放的金屬氧化物粉塵,則在重力作用下以降塵形式進入土壤,形成以排污工廠為中心、半徑為2~3km范圍的點狀污染。
3.6固體廢物對土壤的污染
污泥作為肥料施用,常使土壤受到重金屬、無機鹽、有機物和病原體的污染。工業固體廢物和城市垃圾向土壤直接傾倒,由于日曬、雨淋、水洗,使重金屬極易移動,以輻射狀、漏斗狀向周圍土壤擴散。
3.7牲畜排泄物和生物殘體對土壤的污染
禽畜飼養場的廄肥和屠宰場的廢物,其性質近似人糞尿。利用這些廢物作肥料,如果不進行物理和生化處理,則其中的寄生蟲、病原菌和病毒等可引起土壤和水域污染,并通過水和農作物危害人群健康。
3.8放射性物質對土壤的污染
土壤輻射污染的來源有鈾礦和釷礦開采、鈾礦濃縮、核廢料處理、核武器爆炸、核實驗、燃煤發電廠、磷酸鹽礦開采加工等。大氣層核試驗的散落物可造成土壤的放射性污染,放射性散落物中,90Sr、137Cs的半衰期較長,易被土壤吸附,滯留時間也較長。
4我國土壤污染的治理措施
4.1施用化學改良劑,采取生物改良措施,增加土壤環境容量,增強土壤凈化能力
向土壤中施用石灰、堿性磷酸鹽、氧化鐵、碳酸鹽和硫化物等化學改良劑,加速有機物的分解,使重金屬固定在土壤中,降低重金屬在土壤及土壤植物體的遷移能力,使其轉化成為難溶的化合物,減少農作物的吸收,以減輕土壤中重金屬的毒害。針對有機物污染,用植物、細菌、真菌聯合加速有機物降解。針對無機物污染,利用植物修復可以把一部分重金屬從土壤中帶走。
增加土壤有機質含量、砂摻粘改良性土壤,增加和改善土壤膠體的種類和數量,增加土壤對有害物質的吸附能力和吸附量,從而減少污染物在土壤中的活性。發現、分離和培養新的微生物品種,以增強生物降解作用。
4.2強化污染土壤環境管理與綜合防治,大力發展清潔生產
控制和消除土壤污染源,組織有關部門和科研單位,篩選污染土壤修復實用技術,加強污染土壤修復技術集成,選擇有代表性的污灌區農田和污染場地,開展污染土壤治理與修復。重點支持一批國家級重點治理與修復示范工程,為在更大范圍內修復土壤污染提供示范、積累經驗。合理利用污染土地,嚴重污染的土壤可改種非食用經濟作物或經濟林木以減少食品污染。科學地進行污水灌溉,加強土壤污灌區的監測和管理,了解水中污染物的成分、含量及其動態,避免帶有不易降解的高殘留污染物隨機進入土壤。
增施有機肥,提高土壤有機質含量,增強土壤膠體對重金屬和農藥的吸附能力。強化對農藥、化肥、除草劑等農用化學品管理。增施有機肥同時采取防治措施,不僅可以減少對土壤的污染,還能經濟有效地消滅病、蟲、草害,發揮農藥的積極效能。在生產中合理施用農藥、化肥,控制化學農藥的用量、使用范圍、噴施次數和噴施時間,提高噴灑技術,改進農藥劑型,嚴格限制劇毒、高殘留農藥的使用,大力發展高效、低毒、低殘留農藥。大力發展生物防治措施。
大力推廣閉路循環、無毒工藝,以減少或消除污染物的排放。對工業“三廢”進行回收凈化處理,化害為利,嚴格控制污染物的排放量和濃度。大力推廣和發展清潔生產。
針對土壤污染物的種類,種植有較強吸收能力的植物,降低有毒物質的含量,或通過生物降解凈化土壤,通過改變耕作制度、換土、深翻等手段,施加抑制劑改變污染物質在土壤中的遷移轉化方向,減少農作物的吸收,提高土壤pH值,促使鎘、汞、銅、鋅等形成氫氧化物沉淀。
根據土壤的特性、氣候狀況和農作物生長發育特點,既要防治病蟲害對農作物的威脅,又要把化肥、農藥對環境和人體健康的危害限制在最低程度。利用物理、物理化學原理治理污染土壤。大力開展植樹造林,提高森林覆蓋率,維護森林生態系統平衡。
4.3調控土壤氧化還原條件
調節土壤氧化還原電位,使某些重金屬污染物轉化為難溶態沉淀物,控制其遷移和轉化,降低污染物的危害程度。調節土壤氧化還原電位主要是通過調節土壤水分管理和耕作措施實現。
4.4改變耕作制度,實行翻土和換土
改變耕作制度會引起土壤環境條件的變化,消除某些污染物的危害。對于污染嚴重的土壤,采取鏟除表土和換客土的方法;對于輕度污染的土壤,采取深翻土或換無污染客土的方法。
4.5采用農業生態工程措施
在污染土壤上繁殖非食用的種子、種經濟作物,從而減少污染物進入食物鏈的途徑;或利用某些特定的動植物和微生物較快地吸走或降解土壤中的污染物質,從而達到凈化土壤的目的。
4.6工程治理
利用物理(機械)、物理化學原理治理污染土壤,是一種最為徹底、穩定、治本的措施,但投資大,適于小面積的重度污染區,主要有隔離法、清洗法、熱處理、電化法等。近年來,把其他工業領域,特別是污水、大氣污染治理技術引入土壤治理,為土壤污染治理研究開辟了新途徑。
5參考文獻
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走進園區后發現,這里的環境污染很嚴重。露天堆積的廢品如山,粗加工作坊排放的廢水、廢渣肆意污染水體和土壤。據園區工作人員介紹,這些廢棄物中含有嚴重危害人們健康的鎘、鉛等重金屬。
工業園區還有很多再生造紙廠,它們排放的、經除污處理后的堿性有機物質濾泥量非常多,已經堆成了一個個小山包。
附近的村民們還反映,近幾年村民癌癥、骨病等發病率逐年上升。聯想到地理教材“人類與地理環境協調發展”中講述日本富山縣農民的“鎘米”事件,我們產生了這樣一個疑問:園區及周邊的村民種植的蔬菜中是否也含有鎘與鉛這些“致命殺手”?有什么方法來解決這一問題?
帶著一連串的問題,我們選定了“廢品大市場環境污染與治理研究調查”作為課題。
一、園區調查與研究內容
調查園區環境,查閱文獻、走訪專家,了解蔬菜吸收鎘、鉛的情況,找出對鎘、鉛吸收量相對較少的蔬菜種類,探尋降低蔬菜吸收鎘、鉛的新種植技術。尋找當地富集鎘、鉛的植物,修復再生資源工業園區污染了的生態環境。
二、研究過程
再生資源場邊污染區的范圍包括北山、黎興等11個行政村,中心市場轄地面積5平方千米,我們的課題試驗僅以中心市場所在位置北山村的調查材料為代表。
1.再生資源工業園場邊北山村村民重大疾病情況調查
再生資源工業園區中心市場在緊靠京珠高速的新開鎮北山村,近幾年來,該村村民重大疾病發病率逐年攀升,據人民醫院提供的數據統計,肝癌、肺癌、骨癌等癌癥病發生率達到了總人口的10%,調查統計情況見表1。
從表1的疾病調查統計數據可以看出:2007年與2000年相比,骨病的發生率增加了3倍;呼吸道疾病的發生率增加了10倍,新生兒缺陷癥發病率增加了7倍,癌癥發病率增加了24倍。
中醫院的醫護人員認為,鎘、鉛污染都是引起這幾類疾病高發的主要原因。
我們在進一步的調查中發現,北山村還存在“土法煉鉛”的粗加工作坊,這種“土法煉鉛”的廢渣中鎘、鉛含量特別高,煉鉛廠的老板們只顧掙錢,沒有采取任何環保措施,廢渣隨處亂倒,北山村的菜地、稻田、山土中隨處可見。
聯想到村民們的發病率直線上升,我們認為“土法煉鉛”肯定有問題,為了驗證這一猜想,我們決定對其進行進一步調查和研究。
2.設計實驗方案
我們在網上進行文獻查詢,獲取了重金屬污染的相關資料,摘錄了數篇鉛與鎘對人體健康危害的文獻,還來到市農業局、市環保局以及市蔬菜辦,向專家們請教,農業局環保站的謝博士為我們介紹了土壤取樣與水體取樣的基本方法及原理。
環保局的工作人員對我們提出的課題很感興趣,不僅鼓勵我們,還為我們的課題實驗提供了材料和技術上的幫助。
在他們的指導下,我們確立了如下兩個實驗方案。
(1)檢測實驗:水、土壤抽樣檢測
水樣:分別采集再生資源工業園區南邊北山村菜農灌溉用的場區排污水、廢電瓶煉鉛廠總排污口污水、再生資源工業園區地下水(井水水樣)各 400ml,作為檢測標本,在24小時內送至湖南省檢測分析中心進行檢測。
土樣:采用五點取樣法分別從再生資源工業園區南邊北山村菜園土、稻田土、山地土的采樣點中各取兩個土樣(500g),作為標本送至湖南省檢測分析中心進行檢測。
水樣樣本檢測數據顯示:井水中鎘、鉛含量均未超標,說明地下水暫未受污染;廢品收購大市場內的排污水中有一定的鉛含量,但未超標;電瓶煉鉛廠總排污口周圍所取的廢水樣本中鉛的含量超標,超標率近3倍。但調查發現,該種排污水的量不大,而且經過沉降池處理后對植物與人體的影響不太大。
土樣檢測結果顯示,北山村重度污染(超標27倍以上)的蔬菜土面積占全村蔬菜地總面積的35%,中、輕度污染區蔬菜土面積占全村蔬菜地總面積的65%,其中重度污染的土壤樣本取自北山村“土法煉鉛”作坊附近的菜地與稻田土。
從上述數據可知,再生資源場邊北山村土壤中鎘、鉛的含量較高,污染嚴重。
村民們這幾年發病率升高,致病源是不是鎘、鉛含量較高的土壤?種植在園區周邊的蔬菜是否吸收了鎘與鉛?我們來到北山村的蔬菜種植場,采集了當地9種主要的蔬菜樣本送到湖南省檢測分析中心檢測其鎘、鉛含量。
被檢測的蔬菜不論在污染區還是在非污染區,它們對鎘、鉛都表現出相同趨勢的不同富集能力,即菠菜>芹菜>韭菜>萵筍>小白菜>莧菜>甘藍>胡蘿卜>土豆。
檢測結果顯示,在污染區重金屬嚴重超標(超標倍數大于30倍以上)的有菠菜、芹菜;中度超標(超標倍數在2至4倍之間)的有韭菜、小白菜、莧菜、萵筍;輕度超標(超標倍數在2倍以下)的有甘藍、胡蘿卜,在土豆中未檢出鎘與鉛。
因此,我們向當地政府建議:在再生資源場邊中、輕度污染的土壤上大量種植土豆或輕度富集的甘藍、胡蘿卜等根莖類蔬菜,用以替代其他嚴重超標的綠葉菜。這一安全綠色種植方案,得到當地政府的認可。
(2)探究試驗:利用野生高富集植物吸收土壤的鎘、鉛,修復被污染的土壤。
有關資料顯示,許多野生植物能富集鎘、鉛、鍶、鉻等重金屬元素,尤其是在土壤和大氣中重金屬含量較高的環境中生長的野生植物。于是我們決定用種植野生植物來減少土壤中的鎘、鉛元素,從而修復被污染的再生資源場邊農業可耕地。
①試驗材料:北山村的菜園土,非污染野生高富集植物幼苗(平江縣盤石村)。
②試驗方法:盆栽法。
選取直徑約30cm的普通花盆約15個,從北山村污染區的稻田土中取150kg土壤作為培養土,按每盆5kg給每個花盆裝上培養土,并于當天從平江盤石鎮的鄉村中采集非污染的有代表性的5種野生植物幼苗,分別為馬齒莧、薺菜、蕨菜、野生苧麻、芥菜。每個品種幼苗10株,栽培在花盆中,每個品種種植3盆,采用污染區的地表水進行澆灌,并配合正常的肥水管理。
培植60天后,將上述樣本送至湖南省檢測分析中心進行檢測,試驗檢測結果見表2。
表2的檢測結果顯示,五種野生植物的鉛吸收量大小為:野生苧麻>芥菜>馬齒莧>薺菜>蕨,五種野生植物鎘吸收量的大小為:野生苧麻>芥菜>薺菜>馬齒莧>蕨,說明5種野生植物中對鉛、鎘的富集能力最強的是野生苧麻。
三、研究結論
[關鍵詞] 福建茶園 土壤環境質量 營養元素 無機污染物 有機污染物 評價
茶是一種有益健康的飲料,進入21世紀,隨著環球綠色消費的蓬勃興起,人們對茶葉的數量和質量要求不斷提高。因此,在茶園土壤、茶葉生產加工等方面有了很多有益的研究和探討。本文結合全國土壤污染狀況調查項目,通過采集的107個土壤樣本,較全面地調查了福建省茶園土壤環境質量狀況,評價了茶園土壤養分豐缺狀況,摸清了茶園土壤主要污染物,評價了茶園土壤環境質量等級及污染水平,為福建省無公害茶葉、綠色茶葉、有機茶葉產品生產基地建設提供數據支撐。
1 樣品采集與測試
1.1 樣品采集與制備
以《土壤環境監測技術規范》HJ/T166-2004為依據,按照目前福建茶園實際分布情況和面積大小,采集福建省閩東、閩南、閩北、閩中四大茶區107個土壤樣本,土類類型中紅壤占81.3%,水稻土占7.5%,黃壤占7.5%,赤紅壤占3.7%。采樣點設在茶葉生產基地內,每個采樣點按梅花點布點法采集0~20cm、20~40cm土層土樣,采樣量為1kg。采用GPS記錄中心點位置。用于分析有機污染物的樣品只采集0~20cm土層土樣,去除表面雜物,裝入棕色玻璃瓶中,膠帶封口,貼上標簽;其它的樣品采用竹制工具采集0~20cm、20~40cm土層土樣,去除表面雜物,裝入塑料袋,貼上標簽。采樣點位見圖1。多環芳烴、酞酸酯分析土樣貯存于4℃冰箱保存2~3天,其它項目分析土樣按照土壤樣品制備要求風干、粉碎并用四分法分取壓碎樣品,全部過孔徑20目尼龍篩,將上、下層土樣等量混合備用,根據需要再細磨至60目、100目、200目供測試用。
1.2 樣品測試方法
土壤樣品中全氮、堿解氮、有效磷、有效鉀、pH值、有機質、陽離子交換量采用1999年頒布的林業標準,分別為LY/T1228、LY/T1299、LY/T1233、LY/T1236、LY/T1239、LY/T1237、LY/T1243;全磷、全鉀采用X熒光射線法;顆粒組成采用吸管法;鉛、銅、鋅、鎘、錳采用原子吸收法;砷、硒、汞、銻、鉍采用原子熒光光譜法;氟采用離子選擇電極法;有效氟采用水溶液提取離子選擇電極法測定;有效砷、有效硒采用0.5mol/L磷酸二氫鈉提取,原子熒光光譜法測定;有效汞、有效鉛、有效銅、有效鉻、有效鎘、有效錳、有效鎳、有效鋅、有效釩、有效鈷采用0.5mol/L HCL提取原子熒光光譜法和等離子體發射光譜法測定;六六六、滴滴涕采用氣相色譜法;多環芳烴采用USEPA8310高效液相色譜法;酞酸酯采用USEPA8270色譜-質譜聯用儀。按《NY/T395-2000 農田土壤環境質量規范技術要求》全程序空白值測定的批內標準偏差計算得出的檢出限均在方法要求的檢出限以下;使用X射線熒光法測定的全鉀、全磷數據檢出率達100%,符合規范要求(90%為合格)。采用采樣平行、分析平行控制精密度;無機物采用有證標物分析、回收率、實驗室間比對等質控措施,有機物采用有證標物分析、參加能力驗證、質控考核方法控制準確度。
2 結果與評價
2.1 茶園土壤養分水平現狀
土壤氮、磷、鉀、堿解氮、有效磷、有效鉀、有效銅、有效錳、有效鋅、有機質、pH值、陽離子交換量含量高低與茶葉產量、品質關系密切,是茶樹生長、發育必需的營養元素,根據茶園土壤肥力指標和優質高效高產的指標[1]評價得出:
2.1.1 福建省茶園土壤有機質整體水平較豐富,堿解氮含量較高,陽離子交換量低,土壤整體偏酸,鉀元素、土壤微量元素錳、銅元素虧缺,有效磷、有效鋅含量高低較平均,見表1。
2.1.2 福建省茶園土壤養分豐缺比較:研究區土壤有機質平均含量18.8g/kg、全氮0.850g/kg,與全國水平相當,堿解氮平均含量96.2mg/kg,有效磷15.4mg/kg,高于全國水平;有效鋅<1.0mg/kg的占20.8%,優于全國水平;有效鉀43.2mg/kg,低于全國水平,也大大低于日本、東非、肯尼亞等國家的平均水平[2];有效錳<30mg/kg(嚴重缺錳)的達82.1%,而浙江茶園土壤有效錳<30mg/kg(嚴重缺錳)的茶園僅占30%以上[3]。
2.1.3 硒與植物的生長發育有著密切的關系。根據環境背景值數據手冊,福建茶園土壤硒含量大于0.4mg/kg的高硒茶園占31%,土壤硒含量中等的占32%。可見福建省茶園土壤硒含量總體水平較高,高硒茶園主要分布在寧德和泉州。
2.1.4 其它如鈷、鎳、釩、鉍、銻等元素目前尚未被證明是茶葉生長必需的營養元素,相關報道較少,它們對茶樹生長、發育的影響有待研究。
2.2 福建省茶園土壤無機元素污染現狀
采用單項污染指數評價方法,依據GB15618-1995(二級)、NY/T853-2004茶園土壤環境質量、DB35/T 859-2008福建省農業土壤重金屬污染分類標準,以及福建土壤背景值[4],評價福建茶園土壤無機元素污染現狀,結果表明:(1)測定15種無機元素,除了砷、鉻、鎳、釩、氟外,其它金屬元素均較土壤背景值高;(2)金屬總量最大超標率排序結果為:鉛>釩>鈷=硒=鎘>汞=鋅=鎳;有效態超標率排序結果為:有效鉛>有效鎘,見表2;(3)金屬最大超標倍數為:硒1.89倍,汞1.83倍,鉛1.15倍,鎘1.13倍,有效鉛1.06倍,有效鎘1.09倍。(4)依據超標率、超標倍數,結合金屬生物毒性響應因子系數,參考值Hg(40),Cd(30),Pb(20),Cr(15),As(15),Cu(10),可以得出福建茶園土壤主要無機污染物為鉛、鎘;汞為茶葉“三品”嚴格控制的污染物,應重點監控;其它如釩、鈷、硒、鋅等元素雖然是茶葉生長的營養元素或是與茶樹生長密切相關的元素,但超標會影響茶樹生長、發育,應適當關注;鉍、銻缺少評價標準,有待進一步研究。
2.3 福建省茶園土壤有機污染物狀況
福建茶園土壤六六六總量ND~15.85μg•kg-1,滴滴涕總量0.03~62.76μg•kg-1,符合國家土壤環境質量標準(GB15618- 1995)中的二級標準含量(六六六總量:500μg•kg-1,滴滴涕總量:500μg•kg-1),與四川、安徽、江蘇、湖南、湖北等省茶園數據比較,福建省茶園土壤六六六(HCHs)和滴滴涕(DDTs)農藥殘留整體上處于相對較低的水平,見表3;與1997年福建茶園土壤數據比較,HCHs和DDTs殘留有所下降,但DDTs殘留部分有新引入茶園的,可能與滴滴涕或三氯殺螨醇產品的使用有關[5],應引起高度重視。
福建茶園土壤多環芳烴(PAHs)總量在0.622μg/kg~812μg/kg之間,平均為48.4μg/kg,見表4,按照加拿大農業環境部長會議制定的未超標標準,即土壤中單個PAHs化合物(BaA,Bap,BbF,DBA,IP,Na,Phe,Pyr) 含量不得超過100μg •kg-1來衡量, 均未超標;以荷蘭土壤中PAHs 含量的標準, 即10 種PAHs 化合物(An,BaA,BkF,Bap,Chry,Phe,FluA,IP,Na和BghiP) 含量之和大于1000μg •kg-1為污染土壤的臨界值,均未超標[6];但參照荷蘭的標準(Bapeq:32.96μg•kg-1),合格率 97.8%。
福建茶園土壤酞酸酯類化合物以鄰苯二甲酸二(2-乙基已基)酯(DEHP)和鄰苯二甲酸二正丁酯(DnBP)為主,DEHP檢出率75%,含量范圍在ND~991µg•kg-1之間,合格率100%(DEHP控制值4.35 mg•kg-1);DnBP檢出率為71%,含量在ND~176µg•kg-1之間,合格率97%(DnBP控制值0.081mg•kg-1);鄰苯二甲酸二正辛酯(DnOP) 檢出率56%,含量在ND~10.7µg•kg-1之間,合格率100%(DnOP控制值1.2 mg•kg-1);鄰苯二甲酸丁基芐基酯(BBP)、鄰苯二甲酸二乙酯(DEP)、鄰苯二甲酸二甲酯(DMP)未檢出。
2.4 福建省茶園土壤環境質量評價
采用綜合因子污染指數評價,對茶園土壤無機元素進行評價,得出:(1)應用不同標準進行評價,綜合污染指數PN≤0.7占83.18%~88.68%,茶園土壤環境質量總體質量優良,污染程度為安全,污染水平為清潔,見表4。(2)采用DB35/T 859-2008 (有效態)評價,綜合污染指數PN≤0.7占的比例較其它總量標準略高,由于金屬有效態能夠體現茶樹吸收土壤中的形態,更具有實際意義。
3 結論
3.1 福建省茶園土壤營養物質中,有機質整體水平較豐富,堿解氮含量較高,陽離子交換量低,土壤整體偏酸,鉀元素、土壤微量元素錳、銅元素虧缺,有效磷、有效鋅含量高低較平均。與國內其它茶園相比較,有機質、全氮基本一致,堿解氮、有效磷、有效鋅略高;有效鉀略低;與日本、東非、肯尼亞等國家茶園相比較,有效鉀含量低,且差距較大;與浙江茶園相比較,有效錳缺乏占的比例高于浙江茶園。
3.2 福建茶園土壤無機污染物中,出現超標的金屬有鉛、釩、鈷、硒、鎘、汞、鋅、鎳,超標率排序結果為鉛>釩>鈷=硒=鎘>汞=鋅=鎳;有效鉛>有效鎘;主要控制的金屬污染物以有效態評價結果為依據,即主要控制鉛、鎘;汞為茶葉“三品”嚴格控制的污染物,應重點監控;鎳為重金屬,對鎳超標的茶園仍應引起重視;其它如釩、鈷、硒、鋅等元素雖然是茶葉生長的營養元素或是與茶樹生長密切相關的元素,但超標會影響茶樹生長、發育,應適當關注;鉍、銻缺少評價標準,有待進一步研究。
3.3福建茶園土壤有機污染物中,六六六、滴滴涕總量符合GB15618-1995國家土壤環境質量標準中的二級標準(六六六總量500μg•kg-1、滴滴涕總量500μg•kg-1);多環芳烴(PAHs)總量基本符合荷蘭的標準(Bapeq:32.96μg•kg-1)標準,合格率 97.8%;酞酸酯以美國土壤中PAEs治理標準[7](酞酸酯各組分分別為2.0~50mg•kg-1)評價,福建茶園土壤酞酸酯類化合物全部小于該治理標準,以美國土壤中PAEs控制標準[7](酞酸酯各組分分別為0.020~4.35mg•kg-1)評價,福建省茶園土壤中鄰苯二甲酸二正丁酯(DnBP)合格率97.0%;其余的組分合格率100%。
3.4 綜合因子污染指評價得出福建省茶園土壤環境質量83.18%質量優良,污染程度為安全,污染水平為清潔。
參考文獻:
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