安徽省东部典型农用地土壤多元素耦合及潜在生态效应评价

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随着城镇化发展和工业、农业产业结构的调整,采矿污染、垃圾焚烧、污水危害、尾气排放、化肥滥用等生产生活方式造成了当地土地生态环境的破坏,土壤污染尤其是重金属元素污染引起的地质环境问题受到了社会广泛的关注。重金属元素超标是我国商品粮基地土壤污染的主要问题之一,直接制约着我国农用地土地质量、土地资源科学开发、高标准基本农田建设,威胁着粮食安全和人体健康。因此开展农用地土壤元素的分布规律、土壤中多元素耦合分析、重金属元素的来源解析、重金属源的赋存特征和潜在生态风险评价,对深入认识研究区的土地质量状况具有重要的科学和现实意义。论文以安徽省东部典型农用地土壤为研究对象,采集了 344个土壤样品、9组根系土-水稻样品,结合逐级化学提取实验、土体微观实验,利用原子荧光光谱(AFS)、X射线衍射(XRD)、X射线荧光光谱(XRF)、等离子体质谱法(ICP-MS)、电感耦合等离子体光谱法(ICP-AES)、凯氏氮蒸馏酸盐碱滴定容量法、扫描电子显微镜(SEM)等技术方法,开展了农用地土壤多元素化学结构、分布特征、重金属元素赋存状态研究,进行了养分元素综合效益评价及重金属元素潜在生态风险评价,取得的主要成果如下:(1)确定了研究区土壤14个元素的基准值,发现As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、P、Pb、Zn、Se、有机质(Org)共11项指标的基准值与全国土壤背景值基本相当,氮元素(N)的基准值明显高于全国土壤背景值,Mo、K2O共2项指标的基准值明显低于全国土壤背景值。对土壤矿物组成和微观结构研究发现,土壤粘土矿物以蒙脱石、高岭石和伊利石为主。(2)系统分析了养分元素空间分布特征,得出了研究区养分指标有机质、氮、磷分布类似,高值区主要分布在研究区平原区一带;而K、Cu、Zn、Se、Mo的高值区则分布在丘陵区一带,其中,P、Org、Zn、Mo营养分级为较缺乏Se营养分级比较适中,Cu营养分级以丰富和较丰富为主。揭示了农用地土壤中重金属元素Ni、Cr、As、Hg、Cd、Pb的空间分布,发现它们的高值区均分布在丘陵区一带。(3)构建了土壤中养分指标与重金属指标的耦合关系模型,准确预测了重金属含量。研究了土壤中重金属主要来源,发现研究区土壤中Cr-Ni-As主要来自土壤母质,农业用地Cd、Hg的高值主要与人为排放和大气沉降有关,Pb具有母体物质和人为贡献的双重来源。(4)研究了农用地土壤中As、Cd和Hg元素赋存状态,得出As和Hg元素以残渣态赋存为主,Cd元素生物活性态含量占比较高,说明研究区土壤中的Cd元素具有一定的活性。(5)通过养分综合指数法和潜在生态风险评价法,建立了适用于研究区的农用地评价体系,系统地评价了研究区的土壤养分和生态风险分布特征,得出研究区土壤总体养分较缺乏,综合潜在生态风险等级以轻微-中等为主。
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