灌溉水—耕作土壤—化肥—作物生态系统中重金属镉的分布特征
时间：2021-02-02 20:07:36 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要：以川中丘陵区内江市双桥乡为研究区域，调查分析镉（Cd）在研究区内灌溉水、水底泥、表层耕作土壤、剖面和当地常用化肥及不同作物根土、果实中的分布特征。结果表明，该地区灌溉水和水底泥中Cd含量分别符合国家农用灌溉水标准和农用污泥中污染物控制标准值（GB 4284—1984）；表层耕作土壤和剖面各层中Cd平均含量均高于成都经济区土壤背景值44%，存在大面积污染风险；化肥中Cd元素平均值为1.81 μg/g，高于国家土壤环境质量三级标准；作物根系土中平均Cd含量为0.410～0.439 μg/g，高于国家土壤环境质量二级标准，有一定累积；作物果实中Cd含量平均值则都小于国家土壤环境质量一级标准，生物富集系数排序CFCd花生>CFCd柑橘>CFCd水稻>CFCd玉米；灌溉水对土壤Cd污染影响小，而化肥施用与研究区表层耕作土壤Cd污染存在密切联系，对作物中Cd不同程度累积有一定影响；作物根系土和果实对Cd的吸附与富集作用存在明显差异。
关键词：Cd；灌溉水；土壤；化肥；作物
中图分类号：O657.31 文献标识码：A 文章编号：0439—8114（2012）19—4222—04
镉（Cd）是一种具有极高生物毒性的重金属元素，可以在土壤中积累和在作物体内残留，通过食物链进入人体并在体内蓄积，从而对人体造成潜在危害[1]。许多科研工作者对Cd污染进行了相关研究，但针对灌溉水—土壤—化肥—作物生态系统中Cd分布规律的研究很少[2，3]。本研究以川中丘陵区内江市双桥乡为研究区域，调查分析Cd在研究区灌溉水、水底泥、表层耕作土壤、土壤剖面、化肥以及不同作物中的分布特征，旨在为川中丘陵区耕作土壤Cd污染防治和合理调整农业产业结构提供科学参考。
研究区位于川中典型丘陵区内江市东兴区双桥乡（104°50′—105°25′ E，29°26′—29°50′ N），全区幅员面积118 100 hm2。地形地貌以中、浅丘为主，中、浅丘占幅员面积的83.15%。地势东北高，西南低，多数地带海拔在350～400 m之间，相对高差20～80 m。岩石以沉积岩、页岩为主，易风化。土壤类型以紫色土、水稻土为主，紫色土、水稻土各占幅员面积的52.53%和45.82%。土壤pH值多呈中性，少数呈酸性。气候属中亚热带湿润气候，一般年最高温度37.6 ℃，最低温度—1.2 ℃，年平均气温17.7 ℃，年平均空气相对湿度83%，年平均日照时间1 223.1 h，年降水量1 106.9 mm[4]。
1 材料与方法
1.1 样品采集
表层土壤样品采样深度为地表0—20 cm土柱。表层土壤样品采集密度平均为16点/km2，在采样点周围20 m半径范围内采集5个点的土柱组合为1个样品，共采集土壤样品225个。样品干燥后用20目尼龙筛过筛，采用对角线折叠法拌匀后装瓶待测[5]。
土壤垂向剖面样品采样深度为地表0—80 cm土柱，剖面样品按土壤发生层每20 cm连续采集。采样层位置分别为剖面深0—20 cm 的耕作层、20—40 cm 的犁底层、40—60 cm 的老耕层、60—80 cm的古耕层。共采集24处耕作土壤垂向剖面，样品96个，剖面包括了研究区主要用地类型（水田、蔬菜地、林地、果园和旱地）（图1）。
分别采集了研究区灌溉水、底泥样品5件（图2），以及当地农民习惯并经常使用的矿物质肥料4件。
共采集作物样品67个，其中包括水稻24个、柑橘21个、旱地玉米22个、花生20个。分别采集根部和果实，采集后装入塑料袋中，密封以防止水分蒸发。柑橘果实样品取回后用自来水反复清洗，去除附表泥土后用去离子水反复漂洗、晾干，四分法缩分，再切成小块，匀浆待测。水稻和玉米、花生样品取回后在实验室风干脱粒，用四分法缩分至100 g后，再用玛瑙球研磨机去壳， 再粉碎磨细，粉末过0.5 mm筛后待测[6]。
1.2 样品分析方法
土壤样品中重金属Cd采用原子吸收法进行测定[6]。称取经匀浆后的柑橘样品210 g放于聚四氟乙烯高压罐内，加硝酸和过氧化氢（30%） 浸泡过夜，并放入恒温干燥箱120～140 ℃保持4 h，取出冷却至室温后，过滤转移至容量瓶，用石墨炉原子吸收分光光度法测定。水稻、玉米、花生采用干灰化法将样品制成待测液，用石墨炉原子吸收分光光度法测定。
为了说明土壤重金属的含量对农作物重金属含量的直接影响，引用农作物可食部分的生物富集系数来描述水稻与根系土之间的相关性特征[7]。计算公式为：
生物富集系数（CFi）=（Cb/Cc）×100%
式中，Cb为生物体中的元素浓度；Cc为根系土壤中的元素浓度。
2 结果与分析
2.1 灌溉水、水底泥Cd含量
研究区灌溉水pH在6.9～7.3之间，平均为7.1，Cd含量在0.36～1.30 μg/g，平均值为0.53 μg/g，符合国家农用灌溉水标准。灌溉底泥Cd含量在0.24～0.86 μg/g， 平均值为0.39 μg/g，符合农用污泥中污染物控制标准值（GB 4284—1984）（pH≥6.5）。
2.2 表层土壤Cd含量
由表2可见，研究区表层土壤Cd含量范围在0.239～0.528 μg/g， 平均含量为0.36 μg/g，高于成都经济区土壤背景值44%，变异系数为14%，说明该地区Cd在土壤表层中含量分布不均，土壤受人类活动影响有一定程度的Cd积累；K1=1.400反映研究区土壤中Cd元素含量相对于成都经济区土壤Cd背景有富集；K2=1.458，是研究区表层土壤中Cd元素的平均含量与深层样中相应值之比，表明Cd元素在表层土壤中有一定富集；有98.8%的样点存在Cd污染。
2.3 土壤剖面Cd垂直分布特征
从剖面各层Cd含量来看，在耕作层、犁底层、老耕层、古耕层总体Cd含量呈递减趋势，耕作层Cd含量最高（表3，图3）。这表明Cd在该地区表层土壤中富集，随着土壤深度的增加，含量有下降的趋势，且在土壤深部Cd元素含量变化幅度较小。深层土壤中元素含量基本代表了自然成土过程中元素的背景，而地表土壤中元素含量增加部分与人类活动有密切关系。且土壤剖面中有95.6%的样点存在Cd轻度污染。
