太湖流域農(nóng)田土壤-作物系統(tǒng)中典型重金屬劑效關(guān)系模型及安全基準(zhǔn).pdf

1、土壤是人類賴以生存的自然環(huán)境和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要資源，是自然地理要素之一，能夠?yàn)槿祟愄峁┦澄锏壬a(chǎn)資料，是社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。土壤既是重金屬污染的匯，也是農(nóng)作物重金屬的源。因此明確重金屬在土壤源-作物匯中關(guān)系對(duì)于確定土壤安全基準(zhǔn)非常重要。本研究通過(guò)對(duì)太湖流域農(nóng)產(chǎn)品土壤及主要作物的取樣調(diào)查，獲得土壤樣品共計(jì)2863份，主要作物糧食、蔬菜及水果樣品共計(jì)604份。監(jiān)測(cè)指標(biāo)涵蓋了8種重金屬銅、鋅、鉛、鉻、汞、砷、鎘、鎳，相關(guān)土壤性質(zhì)分析包括了

2、pH、有機(jī)質(zhì)、CEC、土壤質(zhì)地等。利用EXCEL、SPSS等數(shù)據(jù)處理工具，以及ArcGIS地統(tǒng)計(jì)軟件，對(duì)太湖流域主要農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤重金屬含量特征、空間分布、污染水平、累積現(xiàn)狀及主要作物重金屬含量特征做了系統(tǒng)分析和評(píng)價(jià)。通過(guò)SPSS、CrystalBall等軟件建立了太湖流域農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤-作物典型重金屬元素(Cd、Pb、As)污染劑量-效應(yīng)關(guān)系模型共計(jì)32個(gè)。并研究了基于我國(guó)農(nóng)產(chǎn)品安全標(biāo)準(zhǔn)及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果的農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地在不同安全需求下的Cd

3、、As、Pb安全基準(zhǔn)限值。主要研究結(jié)果如下：
　　 (1)對(duì)太湖流域農(nóng)田土壤8種重金屬（Cu、Zn、Pb、Cr、Hg、As、Cd、Ni）污染特征及空間變異性進(jìn)行了系統(tǒng)分析。Cu、Zn、Pb、Cr、As、Ni這6項(xiàng)元素含量比較穩(wěn)定，元素Cd和Hg的變異系數(shù)較大，表明這兩種重金屬元素受人為干擾的程度較高。除As外，8種重金屬在不同土壤類型間含量的差異性較大，表明土壤母質(zhì)對(duì)土壤重金屬含量有較強(qiáng)的影響。采用單項(xiàng)污染指數(shù)法對(duì)區(qū)域內(nèi)重金屬總

4、環(huán)境現(xiàn)狀進(jìn)行評(píng)價(jià)，其中土壤Cd污染最為嚴(yán)重。
　　 (2)研究了太湖流域主要作物重金屬污染特征，結(jié)果表明水稻對(duì)不同重金屬吸收存在差異性，不同類型的稻米（早稻、中稻和晚稻）對(duì)同一種重金屬吸收特性也存在不同。對(duì)不同種類的蔬菜重金屬含量分析表明7大類蔬菜中Cd含量均為最低，白菜、豆類、瓜類、綠葉蔬菜、水生蔬菜及直根類蔬菜中Zn、Cu含量高，而茄果類表現(xiàn)出不同，其累積As含量最高。水果（柑橘）重金屬含量統(tǒng)計(jì)分析表明：柑橘重金屬平均含量的

5、大小順序?yàn)閆n＞Cu＞Cr＞Ni＞Pb＞As＞Cd。
　　 (3)利用地統(tǒng)計(jì)技術(shù)中的序貫條件模擬值法對(duì)太湖流域農(nóng)田土壤中Cu、Zn、As、Cd、Cr、Pb、Hg和Ni等8項(xiàng)重金屬的空間變異進(jìn)行了研究。研究結(jié)果表明，太湖流域農(nóng)田土壤中Cu、Zn、As、Cr、Pb、Hg和Ni等7項(xiàng)重金屬為中等程度的空間變異性，空間分布是由結(jié)構(gòu)性因素和隨機(jī)性因素共同作用的結(jié)果，而土壤Cd為強(qiáng)空間變異性，人為因素對(duì)土壤Cd空間結(jié)構(gòu)和空間分布改變的影響作

6、用較強(qiáng)。
　　 (4)建立了早稻、中稻及晚稻吸收重金屬Cd、As、Pb的劑量效應(yīng)關(guān)系模型，結(jié)果表明，早、中、晚稻都可以通過(guò)多元線性回歸分析建立土壤-稻米Cd吸收的劑量-效應(yīng)關(guān)系模型，中、晚稻模型比較統(tǒng)一，而早稻則需根據(jù)其吸收Cd能力的大小分成兩類建模；無(wú)論是早稻、中稻還是晚稻現(xiàn)有的監(jiān)測(cè)指標(biāo)都無(wú)法較好的利用多元回歸方程來(lái)擬合稻米對(duì)土壤As的吸收，但研究結(jié)果表明，隨著土壤As含量的增加，稻米對(duì)As的吸收系數(shù)呈指數(shù)下降，由此我們建立了

7、基于指數(shù)模型及Monte-Carlo模型雙擬合的稻米吸收土壤As劑量-效應(yīng)關(guān)系模型，此模擬的模擬精度要優(yōu)于單純以指數(shù)模型計(jì)算的稻米吸收As的結(jié)果。稻米對(duì)Pb的吸收更加難以擬合，本研究采用多元線性回歸模型建立了中、晚稻吸收土壤Pb的劑量-效應(yīng)關(guān)系模型，采用指數(shù)加Monte-Carlo技術(shù)建立了早稻吸收Pb的擬合模型。
　　 (5)在將蔬菜進(jìn)行形態(tài)學(xué)分類的基礎(chǔ)上，分別建立了白菜類、豆類、瓜類、綠葉類、茄果類、水生蔬菜類吸收Cd的劑量

8、-效應(yīng)關(guān)系模型，白菜類、豆類、綠葉類、茄果類、水生蔬菜類吸收As的劑量-效應(yīng)關(guān)系模型；白菜類、豆類、茄果類、水生蔬菜類吸收Pb的劑量-效應(yīng)關(guān)系模型。這些模型可分為兩類，一類是多元線性回歸模型，如白菜類、豆類等吸收Cd的劑量-效應(yīng)關(guān)系模型，一類Monte-Carlo模型如豆類及茄果類蔬菜吸收Pb的劑量-效應(yīng)關(guān)系模型等。
　　 (6)建立了柑橘吸收重金屬Cd、As、Pb的劑量效應(yīng)關(guān)系模型，其中吸收Cd的模型為指數(shù)及Monte-Car

9、lo雙擬合模型，而As、Pb的劑量-效應(yīng)關(guān)系模型則為線性多元回歸模型。
　　 (7)采用Monte-Carlo模擬優(yōu)化技術(shù)研究了基于我國(guó)農(nóng)產(chǎn)品安全標(biāo)準(zhǔn)及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果的水稻產(chǎn)地在不同安全需求下的Cd、As、Pb安全基準(zhǔn)限值，結(jié)果表明，對(duì)于Cd及As而言，采用兩種方法建立的安全限值其差異性不大，而對(duì)于Pb而言，基于現(xiàn)有監(jiān)測(cè)值及稻米Pb安全標(biāo)準(zhǔn)無(wú)法合理確定產(chǎn)地安全基準(zhǔn)，而采用風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法則可以獲得滿意的結(jié)果。
　　 (8)基于