毕业论文：聊城市农田土壤污染特征分析及其评价.doc

聊城大学本科毕业论文聊城大学本科毕业论文（设计）（设计） I 目目 录录 前前 言言 -1 1 研究区域概况研究区域概况 -1 2 分析与评价方法分析与评价方法 -1 2.1 样品的采集与处理-1 2.1.1 布点与采样-1 2.1.2 监测项目-2 2.1.3 样品前处理及分析方法-2 2.2 评价标准与方法-3 2.2.2 评价方法 -3 3 结果与讨论结果与讨论-4 3.1 土壤中农药残留量和重金属含量-4 3.2 农药残留、重金属来源分析-5 3.3 土壤污染评价-9 3.3.1 内梅罗污染指数评价-9 3.3.2 地质累积指数评价 -11 结论结论 -13 参考文献参考文献 -13 致致 谢谢 -15 聊城大学本科毕业论文聊城大学本科毕业论文（设计）（设计） II 摘摘 要要 为了解聊城市农田土壤污染特征并对其评价，采用野外采样及室内测试方法， 以及综合污染指数和地质累积指数评价因子，应用SPSS17.0软件，对聊城市136 个农田土壤样品中的农药残留量和重金属含量进行了分析。结果表明，94.9%的 样品中DDTs含量符合国家二级标准，由于个别样品其浓度较高，计算出DDTs的 内梅罗指数为6.308，属于重污染。BHCs、艾氏剂等6种OCPs均处在安全级别。 重金属中Cu的污染程度最严重，其他7种污染程度很低。研究区域内农药残留和 重金属污染范围广。 关键词：关键词：聊城市；农田土壤；农药残留；重金属；评价 聊城大学本科毕业论文聊城大学本科毕业论文（设计）（设计） III Abstract In order to know about the pollution characteristics of agricultural soils in Liaocheng city,taking samples and indoor testing,using the integrated index and the Muller Index, applying SPSS17.0 software,the concentrations of residual pesticides and heavy metals in 136 soil samples were analyzed.The results showed that DDTs concentration in 94.9% soil samples was in the range of the 2nd level of National Soil Environment Quality Standard.,and its pollution level is “heavy pollution“.The other 6 kinds of OCPs concentration in all soil samples were in the security level. Cu was the most serious among the heavy metals,and the others concentration were low. The residual pesticides and heavy metals were widely distributed in study area. Key words: Liaocheng city; Agricultural soil; Residual pesticides;Heavy metals; Assessment 聊城大学本科毕业论文聊城大学本科毕业论文（设计）（设计） 1 聊城市农田土壤污染特征分析及其评价聊城市农田土壤污染特征分析及其评价 前前 言言 以农药残留和重金属为主要特征的土壤污染正在制约着农产品的清洁生产1-2， 威胁人类身体健康，因而受到世界各国的广泛关注3-4。国内外已有大量关于农 药残留和重金属污染特征及评价的报道5-6，但将土壤中农药残留和重金属同时 作为研究对象，并对它们进行复合污染特征评价的报道相对较少。近年来，山东 省经济发展迅速，城镇化和工业化步伐加快，含重金属的污染物通过多种途径进 入土壤环境中，对耕地安全及粮食质量带来了一定的隐患7。 聊城市是山东省乃至全国重要的粮食生产基地，其耕地土壤质量的优劣决定 了其农产品的质量。本研究对鲁西粮食主产区聊城市的耕地土壤进行重金属和 有机氯农药污染状况进行初步调查，以期为该地区的粮食安全生产提供可靠的科 学依据。 1 研究区域概况研究区域概况 聊城市位于山东省西部，地处 3547-3702N 和 11516-11632E 之间。全市 为黄河冲积平原，具有高地、缓平坡地、洼地相间的微地貌格局，土壤以砂土、 壤土和粘土为主。全市土壤面积 70.01104 hm2，土层深厚，气候温和，水资源 丰富，是山东省乃至全国重要的棉粮基地。 2 分析与评价方法分析与评价方法 2.1 样品的采集与样品的采集与处理处理 2.1.1 布点与采样 本次土壤环境质量调查，按照全国土壤污染状况调查点位布设技术规定 的布点要求和编码规则，根据不同土地利用类型和土壤类型，在 1:250000 电子 地 图上统一划分网格，网格中心点为调查位点，耕地网格 8km8km，聊城市采样 聊城大学本科毕业论文聊城大学本科毕业论文（设计）（设计） 2 点共 136 个（图 1） 。 每个样点在 1 hm2范围内随机采集 510 个土壤样品，取 020cm 表层土壤混 合样，四分法保留混合样 1kg。样品的采样及分析由聊城市环境监测中心协同聊 城大学共同完成。 图 1 聊城市农田土壤调查采样点分布 Figure 1 The sampling plots in agricultural soils of Liaocheng city 2.1.2 监测项目 本研究监测的主要指标有：已禁用的有机氯类农药（OCPs）六六六 （BHCs） 、滴滴涕（DDTs） ，仍在广泛使用的狄氏剂、异狄氏剂、艾氏剂、七氯、 六氯苯，以及 8 种常见重金属 As、Cd、 、Cr、Cu、Hg、Zn、Ni、Pb 在土壤中的 含量。 2.1.3 样品前处理及分析方法 样品预处理采用阴凉通风处自然风干，去掉石块、植物根系以及动植物残体， 用木质工具碾碎并用玛瑙研钵研磨，过 100 目筛，于-18 下冷冻保存备用。 土壤中全量 As 采用二乙基二硫代氨基甲酸银分光光度法测定，全量 Cd、Pb 采用石墨炉原子吸收分光光度法测定，全量 Cr、Cu、Zn、Ni 采用火焰原子吸收 分光光度法测定，全量 Hg 采用冷原子吸收光光度法测定；六六六（BHCs） 、滴 聊城大学本科毕业论文聊城大学本科毕业论文（设计）（设计） 3 滴涕（DDTs）利用 ASE 萃取技术，采用 GC-ECD 方法测定。所用试剂均为优级 纯，分析过程中采用平行样。农药标准品购自农业部环境保护科研监测所，回收 率控制范围为：90%120%。重金属的加标回收率 100%+10%，平行样最大相对 偏差7.5250.60 2501001.00 603503000.50 0.50 评价项目狄氏剂异狄氏剂艾氏剂七氯六氯苯 浓度（ug.kg- 1) 40230040200660 聊城大学本科毕业论文聊城大学本科毕业论文（设计）（设计） 4 式中: 第 i 个样品第 j 种污染物的单因子污染指数； ij I 第 i 个样品中第 j 种污染物的实测浓度； ij C 第 j 种污染物的评价标准。 oj C 均值型综合指数计算公式： m j iji I m P 1 1 n i ijj I n P 1 1 式中:第 i 个样品的污染指数； i P 第 j 种污染物的污染指数； j P 单因子指数算术平均值； ij I m污染物种类数； n样品数。 综合污染指数(内梅罗)计算公式: )136, 2 , 1( 2 )()( 22 max i II P aveijij j 式中:第j种污染物的综合污染指数； j P 单因子污染指数算术平均值； ave I 单因子指数污染最大值。 max I 3 结果与讨论结果与讨论 3.1 土壤中农药残留量和重金属含量土壤中农药残留量和重金属含量 研究表明（表 3） ，监测的 136 个表层土壤样品中 BHCs 含量均低于国家 土壤环境质量标准(GB15618-1995)二级标准（500ug.kg-1） 。94.9%的样品 DDTs 含量低于国家二级标准（500ug.kg-1） 。土壤中 DDTs 是有机氯农药中的检 出率最高的，残留水平介于 n.d4451ug.kg-1之间，平均含量为 128.9ug.kg-1，占 OCPs 总残留量的 88.38%，是聊城市土壤中 OCPs 污染的最主要物质。六氯苯的 检出率高达 50%以上，但所有样品的浓度均小于其标准浓度。狄氏剂、异狄氏剂、 艾氏剂、七氯的检出率都很低，且浓度均小于 3ug.kg-1，但变异系数很大，属于 聊城大学本科毕业论文聊城大学本科毕业论文（设计）（设计） 5 强变异，表明这些有机氯农药已受到较强程度的人为源影响，只有极少数地区同 时存在着这 4 种物质。 结合表 3 可知，重金属的检出率均为 100%。聊城市土壤重金属污染程度较 低，8 种重金属含量均符合国家土壤环境质量二级标准。分布的对称性可用偏度 来度量。数据显示，重金属的偏度都较小，说明研究区域重金属的分布对称性较 好。结合表 4 可知，所有样品中 Cu、Hg 平均含量为山东背景值的 2 倍多， As、Cr、Zn、Ni 平均含量略高于山东和全国背景值。Pb、Cd 的平均含量均略低 于山东和全国背景值。各样点间重金属含量差异大的是 Zn，说明 Zn 受人为活动 干扰强烈，差异最小的是 Cd，总体平均变异程度为： ZnAsHgCrNiCuPbCd。 3.2 农药残留、重金属来源分析农药残留、重金属来源分析 研究表明（表 4） ，-BHC 与-BHC平均含量分别为 0.40ug.kg-1和 0.14ug.kg- 1，两者平均含量的比值为 2.9。-BHC 的平均含量为 10.43ug.kg-1，相对于其他 同分异构体其含量很高。-BHC 的异常高值和 -BHC 与 -BHC 的比值小于 3 , 说明 BHCs 具有较长的环境存留时间11，表明 BHCs 被禁用 20 多年来，在研究 区内降解程度较高。区内土壤中 DDTs 的平均含量和变异系数相对于其他 OCPs 都很大，这可能与 DDTs 的无序使用、非自然因素干扰以及自身的降解特性有关。 p,p-DDE 平均检出量（74.16ug.kg-1）和检出率（92.7%）都很高，而 p,p-DDD 平 均检出量（17.04ug.kg-1）和检出率（33.1%）都较低，由于 DDT 在好氧条件下 降解成 DDE，厌氧条件下降解成 DDD，说明区内 DDTs 的降解主要是好氧降解 12。 自然条件下，土壤重金属主要来源于母岩和残落的生物物质，因此元素分布 规律较为稳定，但由于强烈的人为干扰，土壤中重金属含量会有所改变。研究区 土壤中 Cr、Zn、Ni、Cd 的平均含量与山东土壤重金属含量背景值基本持平，说 明这几种重金属主要来源于成土母质。Pb 含量较高的样点主要分布在离交通繁 忙地段附近的耕地中，说明土壤中 Pb 的积累可能来源于汽车尾气13。Cu 来源于 汽油、车体的磨损，说明 Cu 受到汽车交通运输的影响。As 和 Hg 通常被视为燃 煤和垃圾燃烧的标志元素，可归纳为燃煤因子14。这两种元素检出量较大的地区 主要分布在工业区，也说明 As、Hg 受到了工业活动的影响。除燃煤释放外，在 铜、铅、锌等有色金属的硫化物的冶炼过程中，汞也能通过挥发作用进入废气中。 聊城大学本科毕业论文聊城大学本科毕业论文（设计）（设计） 6 表 3 重金属背景值 Table 3 The backgroud of heavy metals 重金属类别AsCdCrCuHgZnNiPb 山东背景值 （mg.kg-1） 9.30 0.08466.0 24.0 0.01963.525.825.8 全国背景值 （mg.kg-1） 11.20.09761.0 22.60.06574.226.90 26.0 表 4 土壤重金属、农药残留量统计特征值 Table 4 The statistical feature of residual heavy metals and pesticides in soils 聊城大学本科毕业论文聊城大学本科毕业论文（设计）（设计） 7 注：（1） BHCs 为 -BHC、-BHC、-BHC 和 -BHC 含量之和。 （2）n.d 为未检出，计算统计量时未检出者取最小检出限的一半15，偏度和峰度为修正后的偏度和峰度。 下同。 （3）计算统计量时重金属的单位为 mg.kg-1，有机氯农药的单位为 ug.kg-1。 本研究应用 SPSS 17.0 软件对土壤中农药残留和重金属含量进行相关性分析。 结果表明，BHCs 中 -BHC与-BHC 相关显著（表 5） ，这是因为两者互为异构 体，并且工业级 BHCs 本身就是混合物；o,p-DDT、p,p-DDT、p,p-DDE 与 p,p- DDD 四者相关性极显著，因为这四者是同分异构体。六氯苯和艾氏剂相关极显 监测项目平均值最大值最小值标准差偏度峰度 变异 系数 /% 检出 率/% As9.58 15.65.132.209 0.427 -0.4623.0 100.0 Cd0.073 0.0980.0530.009 0.272 -0.2311.7 100.0 Cr 73.1414148.412.168 1.502 6.3016.6 100.0 Cu61.12 88.647.17.507 0.800 1.2312.3 100.0 Hg0.04 0.0570.0190.009 -0.309-0.5622.2 100.0 Zn76.47 15440.723.175 1.618 2.4730.3 100.0 Ni 28.7141.317.73.866 0.504 1.4313.4 100.0 Pb26.2740.519.23.073 1.379 5.3412.2 100.0 BHCs11.31 52.34 n.d12.46 1.0910.64110.258.8 -BHC 0.40 5.47 n.d1.02 2.8797.84254.311.8 -BHC 10.43 49.34 n.d12.36 1.0980.54118.452.2 -BHC 0.14 12.88 n.d1.10 11.662136789.70.7 -BHC0.33 14.32 n.d1.94 6.68943.83581.42.2 DDTs128.94451n.d436.31 7.97274.01338.693.4 o,p-DDT 3.26 172.0n.d16.07 8.98291.83493.310.3 p,p-DDT 34.40 2769 n.d238.40 11.351130.99693.033.8 p,p-DDE 74.16 1518n.d184.07 5.14432.18248.292.7 p,p-DDD17.04 1430n.d122.96 11.406131.89721.733.1 六氯苯2.50 13.72 n.d2.75 0.961.109109.851.5 艾氏剂0.17 8.49 n.d0.89 7.7463.89520.52.2 狄氏剂0.36 27.94 n.d2.68 9.25989.45754.11.5 异狄氏剂2.09 69.29 n.d9.83 5.2728.51469.95.2 七氯0.51 34.01 n.d3.84 8.2266.92751.91.5 聊城大学本科毕业论文聊城大学本科毕业论文（设计）（设计） 8 著（表 6） ；As 与 Zn，As 与 Ni，Zn 与 Ni 显著相关，区内土壤重金属主要来源 于成土母质，并且污染特征和生态学过程独特，因此其相互关系相关极显著。 元素聚类树状图可以形象反映元素间的距离（相似性和亲疏关系） ，能有效 地揭示元素间的联系。应用 SPSS 17.0 软件对土壤中重金属进行聚类分析，结果 表明（图 2） ，当距离（D）7.5，为碱性土，因此采用土壤环境质量标准 （GB15618-1995）中旱地的 二级标准中pH7.5对应的浓度限值。综合污染指数（内梅罗污染指数）全面反映 了各污染物对土壤的不同作用，同时又突出了高浓度污染物对土壤环境质量的影 响。可按此标准划定污染等级，土壤污染评价标准见表8。 表 8 土壤污染分级标准 Table 8 Grading criteria of soil pollution AsCdCrCuHgZnNiPb As1 Cd0.1211 Cr-0.0510.0941 Cu0.217*-0.020.0071 Hg-0.0850.1570.0810.0091 Zn0.355*0.0860.0860.049-0.1041 Ni0.227*-0.1420.209*0.1310.0060.224*1 Pb-0.0360.0410.0760.021-0.0310.1470.0811 聊城大学本科毕业论文聊城大学本科毕业论文（设计）（设计） 10 依据内梅罗污染指数（表 9） ，聊城市农田土壤中 7 种农药污染程度依次为 DDTs狄氏剂艾氏剂七氯BHCs异狄氏剂六氯苯。由于个别样点的 DDTs 浓 度过高，致使其内梅罗指数为 6.308，污染程度为重污染，主要由于聊城市禁用 DDTs 之前 DDTs 输入量很大并且其性质稳定，难以降解。研究区域有机氯农药 的污染程度如图 3 所示。 表 9 土壤农药污染指数 Table 9 The soil pollution index of pesticides in soils 评价项目BHCs DDTs 六氯苯艾氏剂狄氏剂异狄氏剂七氯 内梅罗指数 Pj0.131 6.308 0.047 0.160 0.501 0.032 0.128 污染排序5173264 污染等级安全重污染安全安全安全安全安全 图 3 各农药污染等级图 Figure 3 Level diagram of the pesticide contamination 依据均值型污染指数16（表 10） ，聊城市农田土壤中 8 种重金属污染程度依 土壤级别综合污染指数（P综）污染等级污染水平 1P综0.7安全清洁 20.7NiAsCrZnCdPbHg。依据综合污染指数（表 11） ，聊城市农田土 壤中 8 种重金属污染程度依次为 CuNiAsZnCrCdPbHg，并且 Cu 的污染 级别为轻污染。依据两种评价方法得出的数据，重金属中污染最严重的是 Cu。 各重金属的污染程度（图 4） 。 表 10 土壤重金属均值型污染指数 Table 10 The soil pollution index of heavy metals in the soils 表 11 土壤重金属内梅罗污染指数 Table 11 The soil pollution index of heavy metals in the soils 评价项目AsCdCrCuHgZnNiPb 内梅罗指数 Pj0.732 0.203 0.498 1.076 0.070 0.573 0.838 0.137 污染排序36518427 污染等级警戒限安全安全轻污染安全安全警戒限安全 图 4 各重金属污染等级图 Figure 4 Level diagram of the heavy metal contamination 3.3.2 地质累积指数评价 地质累积指数(Geoaccumulation Index)通常称为 Muller 指数，是 20 世纪 70 年代晚期在欧洲开展起来的17。它是广泛用于研究沉积物及其它物质中重金属污 评价项目AsCdCrCuHgZnNiPb （Iij)max0.624 0.163 0.403 0.886 0.057 0.513 0.688 0.116 (Iij)min0.205 0.088 0.194 0.471 0.019 0.136 0.295 0.055 均值型综合指数 Pj0.383 0.121 0.293 0.611 0.040 0.255 0.479 0.072 污染排序36418527 聊城大学本科毕业论文聊城大学本科毕业论文（设计）（设计） 12 染程度的定量指标，不仅考虑了沉积成岩作用等自然地质过程造成的背景值的影 响，同时充分注意了人为活动对重金属污染的影响。因此，该指数不仅反映了重 金属分布的自然变化特征，而且可以判别人为活动对环境的影响，是区分人为活 动影响的重要参数。其表达公式如下： j ij ij BE C I 5 . 1 log2 式中：第 i 个样品中元素 j 的地质累积指数； ij I 第 i 个样品中元素 j 的实测浓度； ij C BEj元素 j 的背景浓度； 1.5修正指数，是考虑到由于成岩作用可能会引起背景值的变动。 地质累积指数主要有两类不同的划分级别，用来表示污染程度从无污染到极 强污染。地质累积指数分级标准与污染程度之间的相互关系如表 12 所示。 表 12 地质累积指数的两类划分级别 Table 12 Two types of division of the Geoaccumulation Index 根据表 3 数据中重金属的山东背景值和表 12 的五级划分级别，对 136 个样 点的 8 种重金属运用地质累积指数进行评价，得出研究区域 8 种重金属元素的污 染程度。以所有样品中元素的最大地质累积指数表示该元素的污染程度，结果如 表 13 所示。 Muller 污染指数评价结果显示，聊城市农田土壤中 Cu 达到了中度污染级别， Cd 对土壤环境的影响最小，几乎没有。按照木桶原理， ，取每个样点中所有元素 的污染最高级别作为该样品的污染程度18，计算结果如表 14 所示。通过分析 Igeo级别污染程度Igeo级别污染程度 55极强污染 456强污染到极强污染 57极强污染 聊城大学本科毕业论文聊城大学本科毕业论文（设计）（设计） 13 136 个样点的污染程度发现，100%样点受到了污染，其中 6.62%为轻度污染， 93.38%达到了中度污染，未有样品达到强度污染。 表 13 土壤重金属的 Muller 指数 Table 13 the Geoaccumulation Index of heavy metals in the soils 重金属类别地质累积指数污染等级 As0.1613中度污染 Cd-0.3626无污染 Cr0.5102中度污染 Cu1.2993中度污染或强污染 Hg1.0000中度污染 Zn0.6931中度污染 Ni0.0938中度污染 Pb0.0656中度污染 表 14 土壤中重金属的 Muller 指数评价分级 Table 14 the Muller index evaluation classification of heavy metals in the soils 污染分级样品个数百分比/% 轻度污染96.62 中度污染12793.38 结论结论 （1）聊城市农田土壤中 7 种农药污染程度依次为 DDTs狄氏剂艾氏剂七 氯BHCs异狄氏剂六氯苯。土壤 OCPs 中 DDTs 检出率最高，达 93.4%，平均 含量为 128.9ug.kg-1，占 OCPs 总残留量的 88.38%，是 OCPs 中最主要的污染物 质，依据内梅罗指数，其污染程度为重污染。全部样品中 BHCs、艾氏剂等其他 6 种 OCPs 含量均在标准浓度范围之内。 （2）聊城市农田土壤重金属分布很广，检出率为 100%。依据内梅罗污染指 数，8 种重金属污染程度依次为 CuNiAsZnCrCdPbHg，Cu 达到了轻污 染级别。依据 Muller 指数，Cu 也是重金属中污染最严重，Cu 来源于汽油、车体 的磨损，受到汽车交通运输的影响；Cd 未对土壤环境造成影响。93.38%样品的 重金属达到中度污染。 聊城大学本科毕业论文聊城大学本科毕业论文（设计）（设计） 14 参考文献参考文献 1 周启星,孔繁翔,朱琳.生态毒理学M北京:科学出版社, 2004:158-160. 2 刘维屏.农药环境化学M.北京:化学工业出版社, 2006:6-8. 3 Francisco S B, Sundaram B,Ivan R K. 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