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一种农田土壤重金属影响评价的新方法:土壤和农产品综合质量指数法

2016-07-28 08:50来源:农业环境科学学报作者:王玉军 刘存关键词:重金属污染土壤环境质量土壤污染收藏点赞

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研究表明,植株生物量(干物重)与土壤外源重金属离子冲量(I1)、地上部离子冲量(I2)对数值、根离子冲量(I3)以及相对离子冲量(I3/I2)等之间均有着极显著的负相关关系,表明其生物量均随离子冲量的增加而减少,说明了土壤重金属元素对植物的影响是综合性的,而并非单个元素的行为;糙米离子冲量与土壤外源重金属、特别是土壤重金属有效态、植物根离子冲量之间亦有着良好的相关性,而植物根离子含量的多少与土壤性质和重金属胁迫的关系密不可分,故农产品可食部分通过根系与土壤紧密相连。

此外,离子冲量可用来监测土壤和植物污染、描述不同土壤改良剂在土壤-植物系统中重金属迁移的影响、土壤重金属复合污染对土壤酶活性的影响和野生植物金属累积方式的研究;研究表明土壤重金属的分级形态、例如水溶态和可交换态,与土壤离子冲量有良好的相关性,由此可认为离子冲量用来表征土壤-植物系统重金属复合影响在一定的条件下有着较为充分的实验依据。

1.2 土壤相对污染当量评价法的形成

虽然离子冲量在土壤-植物系统研究中有一定的适用性,但亦有着明显的局限性。一是当由于污染使得植物不能正常生长时不适用;二是不能区分具有相同氧化数的不同元素之间的影响程度,例如 Cd、Cu、Zn、Pb的氧化数都是2,但它们对于农作物的影响有着很大的差异,因而在其浓度相同时,离子冲量掩盖了其毒性的固有差别。

为了解决这一问题,我们在离子冲量的基础上构建了相对污染当量,用于土壤重金属复合污染的评价,引入了土壤评价参比值:

式中:RPE为相对污染当量,CPi为土壤中外源污染物i的浓度,CBi为土壤中元素i的背景值,CSi为元素i的土壤环境质量标准。在一定程度上反映了土壤中不同重金属元素的相对影响,有效地解决了离子冲量在元素氧化数相同时不能区分其相对毒性的问题。

1.3 土壤污染综合指数评价法的创建

由式(4)可知,CPi和CBi实际上是土壤测定的元素浓度,对于背景值在评价中的作用并未很好的体现。而污染综合指数用来表征土壤复合污染时较之先前的表征方法又有进展,它同时考虑了土壤元素背景值、土壤元素标准和价态效应等因素,有利于区域环境质量的评价、表征和数字化。

在随后的工作中又补充了污染表达式,可更为直观地了解污染状况。污染综合指数曾作为评价方法之一在行业标准中进行了推荐。

然而,污染综合指数虽然包括了背景值、评价标准等重要参数,较之离子冲量和相对污染当量在科学性和合理性方面均有所进展;但由于评价参比值往往引用有关标准而并非污染起始值,因而结果作为是否污染的判定仍然显得依据不足,故在有关重金属复合影响的土壤环境质量现状评价中,将其更名为土壤综合质量影响指数,但仍旧局限于土壤部分的评价。

2 综合质量影响指数评价法的构建

考虑到农产品品质在农田土壤环境质量评价中不可或缺,目前构建的评价参数中考虑了土地利用的实际状况,补充了农产品可食部分重金属影响的品质指数,解决了土壤和农产品在土壤环境质量评价中不能同时兼顾的这一长期困扰的问题。

农田(或耕地)土壤重金属复合影响中的综合质量影响指数(Influence index of comprehensive quality,IICQ)由土壤综合质量影响指数(IICQS)和农产品综合质量影响指数(IICQAP)组成,同时考虑了土壤元素背景值、土壤元素标准和价态效应、农产品中目标元素的含量和污染物限量标准等因素,主要包括下列计算过程:

原标题:一种农田土壤重金属影响评价的新方法:土壤和农产品综合质量指数法
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