城乡交错区小型蔬菜生产系统氮磷钾元素平衡状况——以南京和无锡为例

土壤中氮磷钾元素能否维持平衡是关系到养分管理及农业可持续发展的一个重要内容。本文以江苏省南京和无锡两个典型城乡交错区的小型蔬菜生产系统为例,研究了一年期间氮、磷、钾养分元素的平衡状况及其影响因素。结果表明:南京的蔬菜地以有机肥作为生产系统养分输入的主要来源,而无锡则是以化肥和有机肥,特别是化肥为其主要来源。与蔬菜收获带出的养分相比,两蔬菜生产系统的氮磷元素均存在明显的盈余,其中氮的盈余量南京地区明显大于无锡地区,磷的盈余量前者却低于后者,而钾元素在南京地区呈正平衡,无锡地区呈弱的正平衡或负平衡,说明无锡地区钾元素已出现明显的亏缺趋势。这种养分不平衡的状况是由肥料种类不同、劳动力投入的差异以及由此产生的管理方式的不同造成的,因此要促进城乡交错区农业的可持续发展,根据土壤养分平衡状况及其影响因素,开发合理的施肥技术十分必要。     

典型农业型城乡交错区小型蔬菜生产系统重金属平衡的研究

以南京城乡交错区小型蔬菜生产系统为例,研究了1年期间(2003.7-2004.7)蔬菜种植过程中Cu、Pb、Zn、Cd等重金属元素的平衡状况和污染潜力.结果表明:该系统重金属的输入途径主要为施肥和灌溉,施肥特别是有机肥是生产系统重金属输入的主要来源,占输入量的98%以上.重金属年输入量较高,明显高于欧洲农业区水平,而年输出量较低,占输入量的10%以下,在重金属平衡上试验地均表现为盈余.多年的蔬菜种植已导致土壤重金属积累.试验区土壤和蔬菜中的重金属含量均低于国家安全标准,表明蔬菜生产系统现状较安全.综合大气沉降等因素评估表明,本地区Cu、Zn、Cd污染风险较大,且高强度的种植管理会加剧生产系统重金属污染,有可能导致蔬菜地土壤在几十年内即能达到国家土壤环境二级标准.     

工业型城乡交错区农业土壤Cu、Zn、Pb和Cd的空间分布及影响因素研究

在江苏省无锡市工业型城乡交错区，选择8km2区域，采集119个土壤样品，对土壤Cu、Zn、Pb,Cd及其有效态含量的空间分布和影响因素进行探讨。结果表明：该区土壤Cu、Zn、Pb、Cd含量和变异系数都明显增加，土壤有效态重金属含量与相应的全量重金属含量具有显著相关性。土壤Cu、Zn、Cd空间变异主要受到工业影响，但由于该区工业类型的多样性和工厂分布的分散性，Cu、Zn、、Cd空间分布模式并不相同。本区土壤Pb的分布与工厂分布的相关性不大，但随与城市距离增加而降低。公路和土地利用与土壤重金属含量的关系表现不明显。该区工业污染对土壤重金属空间变异的影响可能掩盖了公路和土地利用等的影响，建议在城乡交错区合理安排工业布局以控制土壤受重金属污染的范围。     

城乡交错区蔬菜生态系统肥料利用率的模型模拟

GLEAMS是美国农业部开发的一个模拟农田氮磷循环的模型,主要用来评价农田管理措施的环境效益。本研究借助GLEAMS模型并基于几个典型施肥量的模型假设,模拟了南京市东郊小型蔬菜生态系统施肥量对作物养分元素吸收量的影响。结果表明,在研究区将有机肥的施入量因地而异的减少到现有施入量的45.2%～53.4%,并且将化肥的施入量减少到13.3%～96.9%,氮素吸收率可提高9.90～14.4个百分点,磷素吸收率可提高9.60～13.1个百分点。氮的淋溶量也减少到了原有量的26.5%～37.6%,同时每公顷蔬菜地可以节约施肥成本2080元～4400元。本模拟研究为提高蔬菜生产系统的经济效益和改善生态环境提供了重要的科学参考价值。     

济南市石灰性菜地土壤和蔬菜重金属含量特征及健康风险评价

通过对济南市石灰性菜地土壤和蔬菜样品中Pb、Cd、Cr、Cu和Zn含量的调查,研究了蔬菜和土壤重金属含量状况、富集特征及其健康风险。结果表明,石灰性菜地土壤Pb、Cd、Cu和Zn平均含量均高于相应的济南市土壤背景值,与我国《土壤环境质量标准》中的Ⅱ级标准比,石灰性菜地土壤中Cd含量超标1.93倍,表现为以Cd为主的重金属污染。与《食品中污染物限量》等标准比,叶菜类、根茎类和瓜果类蔬菜中Pb、Cr和Cd有不同程度的超标。蔬菜中重金属富集系数大小为:ZnPbCuCdCr,黄瓜对5种重金属的富集系数最小。济南市石灰性菜地种植的蔬菜中重金属的风险系数(HQ)都小于1.0。成人摄食蔬菜产生的风险指数(HI)大于1,儿童摄食蔬菜产生的风险指数小于1,表明当地成人健康受危害的可能性大,儿童摄食蔬菜尚处于安全状态。     

城乡交错区蔬菜生态系统氮循环的数值模拟研究

GLEAMS是美国农业部开发的一个模拟农田氮磷循环的模型,主要用来评价农田管理措施的环境效益。本研究运用GLEAMS模型模拟了南京市东郊蔬菜生态系统的氮素循环,将氮素的主要来源和去向作了系统的分类和量化。模拟结果表明,从2003年7月到2005年7月,该区蔬菜生态系统通过施肥施入氮素3750kghm^-2,降水与灌溉水引入氮素57.0kghm^-2;氮素的输出主要有：淋溶1100kghm^-2、流失43.0kghm^-2、作物吸收960kghm^-2、氨态氮挥发260kghm^-2和反硝化913kghm^-2,氮素盈余531kghm^-2;并且计算出该区作物对氮素的吸收利用率仅为21.6%～25.2%。研究表明,该区农业生产对地下水环境的污染较大,农业生产系统的肥料利用率较低。本模拟研究为探索农田最佳施肥量,以及如何改善生态环境奠定了基础。     

工业型城乡交错区农业土壤Zn的空间分异及其影响因子探讨--以无锡市为例

城乡交错区的工业发展可能导致土壤重金属积累,并威胁食品安全。本文以无锡典型工业型城乡交错区为例,利用地统计学变异函数研究了农业土壤全量Zn和DTPA-Zn的空间变异特征,并分析了其影响因素。结果表明:人类活动明显增加了土壤的含Zn量,研究区土壤全量Zn具有强烈的空间自相关性,其空间变异主要与工业活动有关,土地利用对它没有影响;土壤全量Zn在工厂分布区附近较高,其他地区较低。土壤DTPA-Zn变异性大于全量Zn,具有中等的空间自相关性,其空间变异与工厂无明显关系,但土地利用对它影响较大,菜地DTPA-Zn含量明显高于水稻田。     

河南省大气重金属沉降高风险区蔬菜重金属含量及健康风险评估

  【目的】  我们研究了大气重金属沉降高风险区菜地重金属的污染状况及污染来源,评价了研究区种植的蔬菜对不同人群(男性、女性、成人和青少年)产生的健康风险,并筛选了低累积重金属的蔬菜类型。  【方法】  在河南省大气重金属沉降风险高的蔬菜产区进行调查。分别采集设施栽培和露地条件下种植的叶类(青油菜、青菜、香菜)、葱蒜类(大蒜)、茄科类(茄子、辣椒、番茄)、瓜果类(苦瓜、黄瓜)、豆类(长角豆、四季豆)和块根类(萝卜)蔬菜样品,分析了蔬菜可食用部位Cd、Pb含量及富集能力,讨论了其主要的污染来源,并利用Monte Carlo模拟,对不同种类蔬菜可食用部位进行概率非致癌健康风险评价。  【结果】  设施栽培和露地条件下,蔬菜可食用部位Cd的富集系数均高于Pb。不同类别的蔬菜对重金属的吸收能力存在明显差异,瓜果类蔬菜为Cd、Pb低累积蔬菜,设施栽培条件下瓜果类蔬菜可食用部位积累的Cd、Pb含量最低,Cd、Pb含量分别为0.020、0.036 (黄瓜)和0.008、0.055 (苦瓜) mg/kg,低于食品重金属污染限值。对比设施栽培和露地条件下种植的蔬菜可食用部位的污染程度发现,露地条件下蔬菜Cd、Pb的污染程度更高,大部分叶类蔬菜和葱蒜类蔬菜为重度污染,其中青油菜Cd内梅罗综合污染指数(P_N)达到10.26,P_N (Pb)达到了10.00。概率风险评价结果表明,不同人群摄入Cd、Pb污染蔬菜产生的复合非致癌健康风险差别不大,其中摄入瓜果类和块根类蔬菜对人体没有明显的负面影响,尤其是瓜果类蔬菜,设施栽培下,成年男性摄入苦瓜产生的总目标危险系数的P₇₅ (第75百分位点)仅为0.120。  【结论】  不同类型蔬菜的Cd、Pb富集能力差异显著,叶类蔬菜对Cd、Pb富集能力最强,瓜果类较弱,尤其是苦瓜。污染区设施栽培的瓜果和豆类蔬菜可安全食用。大气沉降是蔬菜Pb污染的重要来源之一,建议在大气重金属沉降高风险区进行设施栽培,选择低积累Cd、Pb的瓜果类蔬菜,降低重金属对人体健康产生的风险。     

肥料氮在蔬菜地中的去向及平衡

通过＾１５Ｎ标记示踪试验，研究了氮肥施入蔬菜地后的氮素分布、氮肥去向、氮肥利用率以及氮素平衡。试验共种植了甘蓝和大白菜两季蔬菜，以５个不同氮肥用量为处理，４个重复，＾１５Ｎ微区设置于相应的小区中，试验结果表明，氮肥用量与蔬菜产量之间的关系可用一元二次方程表示；＾１５Ｎ示踪结果表明，大白菜试验中下层土壤中来自肥料的氮素含量较高，且这种趋势和氮肥用量相关，表明随氮肥用量的增加氮素淋失的可能性明显增加，     

经济发达区不同土壤利用方式下重金属的时空分布及预测

土壤利用方式的改变可能导致重金属的积累,并威胁食品安全。本文以长江三角洲经济发达的典型地区张家港市为例,评价了土壤利用由稻麦轮作转变为蔬菜种植对该市土壤中Cd、As、Cr、Cu时空分布的影响;并预测了目前条件下,蔬菜种植面积的扩大和种植年限的增加对重金属在土壤中的积累趋势及污染潜力。结果表明,在蔬菜种植过程中,土壤中As含量变化不明显;Cd、Cr和Cu的含量有不断累积的趋势,一定面积的土壤超过了土壤环境质量一级限值(背景值);如果按目前的蔬菜种植扩大和重金属积累的趋势发展,未来10年,将有2.4%面积的土壤Cu超过土壤环境二级限值,20年后,Cd亦出现超标现象(约0.7%面积),有可能对蔬菜品质产生影响。因此,对今后蔬菜种植管理过程中引起的土壤重金属积累及潜在污染问题应该得到充分的重视。     

Surface water quality of factory-based and vegetable-based peri-urban areas in the Yangtze River Delta region,China

Detailed surveys of surface water in two contrasting peri-urban areas in the Yangtze River Delta region of China were conducted to determine the distribution of heavy metals, nitrogen (N) and phosphorus (P) as well as the speciation of N and P. A factory-based (FB) area was compared with a vegetable-based (VB) area during the dry season. The concentrations of heavy metals in the surface water in the FB area were higher than those in the VB area, suggesting modest contamination of surface water with Zn, Cu, Cr and Pb but not Cd, from discharge of factory effluent in the FB area but not the VB area. Although total N (TN) and total P (TP) levels in the surface water were high in both areas, the surface water in the VB area had significantly higher levels of nitrate N (NO₃–N), organic N (ON) and TN than those in the FB area. In both areas, the levels of water-soluble P (WP), organic P (OP) and TP were high in the river water that received municipal wastewater. The distribution of N and P species throughout the surface water system indicated that the NO₃–N and ON mainly came from vegetable fields, while ammonium N (NH₄–N), WP and OP were mainly from municipal wastewater. Treatment of municipal wastewater prior to discharge to reduce N and P by purification is recommended together with research and extension to develop more efficient use of N and P fertilizer by vegetable farmers.     

南京沿江典型蔬菜生产系统土壤重金属异常的源解析

以南京沿江典型蔬菜生产系统为研究对象,通过测定并分析表层土壤、剖面土壤、肥料及大气降尘中重金属含量,揭示了土壤重金属异常的空间变异特征以及土壤重金属的来源。结果表明,(1)研究区表层土壤镉(Cd)、砷(As)、汞(Hg)、铅(Pb)、铜(Cu)、锌(Zn)和铬(Cr)平均含量均高于南京市土壤背景值,部分样点土壤Cd含量超过了国家土壤环境质量标准的二级标准,在土壤中呈现较高的累积;(2)除Cr以外,其他表层土壤重金属均呈现东南偏高西北偏低的空间分布特征,与土壤有机质的空间分布规律一致;(3)土壤重金属累积和分布状况与研究区的地形、周边工农业布局以及风向有关;(4)除土壤重金属累积的自然背景原因以外,农业施肥和大气沉降对土壤重金属的累积具有非常重要的贡献。     

长江三角洲地区土壤盐酸可提取态重金属含量的空间变异特征

以江苏昆山市为典型区,对长三角地区土壤盐酸可提取态重金属含量的结构特征进行分析,得出该区盐酸可提取态重金属的空间分布格局并揭示了引起这种分布格局的成因和污染来源,结果表明：昆山市盐酸可提取态Cd、Cr、Cu、Pb、Zn、Hg属强变异,Ni和Co为中等变异。半方差函数模型拟合表明所有盐酸可提取态重金属元素均符合球状模型,8种重金属元素在一定范围内均存在空间相关性。采用Kriging最优内插法得到了盐酸可提取态重金属含量的空间分布格局,表明土壤盐酸可提取态重金属含量与工业活动、污水灌溉和大气降尘密切相关。通过主成分分析与地统计学相结合的方法,得出该区盐酸可提取态重金属由4个主成分构成,第一主成分为Cd、Cu、Pb、Cr和Zn,决定这一成分的主要因素为工业污水灌溉、大气降尘和元素地球化学特征;第二主成分为Ni,决定这一成分的主要因素为土壤内部因子;第三主成分为Hg,该成分主要受工业点源污染的影响;第四主成分为Co,该成分可能主要受地形影响。     

我国北方典型日光温室蔬菜生产系统土壤重金属积累趋势

本文以山东省寿光市日光温室蔬菜生产系统为例,研究了As、Cd、Cu、Hg、Pb和Zn等重金属元素在土壤中的积累趋势。结果表明：有机肥中Cu、Zn元素含量较高,而无机肥中Cd、Zn元素含量较高,但所有元素均未超过目前的相关标准。表层土壤中上述元素的平均含量均未超出《温室蔬菜产地环境质量评价标准》(HJ333-2006)相应的标准限值,但Cd平均含量已接近评价标准。除了As和Pb元素外,表层土壤中Cd、Cu、Hg和Zn的含量随着种植年限的增长而增加,出现积累。在目前的重金属积累状况下,主要蔬菜可食部分的重金属含量明显低于中国食品污染物限量标准,处于安全级别。由于蔬菜生产最初均是在底层土壤上开始的,加之封闭的生产环境,表明土壤中重金属主要来自各种农用投入品的输入,而各种肥料的高量输入是其积累的主要原因。今后对该地区设施蔬菜生产的环境管理,除了制定更严格的肥料重金属含量标准外,更重要的是要严格控制各种肥料的施用量,这样既可降低系统养分过量盈余,又可控制土壤重金属的积累。     

工业型城乡交错区土壤重金属含量及其空间分异的特征-以无锡典型城乡交错区为例

Phosphorus （P） is necessary for growth and nitrogen fixation, and thus its deficiency is a major factor limiting legume production in most agricultural soils. The effect of phosphorus supply on nodule development and its role in soybeans （Glycine max L.） was studied in a nutrient solution. Plants were inoculated with Bradyrhizobium japonicum and grown for 35 days in a glasshouse at a day and night temperature of 25℃ and 15℃, respectively. Although increasing P supply increased the concentrations of P and N in the shoots and roots, the external P supply did not significantly affect the P concentration in the nodules, and the N fixed per unit nodule biomass decreased with increasing P supply. The nitrogen content in the shoots correlated well with the P content （r=0.92＊＊）. At an inoculation level of 10^2 cells mL^-1, the P supply did not affect the number of nodules; however, at inoculation levels of 10^3.5 and 10^5 cells mL^-1, increasing P supply increased both the number and size of nodules. Irrespective of the inoculation level, increasing P supply increased the nodule biomass relative to the biomass of the host plant. It is suggested that the P deficiency specifically inhibited the nodule development and thereby the total N2 fixation.     

西藏尼洋河水体重金属分布特征及风险评价

重金属含量是影响水生态环境安全的重要因素,该文意在探索西藏河流水体重金属变化规律。研究了雅鲁藏布江第二大支流尼洋河的Zn、Cu、Mn、Cd、Fe 5种重金属含量时空变化特征和相关性,以及迁移变化机理,对重金属富集程度和污染风险进行了评价。结果表明：尼洋河重金属含量源头较低,中上游位置有突变。Fe、Mn、Cd是影响水质变化的敏感因子。Zn、Cu、Mn含量平水期＞枯水期＞丰水期。丰水期重金属含量主要受人类活动或水文气象活动影响,平水期及枯水期的Zn、Cu、Mn、Fe含量主要受自然过程影响,枯水期Cd主要受人类活动影响。水库对重金属富集有一定的影响。河源和中下游河段污染较轻,上游河段重金属综合污染指数最高。     

典型城市化地区蔬菜重金属的累积特征与健康风险研究

工业化和城市化带来的重金属污染对环境质量、食品安全、人体健康及社会经济可持续发展构成严重威胁和挑战。为了掌握典型城市化区域蔬菜生产的重金属污染特征与食用健康风险,从而为快速城市化区域的农业实践提供依据,本研究选取珠三角电镀、染织等工业密集典型城市化区域的蔬菜和土壤为研究对象,通过采集蔬菜和表层土壤样品,使用单因子污染评价和内梅罗综合污染指数法对蔬菜样品中Cd、Ni、Cr、As、Pb 5种重金属进行污染评价,使用目标危害商数法进行健康风险评价。研究发现,该地区菜地土壤存在Cd污染。研究区蔬菜中重金属的富集吸收能力为Cd > Ni > Cr > As > Pb,叶菜类对Cd的富集最多,豆角类对Ni的富集较多。单因子污染评价结果显示蔬菜中重金属超标率按大小排序为Ni > Cr > Cd > Pb=As,Ni、Cr和Cd超标率分别为10.53%、2.63%和1.32%,Pb和As均未超标;综合污染指数的评价显示叶菜类样品处于轻度污染水平,豆角类处于中度污染水平,瓜类尚未受到重金属污染。健康风险评价结果表明,叶菜类和豆角类的综合目标危害商数（TTHQ）均大于1,长期食用叶菜类和豆角类会对健康造成影响,成人和儿童的综合目标危害商数排序均为叶菜类 > 豆角类 > 瓜类,儿童摄食蔬菜的重金属健康风险高于成人。总体来说,研究区蔬菜重金属健康风险基本处于可接受范围,但叶菜类Cd和豆角类Ni造成的健康风险需引起重视。     

长江干流沿江地区土壤重金属的分布、来源及潜在生态风险

为掌握长江干流沿江地区土壤重金属状况,开展土壤表层样品采集和重金属空间分布研究,使用PMF（positive matrix factorization）模型解析土壤重金属来源,并选取地累积和潜在生态风险等方法,评估重金属的污染状况和生态风险。结果表明：1）土壤重金属的积累程度不同,As、Cd和Cu的超标率高,污染明显。Cd和Cu的变异系数高于1.0,分布不匀,受某些污染源的影响显著。2）各重金属含量呈现条带状的空间格局,在多个地区出现高值,土壤环境质量受到人类活动的负面影响。3）土壤重金属积累主要来源于自然、工业排放、交通运输和农业生产,贡献率分别为36.65%、28.48%、20.07%和14.80%。其中Cd与工业活动有关,Pb和Zn来自交通排放,Cr和Ni与自然源密切相关,As和Cu来源于农业生产。4）Cd的污染程度最高,81.88%的点位达到轻度污染。40%以上的点位受到As、Cu、Ni和Pb污染。75%以上点位的Cr和Zn含量较低,污染程度不高。单项生态风险指数的均值从大到小依次为：Cd、As、Ni、Cu、Pb、Zn、Cr。综合生态风险指数均值为63.17,处于轻微风险水平。该研究作为土壤生态调查的核心,可为土壤环境管理和重金属污染修复提供科学依据。     

渭干河-库车河绿洲土壤重金属分布特征与生态风险评价

随着工业发展和城市化进程的加剧,农用化学物质种类和数量不断增加,导致土壤受到不同程度的重金属污染,农田土壤重金属污染尤为严重。该文以新疆最典型的荒漠绿洲渭库绿洲为研究区,采集土壤样本57个,测定出土壤样本中砷(As)、汞(Hg)、铅(Pb)、铬(Cr)、锌(Zn)和铜(Cu)6种元素的含量,分别采用地统计空间分析法、地积累指数法(I_(geo))和潜在生态风险指数(RI)等方法,对研究区土壤重金属污染和潜在生态风险程度做出科学评价,并采用多因子分析方法对重金属的来源进行了讨论。1)研究区Hg、As、Cu、Cr、Pb和Zn 6种土壤重金属平均质量分数分别为2.41、0、37.64、25.25、39.78、15.01 mg/kg,平均含量均未超过国家二级标准,其中Pb的平均含量超过了新疆土壤重金属背景值,存在一定程度的重金属积累;2)由地积累指数法(I_(geo))和潜在生态风险指数(RI)分析得出,研究区土壤重金属的I_(geo)均值As(-4.59)Hg(-3.62)Cu(-1.92)Cr(-1.44)Zn(0.59)Pb(0.73),RI均值为22.26,整体上属于无污染水平,说明研究区域土壤重金属环境质量总体优良;3)通过综合相关性分析、主成分分析和聚类分析,研究区重金属的来源可以分为两类,Cu、Zn、Cr和Pb来源于成土母质等自然背景和人类农业生产活动;As和Hg来源于研究区域地形地貌、水文环境等自然背景。4)分析研究区域综合生态风险指数RI可知,研究区整体处于无污染水平,但各分区RI指数存在差异,其中西北部(NW)和东北部(NE)分区RI值相对较高,最高值出现在东北部(NE)分区上。该研究提出的分析方法能快速、客观反映绿洲土壤重金属污染特征以及来源,可为绿洲土壤环境质量评价和管理提供依科学依据。