蔬菜及菜地土壤中多环芳烃污染的研究进展

多环芳烃(PAHs)是一类具有致癌、致畸和致突变作用的持久性有机污染物(POPs),主要来源于化石燃料及其衍生物的燃烧,广泛分布于土壤、水体、大气中。近年来,蔬菜及菜地土壤中PAHs的含量测定、来源分析、转移转化机制机理、暴露风险评估等方面的研究逐渐加强并受到重视。从研究结果来看,虽PAHs在大部分地区的环境中风险较低,但其潜在的健康风险仍值得关注,特别是蔬菜及菜地土壤中PAHS的污染更值得关注。本文主要针对蔬菜及菜地土壤中PAHs的相关研究进展进行综述,并提出有关研究建议和展望。

超高效液相色谱-静电场轨道离子阱高分辨质谱法测定设施菜地土壤中有机磷酸二酯类化合物

有机磷酸二酯(Di-OPEs)被认为是有机磷酸三酯的生物或非生物降解产物。该研究基于超高效液相色谱-静电场轨道离子阱高分辨质谱(UHPLC-Orbitrap HRMS)建立了设施菜地土壤中磷酸二(2-氯)乙酯(BCEP)、磷酸二(1,3-二氯异丙基)酯(BDCP)、磷酸二正丁酯(DnBP)、磷酸二苯酯(DPhP)和磷酸二(2-乙基己基)酯(DEHP)5种Di-OPEs的定性定量分析方法。首先,土壤样品以甲醇为提取溶剂,超声提取,选择Oasis WAX固相萃取柱进行净化,用8 mL含5%(v/v)氨水的甲醇溶液洗脱,洗脱液浓缩定容后,应用Thermo Accucore RP-MS色谱柱,以甲醇-0.2 mmol/L乙酸铵水溶液为流动相进行分离,采用UHPLC-Orbitrap HRMS测定,质谱分析采用电喷雾负离子模式电离,在全扫描模式下检测。在优化的分析检测条件下,5种Di-OPEs的检出限为0.001~0.047 ng/g,定量限为0.004~0.156 ng/g。5种Di-OPEs的标准曲线线性关系良好,相关系数(r)为0.998 5~0.999 9。在5.0、25.0、50.0 ng/g的添加条件下,3种加标水平的回收率为56.9%~133.0%,相对标准偏差为4.4%~18.9%。应用建立的方法对采集的16个设施菜地土壤样品进行分析,结果显示设施菜地土壤中5种Di-OPEs的含量为2.53~6.94 ng/g,所有样品中Di-OPEs的检出率均高于60%。其中,DnBP是设施菜地土壤中的主要污染物,含量范围为1.37~3.20 ng/g,占Di-OPEs总含量的23.4%~68.8%。该方法操作简便,灵敏度高,重复性良好,适用于设施菜地土壤中Di-OPEs的测定,也为今后开展设施菜地土壤中Di-OPEs的环境行为和人体暴露研究提供可靠的技术支持。

西苕溪流域菜地土壤肥力状况与磷素流失风险

菜地土壤集约化利用程度高,容易出现养分不平衡和过量积累等问题,严重影响蔬菜产业的可持续发展。本文基于西苕溪流域露地和设施栽培模式下菜地土壤肥力状况和主要障碍因子分析,探究了菜地土壤磷素流失风险阈值。结果表明:露地菜地土壤pH值显著低于设施菜地(P<0.05);设施菜地土壤全钾、速效钾、有效磷、水溶性磷含量和水溶性盐总量、电导率显著高于露地菜地(P<0.05)。2种栽培模式下95.8%菜地土壤处于Ⅱ级肥力水平。土壤水溶性磷与Mehlich 3-P的关系可用分段线性回归方程表征,估算得出露地和设施菜地土壤磷素流失风险阈值分别为102.7、128.7 mg/kg,超过对应阈值的样本数分别占总数的65.0%和83.3%。综上所述,西苕溪流域内露地和设施菜地土壤酸化状况较为严重,磷素潜在流失风险非常高,其中设施菜地土壤次生盐渍化问题更为突出。

生物质炭对酸性菜地土壤氮素矿化和N_(2)O排放的影响

N_(2)O是受人类活动影响的温室气体,土壤中硝化和反硝化作用是N_(2)O产生的主要过程,施用生物质炭影响土壤氮素矿化过程和N_(2)O排放。本研究以广州近郊菜地土壤为研究对象,在施氮肥和不施氮肥情况下,分别施加3%和6%的稻壳炭(RB)、棕榈丝炭(PB),进行室内培养试验,研究不同生物质炭和施入量对酸性菜地土壤氮素矿化和N_(2)O排放的影响。研究结果表明,施氮处理菜地土壤氮素矿化量和土壤N_(2)O累积排放量最大,分别达到153.6 mg/kg和383.7μg/kg,添加生物质炭显著降低了菜地土壤氮素矿化量和土壤N_(2)O排放量(P<0.05),生物质抑制了菜地土壤氮素矿化过程,降低了土壤中硝态氮和铵态氮含量,从而抑制了土壤N_(2)O的形成和排放,抑制程度随生物质炭添加量增加而增强,不同类型生物质炭作用不同,稻壳炭(RB)抑制作用大于棕榈丝炭(PB)。

氰氨化钙与生物炭配施对设施菜地土壤N_(2)O、NH_(3)排放的影响

为了探索施用氰氨化钙(石灰氮)设施菜地土壤N_(2)O和NH_(3)的协同减排技术,本研究通过室内模拟试验,采用静态箱法和动态箱法测定了氰氨化钙(LN)、氰氨化钙+酸性生物炭(LN+MB)、氰氨化钙+中性生物炭(LN+WB)、氰氨化钙+碱性生物炭(LN+AB)4个处理N_(2)O和NH_(3)的排放量与排放特征。结果表明:与单施氰氨化钙相比,配施酸性和碱性生物炭使土壤N_(2)O累积排放量分别降低了66.70%和55.45%。配施3种生物炭均使土壤NH_(3)累积挥发量降低,降幅为7.26%~59.61%,另外提高土壤NO3--N含量8.05%~23.57%,降低土壤NH_(4)^(+)-N含量19.00%~43.12%。配施酸性生物炭对土壤N_(2)O、NH_(3)联合减排效果最佳,土壤N_(2)O、NH_(3)和GHG比单施氰氨化钙分别降低了66.70%、59.61%和64.55%。

钼矿区交通运输干线周边菜地土壤重金属污染分析与评价

选择采集钼矿区交通运输干线周边菜地土壤样本180个,采用HNO3-HF-HClO4混酸对土壤样品进行处理,运用等离子体发射光谱仪(ICP-OES)测定土壤样品中Mo、Pb、As、Hg、Cr、Cd、Zn、Cu、Ni的含量,全面系统地评价土壤重金属污染现状,并进行元素形态分析,同时对矿区周边水域中重金属元素的含量也进行了分析测定。结果表明,钼矿区交通运输干线周边菜地土壤污染属于多金属复合污染,其中土壤重金属Cd、Hg污染较为严重;污染强度以菜地距运输干线0～50m最高,内梅罗综合指数为17.35,随距离增加污染减轻。重金属元素形态分析表明,0～50m菜地土壤范围Cd、Cr、Cu、Ni、Zn总量中化学形态分布为:残余态>有机结合态>氧化结合态>酸可提取态;As、Hg、Mo、Pb总量中化学形态分布为:有机结合态>残余态>氧化结合态>酸可提取态;50～100m范围内菜地土壤中重金属的化学形态分布大致为:残余态>有机结合态>氧化结合态>酸可提取态;100～150m范围内重金属总量中化学形态分布大部分为:残余态>有机结合态>氧化结合态>酸可提取态。土壤中Hg、Cd的有机结合态较高,可能主要来源于污灌及化学农药的施用以及塑料薄膜的使用。

有机酸对菜地土壤磷素活化的影响

实验室模拟研究两种有机酸(柠檬酸、草酸)对菜地土壤磷素活化的影响。结果表明:有机酸对菜地土壤磷的活化效果较明显,且随有机酸浓度的增加,土壤磷活化效果越显著。两种有机酸的活化效果为草酸>柠檬酸。有机酸对磷的活化效果与土壤Olsen- P含量、有机质含量呈显著正相关关系。土壤中有效磷的释放随着有机酸浸提时间的延长而逐渐增加。

DMPP对菜地土壤氮素淋失的影响研究

采用小粉土和青紫泥原状土柱种植青菜，研究了尿素添加DMPP（3．4-二甲基吡啶磷酸盐）硝化抑制剂对土壤氮素淋失的影响。结果表明．在60天内，与常规尿素相比，小粉土和青紫泥DMPP处理硝态氮的累积淋失量分别降低66．8％和69．4％，氨氮淋失量提高9．7％和6．7％，无机氮降低59．1％和63．0％；蔬菜收获后，土壤0～15cm层无机氮增高34．1％和28．2％，土壤中氮素纵向迁移降低。可见，DMPP抑制剂施入土壤具有显著的氨氧化抑制作用，延缓蔬菜地土壤氨氮向硝态氮的转化，减轻氮素向水体迁移的风险。使用硝化抑制剂DMPP，由于土壤对氨氮的强吸附特性．迁移总量低，不会对地下水造成污染的风险。

珠江三角洲地区典型菜地土壤与蔬菜重金属分布特征研究

通过对珠江三角洲地区的广州市、佛山市、江门市和惠州市典型菜地土壤和蔬菜中重金属(Pb、Cr、Cd、As和Hg)含量及其土壤中有效态(Pb、Cr、Cd)含量的调查,分析蔬菜重金属污染状况与土壤重金属含量的相关性,探讨了土壤重金属含量、有效态含量与土壤理化性质的相关性。结果表明,菜地土壤主要受Pb、Cd、Hg污染。Pb、Cd主要以轻度污染为主;而Hg污染在广州市菜地土壤以轻度污染和重度污染为主,佛山市菜地土壤以中度污染和重度污染为主,江门市和惠州市菜地土壤以轻度污染为主。蔬菜主要受Pb、Cd、Hg污染,少数蔬菜受到Cr污染,但并未检测出蔬菜受As污染。蔬菜中重金属含量与土壤中Pb、Cr、Cd的总量、有效态含量之间呈显著正相关关系,与土壤中As、Hg的总量无显著相关性。土壤中Pb、Cr含量与土壤有机质含量、黏粒含量、粉粒含量均达到显著相关。土壤中有效Pb与有效锰含量呈显著负相关关系,土壤中有效Cr含量与土壤粘粒含量、有效铁含量呈极显著正相关关系。

万州老城区楼顶菜地土壤重金属污染特征

为研究万州老城区菜地土壤重金属污染状况,运用ArcGIS地统计分析模块分析了万州老城区楼顶菜地中5种重金属元素Cr,Cd,Cu,Ni和Mn的空间分布特征,并采用地累积指数法评价了楼顶菜地土壤中重金属的污染状况.结果表明:w(Cu),w(Ni)和w(Mn)属于中等变异,w(Cr)和w(Cd)属于强变异,说明楼顶菜地重金属的来源受外界干扰明显,空间变异较大;在空间分布上,这5种重金属存在一个相同的高值区A,位于研究区西北部;w(Cr),w(Ni)和w(Mn)另一高值区在研究区中西部部分重合,表明Cr,Ni和Mn元素之间可能存在一定的复合污染,与相关性分析的结果一致;根据地累积指数法评价结果,万州老城区楼顶菜地土壤Cd为重度污染,Cr为轻度污染,Cu,Ni和Mn未受污染.

菜地土壤铅、镉有效态与生物有效性研究

通过野外采样、室内测试分析,探讨重庆市北碚区菜地土壤铅、镉的有效态含量及生物有效性。结果表明:研究区菜地土壤铅、镉有效态平均含量为3.114,0.051mg/kg,生物有效性系数分别为7.7%,25.1%;小白菜可食部分铅、镉平均含量分别为0.123,0.021mg/kg,富集系数分别为0.4%,9.8%;从富集系数和生物有效性系数看,研究区菜地土壤镉的潜在生态风险要大于铅的。研究区菜地土壤理化性质中pH对有效态镉有显著影响;砂粒、粘粒和有机质对有效态铅含量有显著影响;铅、镉有效态与全量变化一致,全量是有效态含量的主要影响因素;土壤类型对铅、镉有效态含量有影响;在人类活动中交通对有效态铅含量有影响,肥料的施用对有效态镉含量有影响。菜地土壤中铅、镉有效态含量与小白菜可食部分铅、镉的含量相关性优于全量的,用土壤中铅、镉的有效态表征铅、镉的生态风险更准确。

南京江北地区菜地土壤有效态重金属的含量及空间分异特征

在南京市浦口和大厂的5大主要功能区(工业区、交通干线、居民区、蔬菜生产基地和风景区)内共采集了75个菜地表层土壤样品,以Cd、Cu、Pb和Zn等典型污染重金属的有效态含量为基础,运用经典统计分析、主成分分析和地统计分析相结合的方法对菜地土壤重金属污染进行了评估。结果表明,菜地有效态Cd、Cu、Pb和Zn的平均含量以交通干线沿线(宁六公路泰山新村-南信大段)最低,工业区(南钢或扬子石化)最高,其他功能区的均介于两者之间。主成分分析将菜地土壤有效态重金属大致分为农业源和工业、生活源。从功能区菜地土壤污染总得分排序结果可以看出,宁六公路沿线(泰山新村-南信大段)菜地土壤环境质量最高,以下依次是龙王山风景区、盘城蔬菜基地和盘城镇,老工业区的扬子石化和南钢周边菜地土壤环境质量较差。研究区内菜地土壤有效态Cd、Cu、Pb和Zn的空间分布均具有中等强度空间相关性,不同有效态重金属在空间上具有明显的各向异性,其空间变异主要发生在北-南方向。有效态Pb的空间分布较离散,有效Cd、Cu和Zn的高值区大致都位于老工业区内。

设施菜地土壤-植物系统中有机肥源抗生素的影响研究进展

有机肥一直被认为是培肥土壤和有机农业的理想肥料,但实验证实,含有抗生素残留的禽畜粪便作为有机肥施于农田,是农田土壤抗生素的主要来源之一。在针对设施菜地土壤-植物系统中有机肥源抗生素的影响等方面的研究进展进行综述的基础上,提出了开展有机肥源抗生素在设施菜地土壤-植物系统中迁移转化规律研究的建议。

自然降雨条件下香根草生物篱对菜地土壤地表径流和氮流失的影响

通过修建径流小区,开展了自然降雨条件下香根草生物篱对种植辣椒土壤地表径流的发生及其引起的水土流失和氮素流失影响的研究。试验结果表明,在菜地土壤种植香根草生物篱能有效地降低地表径流以及减少因地表径流引起的土壤氮素流失。在辣椒种植期间,香根草生物篱种植小区的总产流量比传统辣椒种植小区的降低了41.9%。与传统辣椒种植小区相比,香根草生物篱种植小区的地表径流中NH4+-N和NO3--N流失量平均分别降低57.9%和59.7%,土壤侵蚀量平均降低64.5%,侵蚀土壤的氮流失量平均降低64.8%。试验结果还显示,降雨强度与地表径流量、地表径流NH4+-N、地表径流NO3--N、地表径流全N流失量、土壤侵蚀量和侵蚀土壤N流失量之间的相关性均达到极显著水平,这一结果说明降雨强度影响水土流失和土壤氮素流失的主要因素。

福州市郊蔬菜施肥现状及菜地土壤养分累积特征分析

采用农户问卷调查、田间取样及实验室化验分析方法,分析了福州市郊11片蔬菜基地的蔬菜施肥现状及菜地土壤养分累积特征,结果表明:(1)蔬菜生产上以施用化肥为主,有机肥为辅,化肥以俄罗斯进口复合肥最为普遍;每茬不同类型蔬菜的平均施肥水平(N、P2O5和K2O总养分)在493.6-1212.2 kg.hm-2之间,氮磷钾比例(平均1∶0.77∶0.75)不协调,磷肥施用量明显偏高;各轮作类型蔬菜平均施肥量(N、P2O5和K2O总养分)在2002.3-3455.2 kg.hm-2.a-1之间.(2)与林坡地自然土壤相比,菜地土壤的全磷(2.04 g.kg-1)、速效磷(182.9 mg.kg-1)、CaCl2-P(1.02 mg.kg-1)平均含量呈现明显累积,分别提高3.16、6.87和12.3倍;有机质(37.4 g.kg-1)和全氮(2.18 g.kg-1)平均含量分别提高33.43%和17.16%;全钾含量变化不明显;而碱解氮(200 mg.kg-1)、速效钾(243.8 mg.kg-1)、CEC(14.7 cmol.kg-1)和pH值(5.97)分别降低了15.01%、38.2%、3.14%和9.7%.

广州城郊菜地土壤磷素特征及流失风险分析

通过化学分析和土壤淋洗试验对广州城郊菜地土壤磷素特征和流失风险进行了研究和分析。结果表明.广州城郊菜地土壤全磷含量极高;与自然土壤相比较,菜园土壤无机磷比例增大、有机磷比例降低;无机磷中的AI-P、Fe-P比例增加.O-P比例降低,Ca-P比例基本一致;土壤Olsen P、Bray-1 P、Mehlich-1 P、0.01mol/L CaCl_2和H_2O提取的磷含量相当高;土壤淋洗液中溶解态磷和总磷持续保持很高的浓度,土壤磷供应强度大。菜园土壤中磷进入水体引起水体磷浓度增加,导致水体富营养化风险大;土壤磷的测定值可作为土壤磷流失风险和对水环境影响程度的评估依据。菜地应作为农业非点源磷污染的优先控制区、应通过严格控制磷肥的投入和合理施肥等控制磷的流失。

设施和露天栽培下有机菜地土壤氮素矿化和硝化作用的比较研究

矿化作用和硝化作用是土壤氮素转化的主要途径,通过室内培养试验,对设施和露天栽培方式下有机菜地土壤氮素的矿化与硝化作用进行了比较研究。结果表明,除培养第1d外,设施有机菜地土壤氮素矿化量、矿化率在整个培养期间都显著高于露天有机菜地土壤;设施有机菜地土壤硝化量、硝化率在培养前两周内高于露天有机菜地土壤;设施有机菜地土壤矿化与硝化作用总体比露天有机菜地土壤强烈。矿化作用可能与全氮、C/N、微生物活性关系密切,而硝化作用强弱可能与微生物活性有关。无论施肥与否,设施有机菜地土壤N2O排放速率在培养期间总体高于露天有机菜地土壤,前者N2O累积排放量显著高于后者,这可能与土壤C/N有关。

广州市蔬菜和菜地土壤砷含量及其健康风险研究

测定了广州市郊区菜地土壤(n=120)、菜地蔬菜(n=109)和市售蔬菜(n=237)中砷含量,结合广州居民蔬菜消费情况,分析了砷对广州居民的健康风险影响。结果表明:不同类型菜地土壤砷含量不同,为菜园土(12.94±9.78)mg/kg>水稻土(8.67±10.24)mg/kg>赤红壤(4.17±3.70)mg/kg,土壤质量主要属于二级标准以内;菜地蔬菜砷含量范围为ND～0.179mg/kg,均值为(0.017±0.024)mg/kg;市售蔬菜砷含量范围为ND～0.314mg/kg,含量变化为豆类(0.038±0.047)mg/kg)>根茎类(0.027±0.031)mg/kg>茄类(0.025±0.030)mg/kg>叶菜类(0.024±0.022)mg/kg>葱蒜类(0.019±0.025)mg/kg>瓜类(0.017±0.020)mg/kg,所有蔬菜均没有超过我国食品中砷的限量卫生标准(GB-4810-94)。广州市居民从蔬菜中摄入的砷为0.045mg/d,叶菜类和根茎类蔬菜是主要的贡献者。

改性生物炭对菜地土壤磷素形态转化的影响

生物炭是一种含碳量高且更为稳定的有机碳,能够显著影响土壤物理、化学及生物学性质。以华南地区主要的菜地土壤为研究对象,研究新型生物炭对土壤磷素形态转化及有效性的影响,结果表明,施用生物炭可以提高树脂磷(Resin-Pi)、NaHCO3提取态无机磷(NaHCO3-Pi)、NaOH提取态无机磷(NaOH-Pi)含量,生物炭施入土壤后能明显提高土壤的有效磷含量,但并未显著提高稀盐酸提取态无机磷(D·HCl-Pi)和浓盐酸提取态无机磷(C·HCl-Pi)的含量;施用生物炭增加了NaHCO3提取态有机磷(NaHCO3-Po)的含量,降低了NaOH提取态有机磷(NaOH-Po)的含量,提高了残渣磷(Residual-Pt)含量,并未改变浓盐酸提取态有机磷(C·HCl-Po)的含量。土壤速效磷与Resin-Pi、NaHCO3-Pi、NaHCO3-Po、NaOH-Pi、D.HCl-Pi、Residual-Pt呈显著相关,并与NaHCO3-Pi的相关性最强,相关系数达到0.980 5;Resin-Pi与NaHCO3-Pi、D.HCl-Pi呈极显著相关;NaHCO3-Pi与NaOH-Pi、D.HCl-Pi、Residual-Pt呈显著相关,并与D.HCl-Pi的相关性最强,相关系数达到0.816 6。表明在施用生物炭的条件下,不同形态的磷可以通过矿化等形式转化为有效性较高的磷形态。