崇明生态岛农业用地土壤急性毒性诊断方法与应用

作     者：孙月娣 

作者单位：华东师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈振楼;许世远

授予年度：2010年

学科分类：09[农学] 0903[农学-农业资源与环境] 

主      题：反光杆菌抑制率 农业土壤 青海弧菌Q67 土壤急性毒性诊断 模糊综合指数 崇明岛 

摘      要：随着人类活动的增强,对土壤的扰动也越来越强烈,土地污染问题日显突出。作为目前全球规模最大、难度最高的生态建设综合系统工程——崇明生态岛建设,以农业为基础,传统农业向生态农业转变,最终实现生态农业向生态产业的跨越式发展。但是,目前崇明部分地区土壤环境已受到污染(重金属、农药、盐渍化),部分地区存在施肥不足或过量的情况,将严重制约崇明生态农业的发展,影响蔬菜作物的市场推广。 在上海市“十一五重大科技攻关项目“崇明岛数字生态建设决策支持系统的开发与利用子课题——“崇明生态岛建设农业用地健康诊断决策支持系统开发与应用示范的支持,本论文选取崇明农业用地土壤作为研究对象,运用环境地学、自然地理学、环境地球化学、环境生态学、地理信息系统等多学科综合研究手段,采用资料收集与实地考察相结合、宏观区域调查与微观机理分析相结合、野外采样与实验室分析相结合、大田网状普查与典型示范区试验相结合的方法,建立科学的土壤急性毒性诊断体系,并通过基于最小数据集MDS的土壤质量评价法进行论证。主要结论包括以下几个方面： (1)崇明水稻土壤速效磷含量严重缺乏,蔬菜土壤缺磷和磷素累积现象普遍;崇明土壤速效钾和硝酸盐含量超标较为严重;蔬菜土壤受Cr、Hg和As污染,污染源主要来自交通、施肥活动;西瓜土壤中Hg含量较水稻土壤、蔬菜土壤高(0.18mg/kg);崇明农业用地土壤未受有机氯农药污染,其来源可能受早期累积或大气长距离迁移影响,且大部分早期输入已经降解;崇明西瓜土壤生物学质量良好,而水稻土壤受人为干扰和环境胁迫最为明显。 (2)稀HN03浸提的土壤溶液浓度梯度与相对发光度具有较好的线性关系,同时鉴于淡水菌对盐度的敏感性(尤其是Cl-)和稀HNO3对土壤重金属较好的溶解性能,选取稀HNO3为最佳的提取剂;为了扣除提取剂对青海弧菌的影响,制取“相对清洁土壤,测定其抑制率为9.7%,作为土壤背景值;参照毒物苯酚溶液的EC50为256 mg／L。 (3)崇明农业用地土壤抑制率平均值为25.3%,属于低毒水平;其中水稻土壤、蔬菜土壤和西瓜土壤抑制率分别为25.4%、26.4%和24.4%。崇北分区水稻土壤由于广泛分布的滨海盐土而抑制率最高,崇南分区受人类干扰和影响作用较大,其抑制率次之;水稻土壤按不同土壤类型统计;得出滨海盐土抑制率高于灰潮土、水稻土,这与可溶性盐、Cd、氯离子含量较高有关。崇明蔬菜土壤急性毒性诊断研究发现,芦笋土壤生物毒性最强(47.02%),其它蔬菜土壤抑制率依次为卷心菜土壤≈黄瓜土壤茄子土壤≈豆类土壤≈西红柿土壤;高浓度的可溶性盐和硝酸盐含量可增加土壤渗透压,导致芦笋土壤对青海弧菌Q67抑制作用最强,同时生物学指标(生物量碳Cmic)也指示其土壤质量最差。西瓜土壤抑制率为24.42%,东滩附近采集的西瓜土壤样品急性毒性较其它地区高,Hg含量是影响西瓜土壤生物急性毒性的限制因子。 (4)利用主成份分析方法(PCA)甄选19个土壤指标,进入MDS的参评指标包括：pH、EC、NO3--N、Cmic、Cd、Hg、DDTs,再利用模糊综合评价法计算土壤样品FCI值。土壤质量评价法与急性毒性诊断结果对比研究,发现水稻土壤滨海盐土类FCI与抑制率均高于灰潮土和水稻土,7种不同蔬菜土壤中低值出现在黄瓜土壤,高值出现在芦笋土壤。基于ArcGIS进行反距离插值分析,结果表明崇明农业用地土壤绝大部分属于低毒水平,中毒水平的土壤主要分布在东滩附近、建设镇、港西镇和新村乡附近;模糊综合指数(FCI)绝大部份处于1.5～1.7,大于1.7的区域主要分布在三星镇、新村乡、港西镇、城桥镇、建设镇、竖新镇、陈家镇和东滩地区;两者均诊断出崇明建设镇和东滩附近土壤质量较差。东滩土壤大部分处于未熟化阶段,生物毒性较强,尚不适宜种植蔬菜。 (5)崇明农业用地土壤FCI值与抑制率呈显著正相关,进而论证土壤急性毒性诊断方法的可靠性与实用性。但也存在局限性,比如生物急性毒性诊断属于土壤综合毒性,受pH影响较大。土壤质量评价法是一个较为系统科学的评价体系,过程复杂,工作量较大。因此,在大面积、定量、快速评价土壤质量时,急性毒性评估方法是优选方法。 (6)崇明花菜种植区和稻麦轮作区土壤pH值、硝酸盐、可溶性盐符合植物生长的正常范围,但也存在硝酸盐在土壤表层累积、土壤缺磷等问题。芦笋大棚存在酸化现象,并随棚龄增长,酸化程度加剧。大棚土壤中硝酸盐、速效磷、可溶性盐含量均高于露天种植的花菜土壤和稻麦轮作区土壤,存在盐渍化、施肥过量和用肥不均等现象。示范区土壤主要受As、Hg和Cd重金属污染严重,Pb、Cr和DDTs含量尚未超标。 (7)花菜土壤10月份土壤抑制率(30.48%)明显高于其它月份,这与换种蔬菜时的翻耕和人