江淮地区典型农业小流域水环境质量演变过程及驱动机制
文献类型：学位论文
| 作者 | 张洪 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2008-05-01 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 单保庆 |
| 关键词 | 农业集约化 磷 重金属 农药残留 生态风险 agricultural intensification phosphorus heavy metals pesticides residuals ecological risk |
| 其他题名 | The evolutive process of agricultural watershed environment quality and its driving mechanism in Yantze-Huaihe region, China |
| 学位专业 | 环境科学 |
| 中文摘要 | 自20世纪80年代以来，环境污染问题导致了几乎所有地处江淮地区湖泊水环境质量下降，其中又以富营养化、重金属污染和农药残留问题最为突出。在同一时期，在该地区各农业流域，农业集约化迅速发展，化肥农药的大量投入改变了流域物质通量。流域水环境质量作为末端水体水质的第一道屏障，其持续恶化过程与农业集约化的关系尚不清楚。研究污染物在沉积物中的分布特征及其潜在的风险水平，重建流域水环境质量演变过程，不仅有助于我们对于流域水环境演变驱动机制的探索，还可以为流域管理措施的制定提供理论依据。本研究选择巢湖北岸中庙附近的六叉河农业小流域作为江淮农业高产区农业流域的代表，利用基于137Cs年代学方法建立的沉积物年代序列，研究磷素持留、重金属累积和农药残留的时空分布特征，揭示农业集约化对流域水环境质量演变的影响，建立江淮农业小流域水环境质量演变过程及驱动机制。研究结果表明： 1、过去几十年的农业集约化发展，是导致磷素在流域多水塘系统中累积的主要因素。20世纪80年代是一个时间节点，在此之前，多水塘沉积物中全磷含量维持相对稳定水平，其均值在200 mg•kg-1，此后由于磷肥的大量施用，磷素在水塘沉积物中迅速累积，到2004年，沉积物中磷含量均值达到了400 mg•kg-1。从磷的赋存形态上看，沉积物中化学活性最强的KCl-P不到全磷的0.3％；NaOH-Pi占13-46％，其变化趋势与全磷类似，与磷肥的施用密切相关；而沉积物中Ca-P与Res-P在各自历史时期有小幅变化或者基本维持稳定。由于铁铝氧化物的吸附是多水塘沉积物持留磷的主要机制，研究表明沉积物中铁铝含量基本维持不变，那么沉积物中磷素的持续累积将可能打破原有的吸附解吸平衡，造成流域水环境质量的持续恶化，并可能加剧末端水体的污染状况，给水污染治理带来新的问题。 2、多水塘沉积物中重金属累积也与流域农业集约化的迅速发展密切相关。磷肥的大量施用不仅带来了磷污染问题，也导致重金属在水塘沉积物中大量累积。从时间分布特征上看可以将重金属输入历史分为两个阶段。第一阶段是上世纪80年代以前，流域没有或者只有轻度的重金属污染，重金属含量基本不变；第二个阶段是上世纪80年代以后，农业活动迅速的集约化过程中磷肥的大量施用导致了水塘沉积物中重金属的快速累积，人为活动输入的重金属含量呈增加趋势。上世纪80年代Cd平均含量为0.13 mg•kg-1，到2004年，其平均含量升至0.33 mg•kg-1，而在80年代之前仅为0.08 mg•kg-1。其余金属分布也存在类似的变化趋势。重金属富集系数（EF）表明流域多水塘中的Cd完全源于人为输入，而且近年来这种来源有加重的趋势。基于总量的重金属污染评价结果表明，流域Ni和Pb重金属污染严重，而对重金属形态的分析表明，Cd总量中有10-30％为可交换态和碳酸盐结合态，这意味着多水塘沉积物有较高的Cd释放风险。流域重金属污染分析表明，六叉河流域已经存在较严重的重金属污染，这直接造成了流域水环境质量下降，并可能进一步威胁到末端水体－巢湖的水环境质量。 3、农业集约化过程中大量的农药投入，是导致农药残留主要因素。流域中HCHs经过几十年已经基本降解完全，其最高检出率仅为6.98％。而DDTs大多降解为更加稳定、更难降解的DDE。DDTs的检出率高达100％。塘汇水区土地利用类型导致的农药输入量不同是造成不同类型塘沉积物中农药残留的主要原因。旱塘的DDTs残留最高，DDE残留平均水平为209.8 ng•g-1，从分布上看，DDT残留与有机质呈负相关，而且在沉积物中有向下迁移的趋势。对DDTs残留的生态风险评价结果表明，沉积物中DDT，DDD和DDE残留在高于ERM (effects range-median) 值的比例在40％以上。总的来说，流域水塘沉积物中DDT残留有90％以上超过了各自的ERL (effects range-low) 值，这说明DDTs残留在流域中具有较高的生态风险。沉积物中农药残留问题严重影响到了流域水环境质量，给人民健康带来了严重威胁。考虑到江淮地区在我国粮食和蔬菜生产中举足轻重的作用，农药的残留问题必须引起高度重视。 |
| 学科主题 | 环境化学 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2010-06-03 |
| 源URL | [http://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/296]  |
| 专题 | 生态环境研究中心_环境水质学国家重点实验室 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 张洪. 江淮地区典型农业小流域水环境质量演变过程及驱动机制[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2008. |
入库方式： OAI收割
来源：生态环境研究中心
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