伊朗西部库尔德斯坦省有效重金属浓度及土壤性质评价gydF4y2Ba

摘要gydF4y2Ba

重金属(HMs)是环境中的主要污染物。多年来，伊朗在集约化作物生产中大量施用化肥，导致了环境风险和生态浪费。为了更好、准确地推荐肥料，有必要研究土壤中HMs的吸附情况。本研究的目的是评估伊朗西部两个不同深度(0-20和20- 40 cm)温室场地的有效重金属(Cd、Cu、Fe、Mn、Ni、Pb和Zn)浓度。与其他国家的研究相比，所研究的土壤有效态重金属浓度较高，这是由于不同肥料的杂质输入造成的。在几乎温室研究的土壤样品中，锰、铅和锌的浓度最高。因此，必须提倡平衡施肥计划和降低肥料和肥料中的重金属浓度，以保持温室土壤中重金属的安全浓度。gydF4y2Ba

关键字gydF4y2Ba

有效浓度，重金属，土壤，污染，库尔德斯坦，伊朗gydF4y2Ba

简介gydF4y2Ba

随着城市化进程的加快和对农产品需求的增加，如今许多国家的温室栽培迅速发展，相对于露天栽培，温室生产对农业生产者具有更大的经济效益[gydF4y2Ba1gydF4y2Ba-gydF4y2Ba5gydF4y2Ba］．现在有更多的国家参与温室生产，例如欧洲、加拿大、墨西哥和美利坚合众国(特别是加利福尼亚和佛罗里达)。温室在印度、日本和韩国等亚洲国家也在广泛发展。gydF4y2Ba6gydF4y2Ba，gydF4y2Ba7gydF4y2Ba］．伊朗的温室产量在世界上排名第20位。伊朗以温室栽培系统生产更多蔬菜，包括黄瓜(gydF4y2BaCucumis巨大成功gydF4y2Ba)、番茄(gydF4y2Ba茄属植物lycopersicumgydF4y2Ba)、甜椒(gydF4y2Ba甜椒gydF4y2Ba)、草莓(gydF4y2Ba草莓属ananassagydF4y2Ba)和混合蔬菜。众所周知，除了农产品的数量外，对质量的关注也是应该考虑的一个关键因素。gydF4y2Ba8gydF4y2Ba，gydF4y2Ba9gydF4y2Ba］．温室生产系统对环境和农业部门既有有利影响，也有不利影响[gydF4y2Ba10gydF4y2Ba］．提供人工条件的温室栽培在农业发展中具有特别重要的作用。提高单位面积产量，每年种植一种以上作物，用生物方法精确控制病虫害，一年四季持续工作和生产，是引导伊朗农民进入温室种植的最重要因素。人类的生活质量取决于所食用食物的化学成分和环境条件[gydF4y2Ba11gydF4y2Ba，gydF4y2Ba12gydF4y2Ba］．由于农民意识不强，温室栽培管理不善，缺乏对科学原则的重视，造成了许多环境问题[gydF4y2Ba13gydF4y2Ba，gydF4y2Ba14gydF4y2Ba］．温室的集约化管理包括化肥、有机肥和农药的过量使用，种植指数过高，温度过高，在某种程度上造成了土壤和植物中污染物的积累等生态和土壤污染问题。重金属在植物中积聚，作为农产品消费者的食物链对人类健康构成威胁[gydF4y2Ba15gydF4y2Ba，gydF4y2Ba1gydF4y2Ba］．由于温室蔬菜消费已成为人类饮食的重要组成部分，为确保食品安全，研究有效因子对温室土壤和产品中重金属等污染物积累的影响至关重要。因此，本研究旨在探讨高施肥对伊朗西部温室土壤重金属积累和迁移的影响。gydF4y2Ba

材料与方法gydF4y2Ba

研究区为伊朗西部库尔德斯坦省(纬度36000′N，经度47000′e)的一个温室小镇，面积不足700 mgydF4y2Ba^2gydF4y2Ba．研究区温室采用不同化肥用量的管理方法。平均施用化肥量约为120 t hagydF4y2Ba^{－1gydF4y2Ba}岁gydF4y2Ba^{－1gydF4y2Ba}．尿素、过磷酸钙和复混肥是大棚区主要施用化肥类型。温室通常的灌溉方式是滴灌。大棚从建成之日起，就以这种方式经营了10年。研究温室蔬菜以黄瓜和番茄为主。土壤样品采集时间为2016年8月。从库尔德斯坦大棚城的各个大棚中采集了7个土壤样品。使用不锈钢螺旋钻在每个部位分别进行两种不同深度的采样(0-20和20-40 cm)。同时，在研究省份的两个不同深度，在温室附近随机选取一个非农业样本进行比较。每个土壤样品为5个子样品的混合物，采用聚乙烯袋收集，在室温(25±1°C)下风干，研磨并筛过2- mm进行理化分析。gydF4y2Ba

化学分析gydF4y2Ba

土壤性质根据Rowell(1994)给出的方法确定。土壤pgydF4y2Ba^HgydF4y2Ba采用1:5土水比悬浮液和玻璃电极pgydF4y2Ba^HgydF4y2Ba仪表(型号Inolab pgydF4y2Ba^HgydF4y2Ba7110)。将土壤与水(1:5,w/v)混合后，使用玻璃电极(712型电导计)测量土壤电导率(EC)。有机物的测定采用沃克-布莱克法，该方法是建立在有机物被K氧化的基础上的gydF4y2Ba_2gydF4y2BaCrgydF4y2Ba_2gydF4y2BaOgydF4y2Ba_7gydF4y2Ba和HgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba所以gydF4y2Ba_4gydF4y2BaFeSO滴定法gydF4y2Ba_4gydF4y2Ba．阳离子交换容量(CEC)是用1 mol L饱和土壤来测定的gydF4y2Ba^{－1gydF4y2Ba}醋酸钠溶液(pgydF4y2Ba^HgydF4y2Ba8.2)、洗涤土壤可溶性钠(NagydF4y2Ba^+gydF4y2Ba)，提取可交换性钠gydF4y2Ba^+gydF4y2Ba1mol LgydF4y2Ba^{－1gydF4y2Ba}中性醋酸铵。碳酸钙(CaCOgydF4y2Ba_3.gydF4y2Ba)用25 ml 0.5 N HCl煮沸2.5 g土壤，并用0.25 N NaOH滴定后测定。根据Lindsay和Narvel(1978)，混合萃取剂由0.005 mol L -1 DTPA(二乙烯三胺五乙酸)，0.01 mol L组成gydF4y2Ba^{－1gydF4y2Ba}CaCl2和0.1 moLgydF4y2Ba^{－1gydF4y2Ba}茶(三乙醇胺)在pgydF4y2Ba^HgydF4y2Ba采用7.3提取有效重金属(Cd、Cu、Fe、Mn、Ni、Pb、Zn)。采用原子吸附谱仪测定了不同重金属的有效浓度。重金属浓度以mg kg为单位gydF4y2Ba^{－1gydF4y2Ba}干重。为控制结果的准确性，对每个样品进行两次重复分析。gydF4y2Ba

统计分析gydF4y2Ba

使用SAS (Version 9.3)、静态软件包(SAS Institute, 2011)和Microsoft Excel 2013进行数据分析。采用完全随机区组设计的Duncan检验，确定了大棚土壤和露地土壤化学性质的显著差异(P<0.05)。采用Minitab 16静态分析软件，对温室土壤0 ~ 20 cm和20 ~ 40 cm土壤重金属Cd、Cu、Fe、Mn、Ni、Pb、Zn的有效浓度分别进行主成分分析。gydF4y2Ba

结果与讨论gydF4y2Ba

土壤特性gydF4y2Ba

库尔德斯坦土壤样品的主要化学特征载于(gydF4y2Ba表1gydF4y2Ba)．pgydF4y2Ba^HgydF4y2Ba土壤样品磷含量在7.03 ~ 8.09之间，平均值为7.56，低于耕地土壤磷含量gydF4y2Ba^HgydF4y2Ba(平均值8.13)。这可能与根系植物的呼吸作用和CO含量的增加有关gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba集约化栽培大棚根区压力可降低土壤磷含量gydF4y2Ba^HgydF4y2Ba根际或硝化过程[gydF4y2Ba16gydF4y2Ba-gydF4y2Ba18gydF4y2Ba］．电导率(EC)也有变化，在库尔德斯坦大棚土壤样品中，电导率为0.10 ~ 1.52 dS m-1，显著高于耕地土壤约6倍。在所有土壤样品中，除大棚土壤样品中的土壤1外，表层土壤的电导率高于底土(可能是由于大棚温度较低和底土盐分积累所致)。温室条件下的高温和蒸发量的增加导致表层土壤盐类的毛细上升和向上迁移，从而增加土壤的盐度[gydF4y2Ba17gydF4y2Ba，gydF4y2Ba4gydF4y2Ba］．Yun-Cai等的研究表明，中国温室土壤的EC变化在1.9 ~ 9.9 dS m-1之间。他们报告说，土壤中硝酸盐的大量积累会导致盐碱化问题。显然，由于温室栽培中不同肥料的大量施用，有机质(OM)含量与耕地土壤相比较高(在研究的温室土壤样品中平均为2.8%)，土耳其温室土壤的研究结果表明，OM的平均值约为3.48%。而农田OM含量约为2.05% [gydF4y2Ba19gydF4y2Ba］．Chen等报道，温室土壤OM含量是农田土壤的2倍。Wang等指出，在小麦和玉米种植的农田中，OM约为1.1%。详见(gydF4y2Ba表1gydF4y2Ba)， OM含量随深度的增加而降低，这与Kong等的研究结果一致。碳酸钙(CaCOgydF4y2Ba_3.gydF4y2Ba)含量在10.71 ~ 19.94%之间，平均为15.32%。温室土壤与耕地土壤在碳酸钙含量上存在显著差异gydF4y2Ba_3.gydF4y2Ba内容(gydF4y2Ba表1gydF4y2Ba)．温室土壤CEC平均值为8.53 ~ 22.16 cmolc kggydF4y2Ba^{－1gydF4y2Ba}．温室土壤的阳离子交换容量约为耕地土壤的4 ~ 3倍。OM含量高表明温室土壤具有明显的阳离子交换能力(CEC)。gydF4y2Ba

表1。gydF4y2Ba所研究的温室和耕地土壤样品的化学性质。gydF4y2Ba

事实上，在pgydF4y2Ba^HgydF4y2Ba高于3(有机质PZC)会导致土壤中负电荷位点增加CEC [gydF4y2Ba18gydF4y2Ba，gydF4y2Ba4gydF4y2Ba］．结果表明，温室条件下土壤CEC含量增加。Moritsuka等报道了中国温室土壤CEC的平均值为18.7 cmolc kggydF4y2Ba^{－1gydF4y2Ba}．中国温室和露天土壤的平均CEC分别为25.5和17.25 cmolc kggydF4y2Ba^{－1gydF4y2Ba}分别为(gydF4y2Ba20.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba4gydF4y2Ba，gydF4y2Ba12gydF4y2Ba］．gydF4y2Ba

温室土壤gydF4y2Ba

所研究温室土壤的有效浓度显示于(gydF4y2Ba表2gydF4y2Ba)．Mn、Pb和Zn的有效浓度约为7.27、8.99和8.39 mg kggydF4y2Ba^{－1gydF4y2Ba}有效态Cu、Fe和Ni的平均浓度分别为4.28、1.68和1.60 mg kggydF4y2Ba^{－1gydF4y2Ba}而耕地土壤中不同重金属的平均有效浓度均低于大棚土壤(gydF4y2Ba表2gydF4y2Ba)．这可能与不同肥料的杂质、温室土壤长期高施肥率有关。Yang等报道了中国温室土壤中有效铜、铅、锌的平均含量为25.70 ~ 52.30ϒ 26.80 ~ 52.70 mg kg和84.90 ~ 92.70 mg kggydF4y2Ba^{－1gydF4y2Ba}分别与露天土壤差异不显著。西班牙温室土壤重金属有效浓度分别为30.20ϒ 36.00和68.90 mg kggydF4y2Ba^{－1gydF4y2Ba}分别为Cuϒ Ni和Pb。然而，西班牙的农田土壤的浓度比温室土壤低约3倍[gydF4y2Ba21gydF4y2Ba，gydF4y2Ba22gydF4y2Ba］．Sungur等在土耳其温室土壤中的结果表明，Cuϒ Niϒ Pb和Zn的有效浓度平均值分别为34.95ϒ 44.66ϒ 15.63和43.91 mg kggydF4y2Ba^{－1gydF4y2Ba}土耳其耕地土壤有效重金属浓度分别为1.30ϒ 0.24ϒ 0.10和1.80 mg kggydF4y2Ba^{－1gydF4y2Ba}分别为Cuϒ Niϒ Pb和Zn [gydF4y2Ba8gydF4y2Ba，gydF4y2Ba23gydF4y2Ba，gydF4y2Ba16gydF4y2Ba］．根据土壤深度的不同，表层土壤中各重金属有效浓度高于底土，且在较多的情况下，对根系植物吸收和植物组织毒性有危险，对消费者健康风险较高。gydF4y2Ba

表2。gydF4y2Ba有效重金属的平均浓度。gydF4y2Ba

主成分分析gydF4y2Ba

采用主成分分析(PCA)对研究土壤表层和底土有效重金属含量数据进行分析，以更好地了解它们之间的相互关系。gydF4y2Ba表3gydF4y2Ba而且gydF4y2Ba4gydF4y2Ba分别显示温室表层(0-20 cm)和底土(20-40 cm)样品化学数据中解释的因子、特征值和相关方差。三个因子的特征值都大于1。3个提取因子分别解释了Sanandaj样品表土和底土数据集方差的62.7和81.5%和82.9和84.8%。基于特征值，3个主成分(PC1、PC2和PC3)分别对Sanandaj温室样品表土和底土的总方差分别解释了62.7和82.9%和79.0和84.8%。PC1和PC3分别对Cd和Mn(0.543和0.598)和Pb(0.527)和Cu(0.452)表现出正因子加载，占总方差的36.0%和25.8和21.1%。锌、铁、镍在PC1、PC2、PC3之间呈部分负载。而PC1、PC2和PC3对Cd、Ni和Fe、Mn的正因子载荷分别占总方差的44.2、23.1和17.5%。其他重金属(Cu、Pb、Zn)在Sanandaj温室底土样品中没有明显的分离。Karimi Nezhad等在伊朗Ahvaz地区土壤PCA分析中发现Cu、Mn、Pb、Zn存在正相关因子。Kong等发现，温室表层土壤中Cd、Cu、Pb、Zn含量呈正相关，且与农业生产活动有关。 Bai et al, suggested that greenhouse cultivation had a significant effect on the accumulation of Cd, Cu and Zn in soils. Heavy metals input to the soil from natural and anthropogenic resources. PC1 can be consider to present anthropogenic input since the mean concentrations of Cd, Mn, Ni and Pb in greenhouse soils were higher than arable soils (表2gydF4y2Ba)．这些金属的人为输入可能包括灌溉、施肥、农药施用和工业化活动造成的大气沉积[gydF4y2Ba21gydF4y2Ba，gydF4y2Ba24gydF4y2Ba，gydF4y2Ba25gydF4y2Ba］．gydF4y2Ba

表3。gydF4y2Ba0-20 cm有效重金属主成分分析矩阵。gydF4y2Ba

表4。gydF4y2Ba20-40 cm内有效重金属主成分分析矩阵。gydF4y2Ba

结论gydF4y2Ba

对伊朗西部温室大棚土壤重金属有效浓度和土壤性质进行了研究。结果表明，温室土壤Mn、Pb和Zn在大部分土壤中浓度最高，且表层土壤富集量大于底土;与耕地土壤相比，过量和长期使用肥料和粪肥等人为活动是土壤污染的主要来源。应完善管理模式，特别是在化肥的使用和需求策略的使用上，以降低污染物在土壤和地下水资源中的高蓄积率，确保食品安全[gydF4y2Ba26gydF4y2Ba-gydF4y2Ba30.gydF4y2Ba］．还需要适当和有效的农业推广服务，以帮助传播和实施肥料战略。由于小规模农业与过度施肥有关，向统一管理的大规模生产转变，如合作社和企业，也将减少这些土壤中的重金属污染。gydF4y2Ba

确认gydF4y2Ba

作者非常感谢Panahi先生为Bu-Ali Sina大学准备土壤样品和实验室设备。gydF4y2Ba

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