污灌区农田土壤稀土元素空间分布规律及其对人体健康的影响--以包头市南郊为例

The research focused mainly on sewage-irrigated area(SA) located in the southern suburbs of Baotou City,as the main research object to the farmland soil, grain and vegetables, inhabitant hair and blood of SA,researching effect on human health of rare earth elements(REE) in farmland soil of sewage-irrigated area(RFSA).the area will be divided into 500×500 m cells and samples of surface soil will be collected in each cell. Both soil pollution survey and environmental geochemical survey be applied for soil analysis; profile, grain and vegetables samples will be collected in the abnormal and the sewage overflew areas.and hair and blood samples will be collected ordinarily resident in the SA.Analysing REE content of various samples, back propagation(BP) neural network model based on establishment of a database through comprehensive treatment.Combined with spectral clustering algorithm and BP network method,revealing the space distribution of farmland soil REE in SA,analyzing the causality between endemic of REE pollution-related in permanent residents and RFSA,Cerium(Ce) will be determined iconic indicator elements for warning contamination level of RFSA by empirical analysis.Putting forward optimization principles and scientific countermeasures for solving REE pollution problem of farmland soil in SA through examination.

本项目选择包头市南郊工业污水灌溉区为重点研究区，以污灌区农田土壤、种植的粮食和蔬菜、常住居民头发和血液为研究对象，研究污灌区农田土壤稀土元素对人体健康的影响。将土壤污染状况调查与环境地球化学调查工作方法相结合，在野外工作中将研究区划分为500×500 m的网格距，每网格节点布设1个采样点并采集表层土壤样；在严重污染区布置土壤剖面样，并采取粮食、蔬菜样品，在污灌区常住居民中有选择性地采取头发和血液样品。室内工作主要分析各类样品中稀土元素含量，以建立数据库为基础，构建BP（Back Propagation）网络模型；将谱聚类算法和BP网络法相结合，对基础数据进行综合处理、分析，揭示污灌区农田土壤稀土元素空间分布规律，分析污灌区农田土壤稀土元素与当地常住居民中和稀土污染有关地方病之间的因果关系，通过实证性分析确定稀土元素铈为预警土壤稀土污染水平的标志性指示元素。为解决稀土污染提供科学对策。

【目的】研究包头市南郊四道沙河流域污灌区农田表层土壤及其种植的粮食、蔬菜稀土含量及分布特征；并重点研究四道沙河支流泄洪渠表层土壤及其剖面稀土含量和分布特征。【方法】采集污灌区农田表层土壤样品，并进一步将污灌区详细划分为昆都仑河灌溉区（K区）和四道沙河灌溉区（S区）。在初步获得K、S区农田表层土壤稀土含量的基础上，选择样点采集粮食、蔬菜样，分析其稀土元素含量，综合分析污灌区农田表层稀土分布特征及农田土壤质量污染程度。重点研究四道沙河支流泄洪渠城梁八队段表层土壤，挖10个土壤剖面采集土样并分析稀土元素含量。综合分析泄洪渠表层土壤及其剖面稀土对土壤质量的污染程度。为方便研究，将16个稀土元素分为5组：即La-Ce-Pr-Nd（REE1），(Pm)-Sm-Eu-Gd（REE2），Gd-Tb-Dy-Ho（REE3），Er-Tm-Yb-Lu（REE4）和Sc-Y（REE5）。【结果】K区ΣLRE/ΣHRE在8.515～16.522，平均值为11.189；S区ΣLRE/ΣHRE 在7.754～15.960，平均值为11.830；K—S区农田土壤中轻稀土元素高度富集。研究区农田表层土壤除REE3属于无污染外，REE1、REE2、REE4、REE5四组的稀土元素都属于中等污染。四道沙河支流泄洪渠表层土壤稀土总量ΣREE平均值为5975.049 mg/kg，其中LRE平均值为5867.390 mg/kg，HRE平均值为107.659 mg/kg，且ΣLRE/ΣHRE平均值为53.855。在整个土壤表层所有稀土元素都表现为高度富集的同时，还表现为常见的轻稀土元素高度富集。运用污染负荷指数法评价土壤质量等级，泄洪渠土壤剖面REE1、REE2属于极强污染，REE3以强污染为主；REE4、REE5以中等污染为主。所有16个稀土元素复合污染的二级区域污染负荷指数达2.606，以强污染为主。【结论】K—S区农田土壤稀土污染水平是无污染到中等污染，且S区农田土壤稀土污染程度略高。在农产品种植结构调整中注意不要种植根类蔬菜，种植特定农作物还是比较安全的。四道沙河流域曾经随意排放的稀土工业废水，既有对流经区域农田等表土层的严重污染，也有通过下渗对地下含水层的污染，还有直接泻如黄河对黄河的污染。外源稀土对地下含水层的污染，将使包头市在50～100年后，具有暴发稀土等重金属元素缓变型地球化学灾害的潜在危险。