黄河上游农业生态系统中复合污染物的环境过程及生态效应

研究表明，黄河上游农田污染主要来自该地区灌溉用黄河水中的石油类、挥发酚和重金属等所形成的复合污染。本项目以黄河上游相对无污染的刘家峡黄灌区和污染较严重的白银黄灌区为研究地，以黄河灌溉水、农田土壤、农作物和土壤动物为研究对象，采用人工建立可控样地，通过生态毒理学研究及化学分析等方法，表征复合污染物（石油类、挥发酚和重金属铅、铜、镉）在黄河水-农田土壤-土壤动物（线虫和蚯蚓）-农作物（粮食作物小麦、玉米，蔬菜作物白菜、萝卜）间的时空分布、迁移和累积规律，揭示其在农业生态系统中的环境过程；研究复合污染物对土壤动物和农作物毒性的剂量-效应关系及生物体的响应，阐明其生态毒理效应及作用机制。项目研究将为指导农业安全生产和建立人群健康风险评价的指标体系提供科学依据，并为合理规划和保护黄河上游农业生态系统安全提供科学依据和技术支撑。

黄河上游地区农业土壤多为弱碱性，灌溉用水主要为黄河水及其支流。然而，处于黄河兰州段下游地区的农业生态系统中污染物现状、时空分布、迁移和累积规律及其毒理效应尚不清楚。本项目选择兰州黄河段上游相对无污染的甘肃永靖县刘家峡镇的黄灌农业区为对照样地、选择兰州黄河段下游污染较严重的甘肃白银四龙镇黄河灌溉农业区为研究样地，两地直线距离约110公里,旨在探讨长期污灌条件下，农田生态系统中有机及无机污染物的种类、时空分布、迁移转化规律及在当地粮食作物和蔬菜作物中的积累效应。. 项目四年执行期中，按照项目计划书内容，项目组成员在所选择的刘家峡和四龙镇两地，通过租赁农民的耕地，连续四年以种植当地玉米、春小麦、萝卜和白菜为主，并采集各时期水样、土样和农作物各部分组织进行检测，同时，初步探讨了原位移除污染物的效果，主要研究内容包括：（1）当地黄河灌溉水、耕地土壤不同层中污染物的种类、分布及浓度；（2）耕地土壤当中主要重金属的赋存形态比例；（3）主要粮食作物春小麦与玉米、蔬菜作物白菜与萝卜各组织中污染物的种类及积累浓度；（4）玉米与豆科植物间作、春小麦不同种植密度对土壤重金属污染物的移除效果。经过四年的研究，结果显示：（1）资源枯竭城市--白银四龙镇的黄河灌溉水、土壤及主要农作物各组织中有机污染物未检出、无机污染物在白银四龙镇以重金属Cd、Pb、Cu、Zn为主，土壤中大型动物种类和数量极少；（2）重金属Cd、Pb、Zn、Cu在土壤各层中弱酸溶解态、可还原态、可氧化态、残渣态比例不尽相同，不同的重金属与农作物积累效应间存在复杂的关系；（3）农作物各组织中重金属Cd、Pb、Zn、Cu的积累浓度与其在土壤中的背景值、赋存形态具有密切的关系；（4）玉米与豆科植物间作、春小麦不同种植密度的耕作研究结果显示，在不减少产量的前提下， 两种方式均可有效提取土壤当中重金属污染物。. 本项目探明了黄河上游弱碱性土壤环境条件下主要重金属在农田生态系统中的时空分布、赋存形态、迁移转化规律及初步的适宜当地的重金属移除方式，结果可为指导农民开展安全农业生产和建立人群健康风险评价指标体系提供科学参考。