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随着全球性城市化和工业化的持续发展,人类活动引起的城郊土壤重金属污染已对粮食安全和人群健康构成了潜在的威胁。为此探索调控城郊土壤中重金属的输入、输出和累积速率已成为环境科学与土壤科学研究的前沿议题。论文在综合分析国内外相关研究成果的基础上,通过实地调查、采样分析并运用静态质量平衡(Static Balance,SB)方法分析了北京东郊污灌区不同种植条件下土壤中Cu的输入、输出及变化特征,其主要结论如下:
(1)北京东郊污灌区土壤表土层(0～20cm)中的Cu含量在12.13～39.13mg·kg-1之间,平均值为26.61mg·kg-1,标准差系数为0.25；心土层(20～40cm)中Cu的含量在11.10～30.91mg·kg-1之间,平均值为22.54mg·kg-1,标准差系数为0.22。其值显著高于研究区土壤Cu的背景值(16.0mg·kg-1),但低于国家土壤环境质量二级标准,故研究区土壤主体未见Cu污染。
(2)研究区污水灌溉活动和大气干湿沉降向土壤中输入Cu的速率分别为214.5g·hm-2·a-1和144.91g·hm-2·a-1,这是土壤中Cu累积的主要途径；不同农作物从土壤中输出Cu的速率序列为:棉花(128.87g·hm-2·a-1)>夏玉米-冬小麦(83.94g·hm-2·a-1)>夏玉米(63.42g·hm-2·a-1)>冬小麦(20.52g·hm-2·a-1)。故种植非食源性经济作物-棉花能够有效地缓解土壤中Cu的累积。
(3)研究区小麦植株各组织中Cu的平均含量序列为:籽壳(13.52mg·kg-1)>茎叶(6.64mg·kg-1)>根系(3.66mg·kg-1)>籽粒(3.40mg·kg-1),玉米籽粒中Cu的平均含量为6.64mg·kg-1,小麦和玉米籽粒中Cu含量均未超过国家食品中铜限量卫生标准(GB15199-94)(10mg·kg-1)；向日葵籽粒中Cu含量超过了国家食品中铜限量卫生标准,故长期食用向同葵花籽及其制品将会面临健康风险；棉花植株体各组织中Cu的平均含量序列为籽粒(11.32mg·kg-1)>茎杆(6.80mg·kg-1)>叶(6.56mg·kg-1)>根系(5.44mg·kg-1)>果壳(4.56mg·kg-1)>纤维(1.79mg·kg-1),棉花籽粒中Cu含量已超过国家食品中铜限量卫生标准,故在遵守棉花籽粒禁止制作食用油规定的前提下,种植棉花不会对人群健康构成潜在威胁。