家庭电器电子产品生命周期解析及其典型拆解区土壤—水稻系统重金属空间变异特征

来源 :浙江农林大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wangzhenyu86
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食品安全与人体健康休戚相关,然而近年来,食品安全问题层出不穷。作为我国最主要粮食作物,水稻的品质显得颇为重要。现阶段,土壤污染已然成为影响稻米产量与品质的一大源头因素。重金属因具有非生物降解性、持久性等特点,极易在土壤中累积并阻碍作物正常生长,且会通过食物链在人体中产生生物放大效应。在引起重金属污染的众多污染源中,电子垃圾(WEEE或E-waste)已成为其中一大来源。非正规电子垃圾拆解回收过程中的不规范操作,使得拆解残液、残渣等有毒有害物质通过大气沉降、污水灌溉等方式进入农田,造成土壤、水体环境重金属污染。因此,急需开展家庭废旧电器电子产品回收行为调查研究,理清普通家庭对日常电子垃圾的回收处理意愿;基于对电子垃圾回收利用的途径调查,选取典型电子垃圾拆解区内土壤——水稻系统的重金属污染开展研究,为建立废弃电器电子产品回收处理系统提供基础信息,为典型电子垃圾拆解区水稻安全生产提供科学指导,以提高大众对回收电子垃圾的环保意识,保障产区农产品安全生产。本研究以浙江农林大学学生家庭为主要问卷调查对象,得到有效样本273份,旨在掌握18种家庭电器电子产品的生命周期,明晰废旧电器收集途径,探明消费者对家庭电子垃圾的回收行为;基于实地调查,本研究选取浙江省温岭市电子垃圾拆解集中的区域,共采集土壤、水稻样品90对、地表水样品8个、剖面样品5个(污染组)及远离电子垃圾拆解区的土壤样品5个、地表水样品6个、剖面样品5个(对照组),以Cd、Cu、Pb、Zn、Ni等5种重金属元素为主要研究对象,分析其在土壤、水稻、地表水中的含量,利用地统计学等多种空间分析方法并结合GIS技术,研究电子垃圾拆解区土壤——水稻系统重金属的污染情况、空间变异特征、对应关系,得出以下主要结论:(1)根据调查,家庭电器电子产品保有量大、废弃率高,消费者购买二手产品比例低。小型通讯设备和IT设备比大型家用器具的使用年限短、更新速度快、更具再循环利用空间。电子垃圾仍以非正规回收处理为主,回收成本是影响正规回收企业效益的首要因素,也是消费者选择回收方式时考虑的关键因素。电子垃圾非正规回收处理时,最看重产品的设备运行状况,其次考虑已使用年限。大部分消费者未来更倾向于将电子垃圾实行正规回收。目前,我国废弃电器电子产品回收处理体系仍有待完善,与此同时可将非正规回收纳入一个更环保、更规范的电子垃圾回收处理系统,减少电子垃圾对环境的污染。(2)以浙江省土壤背景值为参考,重金属Cd、Cu、Pb、Ni、Cu、全量的平均值均超过阈值,分别为0.38 mg·kg-1、35.13 mg·kg-1、35.40 mg·kg-1、28.13 mg·kg-1、121.38 mg·kg-1,且有68%样品为轻度污染,24%为中度污染,8%为重污染。土壤重金属潜在生态风险参数Ei平均值均低于40,等级RI均值均小于150,表明研究区总体潜在生态风险较低。通过单因子污染指数和内梅罗综合污染指数评价,发现研究区局部水稻土壤不同程度地受到该5种重金属污染,浅层地表水也受到Cd污染,但总体上符合农作物安全生产要求。研究区TS层(020 cm)和SS层(2040 cm)中重金属Cd、Cu、Pb、Zn浓度均高于其他土层,且显著高于在对照组中的重金属浓度(P<0.05),而Ni受自然因素影响,含量变化较不明显。局部Morans’I指数结果表明,土壤Cd、Cu、Zn高值集聚区主要分布在研究区北部,Pb高值区主要位于西北部,Ni的东北部呈现局部高度集聚。土壤重金属污染分布图显示,土壤Pb和Cd的空间分布格局相似,大体呈西北向东南递减趋势,土壤Zn呈自北向周边递减趋势,土壤Cu则南部和北部含量较高,土壤Ni因自然源因素而空间格局不同,呈东北-西南递减趋势,因此,研究区土壤重金属污染可能是由研究区内分布的电子垃圾非正规拆解活动及其他工业化发展等人为因素引起的。(3)与国家食品安全限值对比,水稻Cd样品含量最大值为0.434 mg·kg-1,是标准值0.2 mg·kg-1的2倍多,水稻Zn的最大值为52.696 mg·kg-1,同样超过了食品安全限值50 mg·kg-1,可见,研究区部分区域水稻样品存在一定的Cd、Zn污染风险。依据单因子污染指数评价结果,水稻Zn和Cd超标率分别为1.11%和8.9%,表明研究区存在一定潜在健康风险。水稻重金属都存在一定变异性,重金属Cd、Cu、Zn、Ni的变异系数分别为123.16%、18.12%、19.17%、95.71%,其中,水稻重金属Cd、Ni属于高度变异,Cu和Zn属于中等变异。水稻Cd、Cu克里格插值最优模型为指数模型,Ni、Zn分别拟合高斯模型、球状模型,Cd、Cu、Ni块基比分别为41.85%、31.73%、46.34%,为中等程度空间相关,Zn块基比为0.43%,具有强空间相关性。水稻Cd、Zn空间分布格局相近,呈西北分别向东南部和东部递减趋势,Cu含量北部较高,向周围逐步递减,西南部存在一高值区,Ni含量整体呈东部向西北部递减趋势。水稻重金属空间分布与在土壤中相似,总体来看,水稻重金属空间分布格局与土壤中相同重金属分布格局大体一致,尤其是重金属高值区所在区域基本相同,表明土壤重金属浓度在一定程度上影响水稻中重金属的累积。(4)根据土壤——水稻系统重金属相关性分析,水稻Cd、Zn分别为土壤中全量Cd、Zn存在显著相关关系,对应的Cu、Ni则不相关,而水稻Cd、Zn和Ni与对应土壤重金属有效态均显著相关,表明土壤重金属全量不能全面表征重金属对作物的生物有效性。土壤——水稻系统中重金属富集能力总体上为Cd>Zn>Cu>Ni,表明Cd的迁移能力相对较强,研究区可能存在潜在Cd污染风险。重金属富集系数的空间分布图表明,土壤——水稻系统中Ni、Zn、Cd在研究区西部的有效性最高,迁移能力最强,Cu在东部有效性较高。通过方差分析,杂交稻对Ni、Zn、Cd的富集能力强于常规晚稻品种,通过主成分分析,表明土壤理化性状对土壤——水稻系统重金属迁移累积具有一定影响,表明重金属生物有效性受土壤理化性状和水稻品种影响。
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