Движущие факторы накопления кадмия, свинца, меди, цинка в сельскохозяйственных почвах и продуктах Северо-Китайской равнины

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 7429 (2023) Цитировать эту статью

294 доступа

Подробности о метриках

Накопление тяжелых металлов в сельскохозяйственных почвах касается продовольственной безопасности. В данном исследовании с помощью Географического детектора было изучено влияние шести типов факторов (одиннадцати факторов) на накопление Cd, Pb, Cu, Zn в сельскохозяйственных почвах и продуктах Северо-Китайской равнины и подтвержден доминирующий фактор. Результаты показали, что тяжелые металлы накапливались в сельскохозяйственных почвах региона, а накопление Cd было серьезным. На накопление тяжелых металлов существенное влияние оказали политические факторы (управление и сокращение использования удобрений и пестицидов), факторы внесения удобрений (применение органических и химических удобрений), пестицидные факторы (применение гербицидов и инсектицидов) и факторы атмосферного осаждения (тяжелые металлы). концентрация металлов в атмосферных выпадениях). Политический фактор доминировал над остальными тремя типами факторов. Атмосферные выпадения и избыточное применение удобрений и пестицидов непосредственно приводят к накоплению тяжелых металлов. Из-за высоких концентраций тяжелых металлов и обильного внесения органических удобрений в сельскохозяйственные почвы внесено большое количество тяжелых металлов. Это исследование предполагает, что сформулированные планы внесения удобрений и действий по сокращению использования пестицидов могут эффективно снизить накопление тяжелых металлов в сельскохозяйственных почвах и продуктах на исследуемой территории.

Что касается безопасности сельскохозяйственной продукции, в Китае большое внимание уделяется загрязнению сельскохозяйственных почв тяжелыми металлами. Коммюнике, основанное на первом национальном исследовании состояния загрязнения почв с 2005 по 2013 год, было выпущено Министерством охраны окружающей среды и Министерством земель и ресурсов Китая1. В коммюнике показано, что 13,3% почвы страны загрязнено тяжелыми металлами, а типичными тяжелыми металлами на загрязненных пахотных землях являются Cd, Ni, Cu, As, Hg и Pb. В исследовании2 был проведен обзор исследований по загрязнению почв сельскохозяйственных угодий в Китае с 2000 по 2018 год, показавший, что средняя концентрация Cd на сельскохозяйственных угодьях составляла 0,86 мг/кг. Среднее значение превысило порог скрининга риска (0,6 мг/кг) загрязнения почвы на сельскохозяйственных угодьях Китая3. Отдельное исследование4 показало, что сельскохозяйственные угодья, расположенные в пределах периметра центра города в северном районе Северо-Китайской равнины, служили основной зоной обогащения тяжелыми металлами. Тяжелые металлы могут препятствовать росту сельскохозяйственных культур5, тем самым снижая урожайность сельскохозяйственных культур. Кроме того, тяжелые металлы, содержащиеся в сельскохозяйственной продукции, накапливаются в организме человека, вызывая токсическое воздействие. Превышение предельных значений содержания тяжелых металлов в продовольственных культурах было более распространено на юге Китая, чем в других регионах6. Частично это произошло из-за высокой фитодоступности тяжелых металлов, вызванной закислением почвы7. В Китае имеется лишь 8,2% пахотных земель мира, но в нем проживает примерно 18,1% мирового населения. Загрязнение пахотных земель тяжелыми металлами является важной проблемой для выживания китайского народа.

Тяжелые металлы в сельскохозяйственные почвы поступают из двух типов источников: природных и антропогенных. Природные источники связаны с типами почв и исходным почвенным материалом8. Например, на Cr и Ni в почве в основном повлияли материнские породы Вэйфана, Китай9, а Cu и Zn имели геогенное происхождение в сельскохозяйственных почвах Сиалкота, Пакистан10. Большинство тяжелых металлов в сельскохозяйственные почвы поступают из антропогенных, а не природных источников. Выплавка металлов сильно повлияла на Cu, Pb, Zn и As в сельскохозяйственных почвах долины Шандань на северо-западе Китая11. Выхлопы транспортных средств являются одним из основных антропогенных источников тяжелых металлов в почвах сельскохозяйственных дорог в Иордании12. Атмосферные отложения были основным источником тяжелых металлов, включая Cd, Hg, As, Cu, Pb, Zn, Cr и Ni, в сельскохозяйственных почвах в Хэйлунцзяне и Чжэцзяне, Китай13,14. Сельскохозяйственная производственная деятельность также оказала большое влияние на попадание тяжелых металлов в сельскохозяйственные почвы. Накопление тяжелых металлов в почве сельскохозяйственных объектов в Шоугуане, Китай, было связано с применением органических удобрений, фосфорных удобрений и комплексных удобрений15. Пестициды были предложены в качестве одного из важных антропогенных источников тяжелых металлов в сельскохозяйственных почвах16. Было продемонстрировано, что возврат соломы непосредственно приводит к заметному накоплению Cd в сельскохозяйственных почвах равнины Цзянхань в центральном Китае17. Оросительная вода была основным источником тяжелых металлов (As, Cd, Cu и Hg), на долю которых приходилось 60–71% общего поступления в сельскохозяйственные почвы в дельте реки Янцзы, Китай18. Кроме того, применение твердых биологических веществ, орошение сточными водами и удаление отходов также повлияло на накопление тяжелых металлов в сельскохозяйственных почвах8.