aes 应用和环境土壤学 1687 - 7675 1687 - 7667 Hindawi 10.1155 / 2021/3197361 3197361 研究文章 源识别和重金属浓度的空间分布在葱领域游客摄政,印度尼西亚爪哇岛中部 戴维· Triyani 1 5 Martono 艾迪 2 https://orcid.org/0000 - 0001 - 5336 - 9133 Hanudin Eko贸易 3 Harini 莉香 4 克莱门特 拉斐尔 1 印尼农业环境研究所 杰。Jakenan-Jaken PO。盒子05 Pati 爪哇 印尼 2 植物保护系 农业学院 意大利Gadjah马达思班 Bulaksumur 日惹市55281 印尼 ugm.ac.id 3 土壤科学学系 农业学院 意大利Gadjah马达思班 Bulaksumur 日惹市55281 印尼 ugm.ac.id 4 环境地理 学院地理位置 意大利Gadjah马达思班 Sekip先后 Bulaksumur 日惹市55281 印尼 ugm.ac.id 5 环境科学研究生院 意大利Gadjah马达思班 55284年Pogung 6 Sinduadi日惹 印尼 ugm.ac.id 2021年 25 8 2021年 2021年 18 4 2021年 18 7 2021年 12 8 2021年 25 8 2021年 2021年 版权©2021 Triyani戴韦- et al。 这是一个开放的文章在知识共享归属许可下发布的,它允许无限制的使用,分布和繁殖在任何媒介,提供最初的工作是正确的引用。

青葱广泛种植的初级商品作物游客摄政,印度尼西亚爪哇岛中部。葱中重金属的分布信息领域的游客摄政,爪哇中部,印尼,还没有可用的。因此,本研究进行了识别和空间浓度分布的几种重金属(铅、Cd、Co、铬和镍)和大葱的可能来源字段通过实地调查和一系列的实验室和统计测试。重金属的总浓度进行了分析从184年抽样点葱字段的游客摄政,爪哇中部,印度尼西亚,从2019年8月到10月在旱季。重金属浓度如下:Cr >镍>铅>有限公司> Cd。的值总铅、Cd,有限公司Cr、和土壤中镍浓度7.84 - -18.94,0.99 - -2.31,3.02 - -9.98,10.40 - -49.55,10.17 - -26.62毫克公斤−1,分别。所有这些重金属的浓度值仍低于农业土壤和低于临界值除了Cd的表层土壤背景值。基于重金属的浓度,大葱字段在游客摄政,爪哇中部,被归类为未受污染的土壤。多元地质统计学分析是用来确定和描述金属的起源。铅、铬和镍主要源自天然来源,而Cd和人为来源(农业和工业)。

 论文项目印尼的农业研究与发展机构(IAARD) 农业部的中华人民共和国 047 /可耐福天津公司/ KP.320 / H.1/11/2019 意大利Gadjah马达思班 3190 / UN1 / DITLIT / DITLIT / PT / 2021 1。介绍

重金属等有害环境污染农业土壤。据报道,他们的存在在环境中自然和人为来源。自然来源是岩石、家长材料、植被、火山生成的粒子,而人为来源包括运输、采矿、工业活动,污水,和污水灌溉、不受控制的使用化肥和农药,残留有机物( 1- - - - - - 3]。大气沉积在城市也是一个已知的污染来源和土壤种植农业用途( 4- - - - - - 6]。

农业土壤中重金属可能积累大量过量施用农药(杀虫剂和肥料)和改良后应用,大气、和农业机械使用。据估计,人为来源的贡献高于天然来源( 4, 7]。这里,镉(Cd)、铅(Pb)和铬(Cr)可以在越来越多的高水平由于不使用农药。当被植物根系,他们会损害农作物,减少整体农业产量。最重要的是,重金属累积污染的环境,反过来,扰乱了食物链,减少地下水水质 8, 9]。

游客摄政是最重要的一个大葱生产中心在Java中,如果不是印尼、实践集约农业,包括不受控制的杀虫剂和肥料。一般来说,当地农民种植葱和一次性种植一年三次旋转系统涉及其他作物如水稻、辣椒、玉米、茄子。然而,农业用地尚未达到最优生产率低土壤肥力等约束,植物疾病暴发和害虫。为了克服这些问题,当地农民普遍使用化肥和农药,但在实践中,发现他们的应用程序是过度和不受控制的,因此有可能污染环境。在其增长,大葱从土壤中吸收营养,其中可能包括重金属,后来转移到农产品。作为污染物,他们可以降低作物产量和质量和食品安全。另一方面,大葱种植预计将实现环保实践在未来实现可持续农业( 10- - - - - - 13]。

许多研究者研究了农业用地在游客摄政:例如,有机氯和有机磷杀虫剂残留物中发现的水稻,土壤、水样( 14];葱农业发展土地的适宜性和可用性评估( 15, 16];土壤质量退化由于农药的应用程序( 11];农民在使用农药的行为和大葱种植 17, 18];和铅浓度葱灯泡( 19]。没有研究报道重金属的空间分布在葱领域游客摄政,印度尼西亚爪哇岛中部。因此,目前的研究是必要的。

多元统计分析方法分析数据,由许多相互依赖的变量。主成分分析(PCA)已广泛应用于地球化学应用程序来确定污染来源和分配自然和人为的贡献。聚类分析(CA)通常是伴随着PCA的检查结果,并提供一个分组个人参数和变量。结合主成分分析和GIS技术在土壤的研究被用来识别空间插值和variability-measured土壤变量。地质统计学是用来构造区域分布地图,然后相对于地理,地质、土地利用区域使用地理信息系统(GIS)软件。基于GIS的空间分布,金属可以用来识别可能的来源和污染或风险热点[ 20.- - - - - - 22]。

本研究旨在确定几种重金属的空间分布和浓度(铅、Cd、Co、Ni和Cr)和调查可能的这些污染物来源在葱领域游客摄政,印度尼西亚爪哇岛中部省份。

 2。材料和方法 2.1。研究地点

这项研究是在游客进行摄政爪哇岛中部北部海岸,印度尼西亚,从6°44′延伸至7°21′年代和108°41 11′′109°e .地图显示土壤采样点如图 1。游客摄政的热带气候。基于2019年的数据,游客不接收总降雨量3729毫米,发生在1月和2月,最高的分别为670毫米和686毫米。大约有172雨天,其中大部分被记录在3月和12月,算作29天。始成(美国农业部土壤分类学分类)是主要的土壤发展研究的位置。游客不占地面积1769 .62公里2,38.1%的农业用地和剩下的61.9%用于非农业用途。摄政被选为研究基于其位置葱生产力,和坚持不懈的练习过多的肥料和杀虫剂的应用程序可能会导致重金属污染和土地退化的大葱字段。

这项研究的土壤采样点位置和游客摄政,印度尼西亚爪哇岛中部。

 2.2。土壤采样

土壤采样进行了旱季期间从2019年8月到10月。总共184份土壤样本(深度0-20厘米)和五个次级样本收集从50到100英亩的土地使用土钻。这些土壤样本完全混合和胀大。大部分样本减少到1 - 2公斤,根据土壤标记观察过程。GPS(全球定位系统)是用来记录土壤采样坐标。土壤集合后,所有样品都是第一个天干在树荫下,地面用杵和臼,用0.5 mm筛过滤,然后在一个集成实验室分析印尼农业环境研究所(IAERI) Jakenan,印度尼西亚爪哇岛中部。

 2.3。化学分析

土壤pH值测定酸度计使用水提取物和水保比1:2.5(重量/体积)。总的重金属含量(铅、铬、Co、Cd和Ni)土壤中使用HNO测定3-HClO4混合消化。合成液体提取测量的原子吸收光谱仪(AAS),然后与各重金属的标准系列。重金属含量测量各自的波长:Pb = 217.0 nm, Cd = 228.8 nm,有限公司= 240.7 nm,倪= 232.0 nm, Cr = 357.9海里。他们计算各自的校正曲线。对于每一个重金属,提取的溶液的吸光度是受七复制测量用原子吸收光谱法在两个不同时间获得集中值。%恢复精度限制= 75 - 125% [ 23]。铅、Cd、Co、铬和镍浓度计算使用以下公式: (1) 总重金属含量 毫克 ⋅ 公斤 − 1 = C 曲线 x v w x f p x f 公斤ydF4y2Ba , 在哪里 C曲线是重金属浓度得到的原子吸收光谱法(毫克公斤−1), V是最后的萃取剂体积(毫升), W样品的重量(克), 《外交政策》是稀释因子, 颗是样品水分含量的校正因子。每个金属检测极限(LoD)是Pb = 0.0261毫克公斤−1Cd = 0.0196毫克公斤−1Cr = 0.0266毫克公斤−1有限公司= 0.0094毫克公斤−1倪= 0.0083毫克公斤−1。

 2.4。数据分析

执行的统计分析是运用Minitab 16个项目。每个重金属浓度进行了分析的原始数据的正态分布使用Kolmogorov-Smirnov测试。研究采用三种多元分析。相关分析确定重金属之间的关系,主成分分析(PCA)类似的金属组织确定其可能的来源,和聚类分析分组根据观察到的重金属来源。地质统计学是一组统计工具的输入和处理时间和空间数据坐标( 24- - - - - - 26]。空间分布(地图)的五个葱字段中的重金属含量与简单克里格插值生成ArcGIS 10.4。

 3所示。结果与讨论 3.1。描述性统计和土壤中重金属浓度

本节总结了重金属浓度的统计分析结果,土壤pH值、土壤有机碳(SOC)和阳离子交换量(CEC)水平在游客摄政葱字段,爪哇中部(表 1),土壤重金属浓度的样品(图 2)。土壤中的重金属的平均浓度范围从1.78±0.27,21.52±7.42毫克公斤−1升序的Cr >镍>铅>有限公司> Cd。他们的背景值是59.5,29.0,27.0,11.3,和0.41毫克公斤−1;因此,所有的意思是浓度低于各自的背景值,除了Cd。

土壤中重金属浓度的统计分析结果的大葱领域游客摄政,印度尼西亚爪哇岛中部省份。

变量 n 的意思是 最小值 马克斯 SD 简历 偏态 峰度 BGV 钴测试
毫克公斤−1 % 毫克公斤−1
Pb 184年 12.53 7.84 18.94 2.50 19.95 0.4 −0.45 27.0 0.058
Cd 184年 1.78 0.99 2.31 0.27 15.00 −0.75 0.48 0.41 0.095
有限公司 184年 6.33 3.02 9.98 2.17 34.34 0.06 −1.34 11.3 0.092
倪 184年 16.22 10.17 26.62 3.53 21.73 0.48 −0.35 29.0 0.073
Cr 184年 21.52 10.40 49.55 7.42 34.50 1.33 1.86 59.5 0.117
pH值 184年 6.44 5.02 7.60 0.50 7.80 −0.27 -0.16 - - - - - - 0.058
SOCe 184年 0.91 0.35 3.30 0.37 40.35 2.70 11.66 - - - - - - 0.169
CECf 184年 39.10 11.07 62.15 8.33 21.29 −0.15 0.39 - - - - - - 0.061

SD,标准偏差;简历,变异系数(%);BGV、背景内容( 27];钴,Kolmogorov-Smirnov测试;有机碳、土壤有机碳(%);CEC、阳离子交换量(cmol(+)公斤−1)。

重金属浓度的土壤样本葱领域游客摄政,印度尼西亚爪哇岛中部。

土壤pH值范围从5.02到7.60,51.6%的样本低于6.5,47.3%在6.5和7.5之间,只有7.5高出1.1%。土壤pH值的影响因素,并母质、植被类型、矿物组成、有机质、气候和人类活动的。母体材料的矿物成分不是这个属性的唯一决定因素;人类活动,如长期化学施肥(主要是氮)生产硫酸铵和石灰,可以改变土壤的pH值( 28- - - - - - 30.]。

SOC含量葱字段在3.30%和0.35之间,通常归类为很低(< 69%)1%,30%低2 - 3%,而且只有1%属于中度如果SOC在2到3%之间。CEC值从11.07到62.15不等cmol(+)公斤−1非常高的类别较低。土壤有机碳提高了土壤的物理性质。它增加了阳离子交换量(CEC)和持水能力。除此之外,它有助于粘土土壤结构稳定性的帮助将粒子绑定到骨料。阳离子交换量(CEC)是土壤的阳离子总量的最大数量可以保存在一个给定的pH值,与土壤溶液可用于交换。CEC用来衡量生育,营养保留能力,保护地下水免受阳离子污染的能力。CEC和SOC之间的关系通常是受到土壤pH值和当地气候的影响,主要的条件土壤物理化学( 31日]。

低标准偏差意味着重金属浓度分散同质的研究地点。Pb的偏态值,Cd, Co和倪−1和1之间,表明正态分布。除了Cr,所有重金属峰度值低于1,显示正常,低峰态分布。简历(变异系数)演示了不同指标的措施。较低的简历表明农业土壤重金属污染的天然,而高的简历通常是相关的人为来源的重金属( 32- - - - - - 34]。Pb的CVs, Cd,倪是19.95%,15.00%和21.73%(低变化、CV < 25%),这意味着,在研究地点,这些元素的自然(成土的工艺和家长材料)。同时,有限的CVs和Cr分别为34.34%和34.50%(温和的变化,25% < CV < 75%),表明人为作用和Cr条目进入土壤。

 3.2。重金属浓度的相关系数分析结果

相关分析定义几个变量之间的关系,帮助确定影响因素的一个元素的来源。一个重要的和积极的土壤中重金属之间的相关性表明类似的污染源。每一对重金属的皮尔森相关系数的显著性水平 p < 1%。Pb-Cr Pb-Ni(0.622),(0.577),和镍铬(0.636)有一个非常显著的正相关( p < 0.01 );土壤pH值还强烈与土壤CEC(0.202)(表 2);这些金属对假定来自同一来源。同时,Cd-Cr有非常显著的负相关(−0.292):Cd含量越高,较低的土壤中铬的存在。

皮尔逊相关系数的土壤中重金属浓度葱领域游客摄政,印度尼西亚爪哇岛中部。

Pb Cd 有限公司 倪 Cr pH值 SOC CEC
Pb 1
Cd 0.025 1
有限公司 −0.063 −0.071 1
倪 0.622 ∗ ∗ −0.092 −0.010 1
Cr 0.577 ∗ ∗ −0.292 ∗ ∗ −0.042 0.636 ∗ ∗ 1
pH值 0.004 −0.069 0.037 −0.050 0.039 1
SOC −0.017 0.122 0.122 −0.094 −0.118 −0.134 1
CEC 0.015 −0.154 ∗ 0.108 0.039 0.141 0.202 ∗ ∗ −0.043 1

∗ 重要, p < 0.05 。 ∗ ∗ 重要, p < 0.01 (−)负相关。

研究发现镍和铬intercorrelated。它被认为是与岩石的类型和数量,使土壤形成的岩层。此外,镍和铬也可以人为的来源,石灰石,肥料,肥料,土壤中镍和铬的结果与不同浓度土壤母质( 35, 36]。

 3.3。主成分分析(PCA)的结果

主成分分析是用来确定土壤污染物的起源。主成分分析结果和加载的情节五重金属在表 3和图 3。表 3提供的特征值提取的两个组件都高于1.0。这两个组件(PC1和PC2)解释的总方差的67.10%。根据主成分矩阵(表 4)、铅、镍、和Cr包含在PC1解释的总方差的45%。同时,PC2包括Cd(负加载)和有限公司(正装)和解释的总方差的22.1%。

PCA的土壤中重金属浓度结果葱领域游客摄政,印度尼西亚爪哇岛中部。

主成分 特征值 总方差的比例 累计比例
%
1 2.2485 45.00 45.00
2 1.1074 22.10 67.10
3 0.9404 18.80 85.90
4 0.3751 7.50 93.40
5 0.3286 6.60 100.00

加载块铅、Cd,有限公司Cr,倪从两个组件(PC1和PC2)。

主成分(PC)矩阵相关重金属浓度在葱领域游客摄政,印度尼西亚爪哇岛中部。

重金属 PC1 PC2
Pb 0.546 −0.246
Cd −0.0165 −0.749
有限公司 −0.042 0.598
倪 0.580 −0.068
Cr 0.580 0.130

PC1,包括铅、镍、铬、来自相同的自然来源,如结石组件由母公司控制材料。这个发现也证实了先前的研究报告低铅,镍,铬污染从自然资源( 20., 37, 38]。基于相关系数和主成分分析结果,Cd和Co的第二部分(PC2)不是intercorrelated。Cd金属主要来自人为的来源,例如,长期应用化肥、农药和有机肥( 39- - - - - - 41]。主成分分析中的重金属和因素之间的相关性显示各污染物的来源(人为、自然或组合)。然而,它是相当复杂的区分说元素对环境的影响 42]。同时,公司主要是与结石起源父材料和人为来源等农业活动,工业和生活垃圾。自然土壤中Co浓度高达40毫克公斤−1。在欧洲,最容易发生高的地区土壤中Co浓度的人为来源主要是工业和运输领域 43]。增加铬、钴和镍在伏伊伏丁那,塞尔维亚,解释的分布模式和超基性的和父母镁铁质岩石和人为来源从行业在几个地方 44]。

 3.4。聚类分析(CA)的结果

层次聚类分析(HCA)旨在分类变量和测量其接近其他变量的形式系统树图:轴的值越低,表示变量之间的关系更重要 45- - - - - - 47]。基于聚类分析(CA)的结果(图 4),确定了两个不同的集群:集群1包括铅、镍、和Cr,而集群2包括Cd和有限公司HCA结果同意的主成分分析结果,分析分类铅、镍,铬在集群1 Cd和集群时2。第一个集群是自然因素有关,而第二个主要是与人为因素有关。

系统树图的五个重金属在葱字段(病房的链接)。

 3.5。重金属的空间分布

Pb的空间分布、Cd、铬、Co和镍浓度在葱领域游客摄政,爪哇中部省份,印度尼西亚,呈现在图 5。铅、镍和铬葱领域显示出类似的分布模式在较低的浓度,即。在西部和中部农业地区Losari Bulakamba,分别。被检测出含有高Pb内容Wanasari北部和东部的Jatibarang。高镍浓度被发现在南部地区游客摄政,当高铬的存在在东北部。结石等自然资源因素和家长材料被认为控制铅,镍,铬含量在农业土壤( 32, 38, 48, 49]。

土壤中重金属浓度的空间分布地图的大葱领域游客摄政,印度尼西亚爪哇岛中部。

Cd的范围主要是在1.73 - -1.95毫克公斤−1,在几乎整个农业土壤,除了东北摄政的一部分:Wanasari和游客。高镉浓度是由动物粪便的农业实践,比如长期应用,杀虫剂,和磷肥料。在其他的研究中,存在Cd在农业土壤与肥料的使用显著相关(氮、磷、钾和混合肥料)( 36, 41]。磷酸盐肥料的长期应用会增加Cd浓度土壤中不增加污染的风险。相比之下,结合肥料动物粪便磷肥(70%和30%)创建一个Cd污染在短时间内的风险更高,最大可能性的Cd对土壤造成破坏,在55.21% ( 50]。

大葱种植的农民行为的游客摄政,爪哇中部,还是过度使用农药。此外,使用没有按照推荐剂量的质量、类型和应用方法。化学杀虫剂和肥料的使用不匹配的建议剂量影响环境。此外,如今,农民也不愿意使用有机肥料和大葱种植改良物,这是强烈建议恢复土壤肥力。农民使用杀虫剂的行为是提高环境安全的关键。几个因素影响了行为。等是意识的水平、态度、感知风险、知识和自我效能感。绝大多数农民应用杀虫剂没有个人防护设备,所以农药可能会暴露在呼吸系统( 51, 52]。

葱领域的钴浓度范围从3.02到9.98毫克公斤−1。他们来自工业废水、农业活动、生活垃圾和采矿活动。公司也可以来自农药,各种有机材料,污水污泥,食品垃圾、堆肥和污泥。公司的低浓度土壤源于父母材料包括沉积物的岩石,石灰石、粘土岩,砂岩砾岩、砂质灰岩,和少量的安山岩( 53, 54]。工业区的发展在游客摄政正在增加。记录在Banjarsari Ketanggungan Bulakamba,增加影响土地流转功能,从农业到工业,影响环境。有几个环境问题在游客摄政,包括水、空气和土壤的污染。这是由于几个因素,包括许多行业,汽车排放,气候变化,全球变暖,农药应用、温室气体等。

公司在南部扩散浓度较低,这是一个更高的土地相比,北方地区的游客摄政,爪哇中部。土壤中重金属分布取决于地球成因学的,人为和气候。多项研究表明,重金属的分布受多种因素的影响,如交通水平、风向、地形。旱地土壤淋溶,超过低地土壤由于降雨和水分条件( 55, 56]。重金属可能由于自然过程,如再分配和动员从岩石风化表层和次表层水,洪水,化学和物理反应的过程发生在土壤中。洪水在运输中发挥作用重金属微粒,特别是在高度污染的集雨。这是发现在旱季,沉积物中重金属的浓度较高。相比之下,在雨季,悬浮沉积物中的金属浓度较高( 57- - - - - - 60]。

 4所示。结论

目前重金属浓度的研究提供了信息,其可能的来源,和分布在葱领域游客摄政,印度尼西亚爪哇岛中部省份。铅、Cd、Cr、Co和镍金属在土壤的临界极限下可能影响食品安全。多变量分析和地质统计学表明,铅、镍,铬主要来自天然来源如父的材料。Cd等来自人为来源的应用化学肥料,肥料和杀虫剂。与此同时,公司来自自然和人为来源的混合物(农业生产活动、工业和生活垃圾)。本研究可用于建立政策和计划补救策略来减少重金属积累在农业用地通过环保技术应用生物炭,堆肥和生物杀虫剂。

 数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

 的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

 确认

的研究论文项目是由印度尼西亚农业研究与发展机构(IAARD)和农业部(047 /可耐福天津公司/ KP.320 / H.1/11/2019)。出版的研究也支持等项目(3190 / UN1 DITLIT / DITLIT / PT / 2021)在Gadjah马达思班。

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