尼泊尔巴德岗地区砖窑排放对农田土壤质量的影响

摘要

本研究旨在评估尼泊尔巴德岗附近农田土壤质量及砖窑对土壤不同理化参数的影响。通过对土壤理化特征、土壤肥力和土壤重金属污染状况的测定，研究了土壤重金属污染状况。在整个研究期间，土壤吸水率为2.4 ~ 3.3 mg/L, pH值为5.885 ~ 7.64，有机碳含量为0.277 ~ 0.93%，有机质含量为0.477 ~ 1.603%。土壤养分含量为0.829 ~ 3.764 mol/L，硝酸盐浓度为0.984 ~ 29.99 mol/L。结果表明，土壤中铬、铅等重金属含量均在允许范围内，但50 m处土壤中铬、铅等重金属含量较高，距离砖窑较远土壤中铬、铅等重金属含量较低。50 m处土壤物理参数和养分含量明显不足，100 m和150 m处土壤养分含量逐渐增加。物理参数的变化表明，土壤重金属含量和养分含量与距离窑的距离成正比;即土壤质量随距离的增加而增加。

1.介绍

现代技术的发展是尼泊尔等发展中国家加快工业化和城市化进程的关键决定因素。但是，在寻求快速经济增长的过程中，发展被认为是关键的优先事项，而环境保护却没有得到同样的重视。因此，一些工厂建得杂乱无章，导致了土壤、水和空气等自然资源的恶化。因此，由于工业化和机械化为满足人口需求服务，环境污染急剧增加。随着人口的增长，建筑用砖的需求也在增加，使砖产业成为一个蓬勃发展的产业[1]．

砖窑的最终结果被称为土地退化。土地退化是指土地质量的下降。当土地退化时，土壤的生产力下降。除非采取措施恢复生产率并遏制进一步的损失，否则失业率将会下降。不同研究对砖田的数据分析也表明，大量的生产性和潜在的农业用地被分配给砖田。遗憾的是，砖田大多位于河边肥沃的农田，因为它需要质地优良的粘质、粉质、壤土。移走肥沃的表层土壤会使土地变得贫瘠[2]．同样，对克什米尔谷地巴德加姆区(印度)砖窑的研究也表明，在空气质量、人类健康、特别是植被方面对环境产生了一些重大的负面影响[3.]．同样，从白沙瓦的一个农业区收集了土壤、灰尘和植物样本，并对重金属浓度进行了分析。在土壤、植物和灰尘样本中发现了高水平的Cr和其他重金属，这表明植物通过根部吸收了金属[4.]．同样，在古吉拉特（印度西部）的工业区土壤污染下对土壤污染进行的研究表明，通过收集和分析25种土壤样本来研究污染源的25种表面土壤样本来研究土壤元素组成的空间变化。来自苏拉特土壤周围的工业活动的人为人类学[5.]．砖窑对赫久里整体环境的影响也得到了类似的结果，导致土地退化问题[2]．

尼泊尔的砖窑主要集中在加德满都山谷和泰国地区。尼泊尔建立了超过500窑。这些砖窑取出砖制品的表土;因此，这对农业作物产生了直接影响，因为它降低了土壤的生育状态。表土拆除的负面影响导致农业产出的减少，提高取代丧失营养物的成本。从砖窑释放有害气体到环境改变了氮循环等自然过程，导致生育率降低，降低土壤中营养成分的变化和含量的变化。营养浓度的这种变化会增加土壤中的重金属含量降低整体质量[5.]．重金属含量越高，土壤阳离子交换能力越低，有机碳含量越低，持水能力越低[6.]．

关于发达国家砖窑或任何工业领域的影响，文献中已有相当数量的研究。就尼泊尔而言，很少有研究表明砖窑是造成环境污染的原因，其中大多数是基于对空气污染因素的测量。这就是在像尼泊尔这样的发展中国家由于研究差距而无法获得必要数据的原因[7.]．目前还没有对这些建在居民区的窑所影响的土壤质量及其对砖窑周围农业土壤的影响进行检查或分析。因此，将砖窑污染与其对环境的影响联系起来是一项有必要的研究。为了分析砖窑对农业土壤的影响，对位于尼泊尔巴德岗的砖窑周边地区进行了一项基于现场的研究。

为确定砖窑的影响，分别从距离砖窑50 m、100 m、150 m四个方向分别采集12个土样，分为以下三大类进行分析:对土壤物理参数的影响，是通过分析土壤质地、有机碳含量、有机质含量、吸水能力和ph值等不同物理参数来确定的。同样，土壤肥力是通过测定土壤中养分含量，即硫酸盐和硝酸盐的含量，使用紫外可见分光光度计。利用原子吸收光谱法测定土壤中铬、铅等不同重金属含量，进一步确定土壤中重金属污染程度。

2.材料和方法

2．1．选址

砖窑的选择是基于与农田的近距离，因为该研究包含了耕地污染的确定。为此，在Bhaktapur的砖窑被选择，周围是裁剪区域。这是许多这样的砖窑的代表，不仅在巴德岗，而且几乎在尼泊尔的其他所有地方，这些砖窑都在农田的中心。

2.2。土壤样本的集合

采集砖窑周围东、西、北、南四个方向50m、100m、150m处0 ~ 30cm深度的土壤样品。从现场采集的12个样本都被转移到密封的塑料袋中，并贴上适当的标签。土壤样品被标记为,在那里距离砖窑( m, 100 m, and 150 m) and是方向(=东、西、北、南)。样品风干，去除外部物质。然后使用不同筛分尺寸的筛分设备对样品进行筛分(毫米)。筛过的样品(>2 mm)保存以便进一步测定。

2．3．提取

50克的样品是在一个250毫升的锥形烧瓶中从砖窑周围的12个地点采集的。将50毫升蒸馏水按1:1的比例加进去，放入机械振动筛中摇10分钟。然后，将混合物保持静止30分钟。样品用滤纸过滤。对于混浊的滤液，用3000个循环/分钟的离心机离心5分钟。

2．4．土壤物理参数的测定

将100毫升蒸馏水加入到10克的土壤中，在玻璃漏斗的颈部安装有羊毛玻璃。这些样品保存2-3小时。在此期间，测定了土壤吸水和持水能力[8.]．土壤质地采用国际吸管法测定。土壤pH用蒸馏水按1:2 .5 (w/v)的比例(土壤:水)用pH计(Orion 5-Star, Thermo)测定[9.]．每个样本取三组数据，取三组数据的平均值。通过使用1.724的转化因子，通过使用伴风和布莱克方法和有机物质测定有机碳。

2．5．土壤化学参数的测定

将25ml甘油与含有15ml浓度的溶液混合。HCl，50ml蒸馏水，50mL（95％）异丙醇，37.5g NaCl形成条件试剂。同样，通过将1.479g分析级无水硫酸钠称重并将其溶解在蒸馏水中，制备标准硫酸盐溶液。最后，使用条件试剂，标准硫酸盐溶液和样品溶液，使用Thermo Sciencific Genesys 10S UV-Vis分光光度计在420nm的波长下进行硫酸盐分析[10]．

绘制了不同浓度的标准溶液和蒸馏水的硫酸浓度(mg/L)与吸光度的标准校准曲线[10]．采用0.01 M CuSO萃取比色法对土壤样品进行硝酸盐分析_4.解决方案。用CuSO提取干净的土壤提取物_4.Ca(哦)₂, MgCO_3.。与h接触的硝酸盐₂所以_4.在干燥条件下产生引起2,4-酚二磺酸位置硝化的硝酸。该产品为硝基酚类指示剂，在碱性介质中呈黄色，用Thermo Scientific GENESYS 10S紫外-可见分光光度计在415 nm处测定吸光度。

用不同浓度的硝酸根，绘制了硝酸根浓度(mg/L)与吸光度的标准校准曲线工作方案和提取解决方案[11]．每个样本取三组数据，取三组数据的平均值。

2．6．土壤重金属污染

重金属构成了一组界定不清的无机化学危害。砖窑以大量的煤和橡胶轮胎为燃料，以不科学的方式生产砖，对环境造成不良影响。在受污染地点最常见的金属是铅(Pb)和铬(Cr) [12那13]．铅和铬的分析使用火焰光度法原子吸收光谱仪(AAS)热电子公司在加德满都大学的AEC实验室。每个样本取三组数据，取三组数据的平均值。

3.结果和讨论

3．1．对土壤物理参数的影响

土壤质地采用国际吸管法(< 1mm土壤大小)测定。土壤质地类别是基于不同比例的砂、粉、粘土，以百分比表示[14]．土壤的质地是根据美国农业部的质地分类确定的。土壤质地为粉砂壤土，分别在50米、100米、150米的砖窑处采集(图)1， 桌子1)．一般来说，这类土壤能够保留适量的有机质[15那16]．

有机碳是决定土壤对土壤质量有益影响的重要参数。它改善土壤结构，提高透气性和透水性，提高保水能力，为植物的生长提供营养。超过0.8%的有机碳水平被认为是优质土壤[14]．有机碳水平大于0.75%表示肥力良好[14那17]．采用重铬酸钾氧化法测定土壤中有机碳含量₂CR.₂O._7.)．研究区土壤有机碳含量为0.277% ~ 0.93%1)．砖窑以南50 m处土壤有机碳含量最低，为0.277%;砖窑以西150 m处土壤有机碳含量最高，为0.93%。土壤有机碳的变化可能是有机物质实践变化的结果，也与表层土壤去除过程直接相关。砖窑附近土壤样品中有机碳含量在一定范围内较低。由于粘土对有机质的稳定作用，土壤质地对土壤有机碳(SOC)具有重要的影响[14]．然而，南部50米的浓度相对较低，这是由于阿兰尼科高速公路加德满都-巴克塔布路段的车辆产生的烟雾的额外影响。

有机质是土壤养分的主要来源。研究区土壤有机质变化范围为0.477% ~ 1.603%1)．由于有机碳含量低，靠近砖窑附近的有机物。土壤中的有机质含量随距离窑的距离逐渐增加;然而，西方的浓度较高而不是任何其他方向都归因于耕地中的肥料的使用较高，而南部的相对低的浓度是由于在Araniko公路的加德满都 - 巴克塔普尔段运行的车辆的空中沉积物。

土壤pH是陆地环境生态条件的重要指标[14]．它会影响植物养分的可用性以及土壤微生物的活性。此外，土壤可以是有毒物质的沉积物或载体，如重金属和pH降低（酸化）药物。氮，磷和钾等主要营养素的最大可用性以及硫，钙和镁等二次营养素在6.5至7.5的pH范围内发现了硫，钙和镁14那17]．此外，在酸性条件下，土壤pH值增加了Pb、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni和Zn的迁移率，而在碱性条件下则发生相反的现象。pH值可以很好地识别土壤的化学性质，较高的pH值表明植物生长的最佳范围，而较低的pH值会对植物的正常生长造成问题[14]．样品的pH值范围为5.885 ~ 7.64(表2)．记录的土壤样品pH值范围从略微酸性到中性。50米以50米和西部的土壤样品的pH值为6.8，显示出轻微的酸性特性，因此它显然是从砖窑中产生的影响。南部土壤样品是中性的。100米北部土壤的pH为5.8，降低土壤微生物活性。

吸水率是决定土壤质量的另一个因素。土壤应能吸收足够的水分。如果水分流失到土壤中，土壤质量就会恶化。土壤的持水能力影响作物的生长、腐烂方式以及在干旱时期向作物供水的能力[18]．由于影响测定结果的因素很多，因此所得样品的吸水率值也各不相同。在砖窑烟囱的南面，阿兰科高速公路加德满都-巴克塔普尔路段的存在导致远处的吸水率下降。相比之下，随着距离烟囱距离的增加，东西方向上的值呈增加趋势(表1)3.)．当土壤失去更多的水，其渗透能力恶化，因此，水位中的深度变化发生了剧烈变化。由于反复加热而改变了土壤质地不允许雨水渗透以形成地下水。由此产生的效果降低到水位的深度，并且由于在砖窑行业之前的高生产率和肥沃的地区出现了较大的土地。

3．2．对土壤肥力的影响

从四个方向上的三个不同距离所取的样品的吸光度通过UV-VIS分光光度计获得420nm的用于硫酸盐，在415nm处用于硝酸盐，同时使用校准曲线进行浓度的计算。

分析的土壤样品横跨各个方向，透露，在50μm，100μm和150米的距离下，从砖窑烟囱中硫酸盐浓度在50米，100米和150米的距离范围为0.829至3.764mol / l（表4.)，硝酸钠含量为0.984 ~ 29.99 mol/L(见表5.)．砖窑烟囱距离对硫酸盐和硝酸盐浓度的影响是明显的。在由耕地组成的窑烟囱向西150 m处，硝态氮浓度最高，为3.764 mol/L，而在距窑烟囱50 m处，硝态氮浓度较低，为2.730 mol/L，说明随着距窑烟囱距离的增加，砖窑对硝态氮污染的影响逐渐增大。同样，硝态氮浓度在距离烟囱150 m处最高，为29.99 mol/L，而距离烟囱50 m处较低，为8.052 mol/L。西部的高浓度而不是其他任何方向的高浓度都是由于田间化肥的使用较多。相比之下，随着距离烟囱距离的增加，东、南两个方向的浓度值呈增加趋势。南部地区100 m ~ 50 m的硫酸盐浓度为0.829 mol/L, 50 m ~ 0.905 mol/L; 50 m ~ 150 m的硝酸盐浓度为2.188 mol/L。由于阿兰尼科高速公路的加德满都-巴克塔布路段向[19]．

分析沿各方向不同距离的结果，硫酸盐浓度和土壤中的硝酸盐含量高于砖窑更远。这意味着硫酸盐的降低和硝酸含量在50米和100米距砖窑是由于撞击。除此之外，土壤中硫酸盐含量的总体降低是因为硫酸盐的浸出可能是由于样品收集日期下雨的月度，并且由于种植水稻的湿土壤。

3．3.重金属污染对土壤的影响

金属平均浓度随方向和距离有不同的变化。各方向土壤样品的Pb含量为5.45 ~ 11.82 mg/kg(见表1)6.)．当将这些浓度与美国环保署的标准进行比较时，发现它在土壤中允许的铅含量限度内(2-200毫克/公斤)[20.那21]．在这种环境中的存在可能是由于汽车排放和工业排放的影响[22]．在砖窑的所有方向上，Pb浓度在50米处最高，即11.82毫克/千克，这可能是由于砖块烘烤过程中的轮胎燃烧，而距烟囱距离为150米，它距离烟囱较低，也就是说，5.45 mg / kg，表明砖窑诱导污染的效果随着窑烟囱的距离而增加与[15]．

土壤样品中的铬浓度范围为1.67 ~ 10.005 mg/kg(表7.)，与美国环保署的标准比较，属土壤中铬含量(每公斤1-1000毫克)的允许范围内[20.那21]．横跨砖窑的所有方向，Cr浓度在50米处最高，即10.005 mg / kg，距烟囱150米处，它较低，即1.67 mg / kg。随着窑烟囱的距离增加，这表明污染效果的增加。[4.那15他们还注意到Cr浓度随着距离砖窑的距离而变化。横贯东部100、150 m为1.676 mg/kg，横贯西部50、100 m为6.673 mg/kg。

金属浓度随距离的不同可能是由于污染物沉降到离污染源几米远的地方，这取决于风向和风速。对比方向，砖窑南面似乎有较高的铅和铬污染，这是由于加德满都-巴克塔布尔公路在阿兰尼科(Araniko)方向的路段出现大量空中沉积所致。4.那23]．

3．4．不同土壤参数之间的相关性

还进行了相关研究以建立土壤不同参数之间的相关性。

数字2建议土壤中的铬累积率随着土壤中的砂浓度的增加而降低。相比之下，与淤泥的Cr高度积累，与淤泥的CR相比，它导致土壤中的轻微Cr污染。

同样地，数字3.结果表明，铅在土壤中的积累速率随砂土浓度的增加而降低。与淤泥相比，铅在粘土中的富集程度较高。

进一步研究表明，随着土壤pH浓度的增加，土壤中Cr和Pb的积累速率略有增加，如图所示4.。

对于重金属铬(Cr)和铅(Pb)，它们的积累速率与有机碳浓度呈反比关系，表明随着重金属浓度的增加，土壤有机碳显著降低(图)5.)．

从数据结果6.和7.建议土壤中硝酸盐和硫酸盐浓度随着土壤中的浓度越来越多的淤泥和粘土而降低，而它们随着砂浓度的增加而增加。

4.结论

通过对砖窑区不同距离的土壤样品进行分析，可以得出一个普遍的结论:土壤质量呈退化趋势，重金属含量增加，硫酸盐、硝酸盐等养分减少。当我们离开砖窑时，土壤质量稳定而缓慢地增长。离窑烟囱越远，土壤的pH值呈酸性，离窑烟囱越远，土壤的吸水率呈中性。有机碳含量和有机质含量也随距离增加而增加。随着距离窑烟囱距离的增加，土壤样品中有效硫酸盐和硝酸盐水平也有相似的影响。重金属含量在无毒范围内。但近窑土壤中重金属含量高于远窑土壤，造成土壤污染，降低土壤健康质量[24]．尽管土壤的物理和化学参数范围在允许的极限内，但它们的浓度并不均匀，而且随着距离而变化而变化。这表明土壤质量的恶化，因此没有发现农业环境安全[17]．此外，砖窑的累积效应可能进一步提高土壤重金属含量水平。因此，强烈建议必须进行定期调查，以监测这种影响，并确保在这种情况发生之前可以采取适当的行动。而且,由于土壤的质量(养分含量和重金属含量作为土壤质量的客观参数)是更好的为我们进一步从砖窑的问题,这将是安全的说“土壤质量成正比的砖窑的距离。”

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

承认

作者承认自然科学系，加德满都大学，尼泊尔Dhulikhel，在研究期间提供所有支持。作者还承认Roshan Kafle，Savara Gautam，Diksha Dhakal和Nabin Chaudhary，环境科学和工程系的学生，在这项研究期间为他们的贡献提供贡献。

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