场地土壤重金属镉和铅复合污染毒性阈值的推导及其应用

镉(Cd)和铅(Pb)是生物体非必要元素,具有毒性大、迁移性强等特点,二者在场地土壤中通常存在复合污染的现象.土壤污染物预测无效应浓度(predicted no effect concentration,PNEC)是污染物自身毒性与不确定性系数共同决定的参数,其中土壤污染物的生物有效性是PNEC值不确定性的重要来源.本研究选择湖南常宁某铜矿冶炼厂和江苏靖江某电镀厂2个不同类型的污染场地及周边土壤,基于土壤理化性质及重金属的有效性浓度,采用经验模型估算出Cd和Pb单一污染对植物根系生长的半效应浓度(median effect concentration,EC50)及其土壤中的PNEC,通过浓度加和(concentration addition,CA)模型,结合外推因子法,估算获得场地土壤实际Cd和Pb复合污染的预测无效应浓度(PNEC面x).结果 表明,2个场地土壤中Cd的平均含量分别为背景值的102倍和37.6倍,Pb平均含量分别为背景值的15.1倍和3.86倍,Cd和Pb复合污染现象明显.由于2个场地土壤性质差异较大,Cd和Pb的EC50存在较大差异,EC50(Cd)分别为19.1 ～36.2 mg·kg-1和20.1 ～ 35.4 mg· kg-1,而EC50(Pb)分别为366～1891 mg·kg-1和682～1575 mg·kg-1.同时由于场地实际污染土壤的理化性质及Pb/Cd含量比不同,所推导的PNECmix也存在明显差异,Cd含量及其在Cd和Pb总量中的占比较高的土壤样点的PNECmix较低,2个场地的PNECmix分别为0.933～37.9 mg·kg-1和32.9 ～ 744 mg· kg-1.2个场地调查样点中Cd和Pb含量的实测值均在一定程度上高于相应的PNECmix,对植物生长存在一定的生态风险.因此,进行复合污染生态风险基准值制定和生态风险评价时,需要考虑影响污染物的生物有效性和关键场地特异性(site-specific)因素,如土壤理化性质及不同污染物浓度比等.     

淮南某煤矿邻近农田土壤中重金属的生态风险研究

以淮南某煤矿为例,从煤矿堆积的矸石山邻近农田采集了表层土壤,在测定土壤中Zn、Pb、Cd和Cu浓度和分析重金属形态基础上,利用蚕豆(Vicia faba L.)早期生长及微核试验检测了土壤生态毒性,同时,采用污染负荷指数、潜在生态风险指数和基于微核率的污染指数比较了土壤重金属的生态风险。结果表明:煤矿区农田土壤中Zn、Pb、Cd和Cu浓度均高于淮南土壤背景值,个别样点Cd浓度高出淮南土壤背景值7.83倍(S3:0.47 mg·kg-1)和6.83倍(S4:0.41 mg·kg-1),但4种重金属浓度均低于国家土壤环境质量(GB15618─2008)二级标准。矿区土壤重金属虽均以残渣态为主,但交换态(6.62%~23.33%)和潜在可利用态的比例(32.90%~57.94%)比对照高,说明煤矿区土壤重金属有效性较高。个别土壤样点(S4)较高的重金属浓度导致发芽率和根长显著降低,而矿区土壤各样点的微核率较校园土均显著增加,这表明煤矿区土壤确实存在一定生态毒性,且微核可能比发芽率和根长对土壤重金属的污染更敏感。同时,3种污染评价指数均表明矿区土壤处于轻度-中度风险水平(以校园土为参考),说明煤矿区土壤确实产生了一定生态风险,而微核率的污染指数与潜在生态风险指数对各样点的风险评价结果较为一致,表明微核代表的生态毒性评价是煤矿区重金属生态风险评价的有益补充。     

环草隆与重金属复合污染对黄瓜及小麦的毒性效应评估

为探究草坪除草剂与重金属复合污染对高等植物的生态毒性效应,以小麦与黄瓜为敏感受试植物,采用滤纸发芽试验法,研究了典型草坪除草剂环草隆与4种重金属(Cu/Zn/Pb/Cd)单一及复合污染条件下,对2种植物种子萌发与幼苗生长的毒性效应并进行评估。在此基础上采用评估因子法外推环草隆在土壤中的预测无效应浓度(PNECsoil)。结果表明,2种植物的根长及小麦的芽长对环草隆与重金属非常敏感(P<0.01),且存在明显的剂量-效应关系。黄瓜根长对环草隆最敏感,根长半抑制浓度(RI50)为0.281 mg·L-1。小麦根长对Cu、Pb、Cd比黄瓜根长更敏感。环草隆与重金属复合污染时,黄瓜根长表现得最为敏感,可作为敏感生物标记物。环草隆与重金属复合污染对小麦及黄瓜根长抑制具有协同作用,并且随着重金属浓度的增大,黄瓜和小麦根生长对环草隆的敏感性增加。环草隆与重金属复合污染对小麦芽长的联合效应主要与重金属种类及其暴露浓度有关。以黄瓜的根伸长抑制率为急性毒性终点,利用外推法计算得环草隆在土壤中的PNECsoil为1.90μg·kg~(-1),远远低于环草隆田间推荐使用量1.5~9 mg·kg~(-1)。与重金属复合污染时,环草隆的PNECsoil明显降低,导致其生态风险提高。上述研究结果能够为草坪除草剂环草隆与重金属复合污染的生态风险评价提供数据支持。     

壳聚糖对污染土壤中吸附态Pb（Ⅱ）的解吸作用

土壤中重金属的吸附-解吸直接影响重金属在土壤及其生态环境中的形态转化、迁移和归趋.利用螯合剂促进普通植物富集吸收土壤中重金属是一种新的土壤组合修复技术, 向污染土壤中施用螯合剂可增加土壤溶液金属的浓度和活度,有利于金属到根部而被植物吸收.通过吸附等温实验研究了壳聚糖对污染土壤中铅的解吸作用.将壳聚糖提取液加入含Pb土壤中结果表明,壳聚糖螯合剂能提高土壤中吸附态铅的解吸效率,增加解吸溶液中Pb2 的浓度.壳聚糖对污染土壤中铅的解吸作用随着壳聚糖加入量的增大而增大,用浓度为0.4 g·L-1的90%脱乙酰度壳聚糖做提取液,提取液pH＝3,提取平衡时间10 h达到最高提取率32.4%,该吸附过程遵从Langmuir等温吸附方程; 土柱淋溶实验表明壳聚糖对污染土壤中Pb2 的提取率为27.4%.研究结果为铅在环境中的迁移转化和治理技术等方面的实际应用提供有价值的参考.     

环草隆与镉复合污染对城市绿地重金属污染土壤有机氮矿化量、基础呼吸和土壤酶活性的影响

环草隆是北方城市应用较为广泛的一种草坪除草剂,重金属镉是土壤中常见的重要污染物,二者在土壤生态系统中存在联合暴露的潜在风险。为了准确评价城市绿地土壤重金属和农药复合污染的生态风险,选择不同重金属污染程度的土壤为研究对象,在室内模拟条件下,探讨了环草隆与镉复合污染对土壤有机氮矿化量、基础呼吸及土壤酶活性的影响。研究发现:环草隆与镉复合污染对各试验指标的影响均达到极显著水平(P0.01);与镉复合污染能明显改变环草隆的微生物毒性效应,并且Cd对环草隆毒性效应的影响与二者浓度配比有很大关系,Cd浓度由1 mg·kg-1升高到10 mg·kg-1,环草隆浓度与样点G土壤有机氮矿化量变化率的线性关系由正相关变为负相关;复合污染下,根据剂量-效应关系计算的EC50值27.6~848mg·kg-1,远远高于环草隆草坪建议施用量(3.33 mg·kg-1);土壤中环草隆与镉复合污染的联合毒性效应受土壤理化性质及重金属含量影响较大,另外,二者复合效应也会随污染物浓度及试验指标的不同而不同。以上研究结果能够为城市土壤重金属和除草剂复合污染生态风险评价提供基础数据和技术方法。     

多金属矿区土壤重金属垂向污染特征及风险评估

重金属在土壤中向下迁移可能会对地下水造成污染,了解重金属在剖面上的迁移特征对污染控制与防范有重要意义。为深入了解多金属矿区尾矿库土壤重金属垂直迁移与生态风险问题,分层采集了某多金属矿区尾矿库坝下附近0~100 cm深度的土壤样品,分析检测了不同深度土壤中Cr、Cd、Pb、Cu、Zn、Ni总量及有效态含量。综合考虑多元素协同作用、毒性水平、污染浓度以及环境对重金属污染敏感性等因素,采用Hakanson潜在生态风险指数法对土壤污染状况及生态环境风险进行了评价,并对土壤中铅、锌重金属的形态垂向分布特征及其迁移能力进行了分析研究。结果表明,研究区域土壤重金属污染严重,垂向污染也达到了一定的深度,上层土壤、中层土壤综合污染指数均达到重度污染级别,下层土壤综合污染指数达到中度污染级别。供试土壤的污染程度最重的指标为Pb和Zn,污染最重的土层为0~30 cm上层土壤。从生态风险来看,单项潜在生态风险指数在3.07~77.1之间,上层土壤单项潜在生态风险CdCuPbNiAsZn,矿区场地土壤修复过程中应重点关注Cd、Cu的生态风险影响;此外,由于As在土壤中具有较强的垂向迁移能力,也应予以重点关注。     

甘肃某冶炼厂区土壤重金属铅、镉污染特征及其对微生物群落结构的影响

长期受到重金属铅(Pb)和镉(Cd)污染的土壤生态危害指数较高,土壤微生物群落结构容易受到重金属的影响,重金属对土壤微生物的毒性与重金属的生物利用度直接相关。以白银市重金属污染土壤为样本,分析了土壤的理化性质、重金属Pb和Cd的污染状况及土壤微生物群落结构,探究它们之间的关联性。样本采自距离污染中心由近及远的4个位置(分别命名为S1、S2、S3和S4)。采用Hakanson指数法来评估该地重金属生态风险;选用改进的BCR顺序提取法分析Pb与Cd的组分分布情况;利用SPSS和Canoco 4.5对土壤性质、重金属和细菌群落进行相关性分析和冗余分析,探究微生物群落结构与土壤性质和重金属污染之间的相关性。结果表明:白银市该处重金属污染场地3 km以内的土壤均受到严重的Pb、Cd污染。Pb主要以弱酸可提取态和可还原态的形式存在于土壤中,Cd则以弱酸可提取态为主;土壤重金属的危害生态指数均已经达到极高污染风险程度,且危害程度S1>S3>S2>S4;微生物丰度和多样性可能受到土壤性质及重金属的共同影响,与Pb、Cd的污染程度大致呈负相关(S2相似文献   

川西北高原路侧土壤重金属分布特征及污染评价

道路交通活动可导致道路两侧土壤重金属污染.为了解川西北高原路侧土壤重金属污染状况,以四川省阿坝州红原县为例,研究不同车流量区域路侧重金属镉(Cd)、铜(Cu)、镍(Ni)、铅(Pb)、锌(Zn)的分布特征与规律,并采用单项污染指数法、尼梅罗综合污染指数法和潜在生态危害指数法评价公路交通导致的重金属污染情况.结果表明:车流量增加对区域路侧土壤重金属含量产生了一定程度的影响,路侧土壤Cd和Zn含量均高于高寒草甸土壤的背景值含量,并随车流量增加呈上升趋势.基于单项污染指数法的结果显示3种车流量等级区域路侧都受到Cd重度污染,部分区域受Ni、Pb、Zn轻度污染.基于尼梅罗综合污染指数法的结果显示车流量大的区域路侧土壤存在重金属中度污染,车流量中等和车流量低的区域路侧土壤存在重金属轻度污染.总体上,由于本地区道路建设和使用年限相对较短,与其他重金属污染严重的城市或地区比较,路侧重金属染污生态风险中等,但部分重金属元属(如Cd和Zn)的生态风险较大,随着道路使用年限的增加势必对当地生态平衡产生影响,需引起重视.     

EGTA淋洗和KH2PO4钝化联合修复重金属污染土壤

为进一步削减螯合淋洗后土壤残留重金属的环境风险,采用淋洗与钝化相结合的方法修复重金属污染土壤.研究了乙二醇双(2-氨基乙基醚)四乙酸(EGTA)淋洗、磷酸二氢钾(KH_2PO_4)钝化及两者联合修复对土壤重金属洗脱率的影响,并分别采用TCLP法和BCR法分析重金属浸出浓度及化学形态分布,构建了涵盖土壤重金属残留量、生物有效性和毒性的环境风险评价方法,对淋洗、钝化及其联合修复效果进行了评价.结果表明,EGTA对Cu和Cd具有较好的洗脱效果,降低了土壤Cu、Zn和Cd浸出浓度,提高了Pb浸出浓度,削减了可还原态Cu残留量、弱酸提取态和可还原态Zn残留量、可还原态Pb残留量以及弱酸提取态、可还原态Cd残留量.随着KH_2PO_4投加量的增加,Pb、Cd和Cu浸出浓度呈下降趋势,Zn浸出浓度先上升后下降.KH_2PO_4对重金属形态分布的影响主要表现为降低弱酸态或可还原态重金属占比,提高残渣态重金属占比.EGTA和KH_2PO_4联合修复显著降低了4种重金属的可还原态残留量和弱酸提取态Pb、Cd残留量,大幅度削减了Cd和Cu的浸出浓度和环境风险.Zn污染土壤宜淋洗修复,Pb污染土壤宜钝化修复,Cd和Cu污染土壤深度修复宜淋洗/钝化联合处理.     

柠檬酸对生物炭钝化污染土壤中重金属稳定性的影响

为了研究生物炭(BC)对重金属复合污染土壤的钝化效果以及环境条件变化后钝化产物的稳定性.在受Cd、Pb和Zn污染的土壤中添加不同比例的生物炭进行土培实验,两个月后,添加不同浓度的柠檬酸模拟植物根际环境条件,分析土壤环境条件变化后重金属钝化产物的稳定性.结果表明,与对照组相比,添加生物炭(5%和8%)显著提高了土壤的pH值、阳离子交换容量(CEC)、土壤有机质(SOM),而有效态重金属和重金属毒性浸出浓度均显著降低,且后者低于其国际标准.添加柠檬酸后,土壤pH值随柠檬酸浓度的增加呈现下降趋势;生物炭的添加比例一定时,有效态Cd(DTPA-Cd)和Cd的毒性浸出浓度(TCLP-Cd)随柠檬酸浓度的增加呈现先降低(2 mmol·kg~(-1))后升高(10、20 mmol·kg~(-1))的趋势,而有效铅(DTPA-Pb)和有效态锌(DTPA-Zn)随柠檬酸浓度的增加而上升.柠檬酸浓度一定时,有效态重金属和重金属毒性浸出浓度随生物炭的添加比例的增加而降低,当生物炭的添加比例大于5%时,TCLP-Cd和TCLP-Zn虽有所上升(与无柠檬酸相比),但均低于其国际标准.可见,生物炭可对重金属污染土壤进行有效修复,但随着环境条件的变化,被钝化的重金属会发生解吸和溶解释放,从而增强其生物有效性和环境风险,但当生物炭的添加比例较高时,会一定程度抑制重金属的解吸和溶解释放,Cd和Zn的环境风险仍处于可接受的安全水平.