河北平原农田土壤重金属形态分布特征及控制因素研究

土壤重金属污染防治已迫在眉睫,国内外对重金属污染研究热度不减。本文选择河北平原农田为研究区,对采集325个根系土样品中的Cd、Cr、Pb、As、Hg等5种重金属进行了各形态含量统计与分析,并用Arc GIS制作了有效态空间分布图。最后运用相关性分析法探讨了5种重金属各形态与全量及pH值、Fe_2O_3、总有机碳(TOC)、阳离子交换容量(CEC)、粘粒的相关性。研究表明:Cd的有效态(水溶态和离子交换态)含量占全量比重最大,为18.06%,Cr、Pb、As、Hg均低于10%,这4种金属以残渣态为主,占全量的50%以上;As元素各形态与全量、pH值、Fe_2O_3、TOC、CEC、粘粒的相关程度最高,成正相关关系;Cr的3种形态(铁锰氧化态、强有机结合态、残渣态)与Fe_2O_3、TOC、CEC、粘粒呈显著正相关关系,Cr碳酸盐结合态、腐殖酸结合态与pH呈正相关关系,与Fe_2O_3、TOC、CEC、粘粒呈显著负相关关系;5种重金属铁锰氧化态与pH均呈正相关关系。     

芜湖市三山区菜地土壤重金属污染特征分析

从芜湖市三山区蔬菜基地采集82个农田土壤样品,测试其中的As、Zn、Pb、Cr、Ni、Co、Mn和Fe 8种金属总量和生物有效态含量,对蔬菜基地农田土壤含量特征及来源进行了分析.结果表明:蔬菜基地土壤中8种元素的含量均高于其土壤背景值,其中As(30.01 mg/kg)含量是其土壤背景值的2.83倍.与我国《土壤环境质...     

土壤重金属的形态分布特征及其影响因素

土壤重金属元素在介质中的存在形态是衡量其环境效应的关键参数.选择长江三角洲地区的江苏省昆山市为研究区,采集了126个土壤表层样品,通过欧共体标准司提出的BCR 3步提取法对土壤中Cd、Cr、Cu、Co、Ni、Pb和Zn等7种重金属元素的形态分布特征进行了分析,并采用逐步回归法探讨了影响重金属化学形态的影响因素.研究结果表明,Cd主要以可还原态存在,Pb主要以有机结合态存在,而Cr、Cu、Ni、Zn和Co 5种元素主要以残渣态存在,不同重金属元素的次生相态所占总量百分比由大到小的顺序为Cd、Pb、Co、Cu、zn、Ni、Cr.重金属总量是影响重金属形态含量的最主要因素,其次为有机质和pH值,FeOx含量是影响残渣态含量的主要因素,粘粒含量是影响Zn各形态的主要因素,MnOx含量是影响Pb各形态的主要因素.     

以设计精准修复方案为目标的土壤重金属形态分布研究

农田土壤原位钝化/稳定化修复是通过向土壤中添加化学药剂以降低重金属活性、抑制土壤重金属向农作物迁移进而降低重金属风险的一种修复技术。针对河南省某重金属污染农田土壤,为制定精准的原位稳定化修复方案,采集32个表层土壤样品测定其Cd、Pb、As、Cu、Zn、Ni、Cr 7种元素全量,并利用BCR连续提取法测定弱酸提取态、可还原态、可氧化态和残渣态4种形态含量。结果表明:土壤Cd、Pb、As、Cu、Zn、Ni和Cr含量的平均值分别为1.90、144.91、7.33、32.24、91.40、28.80和19.76 mg·kg-1,Cd和Pb含量分别超过HJ/T 332—2006《食用农产品产地环境质量评价标准》的3.17和1.81倍。BCR形态分析表明,弱酸提取态Cd含量占全量比例较高,平均值为24.06%;土壤80.35%的Pb以可还原态存在,其余5种元素主要以残渣态存在。基于不同元素的弱酸提取态含量与全量建立回归分析模型,结果显示各元素的弱酸提取态含量随全量呈线性变化且两者的正相关关系显著;根据Cd、Pb 2种元素全量与弱酸提取态含量的空间分布差异对研究区域进行分区,基于土壤全量Cd和弱酸提取态Cd含量的分区结果有一定差异,而基于弱酸提取态Cd与弱酸提取态Pb含量的分区结果大致相同,能够为设计精准的修复方案提供依据。最后,分别以重金属全量与有效态含量为出发点对研究区域重金属的污染程度与存在风险给予评价,Hakanson风险评价结果表明土壤Cd存在极强的潜在生态风险,风险评价编码法评价结果则显示Cd为中等风险,两者之间的差异提示土壤重金属修复需综合考虑不同评价方法的评价结果,这为重金属的修复评价奠定基础。     

猪场废水污灌土壤的Cr和Ni空间变异及积累分析

为了解长期施用猪场废水对农田土壤Cr和Ni(以下简称重金属)的影响,采集了河北省京安猪场周边农田清洁区和灌溉8年猪场废水的污灌区耕层(0～20cm)共52个土壤样品,并测定了样品中pH、养分及重金属全量和有效态含量,应用GIS结合地统计学方法对重金属进行了空间结构和分布特征分析,探讨规模化猪场周边农田土壤重金属积累的影响因子及其贡献。结果表明,Cr和Ni全量和有效态含量变异函数理论模型均符合球状模型,具有中等程度自相关。根据背景调查,重金属与pH值和土壤养分的相关性分析以及重金属变异函数分析,研究区土壤Cr和Ni主要受成土母质的影响,受污灌猪场废水影响不大。富集因子分析表明,污灌猪场废水对土壤Cr和Ni几乎没有积累。灌溉猪场废水会降低土壤pH值,提高土壤Cr和Ni有效态含量。     

模拟酸雨对街道灰尘重金属淋溶的累积释放特征与释放模型

以泉州市交通繁忙区街道灰尘为研究对象,采用模拟酸雨动态淋溶实验和改进的BCR四步提取法研究街道灰尘中重金属元素在不同酸度(pH=3.5、4.5、5.6)模拟酸雨淋溶下的溶出规律及形态变化.结果表明,街道灰尘中重金属元素的累积释放量均随模拟酸雨pH的降低而增加,当pH值为3.5和4.5时,Cu、Pb、Mn、Ni、V、As和Co的释放过程为快速释放阶段,Cr、Zn和Fe的释放过程分为快速释放和相对平稳释放两个阶段;当pH值为5.6时,除Co、V为快速释放过程外,其余重金属都处于相对慢速的释放过程.动力学方程拟合结果表明,双常数速率方程能更好地描述上述重金属元素的累积释放特征.尘样经模拟酸雨淋溶后,弱酸可溶态中Co、Cu、Mn、Zn、Ni百分含量有所增加,Cr、Fe、Pb百分含量变化不明显;可还原态中Cr、Pb、Cu、Ni百分含量有所增加,Mn、Zn、Co百分含量有所下降;可氧化态中上述各元素的百分含量均有所降低;残渣态中除Ni、Mn百分含量有所下降外,其它元素百分含量变化均不显著.     

地质高背景区土壤及玉米中重金属的含量及污染评价——以城口县为例

研究地质高背景区土壤及农作物中重金属的污染状况,为地质高背景区土地污染评价提供有效建议。在重庆市城口县采集玉米-根系土样品44套,分析了土壤和玉米中重金属(Cd、Hg、Pb、As、Cr、Cu、Zn和Ni)的全量及土壤pH,同时分析了土壤中重金属的形态,利用单因子指数法和内梅罗指数法对土壤及玉米中重金属污染的状况进行评价。结果显示,研究区土壤重金属含量的平均值均高于中国土壤环境背景值,土壤Cd的平均含量是中国土壤背景值的8.41倍,是典型的重金属地质高背景区,且土壤以碱性为主。土壤中主要污染因子为Cd,存在个别Zn和Ni的超标点位。土壤中、重度污染区主要分布在研究区的东北部,所占比例分别为6.82%和14.63%。玉米中主要的污染因子为Cd,但As、Pb和Ni等因子也应引起重视。玉米与土壤重金属污染分布情况基本吻合,相对于土壤而言,玉米重金属污染程度较低。土壤中重金属元素来源受到重金属基底值较高的黑色岩和灰岩区次生富集作用的影响。土壤Cd生物有效态含量较高,是玉米Cd超标的主要原因。建议调节土壤pH,防止土壤酸化,以实现农产品安全生产。地质高背景区土壤污染评价应基于土壤元素全量-有效态-作物安全性的体系进行,以达到系统评价的目的。     

生物炭对湘潭锰矿区土壤重金属的固化效应

通过室内培养实验,研究不同施用量(1%、2%、5%、10%、20%)的生物炭对锰矿区周边土壤中3种重金属锰(Mn)、铅(Pb)、铬(Cr)的固化效应。结果表明,生物炭施入土壤可使土壤中酸溶态、可还原态Mn、Pb、Cr含量分别降低1.18%~61.70%、2.38%~62.15%;而使土壤中可氧化态、残渣态Mn、Pb、Cr含量分别增加1.9%~224.41%、1.33%~44.5%;并且生物炭施入量与土壤中酸溶态、可还原态Mn、Pb、Cr含量呈显著负相关(r:-0.850~-0.526,P0.05),与土壤中可氧化态、残渣态Mn、Pb、Cr含量呈显著正相关(r:0.589~0.880,P0.05)。培养时间的延长对土壤中酸溶态、可还原态Mn、Pb、Cr向可氧化态、残渣态的转化有一定的促进作用。生物炭的施入也可极显著提高土壤p H值(P0.01),土壤p H值与土壤中酸溶态、可还原态Mn、Pb、Cr含量呈极显著负相关(r:-0.832~-0.559,P0.01),与土壤中可氧化态、残渣态Mn、Pb、Cr含量呈极显著正相关(r:0.634~0.878,P0.01),但培养时间对土壤p H值的变化无显著影响。该研究结果可为生物炭对湘潭锰矿区周边土壤中重金属Mn、Pb、Cr的固化效应研究提供一定的理论依据。     

厦门市大气降尘中重金属形态分布及生物有效性

采集了2012年11月至2013年1月期间厦门市大气降尘样品,用改进的BCR四步连续提取法分析了12种重金属元素(Ba、Ti、Co、Cr、Cu、Fe、Mn、Zn、Ni、Pb、Sr、V)的含量、赋存形态和生物有效性.结果显示,重金属元素四态含量之和均值(mg·kg~(-1))顺序为:Fe(43733)Zn(4495)Ti(2728)Ba(747)Mn(723)Cu(444.4)Sr(176)Cr(171)Pb(160)Ni(40.4)V(27.6)Co(11.2);Zn和Cu含量分别为我国土壤环境质量标准第二类标准限值(250和100 mg·kg~(-1))的18倍和4.4倍;除Fe、Ti、Ba、Cr和V外,大气降尘中其他元素生物有效态含量占有相当的比例(32.2%—88.6%).Zn、Sr主要以弱酸溶态存在,Pb主要以可还原态存在,Cu主要以可氧化态存在,其余元素主要以残渣态存在.大气降尘中重金属的平均生物有效性系数顺序为:Sr(0.87)Zn(0.85)Cu(0.80)Pb(0.67)Mn(0.50)Co(0.47)Ni(0.39)Ba(0.19)≈Cr(0.19)V(0.12)Fe(0.08)Ti(0.01),Ti、Fe、V、Cr和Ba为生物不可利用元素,Ni、Co、Mn和Pb为潜在生物可利用元素,Cu、Zn和Sr为生物可利用元素.     

重金属积累对土壤酶活性的影响

研究了华北平原某铅冶炼厂附近农田33个土壤样品中重金属积累对土壤酶活性的影响。结果表明,样品中Pb和Cd全量的平均值分别为144和5.59mg·kg-1,DTPA态Pb和Cd含量平均值分别为54.1和0.964mg·kg-1,均超过了未污染农田潮土的正常范围,而Cu、Ni和Zn的有效性和全量与未污染土壤接近;土壤过氧化氢酶活性与DTPA态Pb和Cd含量、全Pb含量均呈显著的负线性关系(P<0.01);与磷酸酶和脲酶相比,土壤脱氢酶活性更易受到土壤中Pb和Cd积累的影响;随DTPA-Ni含量增加,土壤蛋白酶和碱性磷酸酶活性增加(P<0.1);土壤脲酶活性与重金属全量或有效态重金属含量无显著相关性(P>0.1)。以上结果说明,利用土壤过氧化氢酶和脱氢酶活性能够表征基本性质较为一致的土壤中重金属污染程度;与重金属全量相比,有效态重金属对土壤酶活性影响更大。     

珠江三角洲地区典型菜地土壤与蔬菜重金属分布特征研究

通过对珠江三角洲地区的广州市、佛山市、江门市和惠州市典型菜地土壤和蔬菜中重金属（Pb、Cr、Cd、As和Hg）含量及其土壤中有效态（Pb、Cr、Cd）含量的调查,分析蔬菜重金属污染状况与土壤重金属含量的相关性,探讨了土壤重金属含量、有效态含量与土壤理化性质的相关性。结果表明,菜地土壤主要受Pb、Cd、Hg污染。Pb、Cd主要以轻度污染为主;而Hg污染在广州市菜地土壤以轻度污染和重度污染为主,佛山市菜地土壤以中度污染和重度污染为主,江门市和惠州市菜地土壤以轻度污染为主。蔬菜主要受Pb、Cd、Hg污染,少数蔬菜受到Cr污染,但并未检测出蔬菜受As污染。蔬菜中重金属含量与土壤中Pb、Cr、Cd的总量、有效态含量之间呈显著正相关关系,与土壤中As、Hg的总量无显著相关性。土壤中Pb、Cr含量与土壤有机质含量、黏粒含量、粉粒含量均达到显著相关。土壤中有效Pb与有效锰含量呈显著负相关关系,土壤中有效Cr含量与土壤粘粒含量、有效铁含量呈极显著正相关关系。     

不同酸化体系测定中国不同地区土壤重金属的比较研究

本文采用硝酸-氢氟酸-盐酸-过氧化氢(5∶1∶1∶1)的消解体系和硝酸-过氧化氢(6∶2)消解体系,均通过微波消解法和电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)测定土壤中的铬、镍、铜、锌、砷、镉、铅等7种元素.分析了来自全国不同地区的9种土壤与水系沉积物的质控样品,研究了全量微波消解酸体系对土壤中7种重金属测定的影响.结果表明,对于Cr和Pb元素,硝酸-过氧化氢消解体系可溶态元素的结果显著低于元素全量的结果,未加入氢氟酸,难以将硅晶格中的Cr和Pb析出.对于As元素,硝酸-氢氟酸-盐酸-过氧化氢消解体系的回收率略有偏高,推测其原因为盐酸引入的氯离子对ICP-MS的测定产生了质谱型干扰,因此消解体系应尽量避免引入氯.对于Ni、Cu和Zn的结果,硝酸-过氧化氢消解体系的回收率在75%—110%的范围,两种消解体系结果的偏差较小,硝酸-过氧化氢法测定的可溶态元素的结果可以较好的反映元素全量的水平.对比不同地区土壤的结果发现,除水系沉积物和砖红壤中的Pb及砖红壤中的Cr,土壤中部分Cr和Pb难以被硝酸-过氧化氢体系消解出来,在环境中处于稳定的状态,因此采用硝酸-过氧化氢体系能更准确地评估Cr和Pb对环境的危害.     

淮北低硫燃煤电厂粉煤灰的理化特征

粉煤灰是我国堆放量最大的固体废弃物之一,本文采集淮北低硫燃煤电厂粉煤灰样品,测试分析了样品矿物组成和微量元素含量,探讨了低硫煤燃煤电厂粉煤灰理化特征.结果表明:(1)燃煤电厂粉煤灰中飞灰粒径主要集中在1—100μm,底渣粒径主要集中在250μm以上,除Mn元素之外,Co、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、V、Zn易吸附于飞灰等细颗粒物中;(2)飞灰和底渣的矿物组成含量不同,风化过程中晶格能较低的矿物易分解;(3)Co、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、V、Zn含量高于中国土壤背景值,具有潜在污染能力;(4)Co、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、V、Zn与S正相关,随着粉煤灰的自然风化,赋存在硫化物矿物中的这些微量元素将会分解进入环境,Hg由于其易挥发以及粉煤灰的吸附作用等会在粉煤灰中进一步累积.     

东北、内蒙古东部地区煤炭中微量元素含量及分布规律

研究了东北和内蒙东部各矿区煤炭中As,Ba,Be,Cb,Co,Cr,Cu,Hg,Li,Mn,Ni,Pb,Se,Sr,V,Zn,Zr的含量水平及分布规律.煤灰灰分中多数元素含量高于克拉克值、土壤背景值及植物干物质中含量,呈富集状态.相关矩阵和聚类分析表明,煤炭中微量元素含量与基质元素有密切的依存性.由于复杂的成煤过程,煤炭中微量元素呈现独特的集散规律.     

山东省主要果园土壤中Cu、Zn的形态、含量及分布

对我国山东省主要果园土壤中的Cu、Zn元素的形态、含量及分布进行了研究。结果表明 :果园土壤中Cu、Zn元素的全量高于一般粮田土壤。在不同土壤类型中 ,形态分布各具特点 ,Cu元素在棕壤和褐土中的形态分布趋势一致 ,为矿物态 >有机态 >沉淀态 >交换态 ,在潮土和砂姜黑土中一致 ,为矿物态 >沉淀态 >有机态 >交换态 ;而Zn元素在这 4种土壤中的分布趋势相同 ,均为矿物态 >沉淀态 >有机态 >交换态。土壤中交换态的Cu、Zn含量随土壤pH值的增大而减小。Cu、Zn某些形态的含量与土壤中全量间有一定的相关性 ,其中沉淀态Cu与总Cu的关系较为紧密 ,2者呈极显著相关 ;矿物态Zn与总Zn也呈极显著相关。     

宁东基地不同工业园区周边土壤重金属污染特征及其评价

为了解宁东基地不同工业园区周边土壤重金属污染特征,采集并测定了土壤样品的重金属含量(Cr、Cd、Pb、As和Hg),进一步采用Tessier连续提取法对Cr、Cd、Pb和Hg含量超出背景值的土壤样品进行了重金属形态分析。采用单因子污染指数和综合污染指数对研究区土壤重金属污染程度进行分析,并利用潜在生态风险指数法对其进行生态风险评价,旨在为宁东基地土壤环境保护及生态系统维护提供科学理论依据。结果表明:研究区土壤中上述5种重金属含量的平均值分别为63.26、0.13、21.11、8.77和0.17 mg?kg~(-1),均没有超过《国家土壤环境质量标准》(GB15618—1995)二级标准(p H7.5)和《展览会用地土壤环境质量评价标准(暂行)》(HJ350—2007)A级标准限值,但Cr、Cd和Pb和Hg的平均值超过了宁夏土壤背景值,其中Cr、Cd和Pb的平均值与对应背景值相差不大,Hg的平均值是背景值的8.5倍。重金属形态分析表明,Cr和Hg主要以稳定的残余态形式存在,Cd和Pb主要以非残余态(可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态和有机结合态)形式存在,分别占对应总量的65.09%和66.05%。经单因子污染指数和综合污染指数评价,各重金属元素的污染等级均为清洁(安全)水平,研究区土壤表现为无重金属污染状态。潜在生态风险指数评价结果进一步表明,研究区土壤整体呈轻微生态风险。尽管宁东基地不同工业园区周边土壤目前受重金属污染影响较小,但Hg积累明显,Cd和Pb的非残余态含量和比例较高,这3种元素对土壤环境的影响应予以关注。     

不同耕作方式对民勤绿洲耕层土壤理化性状及重金属含量的影响

为研究不同耕作方式对绿洲灌区玉米耕层土壤重金属的影响,分析土壤重金属总量及有效态含量与土壤理化性质的内在联系。依托设置在民勤绿洲区2年重复试验,采用田间试验与室内分析相结合的方法,研究了免耕(NT)、少耕(MT)、秋翻(MPT)和深松(ST)4种不同耕作方式下玉米田耕层土壤理化性状及土壤重金属(Cr、Ni、Cu、Cd、Pb、As、Hg)总量和有效态含量变化,以期为农田重金属污染治理提供理论参考。结果表明,(1)短期内耕作方式对耕层土壤理化性状和重金属总量没有显著性影响,但相对于少耕、秋翻及深松,免耕有利于降低土壤耕层pH,提高耕层有机质、全氮含量和电导率。(2)深松能显著降低有效Cd含量,秋翻地有效As含量显著低于少耕,耕作方式对土壤耕层其他有效性重金属的影响不显著。(3)土壤Ni、Cu、Cd、Cr、Pb总量与pH达到显著或极显著负相关,与有机质达到显著或极显著正相关。有效Cu含量与土壤pH呈极显著负相关。有效Hg含量与有机质含量呈显著负相关。有机质、电导率、全氮含量与有效Cu、有效Pb含量呈显著或极显著正相关。总之,免耕在降低耕层土壤pH、提高有机质的同时,提高了土壤Cu、Cd总量和有效Cu含量,但深松可有效降低耕层土壤有效Cd含量。     

模拟酸雨对磷基材料稳定化土壤Cu、Cd、Pb和P活性的影响

为了研究酸雨淋溶前后不同磷基材料对土壤重金属稳定化的影响,通过室内土柱淋溶实验,考察不同pH值酸雨淋溶前后磷酸二氢钾(PDP)和羟基磷灰石(HAP)稳定化重金属污染土壤pH值、重金属和P有效活性的变化。结果表明:PDP和HAP增加了土壤pH值和速效P含量,降低了土壤有效态Cu、Cd和Pb含量,促进了重金属由活性态向非活性态和潜在活性态转化,但pH=3.5的酸雨使PDP和HAP处理土壤pH值降低0.45和0.47,且酸雨淋溶降低了PDP处理速效P含量,提高了土壤有效态Cu和Cd含量;酸雨淋溶使HAP处理土壤总Cu含量和CK处理总Cd含量分别降低14.5%～15.9%和20.4%～26.5%,但增加了HAP和PDP处理离子交换态Cu和Pb含量;PDP和HAP处理显著增加了土壤总P、树脂P、HCl结合态P和残渣态P含量,但酸雨淋溶降低了PDP处理总P和树脂P含量,显著增加了HAP和PDP处理土壤稳定态P含量(P0.05)。模拟酸雨作用下HAP较PDP处理对Pb和Cd具有更好的稳定化效果和更低的P释放风险,具有更好的应用潜力。     

硫磺对土壤中Pb和Zn形态的影响

研究了添加硫磺对Pb和Zn污染土壤的pH值、土壤中SO4^2-含量、土壤中Pb和Zn的NH4OAc浸提态含量及土壤中Pb和Zn的BCR(欧共体标准物资局)三步分级提取态含量的影响．结果表明：Pb和Zn污染土壤中添加硫磺后,土壤pH值降低,土壤中SO4^2-含量增加,土壤中Pb和Zn的NH4OAc浸提态含量随施硫水平的增加而增加;在对Pb和Zn的BCR三步分级提取态含量分析中,添加硫磺后,二者的B1态都有增加,Zn的B1态增加的比例要高于Pb,二者的B2和B3态都有不同程度的变化．     

土壤性质对水稻土中外源镉与铅生物有效性的影响

为定量了解土壤理化性质对进入土壤中的外源镉和铅生物有效性的影响,采集了性质相差较大的16个水稻土,通过添加Cd(或Pb)培养和老化处理(Cd的加入量为0、0.2、0.5、1、2和5 mg·kg-1;Pb加入量为0、20、50、100、200和500 mg·kg-1,培养时间为1年),研究了不同土壤中Cd(或Pb)负荷与土壤中水溶态和交换态Cd(或Pb)的关系.结果表明,随着Cd(或Pb)污染水平的提高,土壤中水溶态和交换态Cd(或Pb)均显著增加,但不同土壤中水溶态和交换态Cd(或Pb)随土壤Cd(或Pb)积累的增加幅度有很大的差异.相关分析表明,水稻土中水溶性Cd(或Pb)主要与土壤Cd(或Pb)污染水平和pH值有关;而交换态Cd(或Pb)主要与土壤Cd(或Pb)污染水平、pH值、CEC及质地等有关.数据显示,pH值较高、质地较黏的土壤可大大减缓因污染引起的CA和Pb生物有效性的提高.