典型肥料生产场地氨氮分布特征及风险控制目标确定

为探究肥料生产场地的NH₃-N（氨氮）分布特征及环境风险,以我国某肥料生产场地为研究对象,在场地调查基础上,对场地土壤和地下水NH₃-N的空间分布进行分析,并以人体健康和场地地下水为保护对象分别讨论了土壤NH₃-N风险控制目标值的计算方法.结果表明:①目标场地土壤中w（NH₃-N）为0.03~15 000 mg/kg,水平方向上高值区集中分布于核心生产区及原辅料堆场,垂向上总体表现为由上至下随深度增加呈先逐步升高后降低的趋势,并且富集于人工填土与原状粉质黏土交界处,粉质黏土阻碍NH₃-N向下迁移,并随地层结构变化其迁移深度不同.②场地上层滞水和潜水中ρ（NH₃-N）分别为19.10~3 320和0.03~219 mg/L,超标率分别为100%和57.89%,并且地下水与土壤的NH₃-N在水平空间分布上具有重叠特征.③因NH₃-N主要通过呼吸吸入挥发性气体产生暴露,并且仅有经呼吸暴露的毒性参数,故采用《污染场地风险评估技术导则》中经呼吸暴露途径的非致癌效应风险控制值计算模型来计算土壤NH₃-N的控制目标,通过代入场地实测土壤K_d（土-水分配系数）,得到居住用地下的土壤NH₃-N控制目标值为9 195 mg/kg;若考虑保护地下水水质安全,据三相或两相平衡模型耦合NH₃-N在包气带衰减和地下水稀释作用,当目标场地地表无积水的入渗条件下得到的控制目标值为6 203 mg/kg;当地层从上至下呈饱和含水条件时,土壤NH₃-N控制目标为811 mg/kg.计算值可用作不同场地进行土壤NH₃-N风险管控的参考目标,实际应用中可结合不同地块环境条件、不同受体和保护目标,选择相应的风险控制值对场地进行风险管控.此外,土壤和地下水的NH₃-N污染控制均可考虑采用工程措施和制度控制来进行.      

重金属污染场地土壤风险筛选值关键影响因子研究——以砷为例

合理确定重金属土壤筛选值是污染场地风险识别和调查评估的基础,过松或过严的标准都会增加风险评估的不确定性,甚至可能会导致风险管控措施失效或修复资金浪费,确定重金属土壤筛选值的关键影响因子是合理确定重金属土壤筛选值的前提。选择工业污染场地中检出频率高、毒性大的砷作为研究对象,通过假设工商业用地下的暴露情景,根据《污染场地风险评估技术导则》(HJ25.3—2014)得到砷筛选值计算公式,利用基于蒙特卡罗模拟的Crystal Ball模型计算公式中各参数对结果的敏感性和贡献率来确定关键影响因子,通过调研国内外砷筛选值现状,从计算模型、毒性评估及关键影响因子等方面对引起各国砷筛选值差异的原因进行了分析探讨。结果表明:工商业用地下土壤砷筛选值取值为0.84～175.7 mg·kg~(-1),均值为21.4 mg·kg~(-1),95%的置信上限为24.19 mg·kg~(-1);风险可接受水平、每日土壤摄入量(IR)、暴露频率(EF)和暴露周期(ED)对砷筛选值的贡献率依次为41.3%、-27.3%、-16.3%和-12.7%,其余因子的贡献率均小于1%;关键影响因子按贡献率绝对值从大到小分别为风险可接受水平、每日土壤摄入量(IR)、暴露频率(EF)、暴露周期(ED)。计算模型和毒性评估存在差异是国内外土壤砷筛选值差异的基础原因,当计算模型和毒性评估差异不大时,关键影响因子才是决定性因素,其影响程度与模拟计算的结果一致。建议我国完善筛选值计算模型,对砷的毒性效应和符合我国暴露人群特征的关键影响因子展开深入研究。     

不同土地利用方式下土壤养分和重金属元素垂直分布特征

为探讨不同土地利用方式下土壤养分和重金属元素垂直分布特征,对2种母质的自然土壤、耕作土壤、休耕土壤养分和重金属元素垂直分布状况进行了比较研究。结果表明:不同土地利用方式下土壤表层养分元素含量总体表现为休耕土壤耕作土壤自然土壤,土壤表层重金属含量总体表现为农田土壤(耕作土壤和休耕土壤)自然土壤,耕作土壤与休耕土壤差异较小,土壤淀积层到母质层养分和重金属元素差异逐渐减小;土壤养分元素和Cu、Zn、Pb、Cd随土层深度的增加而减小,而Cr表现出相反的趋势;农田土壤耕作层有效钾含量最高可达215.6 mg·kg~(-1);耕作层Cd含量最高可达0.74 mg·kg~(-1)。3种土地利用方式中,休耕土壤养分和重金属含量相对较高,建议在休耕期间种植伴矿景天等重金属高积累植物进行植物修复。     

土壤pH和Cd全量对伴矿景天修复效率的影响

修复效率是影响植物修复周期和技术推广的主要因素之一.采用不同pH和不同程度Cd污染农田土壤进行盆栽试验,其中,重度Cd污染土壤（简称"SKS处理"）中w（Cd）（Cd全量）高于GB 15618-2018《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准（试行）》中的风险管控值,中度Cd污染土壤（通过人为调节并稳定其pH为3.97、4.97、6.03、6.90和7.93）中w（Cd）介于GB 15618-2018风险筛选值和管控值之间,轻度Cd污染土壤（简称"YH处理"）中w（Cd）略高于GB 15618-2018风险筛选值;比较修复前后不同pH和不同程度Cd污染对土壤Cd有效性、形态分配及w（Cd）的影响,并结合PCA（主成分分析）和Pearson相关性分析等方法深入研究影响植物修复效率的主控因素.结果表明:①与修复前相比,不同pH处理修复后土壤中w（有效态Cd）、w（弱酸提取态Cd）、w（可还原态Cd）、w（可氧化态Cd）和w（Cd）的减少量均随pH的降低而增加,土壤pH ≤ 6.0时,伴矿景天修复效率显著高于土壤pH>6.0的处理（P <0.05）.②修复后,轻度Cd污染土壤中w（Cd）降至GB 15618-2018风险筛选值以下,中度Cd污染土壤pH ≤ 6.0的处理中w（Cd）降至0.60 mg/kg左右,而pH>6.0的处理中w（Cd）仍高于1.00 mg/kg.③重度Cd污染土壤中w（有效态Cd）最高,其伴矿景天生物量与轻度Cd污染土壤处理无显著差异,w（Cd）达681.5 mg/kg,但修复效率显著低于其他处理（P <0.05）.综合PCA和Pearson相关性分析发现,影响伴矿景天修复效率的主控因素除土壤pH、Cd有效性和伴矿景天生物量外,伴矿景天的BCF（富集系数）对修复效率也具有重要作用.因此,伴矿景天更适用于弱酸性、中度Cd污染和轻度Cd污染土壤;而对碱性或重度Cd污染土壤进行植物修复时,可适当延长修复周期或联合修复以提高其修复效率.      

肥料对土壤重金属有效态及水稻幼苗重金属积累的影响

为探究施用不同肥料对红黄泥和河沙泥农田土壤中Cu、Zn、Pb、Cd有效态含量的影响,通过盆栽试验,研究了施用7种肥料（猪粪、鸡粪、紫云英、商品有机肥、磷肥、复合肥、化肥）对土壤重金属有效态含量及水稻幼苗重金属积累的影响.结果表明:①红黄泥中复合肥处理能显著增加Zn有效态含量,比对照增加57.0%,猪粪处理显著降低了Cu、Pb、Cd有效态含量,比对照降低22.1%、13.4%、20.0%.②不同处理河沙泥中Cu有效态含量变化不显著,复合肥处理显著增加Zn有效态含量,比对照增加23倍,化肥处理显著增加Pb有效态含量,比对照增加31.6%,施用复合肥显著增加Cd有效态含量,比对照增加30.6%.③红黄泥中商品有机肥、紫云英处理显著增加水稻根Cd含量,且紫云英处理效果更明显,比对照增加1.92倍,猪粪、鸡粪、商品有机肥、磷肥处理均降低了水稻秸秆Cd含量,且商品有机肥作用更明显,比对照降低58.7%.④在河沙泥中商品有机肥、紫云英处理显著增加了水稻根Cd含量,且商品有机肥处理效果更明显,比对照增加4.27倍,猪粪、鸡粪处理均降低了水稻秸秆Cd含量,且鸡粪作用更明显,比对照降低29.2%.研究显示,不同处理土壤中Cu、Zn有效态含量差异明显;磷肥处理能显著降低红黄泥中Pb有效态含量,猪粪、鸡粪、紫云英处理可显著降低红黄泥中Cd有效态含量,复合肥处理能显著增加河沙泥Cd有效态含量;猪粪、鸡粪处理均能降低红黄泥和河沙泥中水稻秸秆Cd含量.      

荷梗生物炭理化性质及其对水中Cd的吸附机制

为探究HBC（荷梗生物炭）的基本理化性质及其对水中Cd2+的吸附机制,以荷梗为原料,在300~700℃热解温度下制得HBC,通过灰分分析、元素分析、SEM（扫描电镜）分析及FTIR（傅里叶红外光谱）分析初步探明HBC的基本理化性质并确定其最优热解温度,同时利用经典的吸附动力学模型和等温吸附模型对HBC吸附水中Cd2+的内在机制进行分析.结果表明:HBC的最优热解温度为400℃,灰分物质显著影响了HBC的pH,进而对其吸附性能产生影响.SEM分析结果显示,HBC具有发达的多孔结构,其中400℃下制备的HBC（记为HBC-400）多孔结构最优.元素分析结果显示,HBC中φ（C）逐渐升高而H/C[φ（H）/φ（C））]、O/C[φ（O）/φ（C）]下降,表明随热解温度升高HBC逐渐失水且炭化程度逐渐增强.FTIR分析表明,HBC表面存在大量羟基、羧基和羰基等含氧官能团,随热解温度升高,HBC芳构化程度增强而表面官能团丰度降低.试验条件下,HBC对Cd2+的平衡吸附量已达39.239 mg/g,吸附平衡时间为600 min.通过对吸附动力学及等温吸附模型拟合结果分析可知,水中Cd2+在HBC上的吸附是发生在多相异构表面的多分子层混合吸附.综合考虑HBC的理化性质及模型拟合结果可以推测Cd2+在HBC上的吸附可分为3个过程:① Cd2+在浓度梯度力作用下由溶液迅速扩散到HBC表面.② Cd2+与HBC表面官能团发生络合、离子交换反应,与金属氧化物、碳酸盐等发生共沉淀反应.③ Cd2+扩散到HBC的多孔结构中,与苯环上普遍存在的π电子结构发生阳离子-π作用.研究显示,HBC具有碱性、发达的多孔结构、丰富的表面官能团和高稳定性等优良性质,HBC对水中Cd2+的吸附是在其多孔介质表面进行的化学主导吸附过程,因此,可为生物炭类环境功能材料的研制提供选材依据.