广西典型岩溶区农田土壤-作物系统Cd迁移富集影响因素

为揭示岩溶区农田土壤-作物系统Cd迁移富集主要影响因素,选择广西典型岩溶区根系土-水稻籽实Cd含量及土壤pH值、有机质（OM）、氧化物含量和质地数据,通过Spearman相关性分析和主成分分析（PCA）,开展了土壤理化性质对土壤和水稻籽实Cd含量的影响研究.结果表明,相比于全国土壤背景基准值,研究区土壤中总氧化铁（TFe₂O₃）、三氧化二铝（Al₂O₃）和氧化锰（MnO）相对富集,平均含量分别为20.2%、19.0%和0.2%,且区内广泛发育Fe-Mn结核;而二氧化硅（SiO₂）相对亏损,平均含量为41.0%,呈现出典型的"脱硅富铝铁"特征,表明研究区土壤经历了较强烈的风化淋溶作用.相关性分析结果显示,土壤TFe₂O₃和MnO含量分别与土壤总Cd含量和残渣态Cd百分比呈显著的正相关性,与有效态Cd含量、水稻籽实Cd含量和Cd的生物富集系数（BCF）呈显著的负相关性.PCA分析结果也显示,土壤TFe₂O₃和MnO含量是影响土壤-作物系统Cd迁移富集的主要因素,而土壤pH值、OM和Al₂O₃含量等影响程度较小,SiO₂含量和土壤质地间接地影响土壤-作物系统Cd的迁移富集.综合研究认为,土壤在交替氧化和还原条件下所形成的新生体Fe-Mn结核对Cd具有较强的吸附和固定作用,导致Cd在残渣态中相对富集,降低了土壤Cd的活动性,因此Fe-Mn结核是研究区土壤Cd生物有效性的主要影响因素.     

典型碳酸盐岩区耕地土壤剖面重金属形态迁移转化特征及生态风险评价

碳酸盐岩土壤母质区是我国耕地土壤重金属高含量的主要分布区,且耕地重金属迁移转化受到自然过程与人为活动的交互影响.以广西碳酸盐岩母质水田9条土壤剖面为研究对象,在分析测试土壤Cd、As、Zn、Cr、Cu、Hg、Ni和Pb含量、pH、Corg含量等土壤性质指标以及Cd、As、Zn和Cr赋存形态基础上,重点探讨了研究区耕地土壤重金属形态垂向分布特征、重金属生态风险以及对比在自然成土过程中和人为活动干扰下重金属迁移转化的影响因素.结果表明,研究区土壤剖面中Cd、As、Zn和Cr存在样本超农用地（水田）污染风险筛选值,Cd和As部分超管制值.土壤剖面Cd各形态均有一定比例分布,且随剖面深度由浅至深,Cd生态风险较高的水溶态、离子交换态比例呈显著下降趋势;土壤剖面As、Zn和Cr各深度段均以残渣态为主,随深度加深,水溶态和离子交换态比例变化不大.风险评价编码法（RAC）和次生相与原生相分布比值法（RSP）评价结果显示,研究区土壤Cd污染风险相对较高,总体上As、Zn和Cr处于无污染或无风险状态.研究区自然发育的土壤,黏土矿物含量和土壤发育程度对Cd迁移活动性的影响较为显著,而受人为活动影响的耕作层中,土壤pH与有机质含量则成为其迁移活动性的主控因素;土壤As的迁移能力主要与土壤有机质、Fe₂O₃含量以及土壤发育程度有关,但在耕作层中,有机质对其控制作用明显增强;土壤中Zn、Cr迁移能力的主控因素均为pH,而在人类活动干扰下,pH对其影响更为强烈.     

天然富硒土地划定的富硒阈值

提出适用全国的土壤富硒阈值是查明我国富硒土地资源和发展特色农业的关键.利用我国最近10 a采集的10222套大宗农作物根系土-作物籽实协同调查数据,基于大宗农作物-土壤线性模型和人群硒摄入量对富硒阈值进行初步估算探索,最终通过建立土壤富硒率和作物籽实富硒率协同分析模型,提出了适用全国的富硒阈值：水田土壤中总硒含量≥ 0.40 μg·g^-1、旱地土壤中总硒含量≥ 0.30 μg·g^-1,并在全国13省进行可行性检验,该阈值的建立为中国地质调查局制定和颁布实施天然富硒土地划定与标识相关技术标准提供了有力支撑.     

广西典型碳酸盐岩区农田土壤-作物系统重金属生物有效性及迁移富集特征

为揭示碳酸盐岩地质高背景区土壤重金属生态风险,选择广西典型的成土母岩为碳酸盐岩的土壤重金属高背景区,采集水稻籽实及对应根系土样品68套,在分析测试土壤、农作物籽实样品中砷(As)、镉(Cd)、铬(Cr)、铜(Cu)、汞(Hg)、镍(Ni)、铅(Pb)和锌(Zn)这8种重金属含量及土壤中重金属赋存形态的基础上,采用统计学、地累积指数、生物富集系数及相关性分析等方法开展土壤重金属生态风险研究.结果表明,研究区土壤中8种重金属平均含量明显高于全国和广西表层土壤的平均水平,其中Cd、As和Cr超过农用地土壤污染筛选值的比例分别达95. 6%、86. 8%和69. 1%,超过土壤污染管控值的比例分别为27. 9%、17. 6%和5. 9%.区内土壤中As、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn主要以残渣态为主(残渣态占比 80%),显示出较低的生物活性; Cd的生物活性相对较高,生物有效态组分占20. 99%,但仍明显低于全国其它非碳酸盐岩地区的土壤; Hg的潜在生物有效态组分占44. 04%,然而土壤中Hg全量较低,因此其潜在生物有效态的绝对含量较低.与土壤相比,研究区水稻籽实中重金属超标率明显较低,仅部分样品中Cd、Cr、Pb超过国家食品限量标准,超标率分别为8. 8%、2. 9%和23. 5%.相关性分析显示,研究区土壤重金属全量与对应的水稻籽实中重金属含量不存在显著正相关关系.水稻籽实重金属生物富集能力普遍较低,8种重金属生物富集系数(BCF)的均值均小于0. 1,其中As、Cr、Hg、Ni和Pb的BCF均值小于0. 05.上述结果表明,对于碳酸盐岩等地质高背景区,相关部门在制定污染土壤管控政策时不能仅以土壤重金属全量作为衡量标准,应综合考虑金属赋存形态、生物活性及农作物超标率等因素.     

滇西地区土壤重金属来源解析及空间分布

以滇西重金属地质高背景区为研究区,系统采集了4193件表层土壤样品,分析测试了As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn 8种重金属元素的含量,综合运用相关分析、主成分分析和单因素方差分析等经典统计方法探讨了土壤重金属来源和土壤重金属含量与成土母质、土地利用方式之间的关系,并利用地统计方法对重金属的空间分布特征进行了分析.结果表明：①研究区8种重金属含量平均值均超过全国土壤背景值,但是低于农用地污染风险筛选值;与云南省土壤背景值相比,As、Cd、Cu、Ni、Pb和Zn含量平均值与云南省背景值相当,Hg和Cr的平均含量分别是其背景值的2.35和1.60倍,土壤重金属存在不同程度累积现象.②Cr、Cu和Ni主要受成土母质的控制;Cd、Zn和Pb主要受人类活动影响,人为来源主要为铅锌矿开采选冶、交通运输和煤炭燃烧,Cd、Zn在一定程度上受成土母质的影响;As和Hg以人为来源为主,受汞矿采选、农业活动及煤炭燃烧的影响.③不同成土母质和土地利用方式的土壤中重金属含量差异显著.Cd、Cr、Cu、Hg和Ni在沉积岩母质区土壤中平均含量最高;草地中As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Zn平均含量最高.④Cu、Ni、Cr高值区与沉积岩母质区及区内分布的铜矿和铁矿空间耦合性良好;Pb、Cd和Zn的高值区与区内的铅锌矿分布范围基本一致;As和Hg高值区与区内汞矿等热液型金属矿的分布具有较高的空间一致性,在人类活动密集地区也呈高背景分布.     

中国193个城市规划区土壤微量元素污染与健康风险

随着城市化进程的加快,城市表层土壤微量元素含量发生了不同程度的变化,城市土壤污染所引发的环境问题进一步凸显.为了系统研究我国31个省（自治区、直辖市）193个地级以上城市规划区表层土壤13种微量元素的含量特征、污染水平和暴露风险,利用地累积指数（I_geo）和综合污染指数（IPI）对土壤微量元素的污染水平进行了评价,采用美国环保署（USEPA）推荐的健康风险评估方法量化了居民暴露于城市土壤的健康风险.研究结果显示：城市规划区表层土壤As、Be、Cd、Co、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Se、Tl、V和Zn等13个元素含量中位值分别是9.25、2.14、0.174、12.4、68.4、28.2、0.095、27.7、31.1、0.29、0.61、82.7和82.2 mg·kg^-1,相比于城市土壤背景值,Cd、Hg和Se是含量变化比较显著的元素.I_geo值表明城市规划区表层土壤污染最严重的是Hg,其次是Se和Cd,污染程度介于无污染至中度污染之间,其他元素无污染.综合污染指数IPI_N显示：全国有22个城市规划区土壤已达到重度污染,16个城市达到中度污染,湖南省株洲市是全国土壤污染最严重的城市.健康风险评估结果表明：郴州市、黄石市、株洲市、湘潭市和龙岩市等5个城市规划区土壤暴露对未成年人具有潜在非致癌风险,其中土壤Pb摄入是引发风险的主要因素.建议在综合污染已达中度到重度污染的城市开展详查,摸清土壤污染状况及污染地块分布,建立污染地块清单和优先管控名录,实施污染调控和修复治理.     

贵州省典型铅锌矿区潜在有毒元素(PTEs)物源甄别、生态风险评价及控制因素

贵州省碳酸盐岩和玄武岩广泛发育,潜在有毒元素(PTEs)具有天然的高含量低活性属性,在PTEs高背景区开展生态风险健康评价和识别潜在来源具有重要意义.贵州省赫章县是典型的成土母质为碳酸盐岩和玄武岩的土壤PTEs高背景区,全县分布有18处大型以上的铅锌矿和铁矿,PTEs来源复杂,潜在生态风险较高.在赫章县采集土壤表层样品(0～20 cm)3 180件,分析了表层土壤中8种PTEs(Cd、 Cr、 As、 Hg、 Pb、 Cu、 Zn和Ni)含量,采用统计分析(SA)、地理信息系统(GIS)、富集系数(EF)、生态风险指数(RI)和正定矩阵因子分析模型(PMF)等方法开展生态风险评价和重金属源解析.结果发现,8种PTEs含量平均值均超过贵州省土壤背景值,Cd、 Cr、 Cu、 Ni、 Pb和Zn含量平均值均超过《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准》(GB 15618-2018)规定的筛选值.EF结果显示,Cd有较大面积的中等污染,Pb、 Zn和Cu元素有较大面积的轻微污染,Hg、 Cr、 Ni和As富集系数在基线值附近(EF≈1),污染较小,研究区具有多种重金属的复合污染特点.正定矩阵...     

雄安新区企业周边农田土壤-作物系统重金属污染风险及累积效应

为评估雄安新区企业密集区工业生产经营活动对其周边农田土壤和农作物中重金属污染风险的影响程度,系统分析企业周边农田区小麦籽实及其根系土壤重金属含量特征与超标情况,利用地累积指数(Igeo)和潜在生态风险指数(RI),采用主成分分析和相关分析等统计方法开展重金属污染风险评估和源解析.结果表明,根系土壤96.67％的样品存在1种以上重金属含量超出农用地土壤污染风险筛选值(GB 15618-2018),小麦籽实96.67％的样品Pb含量和16.67％的样品Cd含量超出食品安全国家标准(GB 2762-2017).根系土壤Cd和Pb污染相对严重,Igeo呈中～重污染以上等级状态的样品数占比分别为83.33％和53.33％,Cu、Hg和Zn处于轻污染和中污染状态的样品数占比90％以上,As和Ni呈现轻污染状态,Cr处于无污染状态.根系土壤样品RI介于212.69～1 022.69之间,73.33％的样品RI为强生态风险等级,Cd潜在生态危害最大,其次为Hg和Pb元素.土壤重金属Cd、Zn和Cu的富集主要受周边企业生产活动的影响,As、Hg和Pb除受企业生产活动因素影响外,还可能受汽车尾气、燃煤等人为源影响,Cr和Ni主要受自然地质背景因素影响.企业周边农田土壤-农作物系统重金属元素的累积与其距离企业距离(H)均呈负相关关系,距离企业越近,周边土壤-农作物系统重金属元素累积效应越显著.     

贵州铅锌矿区土壤和作物重金属生态风险与迁移特征

土壤中积累高含量的重金属对生态环境和人体健康存在潜在风险.以贵州省某铅锌矿区农田土壤和作物为研究对象,运用GIS空间制图分析了重金属的分布与来源,采用潜在生态风险指数(RI)评价了重金属的潜在生态风险,利用美国环保署(USEPA)推荐的人体健康风险评估方法量化了居民暴露于铅锌矿周围土壤重金属的健康风险.结果表明,土壤中ω(As)、ω(Cd)、ω(Cr)、ω(Cu)、ω(Hg)、ω(Ni)、ω(Pb)和ω(Zn)平均值分别为：58、7.9、175、64、0.461、65、1 539和2 513 mg·kg^-1,均显著高于贵州省表层土壤元素背景值.土壤As、Cd、Cu、Hg、Pb和Zn含量在空间分布上极不均匀,其受到了强烈的铅锌矿冶炼等人为扰动.RI评价显示,土壤重金属存在极强、较强等级为主的综合潜在生态风险,Cd为主要的生态风险因子. 22%和10%的玉米籽实样品中Pb和As分别超过了食品安全国家标准中的重金属污染阈值.人体健康风险评价显示,暴露于土壤重金属对成人和儿童存在非致癌健康风险,对儿童存在一定的致癌健康风险.土壤pH值是影响Cd生物有效性和土壤-作物系统C...     

雄安新区土壤氟地球化学特征及健康风险评价

为科学评估雄安新区表层土壤氟(F)地球化学分布特征及人体健康风险,利用GIS空间分析、相关分析等分析土壤F贫化富集特征及影响因素,开展土壤F健康风险评估,基于蒙特卡罗随机模拟,研究健康风险评价结果的不确定性.结果表明,新区表层土壤ω(F)均值为641 mg·kg^-1,是全国A层土壤背景值的1.34倍,F过剩和高等级样点占比超过85%,F含量整体相对偏高.灌溉水样ρ(F^-)均值为0.85 mg·L^-1, F^-含量空间分布特征受浅层地下水水化学类型和流向的影响.土壤F垂向空间变化不显著,其垂向变化主要受土壤有机碳、质地等土壤理化性质的垂向分布影响.表层土壤F的贫化富集主要受地质背景成因控制,人为因素(农业灌溉水、施肥和大气干湿沉降)等外源输入影响其异常的空间分布.区内土壤F含量与地貌环境“标志性”指标Al₂O₃、 Fe₂O₃、 MgO和K₂O含量,土壤有机碳(Corg.)、阳离子交换量(CEC)...